El Open de campo Torre Maze (OFTM) es un laberinto creado para estudiar los mecanismos de comportamiento y neurales de aprendizaje espacial (por ejemplo, colocación o la respuesta-learning) en ratas. Este laberinto es especialmente útil para los experimentadores que quieran utilizar un paradigma laberinto no estresante para investigar el aprendizaje espacial en sus investigaciones.
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Artículo de método
Coloque y Aprendizaje de respuesta en el Abierto de campo Torre Maze
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Resumen
Resumen
Este protocolo se describe cómo se utiliza el Abierto de campo Torre Maze (OFTM) paradigma para estudiar el aprendizaje espacial en roedores. Este laberinto es especialmente útil para examinar cómo las ratas aprenden a utilizar una colocación o la respuesta-learning para navegar con éxito en una arena en campo abierto. Además, este protocolo se describe cómo la OFTM difiere de otros paradigmas de laberinto de comportamiento que se utilizan comúnmente para estudiar el aprendizaje espacial en roedores. El OFTM descrito en este artículo es una adaptación de la descrita previamente por Cole, Clipperton, y Walt (2007). En concreto, el OFTM fue creado para poner a prueba el aprendizaje espacial en roedores sin el experimentador tener que considerar cómo "estrés" puede jugar un papel como una variable de confusión. Los experimentos han demostrado que el estrés-alone puede afectar significativamente la función cognitiva 1. La sección de resultados representativos contiene datos de un experimento que utilizó la OFTM para examinar los efectos del tratamiento estradiol sobre colocación y la respuesta-learning en mujeres adultas Sprague Dawley 2. Futuros estudios serán diseñados para examinar el papel del hipocampo y el cuerpo estriado de colocación y la respuesta-learning en el OFTM.
Introducción
La torre de campo abierto laberinto (OFTM) se puede utilizar para examinar los mecanismos conductuales y neurobiológicos de aprendizaje espacial en roedores. Es importante destacar que la OFTM permite a los investigadores estudiar ambos tipos de aprendizaje "basado en la respuesta" "lugar de base" y. Durante lugar de aprendizaje un animal navega a través de un laberinto usando las claves espaciales en el entorno (por ejemplo, un premio de comida se encuentra junto a un faro de altura). Durante la respuesta-aprendizaje del animal hace una respuesta específica a su vez, independientemente de su posición en relación con un entorno espacial (por ejemplo, hacer un giro a la izquierda oa la derecha para encontrar un premio de comida). Se ha informado anteriormente de que la respuesta-learning y el lugar-aprendizaje se basan en dos sistemas diferentes de memoria 3, 4 y mapeo de sus mecanismos neurales ha sido una búsqueda científica en curso 2, 5-7. El diseño de la OFTM fue adaptado de la anteriormente descrita 8.
Abiertoparadigmas de campo (un componente de la OFTM) se utilizan comúnmente para investigar la ansiedad en roedores 9. Durante los típicos abiertos ansiedad campo de ratas de prueba que pasan más tiempo en el centro de un campo abierto tienen niveles de estrés y ansiedad más bajos que las ratas que pasan más tiempo cerca del perímetro. En el OFTM, una rata debe entrar en el centro del laberinto para encontrar la recompensa de comida. Por lo tanto, la navegación correcta en el OFTM indica que estas ratas no son estresado. Una razón por la que las ratas se no estresado durante el entrenamiento es porque a diferencia de las pruebas de campo estándar de apertura de la formación de la ansiedad OFTM requiere fase de pre-formación durante el cual la rata se pre-expuesto a el laberinto durante un largo período de tiempo. Además, la formación se produce en un entorno con poca luz reduciendo aún más el aspecto de la ansiedad que induce un campo abierto que es típicamente brillantemente iluminado
Otra característica única de la OFTM, en comparación con algunos otros laberintos, es cómo se mide el aprendizaje. Los experimentadores utilizando elLaberinto acuático de Morris o Barnes Maze típicamente medir el aprendizaje mediante el análisis de la longitud de velocidad y / o la ruta de una rata viaja a alcanzar su ubicación de destino. Estas medidas dependientes pueden verse afectados por factores no-aprendizaje, tales como cambios en la actividad motora general de una rata. Sin embargo, las medidas OFTM aprendizaje mediante el porcentaje de la respuesta correcta de primera elección una rata hace para encontrar la recompensa de comida. Esta medida dependiente no es vulnerable a los cambios en el rendimiento del motor y por lo tanto, más exactamente evalúa el aprendizaje de que las mediciones de velocidad y distancia. Sin embargo, el investigador también puede medir la velocidad y la distancia a una rata viajaron en el OFTM utilizando software de seguimiento de vídeo.
Otros tipos de laberinto, como el T-laberinto, laberinto acuático de Morris y Barnes Maze se pueden utilizar para estudiar colocación y la respuesta-aprendizaje. Sin embargo, el OFTM es único en algunas maneras notables. En primer lugar, la OFTM es un ensayo de comportamiento más sensible que el laberinto en T debido a que el OFTM tiene una oportunidad performance de 25%, mientras que el laberinto en T tiene un rendimiento probabilidad de 50%. En segundo lugar, una rata sólo se puede convertir en una de dos maneras en la T-laberinto, pero ha sin restricciones posibilidades de ruta cuando se navega en el OFTM. En tercer lugar, a diferencia de las tareas Morris laberinto de agua y Barnes Maze (que tienen posibilidades de rutas sin restricciones como el OFTM), experimentos utilizando el OFTM no requieren ratas para navegar a través de una situación aversiva. Las ratas son motivó para navegar en el laberinto acuático de Morris para escapar de la natación en agua y están motivados para navegar por el laberinto de Barnes para evitar estar en un entorno abierto, brillantemente iluminada. Se ha demostrado que la exposición al laberinto acuático de Morris o Barnes Maze induce la liberación de hormona del estrés (es decir, corticosterona) en roedores 10. Sin embargo, las ratas a navegar en el OFTM porque están motivados para encontrar una recompensa de alimentos y la formación se lleva a cabo con luz ambiental tenue. Así, el OFTM es una tarea apetitiva no aversivo. Los resultados de experimentos que utilizan un m estresanteaze paradigma para examinar los efectos de las manipulaciones tales como las drogas, la hormona, el ejercicio o la dieta en los mecanismos de aprendizaje y memoria pueden ser difíciles de interpretar debido a que "el estrés", por sí mismo, puede influir en la función cognitiva 11.
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Protocolo
Este protocolo ha sido aprobado por el Comité de Cuidado y Uso de Animales Institucional de Christopher Newport University.
1. construcción del aparato OFTM
- Construir el muro de la frontera (40 cm de alto y 183 cm de diámetro) de tres piezas de laminado blanco. Construir el piso laberinto circular (183 cm de diámetro) de negro laminado y péguelo en una mesa de plástico. Asegure el muro de la frontera hasta el borde de la mesa con tornillos y pegamento.
- Decorar la superficie interior de la pared limítrofe: Deja cuarto sólido blanco; Pinte un cuarto negro sólido; Pinte un cuarto con rayas negras; Pinte un cuarto con círculos negros.
- Construye cuatro "torres de alimentos" (8 cm x 8 cm x 20 cm; Figura 1A) cortadas de un blanco después de PVC de forma cuadrada. Pegue un pedazo de laminado negro (8 cm x 8 cm) de la parte superior de cada torre. Asegure que el suelo laberinto con pegamento loco 54 cm de distancia unos de otros.
- Construir tres "remolque pre-formaciónres "(5 cm, 10 cm y 15 cm de alto, respectivamente; Figura 1B) de un blanco después de PVC de forma cuadrada. Pegue un pedazo de laminado negro (8 cm x 8 cm) de la parte superior de cada torre. Estas torres están pegadas al suelo laberinto sólo durante la fase de pre-entrenamiento (que se describe más adelante).
- Pegue un negro opaco taza de comida de plástico con una tapa de rosca (= una clara contenedor grano plástico pintado de negro, de 1,75 cm de alto y 3,75 cm de diámetro) de la parte superior de cada torre alimentos. Perforar tres agujeros de ventilación pequeños (de 3 mm de diámetro) en cada tapa. Los agujeros aseguran que la rata no puede localizar la torre comida "correcta" utilizando señales olfativas. La altura de las torres de formación asegura que la rata no puede localizar la torre "correcta" con la taza de alimentos destapado como una señal visual.
Figura 1. Fotografías del Abierto de campo Torre Maze (OFTM). (A) La rata es capaz de encontrar y recuperar un premio de comida de un solo "torre de entrenamiento" recompensa con cebo durante la adquisición, así como todo el entrenamiento y las pruebas posteriores. "Torres pre-formación" (B) Tres se colocan en el centro de la arena laberinto durante el pre-entrenamiento. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. El OFTM Maze habitaciones
- Utilice una lámpara con un 60 W bombilla (Lúmenes: 800) para iluminar tenuemente la habitación laberinto. La lámpara se encuentra a 3 pies por encima del suelo y 2 pies al lado del laberinto, mirando hacia el techo. Juega ruido blanco en el fondo (~ 70 dB) utilizando una máquina de sonido.
- Montar una cámara de vídeo digital en el techo por encima del laberinto para transmitir vídeo a un ordenador. Cuelgue una cortina opaca para separar el laberinto de la supervisión de la computadorazona.
Manipulación 3. Rata, la restricción de alimentos y vivienda
- Haga que cada experimentador manejar todas las ratas durante siete días (4 min por día) para pre-entrenamiento previo.
- Coloque las ratas en una dieta restringida de alimentos (1 hora de la lactancia gratis por día). Esta dieta se asegura de que las ratas se sentirán motivados para recuperar recompensas durante el entrenamiento, mientras que el mantenimiento de un peso saludable (~ 90% del peso de la lactancia gratis).
- Ratas Doble-casa (si se utiliza hembras) durante toda la duración del experimento. Ratas hembra alojada en pareja son menos ansiosos que las ratas hembras alojados individualmente 12.
4. Procedimientos Pre-entrenamiento
- Cebo cada taza de alimentos sin tope salarial en las siete torres con una recompensa de alimentos (por ejemplo, una pieza de cereal de la fruta) en el interior.
- Coloque una rata en el laberinto en un lugar al azar hasta que encuentra y consume los siete premios de alimentos antes de ser retirado.
- Si la rata no recupera todas las recompensas de comida dentro de 10min, luego retírelo del laberinto y dar procedimientos previos a la formación de nuevo al día siguiente. Nota: algunas ratas tardarán más que otros aprendan inicialmente para recuperar los beneficios de los alimentos desde la parte superior de las torres.
- Si una rata no recupera y consumir los siete premios de comida de las torres dentro de los dos primeros días de pre-entrenamiento, le dan sesiones de 30 minutos más en el OFTM hasta que se recuperan las recompensas de comida. Por lo general, la rata será encontrar y consumir todas las recompensas de comida después de una o dos de estas 30 sesiones min.
5. Lugar de entrenamiento y respuesta de entrenamiento Procedimientos
- Asigne a cada rata dos de los cuatro lugares de inicio. Contrarrestar la siguiente: el punto de liberación ubicación de inicio dentro de y entre cada día de entrenamiento; el tipo de aprendizaje (lugar vs respuesta); la "torre correcta" para todos los estudiantes de lugar; y el giro de cada respuesta en el alumno está capacitado para hacer (derecha vs izquierda).
- Al comienzo de cadaentrenamiento día a su vez en la máquina de ruido y abra el programa de grabación de vídeo. Cebo las cuatro torres y cubrir tres de las cuatro copas de alimentos, dejando el premio de comida en la torre "correcta" expuesta.
- En cada ensayo dado, iniciar la grabación de vídeo (consulte el manual de usuario del fabricante para obtener instrucciones), luego colocar la rata en el laberinto en su ubicación inicial asignado. Luego, ir detrás de la cortina para observar el comportamiento de la rata en un monitor de computadora. Retire la rata del laberinto inmediatamente después recupera la recompensa o una vez transcurridos 3 minutos y detener la grabación de vídeo.
- Para las ratas lugar de aprendizaje, utilice siempre la misma "correcta" torre de los alimentos, y colocar la rata en una de las dos ubicaciones de partida. Un lugar en el alumno resuelve el OFTM por encontrar un lugar específico utilizando las claves espaciales previstos en el laberinto. Por ejemplo, la torre de cebo D (= la torre "correcta") y suelte la rata de ubicación de inicio '2' o '3217; (flechas continuas en la figura 2A, izquierda), o torre cebo A y liberar una rata de ubicación de inicio '1' o '4' (flechas discontinuas en la Figura 2A, izquierda).
- Para las ratas de respuesta-learning, cambie la torre comida "correcta" en función de la ubicación de inicio. Respuesta de los alumnos resuelven el OFTM aprendiendo a hacer un giro específico (por ejemplo, siempre se gira a la derecha), con independencia de su punto de partida en el laberinto. Por ejemplo, la torre de cebo D y suelte la rata de ubicación de inicio '3', o cebo torre B y liberan la misma rata de una ubicación de inicio '2' (flechas continuas en la figura 2B, izquierda). Para una rata diferente, cebo torre B y suelte la rata de la ubicación "1", o torre cebo A y liberar esa rata de la ubicación "4" (discontinua flechas en la figura 2B, izquierda).
- Dar todas las ratas un total de 48 ensayos de entrenamiento en 12 días (cuatro ensayos por da y).
Figura 2. Mostrando Esquema lugar- y Respuesta-Capacitación y Exámenes Procedimientos de arriba. Esta figura muestra los lugares de inicio y de recompensa alimentos para la capacitación lugar-alumnos (A, izquierda) y los aprendices de respuesta (B, izquierda), y también el inicio y recompensa lugares utilizados durante la prueba de interruptor de posición de inicio de lugar-alumnos (A, derecha) y los alumnos de respuesta (B, derecha). Los números indican la ubicación de partida de una rata; cuadrados grises representan torres de alimentos; líneas continuas y discontinuas señalan a la torre comida cebo. Start lugares se compensan dentro de cada estado de entrenamiento. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Después de todas las ratas rendir al nivel asintótica (~ 80% de la correcta primera opción de responder) llevar a cabo una "Inicio Ubicación interruptor de prueba" para poner a prueba la persistencia del comportamiento aprendido.
- Contrarrestar los lugares de inicio nuevos (es decir, los lugares de inicio que no han sido utilizados anteriormente para la rata).
- Siga los procedimientos para cada ensayo de formación descrito en el apartado 5 del protocolo con las nuevas ubicaciones de inicio.
- Para una rata lugar-learning que originalmente fue lanzado desde la ubicación '2' o '3' y tenía la torre D como su torre "correcta", coloque la rata en cualquiera de la nueva ubicación de inicio '1' o '4', al tiempo que cebo torre D (Figura 2, derecha).
- Para una rata respuesta-learning que se publicó originalmente de ubicación '2' o '3' y aprendió a girar a la derecha para recibir la recompensa (en torres By D, respectivamente), coloque la rata en cualquiera de la nueva ubicación de inicio '1' o '4' y el cebo sea la torre A o C, respectivamente (que aún requeriría la rata para girar a la derecha con el fin de encontrar la recompensa de comida) Figura 2B, a la derecha.
- Administrar todas las ratas de ocho inicio ensayos de prueba de interruptores de ubicación a través de dos días (cuatro ensayos por día).
Análisis 7. Datos
- Haga que un experimentador que no ha entrenado ratas y no sabe el tratamiento de cada puntuación rata pruebas grabadas en video contando el número de respuestas a una rata hace para encontrar la torre "correcta" en cada ensayo (indicado por la rata se alza para arriba sobre el la taza del alimento).
- Se calcula el porcentaje de veces que una rata encuentra la recompensa en su primera elección (% de la primera elección de respuestas correctas) dentro de cada día de entrenamiento. Construir curvas utilizando el porcentaje de primera elección respuestas correctas a través de jornadas de formación de aprendizaje. Utilice el porcentaje de felección rimero respuesta correcta para el análisis estadístico.
- Calcular el número de ensayos que tomó la rata para llegar a la a priori criterio conjunto para adquirir la tarea (es decir, primera elección correcta de responder en 8 de cada 10 intentos consecutivos). Excluir ratas de análisis que no alcanzan el criterio a priori.
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Resultados
Los resultados representativos descritos aquí han sido publicados previamente en la Neurobiología del Aprendizaje y la Memoria, Elsevier 2. En este experimento, la OFTM se utilizó para probar los efectos de los tratamientos de estradiol crónicas y ciclismo en colocación y la respuesta-aprendizaje en ratas Sprague-Dawley (250-300 g; N = 48). Había dos razones importantes por las que se utilizó el OFTM para llevar a cabo este experimento. En primer lugar, el estradiol se ha demostrado que induce efectos diferen...
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Discusión
Numerosos paradigmas pueden ser utilizados para investigar aprendizaje y la memoria en roedores, y cada uno tiene pasos importantes que los experimentadores deben seguir. En el OFTM, es importante que las condiciones de laberinto (por ejemplo, la posición del laberinto, intra y señales extra-laberinto, luz tenue y el nivel de ruido de fondo, tiempo diario de entrenamiento) se mantienen constantes a lo largo de la duración del experimento. También es necesario para minimizar el estrés en los sujetos de rata para...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer a la Universidad Christopher Newport por financiar la preparación de este manuscrito y a la Universidad de Vermont por financiar los experimentos descritos en la sección de resultados representativos.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| de construcción OFTM | |||
| Gafas de seguridad, transparentes, sin recubrimiento | Grainger | 4EY97 | Se utiliza para la protección general de los ojos durante la construcción de laberintos |
| Cinta adhesiva, beige, 18 mm x 55 m | Grainger | 15F739 | Suministro general |
| Wiss Tijera multiuso | Home Depot | 37103278647 | Suministro general |
| Lancaster Mesa plegable redonda de 6 pies - Plástico de granito blanco de alta resistencia - 29 " | www.webstaurantstore.com | 384YCZ72RND | Utilizado como base del laberinto |
| Laminado Lámina de encimera en acabado blanco mate (48 x 96 x 0,039) | Home Depot | 1573603504896 | Se utilizan como paredes para la |
| lámina de encimera laminada laberíntica en acabado negro mate (48 x 96 x 0,039) | Home Depot | 1595603504896 | Utilizado como suelo del laberinto |
| Adhesivo, Spray, 24 onzas, 17.6 onzas netas. 3M | Grainger | 3MA16 | Se utiliza para adherir el suelo laminado a la mesa y las piezas de laminado entre sí |
| 16.6 oz #90 de alta resistencia S | Lowe's | 193252 | Se utiliza para adherir el suelo laminado a la mesa |
| Superflex RTV, Sellador adhesivo de silicona, Loctile | VWR | 300040-068 | Se utiliza para sellar alrededor del baze (entre el suelo y las paredes del laberinto) |
| Sellador industrial; 10.1 oz | Grainger | 4UH06 | Se utiliza para sellar alrededor del baze (entre el suelo y las paredes del laberinto) |
| Cinta de enmascarar de pintor; Shurtape; 2 en x 60 yd | Grainger | 6FET7 | Se utiliza para marcar patrones visuales en las paredes de los laberintos |
| Bandeja de pintura Mini/Trim | ACE Hardware 1365105 | Se utiliza para sujetar pintura | |
| Mini rodillo de espuma 4" 6 pk | ACE Hardware | 1494871 | utilizado para pintar patrones |
| Val Sample Set Nbase | pintura ACE Hardware | 1505031 | Utilizado como pintura para el patrón en las paredes del laberinto |
| HP Paint Black | Walmart | 72450405005 Se utiliza para pintar el patrón en las paredes del laberinto | |
| Pincel | Walmart | 81773801110 | Se utiliza para pintar el patrón en las paredes del laberinto |
| Cinta adhesiva, 2 en x 60 yd, 10.5 mil. Black | Grainger | 15F767 | Se utiliza para envolver el exterior del laberinto |
| 4x4 8 ft Pino PT Poste de vinilo-CTD con tapa | Home Depot | 40933070541 | Se utiliza para construir torres para el laberinto |
| Super Glue de 20 gramos | Lowe's | 125870 | Se utiliza para pegar la parte superior de las torres, las torres al suelo del laberinto y las tazas de comida a la parte superior de la torre |
| Contenedores de cuentas 9 - 1/2 | Michaels | 652695766978 | Se utilizan como vasos de comida en la parte superior de las torres |
| Pintura en aerosol, negro, 12 oz | Grainger | 6KP22 | Se utiliza para pintar tazas y cubiertas de alimentos Preparación de |
| la habitación | |||
| Conair SU1W Sound Machine; 10 Sounds | Home Depot | 204493600 | Utilizado para la lámpara de ruido de fondo |
| Walmart | 5027698392 | Se utiliza para la iluminación tenue de la sala del laberinto | |
| ES 14 & # 160; W Bombilla en espiral de luz diurna 4 pk | Home Depot | 762148208433 | Se utiliza para la iluminación tenue de la sala del laberinto |
| Cortina de ducha | Walmart | 3429910901 | Se utiliza para la separación entre el laberinto y el experimentador |
| Barra de cortina | Cama Baño & Más allá | 76598645104 | Se utiliza para la separación entre el laberinto y el experimentador |
| Froot Loops Cereal | Walmart | 3800039122 | Se utiliza como recompensa |
| Equipo | |||
| Grabadora de medios de comunicación Vídeo 3:4 | Noldus | NMR4-0200 | Se utiliza para grabar ensayos de entrenamiento |
| Cámara GigE monocromática | Noldus | XCFW-BG62 | Se utiliza para grabar ensayos de entrenamiento |
| Laptop Precision M4800 Dell | N | /A | Se utiliza para ejecutar software de video |
Referencias
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