La evaluación del aprendizaje espacial y la memoria en pequeños reptiles escamosos

Resumen

Este artículo describe una modificación del laberinto de Barnes, un paradigma estándar de roedores utilizado para evaluar la memoria espacial y el aprendizaje, para su uso en pequeños reptiles escamosos.

Resumen

La investigación clínica ha aprovechado una variedad de paradigmas para evaluar el deterioro cognitivo, la orientación comúnmente capacidad de aprendizaje y memoria espacial. Sin embargo, el interés por los procesos cognitivos de las especies nonmodel, típicamente dentro de un contexto ecológico, también se ha convertido en un campo de estudio emergente. En particular, el interés por los procesos cognitivos en los reptiles está creciendo a pesar de los estudios experimentales sobre la cognición de reptil son escasos. Los pocos estudios de reptil que han probado experimentalmente para el aprendizaje espacial y la memoria han utilizado paradigmas de roedores modificados para su uso en los reptiles. Sin embargo, ecológicamente aspectos importantes de la fisiología y el comportamiento de este grupo taxonómico deben tenerse en cuenta cuando se prueba para la cognición basado espacialmente. A continuación, describimos las modificaciones de la tierra seca Barnes laberinto y protocolo de pruebas asociado que pueden mejorar el rendimiento cuando el sondeo de aprendizaje espacial y la capacidad de memoria en pequeños reptiles escamosos. El paradigma descrito y proprocedimientos se utilizaron con éxito con los lagartos macho del lado-blotched (Uta stansburiana), lo que demuestra que el aprendizaje espacial y la memoria pueden ser evaluados en este grupo taxonómico con un aparato y un protocolo ecológicamente pertinentes.

Introducción

Muchas enfermedades neurodegenerativas tales como la presente de Alzheimer con una disminución progresiva en la capacidad cognitiva, normalmente concurrente con la degradación del cerebro ^1-4. Para la prueba de la influencia de la lesión cerebral y la degradación de los procesos cognitivos, la investigación clínica ha aprovechado las ventajas de especies de roedores modelo y la normalización de los aparatos de ensayo y el protocolo. En particular, los procesos de aprendizaje y memoria espacial se han evaluado a través de varios paradigmas estándar, tales como el laberinto de agua de Morris, laberinto de Barnes, y laberinto de brazos radiales (para una revisión completa de estos y otros paradigmas, ver ^5,6). La rica historia de estos paradigmas de aprendizaje y memoria espacial ha demostrado ser muy exitosa, permitiendo a los investigadores a entender muchas de las facetas y matices de la relación entre la memoria humana, la función cerebral y la enfermedad.

Si bien la evaluación de los procesos cognitivos se ha examinado en la investigación clínica para dejar de fumare algún tiempo, la investigación dirigida hacia las capacidades cognitivas de las especies nonmodel es relativamente nuevo. Los investigadores que estudian la cognición en especies nonmodel son típicamente interesado en la relevancia ecológica y evolutiva de los procesos cognitivos, particularmente en el contexto de la supervivencia y la reproducción. Algunos estudios en los reptiles han sugerido que las capacidades cognitivas avanzadas, en la memoria espacial particular, pueden ser la base de algunos comportamientos, en particular los relativos a la navegación y orientación. Sin embargo, aunque muchos estudios han demostrado que los reptiles pueden reorientar después del desplazamiento ^7,8, el comportamiento de los mecanismos cognitivos reorientación subyacente aún no han sido, se separan. Debido a esto, algunos estudios han tratado de evaluar experimentalmente la importancia del aprendizaje espacial y la memoria durante la navegación ^9-17. La metodología de estos estudios se modelan predominantemente después de paradigmas y protocolos de roedores, a veces modificados para su uso en los reptiles, pero estos estudioshan tenido un éxito variable en la evaluación de la memoria espacial. Algunos estudios han demostrado el aprendizaje espacial y la memoria en algunas especies ^{de 11-17,} mientras que otros estudios no encontraron ninguna evidencia de tal ^9,10. Por lo tanto, el papel o la existencia de aprendizaje espacial y la memoria durante la navegación en los reptiles todavía no está claro.

Un problema que puede ser problemático cuando se evalúa experimentalmente el aprendizaje espacial y la memoria en los reptiles es la relevancia ecológica de la tarea. Los reptiles son un grupo taxonómico especial muy distinta de roedores, lo que demuestra la gran variación en la ecología, comportamiento y fisiología. Las diferencias en el comportamiento a través de especies de reptiles posiblemente podrían afectar la evaluación de las capacidades cognitivas espaciales, sobre todo si el paradigma utilizado no aprovechar un comportamiento natural. Por ejemplo, en una especie que normalmente busca refugio en pequeñas grietas, las habilidades espaciales se pueden evaluar fácilmente usando un laberinto mientras que Barnes este laberinto puede no ser la opción ideal paradigmaen una especie que normalmente permanece inmóvil. Del mismo modo, la mayoría de los reptiles escamosos no son acuáticas y por lo tanto el laberinto de agua de Morris pueden no ser una buena opción para probar el aprendizaje espacial y la memoria (pero véase ^15); Sin embargo, este laberinto puede ser una opción ideal para probar las habilidades espaciales de las tortugas ^16. Por último, la fisiología de este grupo debe tenerse en cuenta, como los reptiles son ectothermic mantenimiento de la temperatura adecuada y, en particular, del sustrato, debe tenerse en cuenta durante el procedimiento de prueba.

El protocolo y el paradigma que aquí se presenta se utilizaron para sondear el aprendizaje espacial y la memoria en los lagartos del lado-blotched adultos (Uta stansburiana) ^13, un pequeño lagarto que normalmente huye de los depredadores en pequeñas grietas en las rocas ^18. Conociendo este aspecto de la historia natural y el comportamiento de las especies, se utilizó una modificación de la tradicional laberinto de Barnes para la prueba de aprendizaje espacial y la memoria. El laberinto i Barnessa laberinto de secano y por lo general se utiliza para probar la cognición espacial en modelos de roedores. Hemos modificado nuestro laberinto de varias maneras desde el laberinto de roedores, tanto en el diseño y el protocolo (descrito a continuación). Nuestra laberinto consistía en una plataforma circular con 10 orificios equidistantes unos de otros a lo largo del perímetro de la plataforma (Figura 1). El protocolo descrito aquí implica un sujeto que participan en ensayos de entrenamiento para aprender la ubicación de un agujero objetivo, entonces, una vez que el sujeto aprende la ubicación del orificio de meta, una sonda de prueba se utiliza para comprobar el uso de memoria espacial durante la navegación a la meta.

Protocolo

Todos los procedimientos fueron aprobados por la Universidad de Penn State Institucional Cuidado de Animales y el empleo Comisión (IACUC - Protocolo ID: 43242) y se adhirieron a las regulaciones locales, estatales y federales.

1. Preparación

1. Compra o construir el laberinto de Barnes, asegurando que los agujeros de los objetivos figuran tamaño apropiado para la especie de interés. Para este protocolo, utilice siete lagartos del lado-blotched adultos (Uta stansburiana). Determinar el tamaño de muestra adecuado para los estudios que utilizan otras especies.
   1. Si la construcción del laberinto de Barnes, la compra de cualquier punto de vista, la mesa redonda no poroso (106 cm de diámetro), elevación de 76,2 cm del suelo.
   2. Utilizando una cinta métrica, marcar 10 puntos equidistantes espaciadas 26 cm de distancia alrededor del perímetro de la mesa y de 6,35 cm del borde de la mesa. Utilice 10 hoyos mientras que los laberintos de roedores suelen tener más agujeros. Si lo hace, permite una reducción en el número de opciones de escape.
   3. Con una broca de sierra de orificios (2,54cm de diámetro), taladrar los 10 hoyos de goles y arena de bordes afilados.
   4. Montar cuatro clavijas de soporte del estante en cada agujero con tornillos, utilizando un recinto de casa como una guía para las dimensiones.
2. Coloque el laberinto en una habitación tranquila con luces de techo brillantes y una percepción del espacio disponible para la navegación (puertas, armarios, etc.).
3. Montar un enfoque automático, cámaras de gran angular del objetivo (11,3 cm x 3,99 cm) u otra cámara adecuada directamente por encima del laberinto. Asegúrese de que el campo de visión de la secuencia de vídeo abarca todo el laberinto.
4. Coloque el ordenador y la silla de observadores de al menos 1 m del laberinto.
5. Marcar las piernas del laberinto en el suelo con un marcador permanente o cinta. Esto permite la corrección de cualquier movimiento minutos del laberinto en el transcurso de los ensayos.
6. Al azar asignar uno de los agujeros como "1" y el número de los otros agujeros consecutivamente a través de "10". Con un marcador permanente, escribir los números a lo largo del lado de la parte exteriordel laberinto para facilitar la consulta. Asegúrese de que los números no son visibles a un animal dentro del laberinto.
7. Asignar al azar a los agujeros meta sujetos utilizando un generador de números aleatorios.

2. Los ensayos de entrenamiento

NOTA: Los reptiles tienen una temperatura corporal preferido que se puede obtener de la bibliografía. Si los animales se hacen lentos a través de múltiples ensayos de entrenamiento, el laberinto puede ser demasiado frío y esto puede afectar el comportamiento. Un calentador de espacio pequeño o cinta de calor en la parte inferior del laberinto puede aumentar adecuadamente la temperatura superficial del laberinto, la mejor indicación térmica de la temperatura del cuerpo, para mantener la temperatura corporal y un rendimiento óptimos de comportamiento.

1. Si los sujetos se encuentran fuera de la sala de pruebas, llevar animales en sus cajas de origen en la sala de al menos 30 minutos antes de la prueba. Asegúrese de proporcionar calor en recintos de origen (por ejemplo, lámparas de calor, cinta de calor) con el fin de mantener la temperatura corporal antes de la prueba.
   1. software de seguimiento abierto y aplicación de cámara web para el canal de video. El software de seguimiento de costumbre fue escrito para Matlab y la caja de herramientas de procesamiento de imágenes; otro software de seguimiento está disponible comercialmente.
   2. Evaluar el campo de visión de la secuencia de vídeo. Si el laberinto no está en el campo de visión, comprobar que el laberinto se encuentra dentro de las marcas en el suelo.
   3. Abra la hoja de cálculo que contiene la información sobre la fecha, hora de inicio / final de los ensayos de formación, sujeta ID, agujero meta asignada, número de ensayos carrera de entrenamiento, las notas y las iniciales del observador.
   4. Aleatoriamente el orden en el que se pondrán a prueba los sujetos. Los sujetos de prueba de una manera sistemática.
2. Retire el primer tema de su jaula hogar y colocar suavemente el sujeto en el centro del laberinto. Colocar un recipiente de plástico sobre el animal; Hacer esto impide que el sesgo de orientación inconsciente por el investigador. Permitir a los 30 s se aclimaten.
3. Montar jaula del animal en el laberinto, directamente debajo de la tanfirmado agujero meta, deslizando la parte superior del recinto en los alojamientos de clavija. Asegúrese de que la roca que toma el sol en la jaula de alojamiento está directamente debajo del agujero, el cual servirá como una percha cuando el animal desciende en el agujero. En este punto, el uso de señales térmica o química de la carcasa hogar para uso en navegación es irrelevante.
   1. laberintos de roedores usan un recinto limpio como una vía de escape para el sujeto. Sin embargo, fomentar la entrada en el agujero durante el entrenamiento ensayos mediante el montaje de cerramiento de origen del animal en el laberinto.
4. Retire con cuidado la bañera de plástico de la parte superior del laberinto.
5. Iniciar la grabación del ensayo de entrenamiento con la aplicación de cámara web.
   1. Deje que el objeto de explorar el laberinto durante 10 minutos. Si ocurre algo atípica, indicarlo en la hoja de cálculo.
   2. Si el sujeto cae o se queda fuera de la mesa, volver suavemente al sujeto a la mitad del laberinto. Continuar sincronización y grabación si el animal está fuera del laberinto durante 30 s o menos.Si el sujeto está fuera del laberinto durante más de 30 s, abortar el juicio. Registrar esta información en la sección de notas del libro.
   3. Si el sujeto desciende en el agujero meta sin ayuda, considere el juicio como durante en ese momento.
   4. Si el sujeto no entra en el agujero meta, considere el ensayo como más de una vez transcurridos 10 min.
6. Si el sujeto no entra en el agujero de meta después de 10 minutos, con la mano suavemente guiar al animal, de cabeza, en el agujero meta apropiada.
7. Deja de software de seguimiento y vídeo. Guardar imágenes de vídeo.
8. Deje que el sujeto en reposo durante al menos 2 minutos en su recinto en casa mientras que el gabinete esté montado bajo el laberinto.
9. El uso de una botella de spray y toallas de papel, limpiar la parte superior del laberinto con una mezcla de jabón diluida de 1:10 jabón al agua. Si lo hace, se opone a la utilización de señales químicas al navegar por el laberinto. Algunas especies, en particular los que hacen un uso intensivo de la información quimiosensriales necesitate enjuague adicional del laberinto con agua caliente para eliminar todas las señales olfativas.
10. Retire la caja de debajo del laberinto y, o bien repetir el ensayo de entrenamiento con el mismo individuo o de un nuevo individuo. Cada objeto se puede ejecutar en un máximo de 5 ensayos de entrenamiento por día, con intervalos de 30 minutos entre los ensayos de un individuo.
11. Repita este procedimiento hasta que un sujeto desciende en su agujero meta sin ayuda, en 3 ensayos de entrenamiento diferentes, lo que indica que se ha producido el aprendizaje de la ubicación objetivo. Los tres ensayos de entrenamiento no necesitan ser consecutivos. Si un sujeto alcanza este criterio, el sujeto se mueve a la sonda de prueba a fin de evaluar la memoria espacial.

3. Ensayos de sonda

NOTA: Una vez que el sujeto alcanza criterio, el sujeto ha aprendido a navegar a la meta. Sin embargo, en este momento, todavía no está claro si el sujeto está navegando utilizando una estrategia espacial o alguna otra estrategia de navegación. ensayo de investigacións prueba para esto y debe llevarse a cabo el día después de que el sujeto alcanza criterio en los ensayos de entrenamiento.

1. Girar el laberinto de 180 °, asegurando que las piernas del laberinto están dentro de las marcas en el suelo. La rotación del laberinto permite a las señales locales que identifican directamente con el objetivo de estar en conflicto directo con las claves espaciales más estables.
2. Repita los pasos 2.1 - 2.5.2, omitiendo el paso 2.3 del montaje de cerramiento casa del sujeto bajo el laberinto. Si lo hace, se opone a la utilización de señales olfativas o de otro tipo que emanan de la caja a casa durante la exploración del laberinto.
3. Durante los ensayos de la sonda, los sujetos son libres de explorar el laberinto de los 10 minutos completos para evaluar la conducta exploratoria. Después de 10 minutos, deje de software de vídeo y el seguimiento.
4. Retire el tema del laberinto y devolverlo a su jaula.
5. Limpiar la parte superior del laberinto con la mezcla de jabón diluida.

4. Medidas de comportamiento

NOTA: Para la formación trials, incluir medidas de comportamiento, tales como la latencia para llegar al hoyo meta, número de errores cometidos (investigación de un agujero nongoal; hocico del animal debe estar dentro de 1 cm del orificio), y la proporción de tiempo dedicado en el cuadrante correcto de la laberinto.

1. Para ensayos de entrenamiento, determinar una estrategia de búsqueda. Una estrategia directa se define como descendente en el agujero meta con menos de 3 errores. Una estrategia de serie es el examen de 3 o más agujeros laberinto consecutivos a lo largo del perímetro del laberinto. Una estrategia aleatoria es examen no de serie de agujeros de laberinto con 3 o más errores.
   NOTA: Para los ensayos de exploración, las medidas de comportamiento incluyen la latencia para llegar al agujero espacialmente correcta, el número de errores cometidos antes de investigar el agujero espacialmente correcta, y la proporción de tiempo dedicado en el cuadrante espacialmente correcta del laberinto.
2. Para una evaluación más rigurosa de elección no aleatoria del agujero objetivo espacialmente correcta, emplear muestreo sin reemplazo al calculartasa de oportunidad.

Resultados

Este protocolo permite la evaluación experimental de la navegación basada en el espacio en pequeños lagartos. Un estudio previo utilizado con éxito este protocolo a la sonda para la navegación espacial en los lagartos del lado-blotched varones ^13. En ese estudio, los hombres fueron entrenados para navegar a un agujero de meta y, una vez que se alcanzó el criterio, progresaron en un ensayo de investigación para evaluar las señales priorizados cuando navega hacia un agujero meta...

Discusión

Cuando la prueba experimental para el aprendizaje espacial y la memoria, hay varias cuestiones conceptuales importantes que se tratan en algunos de los principales pasos en el protocolo. En primer lugar, los sujetos deben demostrar que están aprendiendo la ubicación del orificio de meta en el transcurso de los ensayos de entrenamiento. La consecución del criterio preestablecido demuestra que se ha producido el aprendizaje de la ubicación del agujero meta. Si los sujetos no aprenden la ubicación del orificio de objetivo,...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Barnes maze	TSE Systems	302050-BM/M	Disponible de otros proveedores. Alternativamente, se puede construir un laberinto de Barnes a partir de una mesa redonda estándar no porosa.
Cinta térmica	Big Apple Pet Supply		También puede usar un pequeño calefactor situado en el piso debajo del laberinto.
Cuidador de mascotas para animales pequeños	Petco	1230204	Recinto de vivienda que se puede montar debajo del laberinto.
Piquetas de soporte de estante niqueladas	Newegg	241941	clavijas unidas a la parte inferior del laberinto. Asegura el recinto al laberinto durante las pruebas.
LifeCam Studio webcam	Microsoft	Q2F-00013	Disponible de otros proveedores. También se pueden utilizar otras marcas de cámaras web.
Software de seguimiento	Código escrito a medida para Matlab y el software de seguimiento de vídeo Image Toolbox		. Se pueden utilizar otros programas de seguimiento como el VideoMot 2 de TSE Systems.