El laberinto acuático de Morris

The Morris Water Maze

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Neuroscience

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The Morris Water Maze

1.7: An Introduction to Behavioral Neuroscience

1.15: An Introduction to Developmental Neurobiology

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07:42 min

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April 30, 2023

Overview

El laberinto acuático de Morris es una de las pruebas de comportamiento más ampliamente utilizadas para estudiar la memoria y el aprendizaje espacial. En las fases iniciales de esta tarea, roedores deben nadar hasta una plataforma para escapar de una piscina de agua. La plataforma entonces se oculta bajo la superficie del agua, para que el animal es necesario recordar su ubicación para escapar. Este diseño simple pero poderoso laberinto puede utilizarse para el análisis de la función cognitiva, estudio de modelos animales de enfermedades neurodegenerativas y probar posibles tratamientos farmacológicos.

Este video proporciona una introducción al laberinto acuático de Morris y los principios que rodean su uso, incluyendo una discusión de los diferentes tipos de memoria probado en el laberinto, puntos importantes a considerar al diseñar y llevar a cabo este experimento y el procedimientos para instalación y funcionamiento de la prueba. Se examinan varias aplicaciones del laberinto, como investigar cómo la radioterapia puede llevar a deterioro de la memoria. Por último, se introducen otros tipos de laberintos de agua, como el laberinto radial de 8 brazos, para mostrar cómo este paradigma puede ser adaptado para diferentes tipos de memoria.

Procedure

El laberinto acuático de Morris es una valiosa herramienta para estudiar el aprendizaje y la memoria en roedores. Estos bichos son buenos nadadores, pero generalmente prefieren estar en tierra. El laberinto de agua aprovecha esta preferencia para entrenar animales para utilizar una plataforma pequeña como un escape de un estanque de agua. Después del entrenamiento, la plataforma se oculta debajo de la superficie que requiere el roedor recordar su ubicación con respecto a señales visuales distantes.

Este video resume principios del laberinto acuático de Morris revisión procedimientos para configurar y ejecutar la prueba y resaltar algunos aspectos que esta y otras pruebas de agua se utilizan en estudios de laboratorio de análisis.

Entremos en la derecha a algunos conceptos básicos detrás de experimentación usando el laberinto acuático de Morris. Como se mencionó anteriormente, roedores encontrará su camino a una plataforma oculta mediante una referencia a señales visuales, como carteles de alto contraste alrededor de la habitación. Esto depende de regiones específicas del cerebro, incluyendo el hipocampo, cuya función es importante en la formación de la memoria. Cambios en el tiempo que tarda el roedor para encontrar la plataforma en una serie de ensayos sucesivos pueden utilizarse como una medida de aprendizaje espacial y memoria.

Para ayudar a cuantificar la memoria, la piscina expresiones se divide en cuatro cuadrantes para que la tendencia del animal a explorar la región cerca de la plataforma puede ser evaluada.

Los cuadrantes conceptuales son también útiles en el ensayo de sonda, donde el animal está a prueba en una piscina que contiene ninguna plataforma. Si realiza al menos 24 horas después de la terminación de la formación, la tendencia del animal a explorar el cuadrante anteriormente correcto es indicativa de largo plazo o “referencia” formación de la memoria.

Asimismo, ensayos de inversión implican un cambio en la localización de la plataforma y medir la flexibilidad cognitiva del roedor para reconocer que la plataforma se ha ido y en algún otro lugar. Puesto que todos estos datos se recogen en muchos ensayos y con muchos animales, variabilidad entre ensayos y temas tendrá un gran impacto en sus resultados.

Factores que pueden afectar al rendimiento animal incluyen temperatura, humedad o momento del día. Además, investigadores visibles pueden ser involuntarios señales visuales durante la prueba, por lo que la presencia y visibilidad de los investigadores en la sala de prueba son consideraciones importantes.

Variabilidad también existe entre los animales y puede ser una fuente de error. Como resultado, sexo y edad de roedor deben cuidadosamente coincidir entre grupos experimentales. Finalmente, las mediciones de animales con problemas de movilidad, lesiones o mala visión no reflejan con precisión el aprendizaje y no son ideales para probar en el laberinto de agua.

Ahora que se han considerado factores experimentales importantes, vamos a saltar en para configurar la prueba. Comenzar con una piscina llenada de agua fresca, no fría. Tamaño puede variar dependiendo de si está utilizando ratas o ratones. A continuación, coloque señales visuales no-motile alrededor de la sala, con al menos una localización por cuadrante.

Los ensayos de aprendizaje comienzan colocando una plataforma de escape en la piscina. A continuación, Coloque suavemente el tema en el agua, teniendo cuidado de no para sumergir la cabeza. Permitir que el animal a explorar el laberinto y registra la cantidad de tiempo que tarda en encontrar la plataforma. Si el roedor no localiza la plataforma en aproximadamente 60 segundos, guía allí y dejarlo durante 10-20 segundos antes de retirar, secar y colocar en una jaula caliente.

Para completar la formación, repita este procedimiento varias veces, con el animal comenzando cada ensayo sucesiva de un punto de entrada diferentes.

Ahora es el momento para poner a prueba la habilidad del animal para encontrar una plataforma oculta. Empezar por elevar el nivel de agua a aproximadamente una pulgada por encima de la parte superior de la plataforma y agregar leche en polvo o pintura no tóxica en el agua. En estos ensayos, registrar el tiempo en cada cuadrante del roedor y el tiempo que tardan en encontrar la plataforma.

Otra vez, si el animal no tuvo éxito en 60 segundos, guía a la plataforma y le permiten permanecer por un período corto antes del retiro. Repita este procedimiento por lo menos dos veces más el mismo día, con el animal comenzando cada ensayo sucesiva desde una posición diferente.

24 horas después de la terminación de los ensayos de la plataforma, realizar una prueba de sonda por retirar la plataforma y permitir que el animal a explorar el laberinto para otros ensayo de 60 segundos. Monitor y registro de tiempo en cada cuadrante.

Han aprendido los conceptos básicos del laberinto acuático de Morris, así que vamos a discutir cómo se usa en experimentos de la neurobiología del comportamiento.

En primer lugar, comportamiento ensayos como el laberinto de agua son extremadamente útiles para el estudio de la biología molecular de la memoria y el aprendizaje. Por ejemplo, los científicos pueden utilizar técnicas como la cirugía estereotáctica para manipular la expresión de genes específicos en el cerebro y probar directamente el impacto en el aprendizaje. Además, modelos de roedores de trastornos genéticos que afectan la memoria, como la enfermedad de Alzheimer, la prueba puede utilizarse para caracterizar moléculas que bien podrían ser factores de riesgo o posibles terapias para la enfermedad.

Pruebas de comportamiento también son importantes para el estudio de los efectos de la lesión cerebral en el aprendizaje y la memoria en el contexto de trauma en la cabeza, privación de oxígeno o lesiones en regiones específicas del cerebro. Por ejemplo, ciertos tratamientos médicos, como la radiación, pueden dañar el cerebro y afectar la memoria. En este experimento, los animales irradiados realizan mal en el laberinto de agua comparado con controles. Al mismo tiempo probando diferentes tratamientos, los investigadores pueden explorar las intervenciones que podrían prevenir el deterioro cognitivo en los seres humanos sometidos a radioterapia.

Puesto que el agua es muy eficaz para alentar a roedores a explorar un laberinto, que no es de extrañar que muchos basados en agua laberinto variantes existen. Algunas variantes buscan reducir estrés animal durante las pruebas, como este laberinto infantil, que alivia la necesidad para la natación y salidas en los bordes, donde roedores naturalmente prefieren ser. Otras variaciones de la natación, como el laberinto de 8 brazos, tienen una configuración más compleja, exigiendo que los roedores integran más información para llegar a los escapes. Este diseño permite la prueba simultánea de referencia y de corto plazo memoria de trabajo.

Sólo ha visto la introducción de Zeus en el laberinto acuático de Morris. Laberintos de agua son una manera para nosotros probar cómo animales aprenderán y recordaran y nos ayudan a comprender la relación entre la biología y el comportamiento.

¡Gracias por ver!

Transcript

The Morris water maze is a valuable tool to study learning and memory in rodents. These critters are good swimmers, but they generally prefer to be on land. The water maze takes advantage of this preference to train animals to use a small platform as an escape from a pool of water. After training, the platform is hidden beneath the surface requiring the rodent to remember its location with respect to distant visual cues.

This video will summarize principles of Morris Water Maze testing review procedures for setting up and running the test and highlight some ways that this and other water tests are used in lab studies.

Let’s dive right in to some basic concepts behind experimentation using the Morris water maze! As previously mentioned, rodents will find their way to a hidden platform by referencing visual cues, like high contrast posters arranged around the room. This depends upon specific regions of the brain, including the hippocampus, whose function is important in memory formation. Changes in the time it takes the rodent to find the platform in a series of successive trials can be used as a measure of spatial learning and memory.

To help quantify memory, the pool is conceptually divided into four quadrants so that the tendency of the animal to explore the region near the platform can be assessed.

The conceptual quadrants are also useful in the probe trial, where the animal is tested in a pool containing no platform. If performed at least 24 hours after the completion of training, the tendency of the animal to explore the formerly correct quadrant is an indication of long-term or “reference” memory formation.

Similarly, reversal trials involve a change in platform location and measure the cognitive flexibility of the rodent to recognize that the platform is gone and look somewhere else. Since all of these data are collected over many trials and with many animals, variability between trials and subjects will have a big impact on your results.

Factors that can affect animal performance include temperature, humidity, or time of day. Additionally, visible investigators can become unintentional visual cues during testing, so the presence and visibility of investigators in the test room are important considerations.

Variability also exists between animals and can be a source of error. As a result, rodent age and sex must be carefully matched between experimental groups. Finally, measurements from animals with mobility problems, injuries, or bad vision will not accurately reflect learning and are not ideal for testing in the water maze.

Now that you have considered important experimental factors, let’s jump in to setting up the test. Begin with a pool filled with cool, not cold, water. Pool size can vary depending on if you are using rats or mice. Next, place non-motile visual cues around the room, with at least one cue per quadrant.

The learning trials begin by putting an escape platform into the pool. Next, gently place the subject into the water, taking care not to submerge its head. Allow the animal to explore the maze and record the amount of time it takes to find the platform. If the rodent does not locate the platform within approximately 60 seconds, guide it there and allow it to stay for 10 – 20 seconds before removing, drying, and placing it into a warmed cage.

To complete the training, repeat this procedure multiple times, with the animal beginning each successive trial from a different entry point.

Now it’s time to test the animal’s ability to find a hidden platform. Start by raising the water level to about an inch above the top of the platform and adding powdered milk or non-toxic paint to the water. In these trials, record the time the rodent spends in each quadrant and the time it takes to find the hidden platform.

Again, if the animal doesn’t succeed in 60 seconds, guide it to the platform and allow it to remain for a short period before removal. Repeat this procedure at least twice more on the same day, with the animal beginning each successive trial from a different position.

24 hours after the completion of the hidden platform trials, perform a probe test by removing the platform and allowing the animal to explore the maze for another 60 second trial. Monitor and record time in each quadrant.

You have learned the basics of the Morris water maze, so let’s discuss how it’s used in behavioral neurobiology experiments.

First, behavioral tests like the water maze are extremely useful for studying the molecular biology of learning and memory. For instance, scientists can use techniques like stereotaxic surgery to manipulate the expression of specific genes in the brain and directly test the impact on learning. Furthermore, testing rodent models of genetic disorders affecting memory, like Alzheimer’s, can be used to characterize molecules that could either be risk factors or potential therapeutics for the disease.

Behavioral tests are also important for studying the impacts of brain injury on learning and memory in the context of head trauma, oxygen deprivation, or lesions in specific brain regions. For example, certain medical therapies, like radiation, can damage the brain and negatively impact memory. In this experiment, irradiated animals perform poorly in the water maze when compared to controls. By simultaneously testing different treatments, researchers can explore interventions that could prevent cognitive impairment in humans undergoing radiotherapy.

Since water is very effective in encouraging rodents to explore a maze, it’s no surprise that many water-based maze variants exist. Some variants seek to reduce animal stress during testing, like this paddling maze, which alleviates the need for swimming and provides exits at the edges, where rodents naturally prefer to be. Other swimming variations, such as the 8-arm maze, have a more complex configuration demanding that the rodents integrate more information to reach the escapes. This layout allows for simultaneous testing of both reference memory and shorter-term working memory.

You’ve just watched JoVE’s introduction to the Morris water maze. Water mazes are one way for us to test how animals learn and remember and help us understand the relationship between biology and behavior.

Thanks for watching!

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