Un ensayo conductual para investigar el papel de la memoria espacial durante defensa instintiva en ratones
21 de julio de 2018
Este protocolo describe un ensayo conductual, basado en la prueba del laberinto de Barnes, para estudiar cómo instintiva defensiva acciones son modificadas por el conocimiento del entorno espacial.
Este ensayo puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la memoria espacial, como la forma en que los animales navegan hacia una ubicación objetivo recientemente aprendida. La principal ventaja de este paradigma es que provoca un comportamiento de navegación dirigido a un objetivo etiológicamente importante que se desencadena por un estímulo sensorial bien controlado, y no requiere entrenamiento previo de los ratones. Comience colocando señales visuales en la periferia de la plataforma, que debe estar al menos a dos centímetros del borde para evitar que los ratones las alcancen.
Fije el refugio a la plataforma. Luego, coloque un diodo emisor de luz, o LED, en la entrada del refugio para proporcionar una señal de referencia visual local. A continuación, para aislar al ratón de las señales visuales distales externas, ensamble una pared octogonal que se extienda 40 centímetros por encima y 15 centímetros por debajo de la superficie de la plataforma alrededor de la arena, colocada a 10 centímetros del borde de la plataforma.
Coloque un altavoz de ultrasonido a 50 centímetros por encima del centro de la plataforma para emitir estímulos auditivos aversivos y conecte una tarjeta de sonido y un amplificador a un altavoz. Luego, coloque una pantalla translúcida a 64 centímetros por encima de la arena para proyectar estímulos visuales aversivos desde arriba con un proyector. Calibre la luz del proyector de modo que haya de cinco a 10 orejetas en el centro de la superficie de la plataforma.
Coloque luces infrarrojas y una cámara infrarroja con un filtro de paso de pérdida sobre la plataforma para evitar el parpadeo del protector en el video adquirido. Luego, coloque el aparato conductual dentro de una caja a prueba de luz y sonido para evitar que las señales externas afecten el experimento. Por último, utilice el software disponible en el mercado para rastrear la posición del ratón en línea.
Comienza proyectando los estímulos visuales en la pantalla colocada sobre la arena. Rastree la posición del ratón en línea y predefina una región de interés en la arena correspondiente a la ubicación del estímulo visual previamente definido para centrar el estímulo visual por encima del animal. A continuación, pruebe el estímulo auditivo que consiste en un tren de tres barridos ascendentes de frecuencia modulada de 17 a 20 kilohercios durante tres segundos que duran nueve segundos en total.
Comience limpiando meticulosamente la superficie de la plataforma con etanol al 70% para eliminar las señales olfativas no deseadas. Enjuague el refugio con agua y etanol al 70%, luego lave una vez más con agua para eliminar el olor a etanol. Seque bien tanto la plataforma como el refugio, ya que el ratón puede evitar entrar en el refugio si está mojado.
Varía la ubicación del refugio en la plataforma para cada prueba girando la plataforma antes del experimento. A continuación, lleve el ratón a la sala de experimentos en su jaula de origen y coloque la jaula al lado de la plataforma de prueba durante un período de aclimatación de 10 minutos. Agregue dos gramos de ropa de cama de la jaula de la casa del ratón al interior del refugio para que sirva como una señal olfativa local.
Saca al ratón de su jaula y evita que lo recupere por la cola. Tócalo con una taza o déjalo trepar sobre un elemento de enriquecimiento que se pueda levantar. Luego, coloque suavemente el mouse en el centro de la arena e inicie la adquisición de video.
Permita un período de habituación de siete minutos, durante el cual no se presente ningún estímulo aversivo. Asegúrese de que el ratón tenga tiempo suficiente para encontrar y entrar al refugio al menos una vez, que es cuando las cuatro extremidades están dentro del refugio. A continuación, activa automática o manualmente la entrega del estímulo visual centrado sobre el ratón una vez que el animal alcanza una región de interés predefinida.
Para provocar más de una respuesta de escape en la misma sesión, permita que el ratón abandone voluntariamente el refugio. Una vez finalizado el ensayo, regrese al animal a su jaula de origen. Por último, limpie la plataforma y el refugio antes de probar al siguiente animal.
Los ratones expuestos a estímulos auditivos o visuales iniciaron respuestas de escape rápidas con latencias cortas entre el inicio de la estimulación y el inicio del vuelo. La latencia media para escapar del estímulo fue significativamente mayor para la estimulación auditiva que para la visual. Además, la navegación al refugio era precisa y las trayectorias de vuelo eran casi una línea recta en todos los tipos de estímulos.
Después de un período de aclimatación de siete minutos al laberinto sin refugio, la presentación de un estímulo visual prolongado produjo un comportamiento de congelación en lugar de escape. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 90 minutos si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar presentar el estímulo visual por encima o por encima en la cabeza del ratón, y no mientras el ratón está investigando el borde de la plataforma, ya que probablemente pasará por alto el estímulo.
Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo del comportamiento instintivo exploraran el control del conocimiento aprendido sobre el comportamiento defensivo instintivo en ratones. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo provocar un comportamiento defensivo en ratones y cómo usarlos para estudiar la navegación espacial durante las respuestas de escape.
Resumen
Este protocolo describe un ensayo conductual basado en la prueba del laberinto de Barnes para estudiar acciones defensivas innatas modificadas por el conocimiento del entorno espacial. Tiene como objetivo esclarecer cómo los animales se desplazan hacia ubicaciones objetivo aprendidas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología conductual
- Memoria espacial
Antecedentes
- La prueba del laberinto de Barnes es un método ampliamente utilizado para evaluar el aprendizaje espacial y la memoria en roedores.
- Este ensayo permite examinar el comportamiento de navegación dirigido a un objetivo sin entrenamiento previo.
- Comprender los comportamientos defensivos en relación con las señales espaciales puede proporcionar información sobre acciones instintivas.
- Estudios previos han demostrado que los estímulos sensoriales pueden influir significativamente en las respuestas de escape.
Objetivo del estudio
- Investigar cómo los estímulos visuales y auditivos afectan los comportamientos defensivos en ratones.
- Explorar la relación entre el conocimiento aprendido y las respuestas instintivas.
- Desarrollar un método confiable para provocar y medir comportamientos de escape en un entorno controlado.
Métodos Utilizados
- Configuración de un laberinto de Barnes con estímulos visuales y auditivos.
- Uso de cámaras infrarrojas para rastrear los movimientos del ratón.
- Calibración de estímulos sensoriales para provocar respuestas de escape específicas.
- Aclimatación de los ratones al entorno de prueba antes de los ensayos.
Resultados principales
- Los ratones exhibieron respuestas de huida rápidas ante estímulos auditivos y visuales.
- La latencia para huir fue mayor para los estímulos auditivos en comparación con los estímulos visuales.
- Se observó una navegación precisa hacia el refugio en todos los tipos de estímulos.
- Se observó comportamiento de inmovilidad cuando no había refugio presente durante la aclimatación.
Conclusiones
- Este ensayo demuestra eficazmente la influencia de los estímulos sensoriales sobre los comportamientos defensivos.
- El método puede utilizarse para explorar más a fondo el control del comportamiento instintivo en ratones.
- Los hallazgos contribuyen a la comprensión de la navegación espacial y la memoria en relación con las señales aprendidas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este ensayo permite a los investigadores de biofármacos evaluar cómo la memoria espacial aprendida modula los comportamientos defensivos instintivos en ratones, proporcionando un modelo traslacional para estudiar la navegación dirigida a objetivos en condiciones aversivas. Al vincular las respuestas desencadenadas por estímulos sensoriales con la elaboración cognitiva de mapas, el método apoya la reducción mecanicista de riesgos en la validación de dianas terapéuticas para tratamientos neuropsiquiátricos y neurodegenerativos. Ofrece un paradigma sin necesidad de entrenamiento y etológicamente relevante que mejora la confianza predictiva en la selección preclínica de compuestos que afectan al miedo, la ansiedad o la cognición espacial.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Examina cómo la memoria espacial influye en el comportamiento defensivo, aclarando los circuitos neuronales implicados en la respuesta a amenazas y la navegación.
- Valor operativo: Permite la comprobación de hipótesis sin entrenamiento previo, reduciendo la variabilidad y acelerando estudios de interacción con dianas en fases iniciales.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Proporciona lecturas cuantitativas sobre la latencia de escape y la precisión de la navegación, lo que permite una evaluación estandarizada de los efectos de compuestos sobre el procesamiento sensorial y la toma de decisiones.
- Valor operativo: Facilita la estandarización de ensayos mediante la administración controlada de estímulos y el seguimiento automatizado, mejorando la reproducibilidad entre campañas de cribado.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Une el comportamiento innato con la cognición aprendida, ofreciendo una visión sobre cómo el contexto ambiental altera las vías sensibles a fármacos en sistemas relevantes para enfermedades.
- Valor operativo: Facilita la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica mediante la modelización de comportamientos adaptativos bajo condiciones ambientales cambiantes.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El ensayo se integra en el continuo de descubrimiento desde la identificación del blanco hasta la optimización del fármaco inicial, particularmente para compuestos que tienen como diana circuitos neuronales del miedo, la ansiedad o la memoria espacial.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la investigación mecanicista de cómo los objetivos aprendidos modulan las respuestas instintivas, ayudando a reducir riesgos en dianas terapéuticas.
- Tamizaje: Proporciona resultados conductuales cuantitativos y reproducibles, adecuados para tamizaje de alto contenido de compuestos neuroactivos.
- Analítica: Permite medir la latencia de escape, la eficiencia del recorrido y la precisión del refugio como indicadores farmacodinámicos.
- Investigación Translacional: Modela cómo el conocimiento espacial influye en las estrategias defensivas, lo cual es relevante para la investigación sobre el TEPT, el Alzheimer y la adicción.
- Reutilización Empresarial: Representa una plataforma escalable para evaluar terapias dirigidas al SNC en múltiples etapas del descubrimiento.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Reduce la ambigüedad mecanicista al aislar la contribución de la memoria espacial al comportamiento defensivo.
- Valor operativo: Elimina la necesidad de entrenamiento previo, reduciendo la carga operativa y aumentando el rendimiento en instalaciones centrales de comportamiento.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción al revelar efectos del fármaco dependientes del contexto que podrían pasarse por alto en ensayos estándar.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de compuestos basándose en sus efectos en escenarios etológicamente válidos y con desafíos ambientales.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en neurociencia del comportamiento y sistemas de rastreo basados en video.
- Depende de la calibración precisa de estímulos auditivos y visuales, así como del montaje de imagen infrarroja.
- Necesita la estandarización de la limpieza de la plataforma y la preparación del refugio para controlar factores de confusión olfativos.
- Debe tener en cuenta la variabilidad individual en el comportamiento de exploración y búsqueda de refugio durante la habituación.
- Se limita a modelos murinos; la extrapolación a otras especies requiere validación conductual y anatómica.
