Évaluation de l'apprentissage spatial et la mémoire dans les petits squamate Reptiles

Résumé

Cet article décrit une modification du labyrinthe de Barnes, un paradigme standard de rongeurs utilisé pour évaluer la mémoire spatiale et l’apprentissage, pour une utilisation chez les petits reptiles squamates.

Résumé

La recherche clinique a mis à profit une variété de paradigmes pour évaluer le déclin cognitif, ciblant généralement apprentissage et de mémoire capacités spatiales. Cependant, l'intérêt pour les processus cognitifs des espèces nonmodel, généralement dans un contexte écologique, est également devenue un nouveau domaine d'étude. En particulier, l'intérêt pour les processus cognitifs chez les reptiles se développe bien que des études expérimentales sur la cognition reptilien sont rares. Les quelques études reptiliens qui ont expérimentalement testées pour l'apprentissage spatial et la mémoire ont utilisé des paradigmes de rongeurs modifiés pour l'usage chez les reptiles. Cependant, sur le plan écologique des aspects importants de la physiologie et le comportement de ce groupe taxonomique doivent être pris en compte lors de l'essai de la cognition à base spatialement. Ici, nous décrivons les modifications de la terre sèche Barnes labyrinthe et protocole de test associé qui peut améliorer les performances lors de palpage pour l'apprentissage spatial et la capacité de mémoire dans de petits reptiles squamates. Le paradigme décrit et proprocédures ont été utilisés avec succès avec des lézards mâles côté-blotched (Uta stansburiana), ce qui démontre que l' apprentissage spatial et la mémoire peuvent être évalués dans ce groupe taxonomique avec un appareil et d'un protocole écologique pertinent.

Introduction

Beaucoup de maladies neurodégénératives telles que la présente d'Alzheimer avec une baisse progressive de la capacité cognitive, concurrente généralement avec la dégradation du cerveau ^1-4. Pour tester l'influence des lésions cérébrales et de la dégradation sur les processus cognitifs, la recherche clinique a mis à profit les avantages du modèle des espèces de rongeurs et de la normalisation des appareils d'essai et de protocole. En particulier, les processus d'apprentissage et de mémoire spatiale ont été évalués par plusieurs paradigmes standards tels que le labyrinthe Morris de l' eau, Barnes labyrinthe et labyrinthe de bras radial (pour un examen complet de ces et d' autres paradigmes, voir ^5,6). La riche histoire de ces paradigmes apprentissage et de mémoire spatiale a démontré un certain succès, ce qui permet aux chercheurs de comprendre un grand nombre de facettes et les nuances de la relation entre la mémoire humaine, la fonction cérébrale et la maladie.

Bien que l'évaluation des processus cognitifs a été examiné dans la recherche clinique pour cesser de fumere quelque temps, la recherche orientée vers les capacités cognitives des espèces nonmodel est relativement nouveau. Les chercheurs qui étudient la cognition chez les espèces nonmodel sont généralement intéressés par la pertinence écologique et l'évolution des processus cognitifs, en particulier dans le contexte de la survie et la reproduction. Certaines études chez les reptiles ont suggéré que les capacités cognitives avancées, notamment la mémoire spatiale, peuvent sous-tendre certains comportements, en particulier ceux concernant la navigation et l'orientation. Cependant, alors que de nombreuses études ont démontré que les reptiles peuvent réorienter après le déplacement ^7,8, les mécanismes cognitifs comportement de réorientation sous - jacente n'a pas encore été taquiné dehors. De ce fait , certaines études ont tenté d'évaluer expérimentalement l'importance de l' apprentissage spatial et la mémoire pendant la navigation ^9-17. La méthodologie de ces études sont principalement modelée après des paradigmes et des protocoles rongeurs, parfois modifiés pour l'usage chez les reptiles, mais ces étudesont eu un succès variable dans l'évaluation de la mémoire spatiale. Certaines études ont démontré l' apprentissage spatial et la mémoire chez certaines espèces ^11-17 tandis que d' autres études ont trouvé aucune preuve d' une telle ^9,10. Ainsi, le rôle ou l'existence de l'apprentissage spatial et la mémoire pendant la navigation dans les reptiles est encore incertain.

Une question qui peut être problématique lors de l'évaluation expérimentale d'apprentissage spatial et la mémoire chez les reptiles est la pertinence écologique de la tâche. Les reptiles sont un groupe taxonomique spéciale distincte de rongeurs, ce qui démontre une grande variation dans l'écologie, le comportement et la physiologie. Les différences de comportement entre les espèces reptiliennes pourraient éventuellement avoir une incidence évaluation des capacités cognitives spatiales, en particulier si le paradigme utilisé ne touchez pas à un comportement naturel. Par exemple, dans une espèce qui cherche habituellement refuge dans de petites crevasses, les capacités spatiales peuvent être facilement évalués à l'aide d'un labyrinthe Barnes alors ce labyrinthe ne peut pas être le choix de paradigme idéaldans une espèce qui reste généralement immobile. De même, la plupart des reptiles squamates ne sont pas aquatiques et donc le labyrinthe d'eau de Morris peuvent ne pas être un choix approprié pour tester l' apprentissage spatial et la mémoire (mais voir ^15); toutefois, ce labyrinthe peut être un choix idéal pour tester les capacités spatiales des tortues ^16. Enfin, la physiologie de ce groupe doit être pris en compte, comme les reptiles sont des animaux ectothermes maintien de la température et appropriée, en particulier du substrat, doit être examinée au cours de la procédure de test.

Le protocole et le paradigme présenté ici ont été utilisés pour sonder l' apprentissage spatial et la mémoire chez les lézards adultes de côté-blotched (Uta stansburiana) ^13, un petit lézard qui fuit généralement des prédateurs dans de petites crevasses dans les roches ^18. Connaissant cet aspect de l'histoire naturelle et du comportement de l'espèce, nous avons utilisé une modification du labyrinthe traditionnel Barnes pour tester l'apprentissage spatial et la mémoire. Le Barnes labyrinthe isa labyrinthe des terres arides et généralement utilisé pour tester la cognition spatiale dans les modèles de rongeurs. Nous avons modifié notre labyrinthe de plusieurs façons de le labyrinthe des rongeurs, dans la conception et le protocole (décrit ci-dessous). Notre labyrinthe consistait en une plate - forme circulaire avec 10 trous équidistants les uns des autres le long du périmètre de la plate - forme (figure 1). Le protocole décrit ici implique un sujet participant à des essais de formation pour apprendre l'emplacement d'un trou de but, puis, une fois que le sujet apprend l'emplacement du trou de but, un essai de sonde est utilisé pour déterminer l'utilisation spatiale de mémoire pendant la navigation vers le but.

Protocole

Toutes les procédures ont été approuvées par le Penn State University Institutional Animal Care et utilisation Commission (IACUC - Protocole ID: 43242) et respectées toutes les lois et les règlements fédéraux.

1. Préparation

1. Achat ou construire le labyrinthe Barnes, assurant que les trous de but sont correctement dimensionnés pour les espèces d'intérêt. Pour ce protocole, utiliser sept lézards de côté-blotched adultes (Uta stansburiana). Déterminer la taille d'échantillon adéquate pour les études utilisant d'autres espèces.
   1. Si la construction du labyrinthe Barnes, acheter un standard, table ronde non poreuse (106 cm de diamètre), élevées de 76,2 cm du sol.
   2. L'utilisation d'un ruban à mesurer, marquer 10 points équidistants espacés de 26 cm de distance autour du périmètre de la table et de 6,35 cm du bord de la table. Utilisez 10 trous alors que les labyrinthes rongeurs ont généralement plus de trous. Cela permet une réduction du nombre d'options d'échappement.
   3. L'utilisation d'un bit de scie à trou (2,54cm de diamètre), percer les 10 trous de but et le sable des bords tranchants.
   4. Monter quatre chevilles de support d'étagère dans chaque trou avec des vis, en utilisant une enceinte à la maison comme un guide pour les dimensions.
2. Placez le labyrinthe dans une pièce calme avec un éclairage lumineux et frais généraux repères spatiaux disponibles pour la navigation (portes, armoires, etc.).
3. Monter une mise au point automatique, webcam grand-angle (11,3 cm x 3,99 cm) ou un autre appareil approprié directement au-dessus du labyrinthe. Soyez certain que le champ de vision du flux vidéo englobe l'ensemble du labyrinthe.
4. Placez l'ordinateur et chaise d'observateur au moins 1 m du labyrinthe.
5. Marquez les jambes du labyrinthe sur le sol avec un marqueur ou d'une bande permanente. Cela permet de corriger tout mouvement de minutes du labyrinthe au cours des essais.
6. Aléatoirement assigner un des trous que "1" et le nombre des autres trous consécutivement par "10". Avec un marqueur permanent, écrire les nombres sur le côté de l'extérieurdu labyrinthe pour faciliter la référence. Veiller à ce que les chiffres ne sont pas visibles à un animal dans le labyrinthe.
7. attribuer au hasard objectif trous pour les sujets en utilisant un générateur de nombres aléatoires.

2. Essais de formation

REMARQUE: Les reptiles ont une température corporelle préférée qui peut être obtenu à partir de la littérature. Si les animaux deviennent lent sur plusieurs essais de formation, le labyrinthe peut être trop cool et cela peut affecter le comportement. Un petit appareil de chauffage ou de la bande de chaleur sur la face inférieure du labyrinthe peuvent augmenter de manière adéquate labyrinthe température de surface, la meilleure indication thermique de la température du corps, afin de maintenir la température du corps et des performances optimales de comportement.

1. Si les sujets sont logés à l'extérieur de la salle d'examen, amener des animaux dans leurs enclos à la maison dans la pièce au moins 30 minutes avant le test. Assurez - vous de fournir de la chaleur dans des enclos à domicile (par exemple, des lampes chauffantes, ruban de chaleur) afin de maintenir la température du corps avant l' essai.
   1. logiciel de suivi ouvert et application webcam pour le flux vidéo. Le logiciel de suivi personnalisé a été écrit pour Matlab et la boîte à outils de traitement d'image; un autre logiciel de suivi est disponible dans le commerce.
   2. Évaluer le champ de vision du flux vidéo. Si le labyrinthe est pas dans le champ de vision, vérifier que le labyrinthe est dans les marques sur le sol.
   3. Ouvrez la feuille de calcul contenant des informations sur la date, commencer / temps des essais de formation, sous réserve ID, trou de but assigné, le nombre d'essais de formation organisés, les notes et les initiales de l'observateur fin.
   4. Randomize l'ordre dans lequel les sujets seront testés. Les sujets testés de manière systématique.
2. Retirer le premier sujet de sa cage et placez doucement le sujet au milieu du labyrinthe. Placez une baignoire en plastique sur l'animal; Ce faisant empêche le biais de l'orientation inconsciente par le chercheur. Autoriser 30 s à acclimater.
3. Monter la maison de la cage de l'animal dans le labyrinthe, directement sous l'ensigné trou de but, en faisant glisser la partie supérieure de l'enceinte dans les supports de cheville. Soyez certain que la roche pèlerin dans la cage de la maison est directement sous le trou, qui servira de perchoir quand l'animal descend dans le trou. À ce stade, l'utilisation d'indices thermiques ou chimiques de l'enceinte de la maison pour une utilisation dans la navigation est sans importance.
   1. labyrinthes rongeurs utilisent une enceinte propre comme une échappatoire pour le sujet. Cependant, encourager l'entrée dans le trou lors de la formation des essais par le montage chez l'enceinte de l'animal dans le labyrinthe.
4. Retirez délicatement le bac en plastique à partir du haut du labyrinthe.
5. Démarrez l'enregistrement du procès de formation avec l'application webcam.
   1. Laisser le sujet à explorer le labyrinthe pendant 10 min. Si quelque chose se produit atypique, noter dans la feuille de calcul.
   2. Si le sujet tombe ou coule la table, revenez doucement le sujet au milieu du labyrinthe. Continuer le calendrier et l'enregistrement si l'animal est hors du labyrinthe pendant 30 s ou moins.Si le sujet est hors du labyrinthe pendant plus de 30 s, annuler le procès. Notez ces informations dans la section des notes du classeur.
   3. Si le sujet descend dans le trou sans aide de but, considérer le procès comme plus à ce moment-là.
   4. Si le sujet ne descend pas dans le trou de but, considérer le procès comme terminée après 10 min se sont écoulées.
6. Si le sujet ne descend pas dans le trou de but après 10 minutes, à la main guider doucement l'animal, la tête la première, dans le trou de but approprié.
7. Arrêtez vidéo et logiciel de suivi. Enregistrer des images vidéo.
8. Laisser le sujet de se reposer pendant au moins 2 min dans son enceinte de la maison tandis que l'enceinte est encore monté dans le labyrinthe.
9. En utilisant une bouteille de pulvérisation et des serviettes en papier, nettoyer le dessus du labyrinthe avec un mélange de savon dilué de 1:10 du savon à l'eau. Cela empêche l'utilisation des signaux chimiques lors de la navigation dans le labyrinthe. Certaines espèces, en particulier ceux qui font un usage intensif de l'information chemosensory, nÉcessitate rinçage supplémentaire du labyrinthe avec de l'eau chaude pour éliminer tous les indices de parfum.
10. Retirez le boîtier sous le labyrinthe et répétez l'essai de formation avec le même individu ou d'un nouvel individu. Chaque sujet peut être exécuté dans un maximum de 5 essais de formation par jour, avec 30 intervalle min entre les essais d'un individu.
11. Répétez cette procédure jusqu'à ce qu'un objet descend dans son trou sans aide de but, dans 3 essais de formation différents, ce qui indique que l'apprentissage de l'emplacement de but a eu lieu. Les trois essais de formation ne doivent pas être consécutives. Si un sujet atteint ce critère, le sujet se déplace à l'essai de la sonde afin d'évaluer la mémoire spatiale.

3. Les essais de la sonde

NOTE: Une fois un sujet atteint critère, le sujet a appris à naviguer vers le but. Cependant, à ce stade, il est encore difficile de savoir si le sujet navigue en utilisant une stratégie spatiale ou d'une autre stratégie de navigation. essai de la sondes test pour cela et doit être effectué le jour après que le sujet atteint critère dans les essais de formation.

1. Faire tourner le labyrinthe de 180 °, en assurant que les branches du labyrinthe se trouvent dans les repères sur le sol. Rotation du labyrinthe permet de repères locaux qui identifient directement l'objectif d'être en conflit direct avec les indices spatiaux plus stables.
2. Répétez les étapes 2.1 - 2.5.2, étape 2.3 de montage chez l'enceinte du sujet sous le labyrinthe omettant. Cela empêche l'utilisation de olfactives ou d'autres indices émanant de l'enceinte de la maison lors de l'exploration du labyrinthe.
3. Au cours des essais de sonde, les sujets sont libres d'explorer le labyrinthe pour la totalité des 10 minutes pour évaluer le comportement exploratoire. Au bout de 10 min, arrêter les logiciels vidéo et de suivi.
4. Retirer le sujet du labyrinthe et le retourner à sa cage.
5. Nettoyez le dessus du labyrinthe avec le mélange de savon dilué.

4. Les mesures comportementales

NOTE: Pour la formation trials, inclure des mesures de comportement tels que la latence pour arriver au niveau du trou de but, nombre d'erreurs commises (enquête sur un trou nongoal; le museau de l'animal doit être à moins de 1 cm du trou), et la proportion de temps passé dans le quadrant correct de la Labyrinthe.

1. Pour les essais de formation, déterminer une stratégie de recherche. Une stratégie directe est définie comme descendant dans le trou de but avec moins de 3 erreurs. Une stratégie de série est l'examen de 3 ou plusieurs trous de labyrinthe consécutifs le long du périmètre du labyrinthe. Une stratégie aléatoire est un examen non-série de trous de labyrinthe avec 3 ou plusieurs erreurs.
   NOTE: Pour les essais de sonde, les mesures comportementales comprennent la latence pour arriver au trou spatialement correct, nombre d'erreurs commises avant d'étudier le trou spatialement correct, et la proportion de temps passé dans le quadrant spatialement correcte du labyrinthe.
2. Pour une évaluation plus rigoureuse de choix non aléatoire du trou de but spatialement correct, employer l'échantillonnage sans remplacement lors du calcultaux de hasard.

Résultats

Ce protocole permet l'évaluation expérimentale de navigation basée sur l'espace dans les petits lézards. Une étude précédente utilisé avec succès ce protocole pour sonder pour la navigation spatiale dans des lézards de côté-blotched mâles ^13. Dans cette étude particulière, les hommes ont été formés pour naviguer vers un trou de but et, une fois que le critère a été atteint, a progressé à un essai de la sonde pour évaluer les signaux prioritaires lors de la navigation dans un t...

Discussion

Lors du test expérimental pour l'apprentissage spatial et la mémoire, il y a plusieurs problèmes conceptuels importants qui sont abordés dans certaines des principales étapes du protocole. Tout d'abord, les sujets doivent démontrer qu'ils apprennent l'emplacement du trou de but au cours des essais de formation. Parvenir le critère prédéfini démontre que l'apprentissage de l'emplacement du trou de but a eu lieu. Si les sujets n'apprennent l'emplacement du trou de but, il n'y a aucun mo...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Barnes maze	TSE Systems	302050-BM/M	Disponible auprès d’autres fournisseurs. Alternativement, un labyrinthe de Barnes peut être construit à partir d’une table ronde standard non poreuse.
Big	Apple Pet Supply		Peut également utiliser un petit radiateur d’appoint situé sur le sol sous le labyrinthe.
Gardien d’animaux pour petits animaux	Petco	1230204	Boîtier enclos qui peut être monté sous le labyrinthe.
Chevilles de support d’étagère nickelées	Newegg	241941	Chevilles fixées sous le labyrinthe. Sécurise l’enceinte au labyrinthe pendant les essais.
Webcam LifeCam Studio	Microsoft	Q2F-00013	Disponible auprès d’autres fournisseurs. D’autres marques de webcams peuvent également être utilisées.
Code	écrit sur mesure pour Matlab et le logiciel de suivi vidéo Image Toolbox		. D’autres logiciels de suivi tels que VideoMot 2 de TSE Systems peuvent être utilisés.