מאמר שיטה

משימת זיכרון עבודה מרחבי מעוררת תיאבון לעכברים במבוך רדיאלי חצי אוטומטי בעל 8 זרועות, המפחיתה את אסוציאציות הזיכרון המפחיד במבוך

DOI:

10.3791/66456

⸱

29 ביולי 2025

 ,  ,  , 
1The Wolfson Institute for Biomedical Research, University College London, 2Gerald Choa Neuroscience Institute, The Chinese University of Hong Kong

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

רוב ניסויי ההתנהגות של מכרסמים תוכננו במקור עבור חולדות. בשל ההבדלים ההתנהגותיים בין חולדות לעכברים, לעיתים נדרשים שינויים עבור עכברים. אנו מציגים שיטה לבדיקת זיכרון עבודה מרחבי בעכברים, תוך מזעור הלחץ במהלך מטלת זיכרון העבודה.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאמר שיטה זה מפרט פרוטוקול לבדיקת זיכרון עבודה מרחבי בעכברים באמצעות מבוך רדיאלי חצי אוטומטי בעל 8 זרועות (RAM). ה-RAM הוא מכשיר סגור חלקית עם 8 זרועות אופקיות במרווחים שווים הקורנות מרכזת מרכזית, שממנה ניתן לשלוט על הגישה לכל זרוע בנפרד על ידי דלתות ממונעות הנשלטות על ידי סרוו. בעלי חיים מתחילים במרכז המרכזי ומורשים לחקור את המבוך לקבלת פרס מזון בסוף כל זרוע או זרוע נבחרת. משימת ה-RAM תוכננה במקור עבור חולדות, אך התאמנו את הפרוטוקול לעכברים, למשל, על ידי הכללת שלבי הרגלה נוספים. בפרוטוקול שלנו, כל הזרועות מוכנסות בתחילה עם חלב מרוכז ממותק, ועכברים מוכנסים ברצף לארבע זרועות שנבחרו באופן פסאודו-אקראי כדי לאסוף את התגמולים ("ריצה מאולצת") לפני פתיחת כל הדלתות יחד כדי לאפשר לעכברים לרוץ בחופשיות ולמצוא את ארבעת התגמולים הנותרים ("ריצה חופשית"). עיכוב של 5 שניות מוצג בין הריצה הכפייה לחופשית כדי לאתגר את זיכרון העבודה; שגיאה נרשמת אם העכבר נכנס לזרוע כלשהי שביקר בה בעבר במהלך הריצה החופשית. המשימה הושלמה כאשר כל התגמולים משוחזרים. לאחר 6 ימי התרגלות ו-9 ימים של אימון מבוך, עכברי C57BL/6 זכרים משיגים באופן קבוע ציון שיעור הצלחה יומי של ≥-80%, המוגדר כ-4/(4+E), כאשר E הוא מספר השגיאות. משימה חצי אוטומטית זו יכולה, באופן עקרוני, להיות משולבת עם שיטות ניטור in vivo כגון אלקטרופיזיולוגיה, מיקרוסקופיה מרובת פוטונים או הדמיית סידן.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

זיכרון עבודה1 הוא תהליך קוגניטיבי שיכול להכיל כמות מוגבלת של מידע לתקופה קצרה בזמן שהוא עובר מניפולציה ומשמש בתכנון וביצוע של משימה מנטלית, כגון שינון מספר טלפון או מסלול ליעד ממיקום אחר. זה קשור קשר הדוק לאינטליגנציה נוזלית, שהיא היכולת לחשוב במהירות ולחשוב בצורה מופשטת. הוא האמין כי אימון זיכרון עבודה יכול לשפר את האינטליגנציה הנוזלית2. זיכרון עבודה, אם כן, חיוני למחקרי מחקר.

רוב ניסויי ההתנהגות הפופולריים של מכרסמים תוכננו במקור עבור חולדות בשנות ה-80, וכיום חוקרים מיישמים לעתים קרובות את הפרוטוקולים האלה על עכברים. עם זאת, ישנם הבדלים התנהגותיים עקביים בין חולדות ועכברים 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19 . במיוחד, ניהול פחד הוא גורם חשוב שיכול להשפיע על תוצאות הניסויים, שכן עכברים נוטים יותר ללחץ בהשוואה לחולדות 3,4,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19. לכן, חשוב לקחת בחשבון את ההבדלים בעת החלת פרוטוקולים אלה על עכברים. בפרוטוקול שלנו, ניסינו למזער את גורמי הסטרס במהלך מטלת זיכרון העבודה במבוך הזרוע הרדיאלית. זה נעשה על ידי תזמון קפדני של סגירת הדלתות באמצעות תוכנת מעקב העכבר ובקרת המבוך. כמו כן, נמנע תפיסת עכברים בסוף המפגש במרכז המרכזי. גישה זו אפשרה לעכברים לבחור את הזרוע הבאה שלהם מבלי לקשר את המיקום לפחד להיתפס. עיכוב לכידת העכברים עד לאחר איסוף כל התגמולים במבוך הבטיח שהפרס האחרון לא יהיה קשור לחוויית הלכידה.

מבוך הזרוע הרדיאלית היבשתית (RAM) הוא מכשיר פופולרי ונפוץ להערכת למידה וזיכרון מרחבי ולא מרחבי, ולבדיקת זיכרון עבודה והתייחסות במכרסמים. זהו אחד המכשירים הפופולריים ביותר ללמידה וזיכרון מרחבי בעכברים 20,21,22. זיכרון RAM מנצל את הנטייה הטבעית של מכרסמים לחקור את המבוך, למצוא חידושים וללמוד מידע מרחבי על בסיס ניסוי וטעייה, בנוסף לחיפוש מזון. ניתן להעצים את הנטייה הזו על ידי הגבלת התזונה שלהם ותגמול במזון מועדף במבוך. כיום, נעשה שימוש במספר גרסאות של מנגנון ה-RAM, למשל, עם 6, 8, 12 או 16 זרועות ומנגנון סגור חלקית או פתוח/מוגבה 23,24,25. רוב הפרוטוקולים של ימינו מבוססים על זה של Olton et al.20,26, אך משתמשים במבוכים פשוטים יותר (6 או 8 זרועות) 9,24,27,28,29. בדיקת זיכרון עבודה במבוך זרועות רדיאלי (6 או 8 זרועות) היא חזקה יותר ממבוך T (2 זרועות) מאחר שלחיות יש יותר אפשרויות של זרועות לחקור.

זיכרון ה-RAM המקורי תוכנן על ידי אולטון וסמואלסון20 כדי להעריך למידה וזיכרון מרחבי בחולדות המשתמשות בפיתיונות מזון לחיזוק חיובי, בניגוד למבוכי מים כמו מבוך המים של מוריס ומבוך מים רדיאלי בעל 8 זרועות המשתמשים בחיזוק שלילי, כלומר טבילה במים 20,30,31,32. אולטון וסמואלסון,20, מצאו שלחולדות יש זיכרונות מצוינים ממקומות כשהם עוברים דרך ה-RAM. הם הראו שההיפוקמפוס מעורב בעיבוד מידע מרחבי. לכן הם הציגו את הרעיון של מערכת זיכרון כפולה, הכוללת זיכרון עבודה והתייחסות, במכרסמים. מערכת זיכרון כפולה זו הוצעה בעבר על ידי הוניג36 בהתבסס על ניסויים עם יונים. אולטון ועמיתיו מצאו שתפקוד ההיפוקמפוס חיוני לזיכרון עבודה. זה הושג על ידי יצירת נגעים באזור האנטורינלי, גוף הפימבריה-פורניקס, הקדמי להיפוקמפוס, המחיצה או הפורניקס הפוסט-קומיסורי כדי לשבש כל אחד מחיבורי הסיבים החיצוניים העיקריים של היווצרות ההיפוקמפוס 26,33,34,35. נגעי פורניקס-פימבריה לא השפיעו על זיכרון הייחוס26.

בפרוטוקולים מודרניים, בעלי חיים מורגלים לסביבה על ידי מתן אפשרות לחקור את המבוך בחופשיות במשך 10-15 דקות ביום במשך 3 ימים רצופים, ולאחר מכן אימון מבוך במשך 1-3 שבועות עם מזון מועדף בקצה כל הזרועות או זרועות נבחרות קבועות, בדיקת זיכרון עבודה, או זיכרון עבודה וזיכרון ייחוס באותו ניסוי. בהתאמה 9,29,37.

לעתים קרובות, הפרוטוקולים האלה אינם מתוארים במלואם, והבדלי ההתנהגות בין חולדות ועכברים אינם נלקחים בחשבון היטב. כאן אנו מציגים את הפרוטוקול והניסיון שלנו בפירוט, במיוחד כיצד להימנע מקשירת חוויות מפחדות למקומות ותזמון בהתבסס על הבדלי ניהול פחד בין חולדות ועכברים. פרוטוקול זה מיועד לחוקרים שרוצים לחקור זיכרון עבודה מרחבי וליישם אותו על אלקטרופיזיולוגיה, הדמיה בזמן אמת והיסטולוגיה באמצעות עכברים.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל הניסויים בעכברים אושרו מראש על ידי הוועדה האתית של UCL ואושרו על פי חוק בעלי חיים (נהלים מדעיים) 1986 והחקיקה שלאחר מכן של ממשלת בריטניה.

1. הכנת תוכניות לבקרת המבוך האוטומטית ביישום תוכנה

הערה: נעשה שימוש במבוך הזרוע הרדיאלי האוטומטי, כפי שמוצג באיור 1A-C, ובפריסת החדר באיור 1D.

  1. הכן זרימת עבודה ניסיונית לסגירת דלת כמתואר באיור 2.
  2. הגדר את תחילת שלב ההתרגלות 1 (איור 2A) ביישום תוכנה. לשם כך, בצע את השלבים הבאים.
    1. הגדר את תחילת הקלטות הניסיון והוידאו, וסגור את כל הזרועות בתוכנה. 5 שניות לאחר שהתוכנה מזהה את העכבר במרכז המרכזי של המבוך, היא מתחילה לעקוב ופותחת את כל הדלתות.
    2. כאשר העכבר נכנס לזרוע ונמצא במרחק של 4 ס"מ מהדלת הקרובה ביותר של דלתות הרכזת המרכזית, סגור את כל הדלתות. ואז, מיד לאחר סגירת כל הדלתות, פתח את דלת הזרוע שבחר העכבר.
    3. לאחר שהעכבר חוזר לרכזת המרכזית, סגור את הדלת והגבל אותה לרכזת המרכזית למשך 5 שניות. חזור על כך למשך 30 דקות.
    4. הפסק את הקלטת הווידאו והמעקב בחלוף 30 דקות, והעכבר חוזר לרכזת המרכזית.
      הערה: תן לעכבר לחקור את המבוך בחופשיות כרצונו.
  3. שלב ההתרגלות 2 (איור 2B)
    1. הגדר את תחילת תקופת הניסיון והקלטת הווידאו בתוכנה המשויכת וסגור את כל הדלתות.
    2. 5 שניות לאחר שהתוכנה מזהה את העכבר במרכז המרכזי של המבוך, התחל לעקוב אחריו ופתח את כל הדלתות.
    3. סיים את הניסיון אם העכבר נכנס לכל זרוע לפחות פעמיים או לאחר 30 דקות ולאחר מכן חוזר לרכזת המרכזית. תן לעכבר לחקור את המבוך בחופשיות כרצונו.
  4. שלב ההתרגלות 3 (איור 2C)
    הערה: שלב זה הוא שילוב של שלבים 1 ו-2.
    1. הגדר את התוכנה להתחיל את הקלטת הניסיון והווידאו ולסגור את כל הדלתות.
    2. הגדר את התוכנה לשלוט בדלתות המבוך 5 שניות לאחר שהתוכנה מזהה את העכבר ברכזת המרכזית. הגדר את תחילת המעקב בנקודה זו ופתח את כל הדלתות.
    3. סגור את כל הדלתות כאשר העכבר נכנס לזרוע ונמצא במרחק של 4 ס"מ מהדלת הקרובה ביותר של דלתות הרכזת המרכזית. ואז פתח את דלת הזרוע.
    4. סגור את הדלת כאשר העכבר נכנס במלואו לרכזת המרכזית והגביל את העכבר ברכזת המרכזית למשך 3 שניות. חזור על רצף זה למשך 30 דקות או עד שהעכבר נכנס לכל זרוע לפחות פעם אחת.
    5. הגדר את סיום הניסיון לאחר מילוי התנאי, וכאשר העכבר נכנס לרכזת המרכזית במלואה.
      הערה: תן לעכבר לחקור את המבוך בחופשיות כרצונו.
  5. מטלת זיכרון עבודה (איור 2D, E)
    1. הגדר את התוכנה להתחלת הניסיון וההקלטה, וסגור את כל הדלתות.
    2. 5 שניות לאחר שהתוכנה מזהה את העכבר ברכזת המרכזית, הגדר את התוכנה להתחיל במעקב.
    3. התחל את שלב הריצה הכפויה. הצג 4 זרועות שנבחרו באופן פסאודו-אקראי אחת לעכבר.
    4. כאשר העכבר נכנס לזרוע הראשונה ונמצא במרחק של 3 ס"מ מהרכזת המרכזית, ודא שהדלת נסגרת ותוחמת אותה בזרוע למשך 15 שניות.
    5. תן לדלת להיפתח ותן לעכבר לחזור לרכזת המרכזית.
    6. סגור את הדלת ולאחר מכן פתח את הזרוע השנייה.
    7. חזור על כך עד הזרוע הרביעית.
    8. כאשר העכבר חוזר לרכזת המרכזית לאחר הזרוע הרביעית של שלב הריצה הכפויה, הגבל אותו לרכזת המרכזית למשך 5 שניות.
    9. תנו לכל הדלתות להיפתח והתחילו את שלב הריצה החופשית.
    10. סיים את הניסיון כאשר העכבר חוזר לרכזת המרכזית לאחר שאסף את כל התגמולים/נכנס לכל הזרועות לפחות פעם אחת.

2. הכנת כלובי בית לדיור פרטני

  1. הקימו כלובים חדשים באמצעות חומרי קינון סטנדרטיים לניסוי חדש.
    1. שים מצעים חדשים, נסורת, איגלו נייר, מנהרת נייר, פסי קינון מנייר ובלוק נשיכה מעץ בכלובים חדשים לכל עכבר לצורך הניסוי.
    2. הנח את קופסת המזון וסגור את המכסה.
      הערה: עכברים עלולים לפגוע בחלקים לאוורור אם הם ללא קופסת המזון.

3. טיפול, שקילה והגבלת תזונה בחדר החזקת בעלי חיים (יום -7 עד יום 0)

  1. הנח את העכבר למנהרת הנייר המסופקת בכלוב הביתי ביד בעדינות.
  2. הרם את העכבר מהכלוב המקובץ באמצעות מנהרת הנייר 38,39,40 עם היד, שמור אותו בגובה החזה למשך מספר שניות. לחלופין, תן לעכבר לטפס על היד מרצון.
    הערה: טיפול בבעלי חיים עם מתח מינימלי חיוני לניסויים התנהגותיים. לעולם אל תרים אותם בזנב, וזה מלחיץ עבור עכברים. הרגלת עכברים לנסיין חשובה גם היא. עכברים צריכים להיות מורגלים ורגועים, אחרת הם לא ילמדו היטב במבוך מאוחר יותר.
  3. החזק תמיד את העכבר באותה שיטת טיפול. שים את העכבר על המשקל לניטור משקל הגוף ורשום את משקל גופו.
    הערה: אין להלחיץ את העכברים בתנועת גוף מהירה או על ידי השמעת רעשים חזקים. עדיף לעשות זאת בסביבה שקטה. אחרת, הם עלולים לקפוץ מהמשקל או מידו של הנסיין. כמו כן, אם העכברים לחוצים, הם יכולים להראות עיניים פוזלות, לחרוק ועלולים לנשוך את ידו של הנסיין41,42.
  4. לאחר השקילה הכניסו את העכבר לכלוב החדש שהוכן קודם לכן.
  5. הכניסו עכברים לדיאטה עם כמות מוגבלת במשך שבוע לפני החשיפה למבוך הזרוע הרדיאלי. זה מניע אותם לחפש מזון במבוך לתגמולי מזון המסופקים. תגמול המזון במהלך הניסוי הוא חלב מרוכז מדולל וממותק.
  6. הכניסו 2 ~ 3 גרם צ'או סטנדרטי לכלוב ושמרו על משקל הגוף בין 85 ~ 90% מהמשקל ההתחלתי לאורך כל הניסוי.
    הערה: עכברי C57BL/6 אוכלים 3-4 גרם צ'או רגיל כל יום43.
  7. שימו לב לירידה במשקל הגוף במהלך הלילה כמדריך לסטנדרטיזציה של כמות המזון שתינתן למחרת. מכאן ואילך, תנו כמות יומית מספקת של צ'או סטנדרטי כדי לשמור על 85-90% ממשקל הגוף ההתחלתי שלהם לאורך כל הניסוי.
    הערה: בעלי חיים אלה צריכים לרדת במשקל לאט. עקוב אחר משקל הגוף והבעות הפנים שלהם כדי למנוע לחץ.
  8. ספקו 1 מ"ל חלב מרוכז מדולל (פרס; חלב מרוכז ממותק: מים = 1: 1) בכוס פלסטיק קטנה בכלוב הביתי כדי להרגיל עכברים עד סוף שלב ההתרגלות 1. ודא שעכברים אוכלים את הפרס. שנה את מזון התגמול אם זן העכברים מראה ניאופוביה למזון המוצג.
    הערה: משלב ההתרגלות 2, אל תספק את התגמול בכלוב הביתי. אם משקל גופו של עכבר כלשהו יורד מתחת ל-80% מהמשקל ההתחלתי, יש להמית אותו בהתאם ל-IACUC ולהנחיות ספציפיות למדינה. אם עכבר אינו נמצא בטווח משקל הגוף הרגיל עבור קו העכבר בו נעשה שימוש (20-30 גרם בגיל 8-12 שבועות) בבדיקת משקל הגוף הראשונה, אין לשקול אותו בקבוצה כדי למנוע קושי לשמור על משקל גופו בטווח הנדרש מאוחר יותר.

4. הבאת עכברים לחדר הבדיקה

  1. השתמש בעגלה כדי להביא עכברים לחדר בדיקות ההתנהגות לאט.
  2. השאירו את העכברים ללא הפרעה על העגלה למשך 5 דקות.

5. סידור החדר

  1. הגדר את תאורת החדר המאירה את הרכזת המרכזית בעקיפין, על 80 לוקס עם נורות לבנות חמות, והשמע רעש לבן ב-70 dB הנמדד ברכזת המרכזית. הערה: ידוע שחשיפה לרעש לבן בעוצמה בינונית מובילה חולדות לביצועים טובים יותר במבוך מורכב מבחינה גיאומטרית44,45. נראה שרעש לבן עושה יותר מסתם להסוות את הרעש הבלתי נמנע בסביבה; רעש לבן של 70 דציבל מגביר את ספיגת הכולין במספר אזורים במוח של חולדות, כולל קליפת המוח הקדם-מצחית, ההיפותלמוס וההיפוקמפוס (אך לא בסטריאטום)46 וידוע כי ביצועי זיכרון העבודה של זיכרון העבודה תלויים בשלמות המסלולים הכולינרגיים בהיפוקמפוס, בקליפת המוח הקדמית ובמוח הקדמי 32,47. ידוע גם שבעלי חיים משתמשים ברמזים חזותיים דיסטליים ופרוקסימליים כדי לנווט במדויק בסביבתם. עם זאת, עכברים תלויים ברמזים חזותיים דיסטליים יותר מאשר ברמזים פרוקסימליים כדי לנווט במהלך למידה מרחבית48. בניסוי זה, רמזים פרוקסימליים שהודפסו על פיסת נייר קטנה הוכנסו לקירות האחוריים של כל הזרועות של זיכרון ה-RAM בעל 8 הזרועות, אך הם לא הפחיתו את התנהגות השרשור. לעומת זאת, רמזים חזותיים דיסטליים א-סימטריים מבחינה גיאומטרית (על התקרה והקירות של החדר), הפחיתו את שרשרת החיננית והיו חיוניים לניווט מרחבי ב-RAM.

6. שלב ההתרגלות 1 - לא מתוגמל (יום 1 - 2)

הערה: אין פיתיון פרסים במבוך. שלב זה נועד להרגיל עכברים לדלתות המבוך ולצלילים שלהם.

  1. התחל את מעקב העכבר והקלטת הווידאו על ידי לחיצה על כפתור התחל בתוכנה והבאת העכבר למבוך מבלי להלחיץ אותו. עשו זאת על ידי תנועה איטית ושינוי הגובה לאט בזמן שהעכבר נמצא ביד הנסיין. הנח את העכבר ברכזת המרכזית.
    הערה: אם עכברים רועדים על ידו של הנסיין, האטו את התנועות. זה סימן לפחד. עכברים נעים במהלך תקופת הכליאה של 5 שניות במרכז המרכזי לפני תחילת שלב הריצה הכפויה. הם יכולים לפנות לכל צד כאשר הם ממוקמים במרכז המרכזי.
  2. המשך לעקוב אחר התנהגות העכבר על צג המחשב הממוקם הרחק מהמבוך או מתחת למפלס קיר המבוך. אם העכבר מנסה לברוח מהמבוך על ידי טיפוס על הקיר, פשוט קום מהכיסא כדי להראות את קיומו של הנסיין וצעד לעברו, תוך מעקב אחר ביצועיו. בתרחיש הגרוע ביותר, דחוף את העכבר בחזרה למבוך.
    הערה: בדרך כלל, עכברים חוזרים למבוך לאחר ששמעו את רעש החיכוך של בגדי הנסיין כשהם מתקרבים אליו. זה צריך להיעשות במהירות. אם הנסיין ימשיך לעשות זאת, העכברים יישארו במבוך אחרי שלבי ההתרגלות 1 עד 3. אם עכברים ממשיכים לקפוץ מהמבוך, רצוי להסיר אותם מניסויים וניתוחים נוספים.
  3. לאחר הניסוי, אספו את העכבר מזרוע המבוך על ידי כך שתאפשרו לעכבר לטפס על ידו של הנסיין מרצונו, בעוד היד השנייה מכסה את הזרוע כדי למנוע ממנו לקפוץ מהמבוך.
  4. צחצחו את צואת העכברים ונגבו את המבוך עם טישו יבש כדי להסיר עקבות של התגמולים. לאחר מכן, נגב עם טישו רטוב וייבש את המבוך עם טישו יבש (כ -2 דקות).
  5. עשה זאת עבור כל עכבר בתורו למשך יומיים.
    הערה: לאחר 30 דקות, ייתכן שעכברים לא ביקרו בכל 8 הזרועות של המבוך. זה נורמלי וזו לא בעיה. עכברים נוטים לבקר בזרועות בדפוס לא שיטתי ולא רציף ולנוע בזהירות, ומבלים זמנים לא אחידים בכל זרוע. עכברים יכולים לטפס על קירות המבוך ו/או לקפוץ מהמבוך בשלב זה. אם זה קורה (למשל, העכבר מנסה לטפס על הקירות), מנעו זאת על ידי כך שתוודאו שהנסיין גורם לעכבר להיות מודע לנוכחותו על ידי התקרבות למבוך והשמעת רעש, כמו למשל רשרוש בגדים. לכן, ייתכן שתידרש התבוננות מדוקדקת בהתנהגות העכבר ב-RAM ופעולה מהירה. לאחר מספר חזרות על הליך זה, עכברים יישארו במבוך. אם למרות הכל העכבר לא נשאר ב- RAM במהלך ההתרגלות, הסר אותו מהניתוח.

7. שלב ההתרגלות 2 - מתוגמל (יום 3 - 4)

הערה: שלב זה נועד לעודד עכברים לחקור את המבוך בחופשיות כדי לקבל תגמולי מזון.

  1. הניחו 70 מיקרוליטר של תגמול המזון בכל מזון היטב בכל זרוע.
  2. התחל את מעקב העכבר והקלטת הווידאו על ידי לחיצה על כפתור התחל בתוכנה ולאחר מכן הנחת העכבר על הרכזת המרכזית של המבוך כפי שמוסבר ב-6.1.
  3. המשך לצפות בהתנהגות העכבר על צג המחשב ממקום מרוחק ורשום זאת במידת הצורך, למשל, טיפוס על הקיר או קפיצה מהמבוך. סיים את הניסיון כאשר העכבר נכנס לכל זרוע לפחות פעמיים או 30 דקות.
  4. לאחר הניסוי, אספו את העכבר מהמבוך בזרוע על ידי כך שתאפשרו לעכבר לטפס על ידו של הנסיין מרצונו, בעוד היד השנייה מכסה את הזרוע כדי למנוע ממנה לקפוץ מהמבוך.
  5. נקה את המבוך כמתואר בסעיף 6.4 (שלב ההתרגלות 1; כ-2 דקות).
  6. עשה זאת עבור כל עכבר בתורו פעמיים ביום למשך יומיים.
    הערה: בשלב זה, עכברים עשויים להפגין התנהגות של שרשור דייזי, אך אין צורך לדאוג מכיוון ש-4 ערכי הזרועות הנוספים במשימת זיכרון העבודה עלולים להרתיע תנועה זו. בשלב זה, עכברים יכולים לעצור בזרוע מבלי לצרוך את התגמול. ביום הרביעי, עכברים צריכים להיות מאומנים יותר מאשר ביום השלישי, אך עדיין יכולים לעצור באמצע הזרוע.

8. שלב ההתרגלות 3 - מתוגמל (יום 5 - 6)

הערה: שלב זה נועד לאפשר לעכברים להתרגל לסביבה של השילוב של שלבים 1 ו-2.

  1. פיתיון את כל בארות המזון עם 70 מיקרוליטר מהתגמול.
  2. התחל את מעקב העכבר והקלטת הווידאו על ידי לחיצה על כפתור ההתחלה של התוכנה והצבת העכבר במרכז המרכזי של המבוך.
  3. המשך לצפות בהתנהגות העכבר על צג המחשב ממקום מרוחק, עד שהעכבר ייכנס לכל זרוע לפחות פעם אחת או 30 דקות. אם העכבר מנסה לברוח מהמבוך, פעל מהר כפי שצוין בשלב ההתרגלות 1 (6.2).
  4. לאחר הניסוי, הוציאו את העכבר מהמבוך על ידי כך שתניחו לו לטפס על ידו של הנסיין מרצונו, בעוד היד השנייה מכסה את הזרוע כדי למנוע ממנו לקפוץ מהמבוך.
  5. נקה את המבוך כמתואר ב 6.4 (שלב התרגלות 1) (כ -2 דקות).
  6. עשה זאת עבור כל עכבר פעמיים ביום למשך יומיים.
    הערה: בשלב זה, הוצאת כל העכברים המנסים לברוח מהמבוך מהניתוח היא הטובה ביותר.

9. מטלת זיכרון עבודה - מתוגמלת (יום 7 - יום 15)

  1. פיתיון כל הזרועות עם 40 מיקרוליטר מהתגמול. מקם את התגמול בכל מזון קרוב מאוד למרכז המרכזי כדי להקשות על עכברים לראות מהרכזת המרכזית.
  2. התחל את המעקב וההקלטה של העכבר על ידי לחיצה על כפתור ההתחלה של התוכנה ולאחר מכן הנח את העכבר על הרכזת המרכזית של המבוך מבלי להלחיץ אותו.
  3. במהלך 5 שניות הכליאה במרכז המרכזי, התרחקו ושבו איפשהו הרחק מהמבוך. עקוב אחר התנהגות העכבר ורשום את רצף הזרוע שהעכבר מבקר במבוך (ראה קובץ משלים 1).
  4. הפסיקו לתעד את רצף ביקורי הזרוע כאשר העכבר אוסף את כל שמונת תגמולי המזון, שזה סוף מטלת זיכרון העבודה, ואז תנו לו לבקר בארבע זרועות נוספות.
    הערה: על ידי כך, לעכברים יכול להיות עוד קצת זמן לפני שהם נתפסים, מה שמאפשר לעכברים להתמקד במטלת זיכרון העבודה. שלב זה גם מאפשר לעכברים לחזק את העובדה שהתגמולים אינם מתחדשים לאחר שנאספו.
  5. לאחר ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים, הסר את העכבר מהמבוך בסוף ביקור הזרוע האחרון על ידי כך שתאפשר לו לטפס על היד תוך כיסוי הזרוע ביד השנייה.
    הערה: על ידי אי תפיסת עכברים ברכזת המרכזית, עכברים לא יקשרו להיתפס עם הרכזת המרכזית, שם העכברים מחליטים לאיזו זרוע ללכת. ברגע שהעכברים מכירים את המשימה, כולל ביקורי הזרוע הנוספים, הם יכולים לנוע בחופשיות ליד באר המזון האחרונה או לבלות זמן מה במרכז המרכזי. עם זאת, עליהם לסיים את 4 ביקורי הידיים הנוספים תוך 3 דקות. אם הם לא מסיימים אותו תוך 5 דקות, החזירו אותם לכלוב הביתי.
  6. בחר את הכלוב הבא כדי להתאים את רמת העוררות על ידי הקשה על הכלוב לניסיון הבא.
  7. נקה את המבוך כמתואר ב 6.4 (שלב התרגלות 1) (כ -2 דקות).
  8. עברו לעכבר הבא וחזרו על כך 6 פעמים עבור כל עכבר בתורו למשך 9 ימים.
    הערה: משך הזמן הממוצע של ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים אמור להתארך בניסויים מאוחרים יותר, מכיוון שעכברים לומדים לזהות מתי אין תגמולים נוספים זמינים או שאין זרועות חדשות שלא ביקרו להיכנס אליהן.

10. ניקוד

  1. חשב "ציון שיעור הצלחה יומי" (%) = 4 (שערים) / (מספר כניסת זרוע כולל [4+ שגיאות]) x 100.
    הערה: לאחר הריצה הכפויה, רק ארבע זרועות מתמלאות בפרס, השערים. אם הם נכנסים לזרוע שהעכבר ביקר בה בריצה הכפויה, ספרו אותה כשגיאה אחת, כמו גם זרועות חוזרות בריצה החופשית.
  2. חשב את "ציון יחס הניסיון המושלם" (%) ב-6 ניסיונות = [(מספר הניסיונות המושלמים) / 6 ] x 100
    הערה: ציון מושלם פירושו שאין שגיאה בזיכרון העבודה.
  3. בחר מהירות, מרחק ותאוצה של העכבר בתוכנה לניתוח וחשב את הממוצעים לכל יום. הקפד לא לכלול את ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים בניתוחים אלה. כמו כן, מדדו את משך ארבעת הביקורים הנוספים בזרוע על ידי סקירת סרטוני המעקב אחר העכבר לאחר הניסוי.
    הערה: עכברים יכולים לבצע סיבובים מהירים מיד לאחר הכניסה לזרוע. אל תספור ותציין את זה כערך, מכיוון שמדובר בתיקון טעויות מהיר, מה שאומר שזיכרון העבודה תקף49. עם זאת, אם העכבר חוצה את נקודת האמצע של הזרוע או נשאר בזרוע יותר מ-3 שניות, ספור והבקיע את הכניסה. ציוני שיעורי ההצלחה היומיים מצביעים על עקומות הלמידה של העכברים, וציוני יחס ניסוי מושלמים מצביעים על יעילות שימור זיכרון העבודה.

11. סטטיסטיקה

  1. אם בוחנים את ההבדל בין קו הבקרה לקו עכבר נוק-אאוט, כפי שנעשה בפרסום הקודם50, בצע את הסטטיסטיקה כמתואר להלן.
    1. השווה את הנתונים שהתקבלו מקבוצות הביקורת והניסוי באמצעות מדידות חוזרות ANOVA דו-כיווניות עם ניתוח פוסט הוק (למשל, מבחן בונפרוני) [מדידת כל נבדק ב-9 נקודות זמן שונות].
    2. אם משווים קבוצות, בדקו לפחות 10 ורצוי ~20 עכברים בכל קבוצה. כאשר ההשפעה של מניפולציה גנטית, יצירת נגעים או טיפול תרופתי ברורה, גודל המדגם יכול להיות קטן יותר כדי להסיק אותו.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה שימש בפרסום הקודם שלנו, שבו שאלנו אם אוליגודנדרוציטים חדשים ומעטפות מיאלין נחוצים לביצוע משימות זיכרון עבודה מרחבי באמצעות עכברי MyRF cKO והבקרה50. מצאנו שביצועי מטלת זיכרון העבודה השתפרו בעכברי הביקורת, אך לא בעכברי MyRF cKO. משימת זיכרון העבודה עוררה וקידמה התפשטות והתמיינות של תאי מבשר אוליגודנדרוציטים (OPCs), ומיאלינציה של אוליגודנדרוציטים (OL) באזורי המוח הקשורים לעיבוד זיכרון עבודה בעכברים מסוג בר. ביצענו גם את מטלת החילופין המתוגמלת של מבוך T כדי להעריך זיכרון עבודה מרחבי. משימה זו בוצעה כדי לזהות מחסור בזיכרון עבודה בעכברי MyRF cKO. עם זאת, לא נצפו הבדלים משמעותיים בניתוח ההיסטולוגי בין קבוצת העכברים שביצעה את משימת ההחלפה המתוגמלת במבוך T לבין קבוצת הביקורת בכלוב הביתי. לכן, הגענו למסקנה שהפרוטוקול המוצג כאן יעיל יותר ממטלת החילופין המתוגמלת של מבוך T לחקר זיכרון עבודה.

לכל עכבר היו 6 ניסיונות של מטלת זיכרון העבודה ביום שנמשכו שעה בסך הכל. לפיכך, פרוטוקול זה איפשר מקסימום 8 עכברים בעוקבה. בימים הראשונים של ההתרגלות, עכברים בילו זמן לא אחיד בזרועות המבוך, ותנועותיהם היו איטיות. הם נשארו בקצה הזרועות במשך זמן רב. עד לסוף היום החמישי של ההתרגלות במבוך, הם בילו זמנים משתנים בזרועות המבוך ויכלו לחזור למרכז המרכזי מבלי לגעת בתגמולים (איור 3A). אולם ביום השישי, חיות נכנסו לכל זרוע לפחות פעם אחת בתוך 8-15 דקות, בילו פרק זמן דומה בכל זרוע, מה שהצביע על כך שהחיות היו רגילות למבוך והיו מוכנות למשימה (איור 3A, השורה התחתונה של יום 6 ואיור 3B).

במהלך שלבי ההתרגלות, הם עמדו לעתים קרובות על גפיהם האחוריות והסתכלו למעלה מהזרועות או מהרכזת המרכזית. התנהגות דומה נצפתה במהלך מטלת זיכרון העבודה, אולם הם לא בהכרח הסתובבו באותו כיוון (למשל, 2 -> 3-> 5 -> 8 [עם כיוון השעון] או 8 -> 5 -> 3 ->2 [נגד כיוון השעון]). הם יכולים לשנות את כיוונם (למשל, 5 -> 4 -> 6 -> 1). לעכברים בודדים לא הייתה נטייה קהילתית נראית לעין לבחור את רצף הזרועות. עכברים נוטים להשקיע קצת יותר זמן בבחירת הזרוע המתוגמלת האחרונה מאשר הזרוע המתוגמלת הראשונה בריצה החופשית. זה היה כנראה בגלל שהיו להם ארבע אפשרויות לבחור מהן בבחירה הראשונה בריצה החופשית, ורק אפשרות אחת לפרס האחרון. הזרוע הראשונה בשלב הריצה הכפויה הוצגה לעכברים לפחות 50 שניות (15+15+15+5) לפני תחילת הריצה החופשית. לכן, מטלת זיכרון העבודה הזו לא הייתה קלה מאוד לביצוע ללא שגיאות זיכרון עבודה. סרטון משלים 1 מציג עכבר שעובר ניסוי מושלם ביום 8 של אימון מטלת זיכרון העבודה.

באמצעות כל אחת ממערכות הניקוד, מצאנו שהביצועים שלהם היו כמעט שטוחים בשלושת הימים הראשונים של תקופת בדיקת ה-RAM בת 9 הימים, אך השתפרו באופן ניכר לאחר מכן (איור 4A, B). לאחר 6 ימים של התרגלות ו-9 ימים של אימוני מבוך, עכברי C57BL/6 זכרים השיגו באופן קבוע ≥ 80% ציון שיעור הצלחה יומי מהיום ה-8, המוגדר כ-4/(4+E), כאשר E הוא מספר השגיאות. המרחק הממוצע שנסע בריצות החופשיות התקצר עם הזמן, אולם המהירות והתאוצה הממוצעות היו קבועות למדי מיום ליום (איור 4C-F). עכברים עשויים לפתח זיכרון פחד להיתפס במהלך ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים, מה שיכול להיות אחת הסיבות לכך שעכברים בילו זמן רב יותר לקראת סוף הניסוי (איור 4G).

בפרוטוקול זה, שלבי ההתרגלות נמשכו 6 ימים, מה שיכול להוביל להתאמת שעון הגוף לניסוי, גם אם מחזור האור/חושך לא התהפך במתקן של בעלי חיים.

figure-results-1
איור 1: מפרטים ומאפיינים של זיכרון RAM. (A) מראות של המבוך מה-CCD המותקן על התקרה ומהצד, והמידות. (B) באר המזון הייתה שקועה בעומק של 1.5 ס"מ מתחת למפלס רצפת המבוך כך שעכברים לא יכולים לראות את התוכן ממרחק של >10 סנטימטרים. (ג) הגדרת זירת מבוך. הרכזת המרכזית והזרוע 1-8 מוצגים. (D) סכימה של חדר הניסוי והרמזים החזותיים החיצוניים עם תצלום של החדר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-2
איור 2: דיאגרמות זרימה של תוכניות בקרת המבוך. (A) שלב התרגלות 1 (ימים 1 ו-2). (B) שלב ההתרגלות 2 (ימים 3 ו-4). (C) שלב ההתרגלות 3 (ימים 5 ו-6). (D) מטלת זיכרון עבודה (ימים 7-15). (E) סכימה של פרדיגמת מטלת זיכרון העבודה. עכברים עברו דרך ארבע זרועות הריצה הכפויה, שנבחרו באופן אקראי, היו מוגבלים ברכזת המרכזית למשך 5 שניות, ואז הלכו לריצה החופשית כדי לאסוף את התגמולים הנותרים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 3: מפות חום ומפות קיני ציפורים במהלך ההתרגלות של 6 ימים. (A) מפות חום של מסלולי עכברים במהלך ימי ההתרגלות 1-6, עבור שלושה עכברים. בימי ההתרגלות 3-6, העכברים עברו שני ניסויים ביום; מפות החום העליונות מציגות את הניסויים הראשונים והתחתונות מציגות את הניסויים השניים. (B) מפות קן ציפורים ליום 6 להתרגלות. שלושת העליונים מציגים את הניסויים הראשונים ושלושת התחתונים מראים את הניסויים השניים של עכברים 1, 2 ו-3. הטבלה התחתונה מפרטת את משך הניסוי עבור אותם שלושה עכברים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4
איור 4: מטלת זיכרון העבודה של זיכרון ה-RAM. (A) ציוני שיעור הצלחה יומיים ממוצעים (%) המחושבים על ידי [4/(מספר כניסות זרוע במהלך הריצה החופשית) x 100]. ממוצע הציונים מ-6 ניסויים היה לאותו יום. (ב) ציוני ניסיון מושלמים במהלך 9 ימי המשימה. (ג) מרחקים בודדים וממוצע. (D) מהירויות ריצה אינדיבידואליות של העכברים במטלה והממוצע. (E) תאוצות בודדות של העכברים והממוצע. (F) האטות אינדיבידואליות של העכברים והממוצע. (ז) משך זמן אישי וממוצע של 4 ביקורי הזרוע הנוספים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

סרטון משלים 1: העכבר עובר ניסוי מושלם ביום 8 של אימון מטלת זיכרון העבודה. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

קובץ משלים 1: גיליון הקלטה לדוגמה. רשמו את רצף ביקורי הזרוע תוך כדי צפייה בהתנהגות העכבר. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אימון ובדיקת זיכרון עבודה בזיכרון RAM
זיכרון עבודה הוא תהליך קוגניטיבי שיכול להכיל כמות מוגבלת של מידע לזמן קצר בזמן שהוא עובר מניפולציה ומשמש בתכנון וביצוע של משימה מנטלית. דוגמאות כוללות שינון קוד הכניסה לדלת במיקום מרוחק או שינון הנתיב ליעד ספציפי. משימת ה-N-back הכפולה ומשימת הטווח המרחבי הן משימות זיכרון עבודה חזותי-מרחבי נפוצות שבהן נבדקים אנושיים מתבקשים לשנן את המיקום, הזהות והסדר הזמני של הגירויים. טקאוצ'י ועמיתיו מצאו כי כמות האימון במשימות זיכרון עבודה מוצלחות בבני אדם, הכוללות את משימת ה-N-back הכפולה, נמצאת בקורלציה עם האניזוטרופיה החלקית המוגברת בחלק הקדמי של הגוף של הקורפוס קלוסום במחקר שלהם באמצעות MRI51. במחקר הקודם שלנו50, תוך שימוש בפרוטוקול המתואר במאמר זה, מצאנו כי אוליגודנדרוציטים מיאלינים גדלו בקורפוס קלוסום הקדמי ובאזורים אחרים במוח שנחשבים מעורבים בעיבוד זיכרון עבודה, כולל פיתול החגורה הקדמי, אשר מאמינים כי מעורב בקשב. עליית האוליגודנדרוציטים נמצאת בקורלציה הדוקה עם ביצועי מטלות זיכרון העבודה שלהם, מה שעולה בקנה אחד עם המחקר בבני אדם על ידי Takeuchi et al 50,51,52. עם זאת, עדיין יש צורך לחקור האם יש דמיון בתהליכים פסיכולוגיים בין בני אדם לעכברים (למשל, אלקטרופיזיולוגיה). זיכרון עבודה קשור קשר הדוק לקשב. זה מתאם עם מדדים של 'אינטליגנציה נוזלית' בבני אדם והוא חשוב ללמידה, ולכן חשוב ללמוד. אולטון וסמואלסון תיארו משימת מבוך רדיאלי בעל 8 זרועות (RAM) לאימון והערכת זיכרון מרחבי בחולדות20. בניסוי הבחירה החופשית, הם סיפקו לכל זרועות המבוך 0.1 גרם צ'או עכברוש, שלא התחדש במהלך הבדיקה. לכן, רק שמונה פרסים הושגו במבחן אחד. כל הזרועות היו פתוחות, ולחולדות הייתה גישה מיידית לכל הזרועות במהלך הניסוי. מאחר שתגמולי המזון לא התחדשו, חולדות נאלצו להשתמש בזיכרון עבודה כדי להימנע מביקור חוזר בזרועות שביקרו בעבר, כדי להחזיר כמה שיותר תגמולים לפני סיום המשימה. כל חולדה הוצבה במרכז המרכזי בהתחלה והורשתה להיכנס לכל זרוע כרצונה, כדי להחזיר את תגמול המזון עד שבוצעו 16 בחירות זרוע או 10 דקות חלפו. אולטון ועמיתיו ספרו את מספר החולדות בזרועות שונות שביקרו ב-8 הבחירות הראשונות ומצאו שכל החולדות בחרו בממוצע יותר מ-7 זרועות נפרדות תוך 10 ימים20. ניסינו פרוטוקול דומה עם עכברים וגילינו שעכברים, בניגוד לחולדות, הראו שרשור חיננית במשך כמה ימים ולא שינו את האסטרטגיה שלהם לאחר מכן, מה שעקף את המטרה של הערכת זיכרון העבודה שלהם. לכן העכבר היה מוגבל במרכז המרכזי בין ביקורי זרועות, בתקווה שהכליאה במרכז המרכזי תמנע את התנהגות השרשור.

אולטון ועמיתיו כלאו חולדות במרכז המרכזי למשך דקה או 15 שניות כדי להפריע לכל רצף של בחירות. זה מנע מהם לאמץ את הנטייה הרגילה שלהם להתקדם סביב המבוך ברציפות, בכיוון השעון או נגד כיוון השעון20,53. אם הבחירה בזרוע כלשהי היא אקראית, סבירה באותה מידה, ובלתי תלויה לחלוטין בבחירות קודמות, הניסוי הוא דוגמה ל'בעיית התפוסה' הקלאסית20, כך שההסתברויות p(n,8) לבחירת n זרועות נפרדות בשמונת ביקורי הזרוע הרצופים הראשונים הן: p(1,8)=4.8x10-7, p(2,8)=4.2x10-4, p(3,8)=0.019, p(4,8)=0.17, p(5,8)=0.42, p(6,8)=0.32, p(7,8)=0.067, p(8,8)=0.0024. מהסתברויות אלה, ניתן לחשב שההסתברות הממוצעת לבחירת זרועות נפרדות היא 5.3 (ערך תוחלת = figure-discussion-1 = 5.25; 5.3/8= 66%) מתוך 8. אולטון ועמיתיו דיווחו כי במהלך תקופת אימונים של 10 ימים, החולדות נכנסו בממוצע ל-5.7/8 זרועות נפרדות (71%; טווח: 4.2-6.6) במהלך הימים 1-5, וגדלו ל-7.6/8 זרועות נפרדות (95%; טווח: 7.2-8.0) במהלך הימים 6-10-20, שזה גבוה משמעותית מהמקרה. זה הצביע על כך שחולדות השתמשו בזיכרון עבודה כדי להימנע מזרועות מדוללות מזון. ניסינו גישה דומה עם עכברים, והגבלנו אותם למרכז המרכזי למשך 5 שניות בין ביקורי זרוע. עכברים נכנסו בממוצע ל-5.7/8 זרועות שונות לכל ניסוי של 8 זרועות במהלך הימים 1-5 (71%; טווח: 5.2-5.8; 11 C57BL/6 עכברים) ו-5.9/8 זרועות במהלך הימים 6-10 (74%; טווח: 5.7-6.5; 11 עכברי C57BL/6). לכן, עכברים לא היו מסוגלים ללמוד, או למדו לאט מאוד, לשפר את ביצועי מציאת התגמול שלהם באופן משמעותי מעל רמות הסיכוי במהלך 10 ימי הניסוי. לכן, הפרוטוקולים לעיל נחשבו כלא מתאימים לעכברים, ובמקום זאת בחרו בפרדיגמת 'ריצה מאולצת/ריצה חופשית', בדומה לזו שתוארה עבור חולדות על ידי Sasaki et al.27

בפרוטוקול של Sasaki et al.27, כל הזרועות היו פיתיון בתחילת הניסוי, התגמולים לא התחדשו, וכל חולדה הוגבלה בתחילה לרכזת המרכזית של זיכרון RAM פתוח בעל 8 זרועות. לאחר מכן הם שוחררו לכל אחת מארבע הזרועות שנבחרו מראש, זרוע אחת בכל פעם, מבלי להגביל אותן בזרועות ובמרכז המרכזי בין ביקורי הזרוע ("הריצה הכפויה"). לאחר ביקור הזרועהרביעית, החולדה הייתה חוזרת למרכז המרכזי, וכל הדלתות נפתחו מיד כדי לאפשר לחולדה לבקר בכל זרועות כרצונה ("הריצה החופשית"). על מנת לאסוף את כל תגמולי המזון הנותרים בצורה היעילה ביותר במהלך הריצה החופשית, בעלי חיים צריכים לזכור ולהימנע מכל זרועות שכבר ביקרו בהן בריצות הכפויות או החופשיות. השתמשנו בגישה דומה מאוד (איור 2E) עם עכברים. עשר דקות של תקופות התרגלות בתחילת כל יום של אימון RAM בססאקי ואחרים.27 הוחלפו בתקופת התרגלות אחת של 6 ימים לפני האימון. שינוי נוסף שבוצע היה לאפשר לעכברים לבצע ארבעה ביקורי זרוע נוספים בסוף כל ניסוי לאחר שכל התגמולים הוחזרו. זה נועד לחזק את העובדה שהתגמולים אינם מתחדשים בזרועות שביקרו בעבר. כמו כן, מכיוון שעכברים לומדים "להימנע מחרטה"54,55, זה עלול להרתיע התנהגות של שרשרת חיננית בניסוי הבא, מכיוון שהתנהגות כזו לא תתוגמל במהלך ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים מיד לפני תחילת הניסוי הבא. סיבה נוספת לארבעת ביקורי הזרוע הנוספים הייתה למנוע מהעכברים לקשר בין שחזור מוצלח של כל התגמולים לבין החוויה המפחידה של להיתפס על ידי הנסיין בסוף המשימה. עכברים עשויים לפתח זיכרון-פחד כשהם נתפסו במהלך ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים, וזו יכולה להיות אחת הסיבות לכך שהם בילו זמן רב יותר לקראת סוף הניסוי (איור 4G). ואכן, עכברים שברו את התנהגות השרשרת של החיננית במהלך ארבעת ביקורי הידיים הנוספים, אם הם עשו זאת בניסוי. יתר על כן, עכברים היו מוגבלים בכל זרוע למשך 15 שניות במהלך הריצה הכפויה ולאחר מכן במרכז המרכזי למשך 5 שניות לפני שפתחו את כל הדלתות כדי להתחיל את הריצה החופשית. מבלי להגביל את העכבר ברכזת המרכזית, עכברים נטו לשרשר חיננית כמתואר לעיל.

עבור הריצה הכפויה, בחרנו מתוך קבוצה של חמישה רצפים פסאודו-אקראיים של 4 זרועות המכילים 3 או פחות זרועות סמוכות. אלה היו (1,3,5,7), (2,4,5,8), (1,4,5,7), (2,3,4,7), (1,2,5,6), והווריאציות שלהם של סדרי זרועות וסיבובים שונים, המספורים את הזרועות מ-1-8 בכיוון השעון מלמעלה (איור 1C). כל עכבר בקבוצה עבר שישה ניסויים (ניסוי אחד = ריצה כפויה +5 שניות כליאה במרכז המרכזי + ריצה חופשית) ביום במהלך 9 הימים שלאחר ההתרגלות של מבחן ה-RAM. במהלך הריצה החופשית, אם עכבר ביצע רק ארבעה ביקורי זרוע כדי להחזיר את כל ארבעת התגמולים שנותרו לאחר הריצה הכפויה, זה נקרא "ניסיון מושלם". הביצועים שלהם במהלך 9 ימי האימון כומתו על ידי "ציון שיעור ההצלחה היומי", שחושב כ-4/(4+E), כאשר E הוא מספר השגיאות במהלך הריצה החופשית או שיעור הניסויים שהיו "ניסויים מושלמים" (כלומר E=0). לדוגמה, אם עכבר היה זקוק ל-7 ביקורי זרוע כדי לאחזר את 4 התגמולים הנותרים במהלך הריצה החופשית, אז "ציון שיעור ההצלחה היומי" יהיה 4/7 = 0.57 או 57% וניסיון מושלם יקבל ציון של 100% בסולם זה; אם עכבר ביצע 5 ניסיונות מושלמים באותו יום, ציון יחס הניסיון המושלם יהיה 5/6 = 83.3%.

ציוני אחוזי ההצלחה היומיים שהושגו על ידי שרשור דייזי חושבו ידנית עבור כל אחד מדפוסי הריצה הכפויה של 4 הזרועות שהופעלו (הפסקה הקודמת), בהנחה שעכברים מתחילים את הריצה החופשית שלהם באופן אקראי בכל אחת מ-8 הזרועות של ה-RAM. הציון הממוצע על פני ניסויים רבים שניתן להשיג על ידי שרשור דייזי הוא בין 53% ל-56% עבור דפוסי זרוע הריצה הכפויה הבודדים, או ~55% דפוסי זרוע כוללים. ההסתברות להשיג ציון מושלם (100%) על ידי שרשור דייזי היא אפסית, וזה על ידי ביקורי זרוע אקראיים היא <1% (4/8 x 3/7 x 2/7 x 1/7 = 0.87%), בהנחה שעכברים לעולם לא יחזרו לזרוע שזה עתה יצאו. לכן, ציוני שיעור ההצלחה היומי הממוצע (>80%) ואחוז הציונים המושלמים (>60%) שהעכברים שלנו הגיעו אליהם ביומיים האחרונים של תקופת הניסוי בת 9 הימים (איור 4A,B) יכלו להיות מושגים באופן עקבי רק באמצעות אסטרטגיה מבוססת זיכרון עבודה.

עכברים שהכירו את המטלה נטו לשוטט בבאר המזון האחרונה, או במרכז המרכזי, אחרי שהם צרכו את כל הפרסים, והם גם נטו לבלות יותר זמן בארבעת ביקורי הידיים הנוספים בסוף המטלה (איור 4G), מה שמרמז על כך שהם למדו את ה"כלל" שכל זרוע מכילה פרס אחד ויחיד, וגם שהם יכלו לעקוב אחר העובדה שהם ביקרו בכל כלי הנשק הזמינים. עבור עכברים בעלי רקע גנטי שונה מזה המשמש כאן (C57BL/6), התוצאות עשויות להשתנות מכיוון שהרקע הגנטי חשוב בניסויים התנהגותיים 56,57,58. עם זאת, במחקר הקודם שלנו50, תוך שימוש בעכברים עם רקע מעורב C57BL/6, CBA, 129P2 אך עם עכברי C57BL/6J, נמצא כי ביצועי מטלות זיכרון העבודה שלהם השתפרו מאוד באמצעות הפרוטוקול המתואר כאן, כאשר פחות עכברים פנו לשרשור דייזי במהלך הריצה החופשית. Koike et al.59 דיווחו כי כל 129 תת-הזנים המולדים של העכבר נושאים פולימורפיזם מחיקת Disc-1 המורכב ממחיקה של 25 bp באקסון 6 של Disc-1 הגורם לשינוי מסגרת וקיצוץ של חלבון DISC-1, המשפיע על הפונקציונליות שלו60,61. מוטציה זו גרמה לפגיעה בזיכרון העבודה כאשר נחקרה עם מטלת חילופין מושהית59 במבוך T, משימת מבוך נוספת המונעת על ידי תיאבון, מה שעשוי להסביר מדוע לעכברי הביקורת ששימשו במחקר הקודם שלנו50 היו ציוני זיכרון עבודה מעט נמוכים יותר מאשר לעכברי C57BL/6 המולדים. אנו תמיד משתמשים בעכברים הנמצאים בטווח משקל הגוף הנורמלי לגילם ולמאמץ שלהם כדי למנוע קשיים בשמירה על משקלם בין 85% ל-90%. גודל המלטה יכול להשפיע על זיכרון מרחבי והתנהגות דמוית חרדה בגלל הזנת יתר בגיל מוקדם בזן הנקרא NMRI62. גודל המלטה קטן גורם להאכלת יתר ולמשקל גוף מוגבר הן בזני העכברים NMRI והן ב-C57BL/6. עם זאת, שני הזנים פתרו משימות למידה מרחבית בצורה שונה. בעוד שעכברי C57BL/6 לא הראו הבדלים בין גודל המלטה קטנה לביקורת, עכברי NMRI הראו פגיעה משמעותית בשלב הלמידה עם מבחן מבוך המים של מוריס (MWM) וליקוי קל במשימת החלפה ספונטנית של מבוך Y, אם כי זה לא היה משמעותי. יתר על כן, גודל המלטה קטן הפחית משמעותית את רמות החלבון של הגורם הנוירוטרופי המוחי שמקורו בהיפוקמפוס (BDNF) והגדיל את תכולת החלבון של אינטרלוקין-1b בהיפוקמפוס (IL-1b) לאחר בדיקות MWM ו-Y-maze בזן NMRI. עם זאת, שינויים אלה לא נצפו בזן C57BL/6. זן ה-NMRI של עכברים הראה עלייה משמעותית בהתנהגויות דמויות חרדה ורמות קורטיקוסטרון הנגרמות על ידי מתח כאשר גדלו בגדלי המלטה קטנים. לעומת זאת, גדלי המלטה קטנים עבור זן C57BL/6 הובילו לירידה הן בהתנהגויות דמויות חרדה והן ברמות הקורטיקוסטרון. לכן, חשוב לקחת בחשבון את גודל המלטה של זן העכבר בעת תכנון ניסויי התנהגות.

הבדלים התנהגותיים בין חולדות לעכברים
רוב המטלות הקוגניטיביות תוכננו במקור עבור חולדות. כמו כן, למידה/זיכרון מרחבי נחקרו בהרחבה בחולדות. בגלל היתרון של טכנולוגיות הטרנסגניות ושינוי הגנום של ימינו לעכברים, חוקרים מיישמים לעתים קרובות פרוטוקולים שתוכננו עבור חולדות על עכברים. עם זאת, ישנם הבדלים התנהגותיים עקביים בין חולדות לעכברים 3,4,5,6,7. לדוגמה, יש להם הבדלי העדפות (העדפה חברתית של חולדות והעדפת מזון על ידי עכברים)3 ומשתמשים באסטרטגיות שונות כדי לנהל משא ומתן על משימות מבוך שונות (מבוכי מים או יבשה)4. כמו כן, לעכברים לוקח זמן רב יותר להשיג ציוני למידה מרחבית טובים ב-8 זרועות RAM 4,8,9, וזו אחת הסיבות לכך שעכברים נחשבים בדרך כלל כנחותים מחולדות במשימות למידה מרחבית.

חולדות ועכברים נבדלים גם בהתנהגות/אופי כלליים, כולל תגובותיהם לניהול לחץ או פחד 3,4,5,6,7,10. לדוגמה, מחקרים קודמים מצאו למידה לקויה של הכחדת פחד בעכברים מתבגרים 11,12,13,14, אך לא בחולדות 15,16,17,18. בנוסף, עכברים נוטים יותר ללחץ ואינם אוהבים שמטפלים בהם בהשוואה לחולדות, שכאשר הן מכירות את הטיפול, ככל הנראה נהנות לדגדג על ידי המטפל ומנסות לתקשר עם המטפלים כדי לדגדג יותר19. לכן, ניהול פחד הוא גורם חשוב שיש לקחת בחשבון בעת חקר התנהגות עכברים. יתר על כן, Borrow et al.63 דיווחו כי מתח משתנה כרוני מקטין את ה-mRNA של האוקסיטוצין, ומגדיל את נפח הסומה של נוירוני האוקסיטוצין בגרעין הפרה-חדר. בנוסף, מחקרים אחרונים הראו שטיפול במנהרה יכול להפחית מתח ולשפר את הביצועים בניסויים התנהגותיים 38,39,40. לכן, חשוב להימנע מלחץ על עכברים במהלך או לפני ניסויים התנהגותיים.

עכברים לא אוהבים להיחשף בשטח פתוח, למשל, במבחן השטח הפתוח או במבוך מוגבה פלוס, ומעדיפים מקומות סגורים וחשוכים יותר64,65. בהקשר של זיכרון ה-RAM, הרכזת המרכזית היא השטח הפתוח ביותר, ומשם העכברים מחליטים באיזו זרוע לבקר בהמשך. אם הם חרדים במרכז המרכזי, הם עלולים להיות מוסחים מהמשימה ויתפקדו מתחת לרמה. מסיבה זו, החלטנו לתפוס עכברים באחת הזרועות הרדיאליות (ראו חלק הנוהל), ולא במרכז המרכזי, כדי שהם לא יקשרו את הרכזת לחוויה מפחידה.

כאשר חוקרים את זיכרון ה-RAM בעל 8 הזרועות לתגמולי מזון, חולדות היוצאות מזרוע נתונה נוטות להסתובב בזווית ישרה לביקור הזרוע הבא שלהן, לדלג על הזרוע המתערבת, ולעתים רחוקות לבקר בזרועות ברצף (מה שאנו מכנים "שרשרת חיננית"); כלומר, חולדות נוטות לבקר בסדר 1,3,5,7 ולא 1,2,3,4 20,53,66. לעומת זאת, עכברים מאמצים לעתים קרובות אסטרטגיית שרשרת חיננית, אולי בגלל גודל גופם וגמישותם. אסטרטגיית שרשור החיננית היא דרך חסכונית למדי עבור עכברים לשחזר את תגמולי המזון, אך היא מהווה חיסרון משמעותי עבור הנסיין המנסה לבחון זיכרון עבודה מרחבי מכיוון שהיא עוקפת את מטרת הניסוי67. עם זאת, חשיפה ללחץ יכולה להשפיע על יכולת הלמידה ולשנות את אסטרטגיית הלמידה68. מכיוון שגישת שרשור החיננית עשויה להצביע על לחץ, חשוב לוודא שהעכברים יישארו ללא לחץ. אנו מתארים את הפרוטוקול הנוכחי שלנו כנטול סטרס עבור עכברים במהלך מטלת זיכרון העבודה מאחר שעכברים אינם משתמשים באסטרטגיית שרשור החיננית.

ידוע שעכברים מסתמכים על רמזים חזותיים דיסטליים יותר מאשר על רמזים חזותיים פרוקסימליים בעת ניווט במבוך 48,69,70. מצאנו ששילוב רמזים חזותיים פרוקסימליים נוספים שהודפסו על פיסות נייר והונחו על הקירות האחוריים של כל הזרועות לא הפחית התנהגות כזו, מה שעולה בקנה אחד עם הטענה של Olton et al. עבור חולדות20. עם זאת, הצבת משואות בזרועות המטרה כרמז תוך-מבוך סייעה לעכברים יותר מאשר רמזים מחוץ למבוך בפתרון המשימה של זיכרון ייחוס מבוך רדיאלי בעל 6 זרועות ובדיקת זיכרון עבודה בניסוי אחד71. יתר על כן, זנים שונים של עכברים מראים יכולות חזותיות שונות72, אך יכולת הלמידה והזיכרון החזותי-מרחבי שלהם שנבדקו במבוך בארנס לא בהכרח שיקפו את יכולת הראייה שלהם, מה שמרמז על כך שעכברים עם יכולות ראייה ירודות, כגון BALB/c, עשויים להסתמך על תהליכים מוחיים שונים. לכן, נסיינים צריכים לשקול באילו רמזים הם רוצים להשתמש כדי להתאים בצורה הטובה ביותר לניסויים שלהם.

הפחתת חרדה בעכברים במהלך הטיפול
התמודדות עם לחץ ידועה כמשפיעה על בעלי חיים מבחינה פיזיולוגית והתנהגותית 73,74,75,76,77. כמו כן, סנדי ועמיתיו הראו כי פגיעה בזיכרון המרחבי הנגרמת על ידי מתח חריף קשורה לירידה בביטוי של מולקולת הידבקות תאים עצביים (NCAM) בהיפוקמפוס ובקליפת המוח הקדם-מצחית על ידי בדיקת חולדות במשימת מבוך מים תלויה בהיפוקמפוס באמצעות חתולה נקבה כגורם לחץ בין ניסוי הלמידה האחרון למבחן הבדיקה78מה שמרמז על כך שההיפוקמפוס וקליפת המוח הקדם-מצחית פגיעים לרמות גבוהות של לחץ., לכן, חשוב להפחית מתח/חרדה בחיות ניסוי כדי למנוע שינויים בלתי מוסברים בתוך ובין ניסויים בבעלי חיים. במיוחד מטלות זיכרון עבודה דורשות מחיות להתמקד במהלך המטלה, ולכן יש להימנע מהסחות דעת מיותרות. פרוטוקולים שפורסמו לבדיקת זיכרון עבודה בחולדות, או זיכרון עבודה וזיכרון ייחוס יחד, לעיתים קרובות אינם כוללים פרטים חשובים כמו איך, מתי ומהיכן הנסיינים מוציאים את החיות מהמבוך בסוף המשימה. מאחר שעכברים פחות חברתיים מחולדות עם המטפל והם נוטים יותר לסטרס, פרטים כאלה חשובים יותר לניסויים בעכברים. מכרסמים יכולים לפתח זיכרון אפיזודי, שהוא צורה של זיכרון מפורש לטווח ארוך הכולל זיכרון של זמנים, מיקומים ורגשות קשורים 79,80,81. לכן, בחרנו לא להוציא עכברים מהמבוך מיד אחרי שהם אספו את כל תגמולי המזון בזיכרון ה-RAM, אלא אפשרנו להם לערוך ארבעה ביקורי זרוע עוקבים מבלי לזכות בתגמולי מזון. זה נעשה כדי למנוע מהעכברים לקשר התאוששות מוצלחת של כל התגמולים עם החוויה המפחידה של להיתפס על ידי הנסיין, וזה חשוב, במיוחד עבור השלב המוקדם של הלמידה ב-RAM. בנוסף, ארבעת ביקורי הזרוע הנוספים ללא תגמול יכולים לחזק את העובדה שתגמולי המזון אינם מתחדשים בזרועות שהעכברים ביקרו בעבר. אם הטיפול אינו מלחיץ מדי עבור עכברים, הם מתקשרים עם הנסיין לעתים קרובות יותר38. כדי להימנע מלחץ, הרימו את העכבר מהכלוב הביתי שלו בתחילת ניסוי ה-RAM באמצעות שפופרת נייר בכלוב הביתי שסופק כאשר הם הופרדו מהכלוב המקובץ לניסוי38, או אפשרו לעכבר לטפס על ידו של הנסיין מרצונו, כאשר טיפלו בו בכלוב הביתי שלו לפני הניסוי וכאשר הביאו אותו מהכלוב הביתי שלו למבוך. כשאתם מוציאים את העכברים מהמבוך בסוף הניסוי, אל תרדפו אחריהם במבוך אלא חסמו את כניסת זרוע המבוך ביד אחת ותנו לעכברים לטפס עליה מרצון, תוך כיסוי זרוע המבוך ביד השנייה כדי למנוע מהעכבר לקפוץ החוצה מהמבוך. זה מפחית את הלחץ של להיות נרדף במבוך או להיתפס על ידי הזנב. נסיינים גברים לפעמים מעוררי מתח יותר מאשר נסיינים נשים,שם מדובר בעכברים. עם זאת, על ידי שימת לב לצעדים להפחתת המתח המתוארים כאן, נמצא כי נסיינים גברים יכולים לבצע את בדיקות ה-RAM ללא בעיות גדולות. לפיכך, אופן הטיפול בעכברים חשוב יותר.

הבדלים בין המינים
רק עכברים זכרים משמשים בניסויים המדווחים כאן בגלל ההשפעות השונות של מין על קוגניציה, למידה וזיכרון שנצפו במינים שונים (מכרסמים ובני אדם), ומכיוון שתגובות ההתמודדות עם לחץ שונות בין זכרים לנקבות 63,83,84,85,86,87 . עם זאת, כאשר מפרשים תוצאות המתקבלות עם מכרסמים ליתרונות אפשריים לבני אדם, חשוב לחקור את שני המינים. הנחיות של NIH ומועצות מימון אחרות מציעות גם להשתמש בבעלי חיים זכרים ונקבות כאחד.

יתרונות הפרוטוקול
המבוך הרדיאלי החצי אוטומטי שלנו בעל 8 זרועות הוא מבוך סגור עם קירות אקריליים לבנים אטומים אך ללא מכסים (ראה איור 1A למידות). בזמן שהם מנווטים במבוך, עכברים לא יכולים לראות את הנסיין, מה שיכול להוות הסחת דעת במבוכים עם קירות שקופים או זרועות פתוחות ומוגבהות, אולם הם יכולים לראות רמזים חזותיים מרוחקים מעל המבוך (ראו איור 1). בנוסף, פרוטוקול זה ישים, באופן עקרוני, להדמיה ואלקטרופיזיולוגיה בזמן אמת מכיוון שאין חיווט מעל המבוך, ועכברים יכולים ללמוד את המשימה ביעילות.

כיוונים לעתיד
הפרוטוקול הנוכחי נמשך 15 יום מההתרגלות ועד לסיום משימת זיכרון העבודה. ביצענו את הפרוטוקול ללא הפסקות בסופי שבוע; עם זאת, חופשת סוף שבוע לאחר ההתרגלות של 6 ימים לא אמורה להשפיע באופן משמעותי על משימת זיכרון העבודה הבאה בת 9 הימים. לקיחת הפסקת סוף שבוע במהלך משימת זיכרון העבודה בת 9 הימים עשויה להאט את הלמידה בעכברים. לכן, שני נסיינים מאומנים היטב בטיפול בעכברים עשויים לסייע בהפחתת הלחץ של הנסיינים מבלי להאט את הלמידה של העכברים. לפי איור 4A, B, שלושת הימים הראשונים הם קריטיים, מאחר שעכברים משיגים יותר מניסוי מושלם אחד בממוצע אחרי היום הרביעי. לכן, רצוי להימנע מהפסקות בשלושת הימים הראשונים. אם משימת זיכרון העבודה קלה מדי עבור העכברים שמעניינים אותך, ייתכן שיהיה צורך להגדיל את זמן ההגבלה לאחר ריצות כפויות. יש להתאים אותם למקרים פרטניים.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מודים לעמיתינו במכון וולפסון למחקר ביו-רפואי על דיונים מועילים ולדיוויד באנרמן (אוניברסיטת אוקספורד) על עצות לגבי התנהגות עכברים ועל סקירת טיוטה מוקדמת של המאמר. אנו מודים גם למתיו גריסט על התמיכה הטכנית והאדמיניסטרטיבית. המחקר הזה מומן על ידי Wellcome Trust [108726/Z/15/Z ו-214286/Z/18/Z] והמכון למדעי המוח ע"ש ג'רלד צ'ואה [PJ8425013].

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מלקחיים עורקיים או צבתכלN/Aלחיתוך הצ'או הסטנדרטי
C57BL/6J עכברימעבדת ג'קסון000664חלב
מרוכז (ציפורן)נסטלהN/Aמשמש כפרס במשימה
מים מזוקקיםכלN/Aלניקוי ומדלל של החלב המרוכז
EthovisionXT13 NoldusN / Aשלוט בדלתות המבוך ובעכבר המעקב
- מודול נקודות גוף מרובותNoldusN / Aלמעקב אחר נקודות גוף מרובות
- ניסיון & מודול בקרת חומרהNoldusN/Aלניסיון & בקרת חומרה
- תיבת קלט / פלטNoldusN / Aשליטה בדלתות המבוך
רמזים חזותיים ExtramazeAnyN / Aלמיפוי המבוך על ידי עכברים
מצלמה ברזולוציה גבוההTracksys N/ Aלמעקב אחר עכבר וצילום
מברשת צבעכלN / Aלניקוי
מנהרת ניירכלN / Aלטיפול בעכברים
איגלו ניירכלN / Aלקינון
פסי קינון ניירכלN / Aלקינון
Pipetteman P1000 גילסוןF144059Mלאספקת חלב מרוכז מדולל לכלוב הביתי
קצה פיפטה P1000כל
פיפטמן P200גילסוןF144058Mלפיתיון המבוך
קצה פיפטה P200כל
מבוך זרוע רדיאליTracksysN / Aמנורות חדר בהתאמה אישית
כלN / Aעבור אפילו תאורה במבוך
פלסטיק קטנהכלN / Aלאספקת חלב מרוכז מדולל לכלוב הביתי
רמקולים לרעש לבןכלN / Aלהפעלת רעש
לבן צ'או סטנדרטיכלN / Aלהגבלת דיאטה
נייר טישוכלN / Aלניקוי
עדשת VerifocalTracksysN/A5-50 מ"מ, פוקוס ידני, קשתית ידנית
בלוק נשיכה מעץכלN/Aלקינון
צינור צנטריפוגה 50 מ"לFalconFalcon™ 352070לערבוב החלב המרוכז עם מים מזוקקים (1:1)

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Baddeley, A. Working memory. Science. 255 (5044), 556-559 (1992).
  2. Wang, L., Sheng, A., Chang, L., Zhou, R. Improving fluid intelligence of children through working memory training: The role of inhibition control. Front Psychol. 13, 1025036(2022).
  3. Reppucci, J. C., Brown, L. A., Chambers, A. Q., Veenema, A. H. Wistar rats and C57BL/6 mice differ in their motivation to seek social interaction versus food in the Social versus Food Preference Test. Physiol Behav. 227, 113162(2020).
  4. Whishaw, I. Q., Tomie, J. Of mice and mazes: similarities between mice and rats on dry land but not water mazes. Physiol Behav. 60 (5), 1191-1197 (1996).
  5. Cressant, A., Besson, M., Suarez, S., Cormier, A., Granon, S. Spatial learning in Long-Evans Hooded rats and C57BL/6J mice: different strategies for different performance. Behav Brain Res. 177 (1), 22-29 (2007).
  6. Hok, V., Poucet, B., Duvelle, E., Save, E., Sargolini, F. Spatial cognition in mice and rats: similarities and differences in brain and behavior. Wiley Interdiscip Rev Cogn Sci. 7 (6), 406-421 (2016).
  7. Bisby, M. A., Stylianakis, A. A., Baker, K. D., Richardson, R. Fear extinction learning and retention during adolescence in rats and mice: A systematic review. Neurosci Biobehav Rev. , 1264-1274 (2021).
  8. Mizuno, M., Yamada, K., Olariu, A., Nawa, H., Nabeshima, T. Involvement of brain-derived neurotrophic factor in spatial memory formation and maintenance in a radial arm maze test in rats. J Neurosci. 20 (18), 7116-7121 (2000).
  9. Rai, R., Singh, H. K., Prasad, S. A special extract of Bacopa monnieri (CDRI-08) restores learning and memory by upregulating expression of the NMDA receptor subunit GluN2B in the brain of scopolamine-induced amnesic mice. Evid Based Complement Alternat Med. 2015, 254303(2015).
  10. Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: is it a rat race. Dis Model Mech. 9 (10), 1079-1087 (2016).
  11. Hefner, K., Holmes, A. Ontogeny of fear-, anxiety- and depression-related behavior across adolescence in C57BL/6J mice. Behav Brain Res. 176 (2), 210-215 (2007).
  12. Pattwell, S. S., et al. Altered fear learning across development in both mouse and human. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (40), 16318-16323 (2012).
  13. Pattwell, S. S., et al. Dynamic changes in neural circuitry during adolescence are associated with persistent attenuation of fear memories. Nat Commun. 7, 11475(2016).
  14. Riddle, M. C., et al. Caloric restriction enhances fear extinction learning in mice. Neuropsychopharmacology. 38 (6), 930-937 (2013).
  15. Cruz, E., Lopez, A. V., Porter, J. T. Spontaneous recovery of fear reverses extinction-induced excitability of infralimbic neurons. PLoS One. 9 (8), e103596(2014).
  16. Barbayannis, G., et al. Differential effects of stress on fear learning and activation of the amygdala in pre-adolescent and adult male rats. Neuroscience. 360, 210-219 (2017).
  17. Chen, C. V., Chaby, L. E., Nazeer, S., Liberzon, I. Effects of trauma in adulthood and adolescence on fear extinction and extinction retention: advancing animal models of posttraumatic stress disorder. Front Behav Neurosci. 12, 247(2018).
  18. Schipper, P., et al. Impaired fear extinction recall in serotonin transporter knockout rats is transiently alleviated during adolescence. Brain Sci. 9 (5), 9050118(2019).
  19. Ishiyama, S., Brecht, M. Neural correlates of ticklishness in the rat somatosensory cortex. Science. 354 (6313), 757-760 (2016).
  20. Olton, D. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places passed - spatial memory in rats. J Exp Psychol Anim Behav Process. 2 (2), (1976).
  21. Kraemer, P. J., Gilbert, M. E., Innis, N. K. The influence of cue type and configuration upon radial-maze performance in the rat. Animal Learning & Behavior. 11, 373-380 (1983).
  22. Wenk, G. L. Assessment of spatial memory using the radial arm maze and Morris water maze. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8 (Unit 8 5A), (2004).
  23. Harper, D. N., Dalrymple-Alford, J. C., McLean, A. P. Production of a serial position effect in rats using a 12-arm radial maze. J Neurosci Methods. 44 (2-3), 197-207 (1992).
  24. Schmitt, W. B., Deacon, R. M., Seeburg, P. H., Rawlins, J. N., Bannerman, D. M. A within-subjects, within-task demonstration of intact spatial reference memory and impaired spatial working memory in glutamate receptor-A-deficient mice. J Neurosci. 23 (9), 3953-3959 (2003).
  25. Brown, M. F. The effects of maze-arm length on performance in the radial-arm maze. Animal Learning & Behavior. 18, 13-22 (1990).
  26. Olton, D. S., Papas, B. C. Spatial memory and hippocampal function. Neuropsychologia. 17 (6), 669-682 (1979).
  27. Sasaki, T., et al. Dentate network activity is necessary for spatial working memory by supporting CA3 sharp-wave ripple generation and prospective firing of CA3 neurons. Nat Neurosci. 21 (2), 258-269 (2018).
  28. Jew, K., et al. Selective memory and behavioral alterations after ambient ultrafine particulate matter exposure in aged 3xTgAD Alzheimer's disease mice. Part Fibre Toxicol. 16 (1), 45(2019).
  29. Harvey, R. E., Thompson, S. M., Sanchez, L. M., Yoder, R. M., Clark, B. J. Post-training inactivation of the anterior thalamic nuclei impairs spatial performance on the radial arm maze. Front Neurosci. 11, 94(2017).
  30. Morris, R. G. M. Spatial localization does not require the presence of local cues. Learning and Motivation. 12 (2), (1981).
  31. Buresova, O., Bures, J., Oitzl, M. S., Zahalka, A. Radial maze in the water tank: an aversively motivated spatial working memory task. Physiol Behav. 34 (6), 1003-1005 (1985).
  32. Buresova, O., Bolhuis, J. J., Bures, J. Differential effects of cholinergic blockade on performance of rats in the water tank navigation task and in a radial water maze. Behav Neurosci. 100 (4), 476-482 (1986).
  33. Olton, D. S., Walker, J. A., Gage, F. H. Hippocampal connections and spatial discrimination. Brain Res. 139 (2), 295-308 (1978).
  34. Olton, D. S., Werz, M. A. Hippocampal function and behavior: spatial discrimination and response inhibition. Physiol Behav. 20 (5), 597-605 (1978).
  35. Olton, D. S., Branch, M., Best, P. J. Spatial correlates of hippocampal unit activity. Exp Neurol. 58 (3), 387-409 (1978).
  36. Honig, W. K. Studies of Working Memory in the Pigeon. 38, 1 edn, (1978).
  37. Brolese, G., Lunardi, P., Lopes, F., Gonçalves, C. -A. Chapter 2 - Prenatal Alcohol Exposure and Neuroglial Changes in Neurochemistry and Behavior in Animal Models. , Academic Press. 11-22 (2017).
  38. Gouveia, K., Hurst, J. L. Reducing mouse anxiety during handling: Effect of experience with handling tunnels. PLoS One. 8 (6), e66401(2013).
  39. Gouveia, K., Hurst, J. L. Optimising reliability of mouse performance in behavioural testing: the major role of non-aversive handling. Sci Rep. 7, 44999(2017).
  40. Gouveia, K., Hurst, J. L. Improving the practicality of using non-aversive handling methods to reduce background stress and anxiety in laboratory mice. Sci Rep. 9 (1), 20305(2019).
  41. Ebbesen, C. L., Froemke, R. C. Body language signals for rodent social communication. Curr Opin Neurobiol. 68, 91-106 (2021).
  42. Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nat Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
  43. Tordoff, M. G., Pilchak, D. M., Williams, J. A., McDaniel, A. H., Bachmanov, A. A. The maintenance diets of C57BL/6J and 129X1/SvJ mice influence their taste solution preferences: implications for large-scale phenotyping projects. J Nutr. 132 (8), 2288-2297 (2002).
  44. Prior, H. Effects of the acoustic environment on learning in rats. Physiol Behav. 87 (1), 162-165 (2006).
  45. Prior, H., Schwegler, H., Ducker, G. Dissociation of spatial reference memory, spatial working memory, and hippocampal mossy fiber distribution in two rat strains differing in emotionality. Behav Brain Res. 87 (2), 183-194 (1997).
  46. Lai, H. Acute exposure to noise affects sodium-dependent high-affinity choline uptake in the central nervous system of the rat. Pharmacol Biochem Behav. 28 (2), 147-151 (1987).
  47. Granon, S., Poucet, B., Thinus-Blanc, C., Changeux, J. P., Vidal, C. Nicotinic and muscarinic receptors in the rat prefrontal cortex: differential roles in working memory, response selection and effortful processing. Psychopharmacology (Berl). 119 (2), 139-144 (1995).
  48. Hebert, M., Bulla, J., Vivien, D., Agin, V. Are distal and proximal visual cues equally important during spatial learning in mice? a pilot study of overshadowing in the spatial domain. Front Behav Neurosci. 11, 109(2017).
  49. Yamamoto, J., Suh, J., Takeuchi, D., Tonegawa, S. Successful execution of working memory linked to synchronized high-frequency gamma oscillations. Cell. 157 (4), 845-857 (2014).
  50. Shimizu, T., et al. Oligodendrocyte dynamics dictate cognitive performance outcomes of working memory training in mice. Nat Commun. 14 (1), 6499(2023).
  51. Takeuchi, H., et al. Training of working memory impacts structural connectivity. J Neurosci. 30 (9), 3297-3303 (2010).
  52. Wu, D., et al. Persistent neuronal activity in anterior cingulate cortex correlates with sustained attention in rats regardless of sensory modality. Sci Rep. 7, 43101(2017).
  53. David, S., Olton, C. C., Ann Werz Mary, Spatial memory and radial arm maze performance of rats. Learning and Motivation. 8 (3), 289-314 (1977).
  54. Steiner, A. P., Redish, A. D. Behavioral and neurophysiological correlates of regret in rat decision-making on a neuroeconomic task. Nat Neurosci. 17 (7), 995-1002 (2014).
  55. Sweis, B. M., Thomas, M. J., Redish, A. D. Mice learn to avoid regret. PLoS Biol. 16 (6), e2005853(2018).
  56. Sultana, R., Ogundele, O. M., Lee, C. C. Contrasting characteristic behaviours among common laboratory mouse strains. R Soc Open Sci. 6 (6), 190574(2019).
  57. Marchette, R. C. N., Bicca, M. A., Santos, E., de Lima, T. C. M. Distinctive stress sensitivity and anxiety-like behavior in female mice: Strain differences matter. Neurobiol Stress. 9, 55-63 (2018).
  58. Brooks, S. P., Pask, T., Jones, L., Dunnett, S. B. Behavioural profiles of inbred mouse strains used as transgenic backgrounds. I: motor tests. Genes Brain Behav. 3 (4), 206-215 (2004).
  59. Koike, H., Arguello, P. A., Kvajo, M., Karayiorgou, M., Gogos, J. A. Disc1 is mutated in the 129S6/SvEv strain and modulates working memory in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (10), 3693-3697 (2006).
  60. Gomez-Sintes, R., Kvajo, M., Gogos, J. A., Lucas, J. J. Mice with a naturally occurring DISC1 mutation display a broad spectrum of behaviors associated to psychiatric disorders. Front Behav Neurosci. 8, 253(2014).
  61. Clapcote, S. J., Roder, J. C. Deletion polymorphism of Disc1 is common to all 129 mouse substrains: implications for gene-targeting studies of brain function. Genetics. 173 (4), 2407-2410 (2006).
  62. Salari, A. A., Samadi, H., Homberg, J. R., Kosari-Nasab, M. Small litter size impairs spatial memory and increases anxiety- like behavior in a strain-dependent manner in male mice. Sci Rep. 8 (1), 11281(2018).
  63. Borrow, A. P., Bales, N. J., Stover, S. A., Handa, R. J. Chronic Variable Stress Induces Sex-Specific Alterations in Social Behavior and Neuropeptide Expression in the Mouse. Endocrinology. 159 (7), 2803-2814 (2018).
  64. Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nat Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).
  65. Võikar, V., Stanford, S. C. The Open Field Test. 190, Humana. New York, NY. 9-29 (2023).
  66. Haga, Y. Effects of food deprivation and food reward on the behavior of rats in the radial-arm maze. Jpn. Psychol. Res. 37 (4), 252-257 (1995).
  67. Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. ILAR J. 55 (2), 310-332 (2014).
  68. Schwabe, L. Stress and the engagement of multiple memory systems: integration of animal and human studies. Hippocampus. 23 (11), 1035-1043 (2013).
  69. Bannerman, D. M., et al. Dissecting spatial knowledge from spatial choice by hippocampal NMDA receptor deletion. Nat Neurosci. 15 (8), 1153-1159 (2012).
  70. Bannerman, D. M., et al. Hippocampal synaptic plasticity, spatial memory and anxiety. Nat Rev Neurosci. 15 (3), 181-192 (2014).
  71. Yoder, R. M., Kirby, S. L. Otoconia-deficient mice show selective spatial deficits. Hippocampus. 24 (10), 1169-1177 (2014).
  72. Wong, A. A., Brown, R. E. Visual detection, pattern discrimination and visual acuity in 14 strains of mice. Genes Brain Behav. 5 (5), 389-403 (2006).
  73. Meaney, M. J., et al. Early environmental regulation of forebrain glucocorticoid receptor gene expression: implications for adrenocortical responses to stress. Dev Neurosci. 18 (1-2), 49-72 (1996).
  74. Nunez, J. F., Ferre, P., Escorihuela, R. M., Tobena, A., Fernandez-Teruel, A. Effects of postnatal handling of rats on emotional, HPA-axis, and prolactin reactivity to novelty and conflict. Physiol Behav. 60 (5), 1355-1359 (1996).
  75. Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemp Top Lab Anim Sci. 43 (6), 42-51 (2004).
  76. Meijer, M. K., Sommer, R., Spruijt, B. M., van Zutphen, L. F., Baumans, V. Influence of environmental enrichment and handling on the acute stress response in individually housed mice. Lab Anim. 41 (2), 161-173 (2007).
  77. Ghosal, S., et al. Mouse handling limits the impact of stress on metabolic endpoints. Physiol Behav. 150, 31-37 (2015).
  78. Sandi, C., et al. Acute stress-induced impairment of spatial memory is associated with decreased expression of neural cell adhesion molecule in the hippocampus and prefrontal cortex. Biol Psychiatry. 57 (8), 856-864 (2005).
  79. Tulving, E. Organization of Memory. Tulving, E., Donaldson, W. , Academic Press. (1972).
  80. Panoz-Brown, D., et al. Rats Remember Items in Context Using Episodic Memory. Curr Biol. 26 (20), 2821-2826 (2016).
  81. Fellini, L., Morellini, F. Mice create what-where-when hippocampus-dependent memories of unique experiences. J Neurosci. 33 (3), 1038-1043 (2013).
  82. Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nat Methods. 11 (6), 629-632 (2014).
  83. Pawluski, J. L., Kokras, N., Charlier, T. D., Dalla, C. Sex matters in neuroscience and neuropsychopharmacology. Eur J Neurosci. 52 (1), 2423-2428 (2020).
  84. Gogos, A., Sbisa, A., Witkamp, D., van den Buuse, M. Sex differences in the effect of maternal immune activation on cognitive and psychosis-like behaviour in Long Evans rats. Eur J Neurosci. 52 (1), 2614-2626 (2020).
  85. Espinosa-Garcia, C., et al. Sex differences in the performance of cognitive tasks in a murine model of metabolic syndrome. Eur J Neurosci. 52 (1), 2724-2736 (2020).
  86. Conner, M. R., Adeyemi, O. M., Anderson, B. J., Kritzer, M. F. Domain-specific contributions of biological sex and sex hormones to what, where and when components of episodic-like memory in adult rats. Eur J Neurosci. 52 (1), 2705-2723 (2020).
  87. Sensini, F., et al. The impact of handling technique and handling frequency on laboratory mouse welfare is sex-specific. Sci Rep. 10 (1), 17281(2020).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים