Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents

Fumiya Sawatani; Yuta Tamatsu; Kaoru Ide; Hirotsugu Azechi; Susumu Takahashi

doi:10.3791/64754

Utilizzo di un sistema di labirinto riconfigurabile per migliorare la riproducibilità dei test di...

JoVE Journal
Behavior

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Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents

Utilizzo di un sistema di labirinto riconfigurabile per migliorare la riproducibilità dei test di navigazione spaziale nei roditori

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December 2, 2022

DOI: 10.3791/64754-v

Fumiya Sawatani¹, Yuta Tamatsu¹, Kaoru Ide¹, Hirotsugu Azechi¹, Susumu Takahashi¹

¹Laboratory of Cognitive and Behavioral Neuroscience, Graduate School of Brain Science,Doshisha University

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol describes a reconfigurable maze system designed for testing spatial navigation and behavioral phenotypes in rodents. Its adaptability allows for various experiments to be conducted within a single environment, ensuring reliable and reproducible results.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Behavioral Analysis
Rodent Models

Background

The maze system can be quickly reconfigured using standardized parts.
It is useful for studying navigation mechanisms and behavioral abnormalities.
The protocol allows for easy disassembly and reproduction of experiments.
Behavioral tracking is enhanced through digital video recording and software analysis.

Purpose of Study

To investigate spatial navigation in rodents.
To assess behavioral phenotypes in transgenic and knockout animals.
To provide a flexible experimental setup for various maze tasks.

Methods Used

Construction of a T-shaped maze using towers and pathways.
Implementation of a treadmill in the maze for delayed alternation tasks.
Recording of animal behavior with a ceiling-mounted camera.
Analysis of running trajectories using markerless pose estimation software.

Main Results

Successful reconfiguration of maze shapes during training and testing phases.
Tracking of behavioral performance over multiple days.
Quantitative data on task completion times and correct choice responses.
Demonstration of high reproducibility in maze assembly and experimental execution.

Conclusions

The reconfigurable maze is a versatile tool for behavioral research.
It facilitates the study of navigation and behavioral phenotypes in rodents.
The method enhances the reliability of experimental outcomes.

Frequently Asked Questions

What is the main advantage of the reconfigurable maze?

The main advantage is its adaptability, allowing for various maze shapes to be configured quickly for different experiments.

How is animal behavior recorded during the experiments?

Animal behavior is recorded using a ceiling-mounted digital video camera, which captures the rats' movements during the tasks.

Can the maze be used for different types of tasks?

Yes, the maze can be easily reconfigured to perform multiple tasks, including delayed alternation tasks.

What materials are used to construct the maze?

The maze is constructed using standardized parts such as towers, pathways, and movable walls.

How is the maze cleaned between trials?

The maze is thoroughly wiped with 70% ethanol after each rat to ensure cleanliness and prevent contamination.

Il presente protocollo descrive un labirinto riconfigurabile, un sistema unico per testare la navigazione spaziale e i fenotipi comportamentali nei roditori. L'adattabilità di questo sistema di labirinto consente l'esecuzione di vari esperimenti in un unico ambiente fisico. La facilità di riarrangiamento strutturale genera risultati sperimentali affidabili e riproducibili.

Questo protocollo fornisce un ambiente di esperimento di labirinto flessibile e consente allo sperimentatore di eseguire più attività di labirinto in un unico spazio. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la forma del labirinto desiderata può essere configurata istantaneamente combinando parti standardizzate. Inoltre, quel sistema può essere facilmente smontato e riprodotto per e Questo metodo contribuisce allo studio dei meccanismi comportamentali e fisiologici della navigazione.

È anche utile in un corpo di prova per lo screening di anomalie comportamentali in animali transgenici e knockout. Per iniziare, inserisci torri con piastre di base nel pannello di perforazione per formare una struttura a forma di T del labirinto. Attaccare i percorsi alla parte superiore delle torri e sostituire il percorso nell'area ritardata con un tapis roulant.

Attacca gli alimentatori a ciascun bordo del labirinto, quindi attacca le pareti mobili ai rami sinistro e destro. Per l'esecuzione dell'attività, avviare e collegare la scatola di controllo, il microcontrollore e il PC. Scrivere un programma per impostare la pianificazione delle attività e ricevere i parametri necessari per l'esperimento sul microcontroller, quindi eseguire un'attività. Costruisci la forma del labirinto desiderata, sposta i ratti dalle gabbie domestiche e posizionali nella posizione arbitraria del labirinto.

Consenti ai ratti di esplorare liberamente il labirinto costruito per 10 minuti per abituarsi. Impostare un programma per eseguire l'attività di alternanza ritardata con il tapis roulant e modificare la forma del labirinto se necessario. Posiziona i ratti in una posizione arbitraria nel labirinto ed esegui l'addestramento o il test del compito di alternanza ritardato.

Riportare i ratti nella gabbia di casa dopo ogni attività e pulire accuratamente il labirinto con etanolo al 70% dopo ogni ratto. Attendere almeno 5 minuti prima di utilizzare nuovamente il labirinto. Per la traiettoria animale, registrare il comportamento dell'animale durante l'attività di alternanza ritardata con una videocamera digitale montata a soffitto.

Infine, tieni traccia delle traiettorie di corsa utilizzando un software di stima della posa senza marker basato su immagini acquisite a 50 fotogrammi al secondo. Le immagini del test del labirinto riconfigurabile per i ratti sono mostrate in questa figura. Le parti del percorso sono state riconfigurate in diverse forme in un unico ambiente.

Le immagini mostrate qui rappresentano il test del labirinto riconfigurabile per i topi. Questi labirinti sono stati collocati con alimentatori e pareti mobili in qualsiasi posizione. La forma del labirinto cambia gradualmente durante le fasi di treno e test dell'attività di alternanza ritardata.

Il tipo di alimentatore utilizzato nell'attività è indicato da una scatola colorata. Le traiettorie di corsa di un ratto rappresentativo sono mostrate qui. Queste immagini grafiche rappresentano le prestazioni comportamentali dei ratti per 4 giorni, dall'inizio dell'allenamento alla fine del test.

Il tempo di completamento dell'attività per ogni fase di formazione e il primo giorno della fase di test sono mostrati qui. Le percentuali di risposte di scelta corretta nel test di alternanza ritardata sono presentate in questa figura. Le linee tratteggiate indicano i livelli di possibilità.

Il tempo di assemblaggio del labirinto riconfigurabile è presentato in questa figura. La pista lineare è stata modificata in un labirinto a forma di T con l'aggiunta di percorsi, alimentatori e un tapis roulant. Cinque sperimentatori hanno eseguito tre prove ciascuna, e tutte le prove sono state eseguite lo stesso giorno.

È importante posizionare correttamente le parti del labirinto sul pavimento con i fori. Utilizzando la piastra di base per determinare il layout, l'esperimento del labirinto può essere eseguito con un'elevata riproducibilità.