ダブルH迷路：げっ歯類での学習と記憶のための堅牢な行動試験

Summary

このプロトコルの目標は、げっ歯類の空間認知を調査することです。ダブルHウォーター迷路は新しいテストであり、学習、統合、記憶のさまざまな要素、および記憶システムの相互作用を解明するのに特に役立ちます。

Abstract

げっ歯類における空間認知の研究は、典型的には、属性1迷路から次へと変化する迷路タスクの使用を採用しています。これらのタスクは、その行動の柔軟性と必要なメモリ所要時間、目標や経路の数、また、全体的なタスクの複雑さによって異なります。これらのタスクの多くで交絡機能は目標、 例えば、他者中心の（宣言型のような）または自己中心的な（手続き）ベースの戦略に到達するために、げっ歯類によって採用戦略のコントロールの欠如です。ダブルH迷路は、実験者は、研修期間中に学習戦略のタイプを指示することを可能にすることによって、この問題に対処する新たな水エスケープ記憶課題です。ダブルH迷路は、これらのアームの一方の先端に沈め逃避台と一緒に両側に突出した3本のアームを有する中央路地で構成透明デバイスです。

ラットは、STを交互に他者中心の戦略を使用して訓練することができますこのようにして利用可能なallothetic手がかりに基づいて、プラットフォームの位置を学習するためにそれらを必要とする;予測不可能な方法で迷路の美術位置（§4.7プロトコル1を参照）。代替的に、自己中心的な学習戦略（プロトコル2;§4.8）は、それらが目標に到達するために必要な手続きのパターンを学習するまで、各トライアルの間に同じ位置からラットを解放することによって使用することができます。この作業では、安定したメモリトレースの形成を可能にすることが証明されています。

メモリは、誤解を招くプローブ試行における訓練期間は、次のプローブすることができるもので、ラットの交互の開始位置。自己中心的な学習のパラダイム後、ラットは、典型的には、他者中心のベースの戦略に頼るが、余分な迷路の手がかりに彼らの最初のビューは、元の位置著しく異なる場合のみです。このタスクは、理想的には他者中心の/自己中心的なメモリ性能に薬/摂動の影響、ならびに目の間の相互作用を探索するのに適しています2メモリシステムをESE。

Introduction

動物では、学習は主に、それぞれ、プレースおよび手続き記憶に関する中心的な役割を果たしhippocampal-及び線条体ベースのメモリシステム^1,2によって媒介されます。これら2つのシステム間の関係は複雑であり、それらは協同または競合的やり方^1,3で互いに相互作用することが知られています。さらに、研究は、動物の行動上のこれらのメモリシステムのいずれかの影響が存在しないか、他のシステム^4-7の損傷後増加することが示されています。これらのシステムの両方は、視床を介して、前頭前皮質に接続されています。

多くの神経疾患および神経変性疾患は、手続きや陳述記憶システム間の相互作用に依存しており、ヒトでの空間認識に影響を与えることができます。例としては、パーキンソン病（PD）、ハンチントン病^{（HD）8-10、}アルツハイマー病^{（AD）11-14、}ならびにを含みます筋萎縮性側索硬化症^{（ALS）15。}これらの障害に関連する動物モデルは、特定の受容体ブロック¹⁶の様々な薬物治療を介して、ならびに標的病変を通して誘導することができます。このような動物は、空間記憶課題で使用する場合、貴重な洞察は、これらの疾患に、ならびに種々の治療の選択肢に関する機序に得ることができます。

集合的に、特定の学習および記憶の側面、ならびに種々の疾患^17,18のための潜在的な治療の効果を評価するために設計されているげっ歯類における空間記憶課題の多くの異なる種類があります。これらのタスクは、目標や経路の数、タスクを解決するための行動の自由度、メモリ持続時間や遅延、並びにタスクの解決に使用される戦略の選択によって区別す​​ることができます。良好な性能を配向するために使用されている外部の手がかりやランドマークに基づいて取得することができます目標に向かって、動物（他者中心のか、場所の戦略）。ラットは目標は1左ターン1右折が続いていることを知っている場合は別の方法として、げっ歯類では、例えば 、（自己中心的または手続き戦略）に移動する方向に関して身体の方向と手がかりに基づいて戦略を開発することができます、その後、他者中心のや場所戦略の必要はほとんどありません。迷路タスクは、多くの場合、それらの解決にげっ歯類に提供される柔軟性の程度に応じて異なります。例えば、モリス水迷路、後者（ 例えば^、19）やバーンズ迷路の乾燥バージョンに（ 例えば ^、20）は 、ラットが目標を達成するために取ることができる無限のルートが潜在的にあります。モリス水迷路では、例えば、目的の場所には、外部のランドマークや手がかり（他者中心の戦略）に、またはプラットフォームが（自己中心的な戦略^）21が見つかるまで単純に中心に向かって円で泳いによって基づいて学習することができます。特定のタスクは、複数の目標を持っていますそして高度な柔軟性は、そのような円錐フィールドタスク²²またはオールトンのラジアルとして^23迷路 。スケールのもう一方の端で目標を達成する、 例えば、石の迷路、またはT迷路の交互バージョンで制限された柔軟性を提供するタスクは、あります。これらのタスクは、目標を達成する唯一の正しい方法を提供し、主に線条体ベースの手続きメモリシステムによって管理され、認知ルーチンの出現を促進します。

ダブルH迷路は、実験者は、タスク^24の解決にげっ歯類によって学習された戦略のタイプを指示できるように設計された新たな空間メモリ試験装置です。垂直中央路地が交差する3つの並列実行アームからなる、ダブルH迷路は、齧歯類は、迷路のいずれかの場所に浸漬さ逃避台に到達することを学ぶした水のエスケープ作業です。トレーニング中、手続き戦略は、Tを維持することによって開発することができます彼は、同じを通じて開始し、ゴールの位置。あるいは、他者中心の戦略は、このように、それは水迷路に関係しているような環境の合図に基づいて、隠されたプラットフォームの位置を学習するラットを必要とする、ランダムな順序で開始位置を交互に開発することができます。これは、実験者は、そうでなければ、げっ歯類が利用戦略の種類をほとんど制御を持っている多くの異なる迷路タスクに存在する障害物を克服します。これは、特定の認知増強薬候補の効果は、海馬ベースのプレースメモリ·システムに依存していることを考慮した場合、例えば動物は、他者中心のから切り替えると、このように認知ルーチンまたは手順の出現は行動観察の解釈を混乱させることができることが重要です訓練の過程で手続き記憶します。同様に、他者中心の場所ベースのメ​​モリの影響を受けず、手続き記憶に薬物および治療の効果を評価することが望ましい場合があります。最後に、このデバイスこれらのメモリシステム間の協力または競合的相互作用、およびげっ歯類があるシステムから別のシステムに切り替えることができる条件を検討するために利用することができます。

Protocol

1.一般的な注意事項

このプロトコルは、大学病院フライブルク（ストラスブールに同じ）の動物実験委員会によって承認されています。視力は、空間学習のテストでのパフォーマンスのために必要です。損なわれた視覚システムとのげっ歯類は、このように適していません。また、照明はラットは、周囲の壁に配置された異なるキューを確認するために十分でなければなりません。これは、基本的な形の（正方形、円形、三角形）が、よく対比手がかり（白塗りの背景に例えば黒塗りの合図）を利用すると便利です。このテストと溺死が発生する可能性のために水泳を必要とするため、同様に、重度の運動の赤字は除外基準です。最後に、ハイパー気になるげっ歯類を強くバイアスされた検索行動、パフォーマンスへの影響を表示することができます。

2.装置が設定します

1. 両端の中心で交差する160センチメートル中央路地からなるダブルH迷路を構築3 160センチメートルによる並列実行アーム（ 図1参照）。中央路地とその垂直アーム20センチ幅であり、35センチの高透明プレキシガラスの壁で囲まれていることを確認してください。プレキシグラスの厚さは、すべての部分のための6mmです。
2. 接着剤やネジを使用して所定の位置に壁を確保し、すべての内部角度でシリコーンジョイントを使用して防水迷路。彼らは防水性を失うべきこれらの接合部は、容易に交換することができます。空にするためのコーナーアームの1つ（または迷路の中央）の先端に排水口を配置します。
3. 十分なため、その周囲の空間）迷路を歩いて、とよく対比手がかりのb）の配置で80センチの高さのテーブルの上に迷路を配置します。その位置、 すなわち 、北西（NW）、北（N）、北東（NE）、南西（SW）、南（S）で迷路の各アームを指定し、南東（SE）。
4. 手動またはAUTのいずれかを使用して、動物の行動のテスト後分析のための迷路の上の天井に取り付けられたカメラを配置OMATIC（ビデオ追跡）方法（§5参照）。

3.一般的なコメント

1. 使用前に、18センチメートル（200 L）のおおよその高さまで水で迷路を埋めます。これは、自分の足で迷路の底に触れることから、ラットを防ぐのに十分に高いが、漏れを防ぐのに十分浅いです。
2. 事前研修の後、250グラムの脱脂粉乳を混合して水不透明をレンダリングします。悪臭になってから牛乳と水を防止するために、日常的に水を変更します。ラットが逃避台を追求するためのインセンティブを提供するために、23°C - 21との間の水の温度を維持します。
   注：ラットは事前トレーニング中にプラットフォームの位置に慣れるように、その位置は、トレーニング中に異なるアームに移動されます。
3. コー​​ナーアーム（NE、NW、SEやSW）のいずれかの端で17センチの高さ、直径10cmのプラットフォームを浸す、使用前に。水没する高さを確認すると、水面の表面下1cmです。到達するために、ラットを訓練他者中心のまたは使用されるパラダイムの種類に依存する自己中心的な学習戦略、（§4参照）のいずれかを使用して、ターゲットプラットフォーム。

4.基本的なトレーニングプロトコル

注：ラットは、典型的には、彼らが迷路に精通することを可能にする前のトレーニングの最初の日が設けられています。

1. 事前研修センターのアームの一方（ 例えば、Sアーム）の先端から、ラットを解放した後、ラットを4つの連続した60秒を与え、コーナーアームの一方（ 例えば、NE）の先端に目標プラットフォームを配置試験中は、ターゲットプラットフォームに到達します。
2. 逃避台に達すると、彼らは休むとその周囲を観察できるように、ラットは、15秒のためにそこに待機することができます。関係なく、開始位置の、常に侵入を防ぎ透明ギロチンドア、反対の腕をブロックします。
   注：事前に訓練中には、透明な水を残し、およびプラットフォームを調整し、彼それはこのように、ラットに、それが見えるように、水の表面の上1cmに突出するようにIGHT。
3. 少なくとも10秒のギャップによって分離された最大4つの連続した試験では、（試験の間、数分間隔で離散的なトレーニング、 すなわち、代替案である）からなる毎日のトレーニングセッションを実行します。
4. 訓練のために、選択されたアーム（ 例えば、NW）への事前研修位置からプラットフォームを移動し、1センチメートル水面下の端でそれを沈めます。今ミルクパワーを添加することにより水の不透明をレンダリングし、以下の研修（第4章）を行います。
5. 、60秒以内にターゲットプラットフォームに到達開始位置に戻し、ゆっくり実験者によってプラットホームにそれらを案内しないラットについて。
6. そのようないくつかの距離泳いとして訓練し、プローブのセッション中に変数、目標アーム/プラットフォームに待ち時間、各アームで過ごした時間、ならびに初期/反復エラーの数を測定します（ 図を参照してください2）。待ち時間は、モータの困難によって影響され得ることに留意してください。ケースが生じた場合、距離との誤差は認知能力に関して、より信頼性の高い変数として表示されます。
7. 他者中心の戦略トレーニング：
   1. 1日目 - プレトレーニング：
      1. このステップのミルクパウダーを追加しないでください。固定位置に水の表面の上1cmに突出逃避台を配置します。プラットフォームに到達するために4つの連続した​​試験において、ラットを訓練します。
   2. 日2から5 - トレーニング：
      1. それは不透明なレンダリングするために水に脱脂粉乳250グラムを追加します。 （NWへNEから、例えば ）別の腕にプラットフォームを移動し、プラットフォームが水面下1cmであるように、水を追加します。両腕が単一セッションで試行開始として2回使用されるように、各セッションの予測不可能な配列中のNまたはSアームのいずれかからリリースラット、（4件の試験/日、 例えば、SNNS、NSNS; 図3参照 ）。
   3. 6日目 - プローブセッション：
      1. プローブ試行のためのプラットフォームを削除します。 （ 例えば、SW）トレーニング中に使用されるものとは異なるアームからラットを解放し、それらを60秒間泳ぐことができます。代表水泳トラックについては、図4を参照してください。ターゲット·アームで過ごした時間（プラットフォームの以前の位置）の分析では、ラットは、空間的な戦略、戦略の別のタイプ、異なる戦略の連続的な組み合わせ（以下を参照）、または無秩序な検索パターンを使用するかどうかについての指標を与えます。
8. 自己中心的な戦略トレーニング：
   1. 1日目 - プレトレーニング：
      1. これは、他者中心の戦略トレーニング（ステップ4.1）の最初のステップと同じです。このステップのミルクパウダーを追加しないでください。固定位置に水の表面の上1cmに突出逃避台を配置します。プラットフォームに到達するために4つの連続した​​試験において、ラットを訓練します。
   2. 日2から5 - トレーニング：
      1. 250gのを追加します。それが不透明にレンダリングするために水に脱脂粉乳。別のアームにプラットフォームを移動し、プラットフォームが水面下​​1cmであるように、水を加えます。同じ開始アーム（SまたはN; 図5参照）からリリースラットごとに審判の（4件の試験/日）。
   3. 6日目 - プローブセッション：
      1. プローブ試行のためのプラットフォームを削除します。ラットは、それらが訓練中にリリースされた場所とは異なるアームから放出されます。ラットは60秒間泳ぐことを可能にします。透明ギロチンドアと反対側の腕をブロックします。
         注： 例えば、テスト薬剤の影響など 、特定の実験の要件に応じてのために、上記のトレーニング戦略を変更します。
9. 水中での各セッションの後、吸収性タオルでラットをオフに乾燥させます。

5.分析

1. 待ち時間、初期および繰り返しエラー、最初の選択肢と応答型manuaの測定を行いますLLYオーバーヘッドカメラから撮影した動画から、これらの変数を記録することもできます。
2. あるいは可能な場合は、市販のビデオ追跡ソフトウェアを利用し、自動的にこれらの変数を記録するように構成される。
3. 統計分析：
   注：統計解析の具体的な実装が行われている研究に依存します。
   1. 1を実行し、初期/反復エラーに関する二、三方向ANOVAを、ゴールアーム/プラットフォーム、およびターゲットアームで過ごした時間の待ち時間。試験日、及び治療群（複数可）を含む因子を有します。
   2. 必要な場合には、ポストホックニューマン·クールズ多重比較試験を用いて、これらのANOVAをに従ってください。パフォーマンスを比較するために、（ 例えば、チャンスレベル対プローブ試行中にターゲットアームで過ごした時間は）、t検定を行い、基準値を使用します。
   3. 必要に応じて、PARAMETための非パラメトリック加えて統計（ 例えば、χ²、以下を参照）またはその代わりに使用条件RICものが満たされていません。

Results

自己中心的な学習戦略

研究は、自己中心的な学習のパラダイム²⁵以下、外部環境の手がかりのその視点の変化に基づいて、ラットの変化で選択されたメモリ戦略かどうかを決定するために実施しました。ラットを、すなわち （NEにあるゴールアームに到達するために4日（4件の試験/日）で訓練し、その後、誤解を招くようなプローブ試行を使用して、5日目に試験し、スタートアームはあったのいずれか左60センチ移動しました）SWはSアームから訓練された動物のために開始するか、180°回転;、NEトレーニング中にN個のアームから放出された動物のために開始します。プラットフォームは通常の位置の左60センチ移動したときにプローブ試行の間、ラットは、手続き記憶応答のための好みを開発することが示された（26匹のラットを用いて、92.3パーセントで、 図6を参照します）。これは、両方のNとSの腕の中で訓練されたラットで明らかであった（とその後NEとSW腕から解放しますプローブ試験中の、それぞれ）。これとは対照的に、彼らは（ すなわ...

Discussion

研究デザインと分析へのコメント

その構想以来、ダブルH迷路をまとめ、通常^24,25の下ラットで自己中心的なおよび/ ​​または他者中心の応答を研究するために設計されており^、26-29脳の状態を変化させたラットにおける行動実験の数で利用されています。後者の研究では、線条体の脳深部刺激^{（DBS）26、}神経疾患^27,28と同様に、ムシモール^29を使用して、さまざまな皮質-海馬脳領域の二国間の非活動化の動物モデルを含みます。それぞれ§4.7および§4.8にまとめとしての研究の多くは、allocentric-や自己中心的な学習戦略のいずれかを利用して説明します。コアパラダイムへの微妙な変化が、（ 例えば、誤解を招くようなプローブ試行²⁵時のスタート·アームで180°回転）は、特定の研究に適切な場合には作られています。訓練パラダイムの特定の性質によって決まります行われている研究、上の（ 例えば^{、24〜29）。}ラット...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
ラットやマウス	チャールズ川
乾燥用タオル	大学病院		1 / 動物
水			~200 L /日
スキム粉乳	食料品店		250 g / 200 L 水
ガーデンホース	金物店
タオル用乾燥ラック	金物店
Kinect カメラ	Kinect
PC コンピューター	any
[header]
Double H 迷路、(プレキシガラス) (カスタムビルド)
外壁、1600 × 350 × 6 mm			2
内面壁、706 × 350 × 6 mm			8
中央廊下パネル、500 × 350 × 6 mm			4
Arm Extremities, 188 × 350 × 6 mm			6
Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm			3
Extremity covers, 200 × 250 mm			6
Crossbars, 200 × 40 mm			6
[ヘッダー]
Double-H Maze Platform (to be ballasted) (カスタム)
金属プラットフォーム、直径 100 mm × 150 mm			2
プラットフォームカバー、直径 100 mm × 6 mm			2