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方法論記事

オープンフィールドタワー迷路に置き、レスポンス学習

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DOI：

10.3791/53227

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2015年10月28日

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, Christopher Newport University, 2Department of Psychological Science, University of Vermont

この記事について

サマリー

オープンフィールドタワー迷路（OFTM）は、ラットにおける空間学習（ 例えば 、プレースまたは応答ラーニング）の行動と神経機構を研究するために作成した迷路です。この迷路は、彼らの研​​究では空間学習を調査するために、非ストレスの迷路パラダイムを使用する実験者のために特に有用です。

要約

このプロトコルは、オープンフィールドタワー迷路（OFTM）パラダイムは、げっ歯類における空間学習を研究するために使用される方法について説明します。この迷路は、ラットが正常にオープンフィールドアリーナに移動するにはプレースまたは応答ラーニングを使用することを学ぶ方法を調べるために特に有用です。さらに、このプロトコルは、OFTMは、一般的にげっ歯類における空間学習を研究するために使用される他の行動迷路パラダイムとは異なる方法を説明します。この資料に記載さOFTMは、以前コール、クリッパートン、ウォルト（2007）により記載のものから適応されました。具体的には、OFTMは実験者が「ストレス」は交絡変数としての役割を果たしている可能性がある方法を検討することなく、げっ歯類で空間学習をテストするために作成されました。実験は、ストレスだけでかなり認知機能1に影響を与えることができることを示しました。代表的な結果のセクションでは、プレースとレスポンスのエストラジオール治療の効果を調べるためにOFTMを用いた実験からのデータが含まれています成人女性のSDラット2に-learning。今後の研究では、OFTMでプレースと応答学習における海馬と線条体の役割を調べるために設計されます。

概要

オープンフィールドタワー迷路（OFTM）げっ歯類における空間学習の行動および神経生物学的メカニズムを調べるために使用することができます。重要なことは、OFTM、研究者は「場所ベース」と「応答ベースの「学習型の両方を研究することができます。 場所学習動物の間（例えば、食品の報酬は次の背の高いビーコンに位置しています）取り巻く環境の空間キューを使用して迷路をナビゲート。 応答学習動物が空間キューに対する相対的な位置に関係なく、特定のターン応答を行う時には（例えば、食品の報酬を見つけるために、左または右に曲がります）。これは、以前に応答学習と学習場所は、2つの異なるメモリシステム3,4およびそれらの神経機構をマッピングに依存している進行中の科学的追求2、5-7であったことが報告されています。 OFTMの設計は、以前に8を説明したものから適応されました。

オープンフィールドパラダイム（OFTMの成分）は、一般に、齧歯類9における不安を調べるために使用されます。オープンフィールドの中心に多くの時間を過ごす典型的なオープンフィールド不安テストラットの間に、境界付近に多くの時間を費やしたラットよりも低いストレスや不安レベルを持っています。 OFTMでは、ラットは、食品の報酬を見つけるため迷路の中心を入力する必要があります。したがって、OFTMで正しいナビゲーションはこれらのラットは、非ストレスであることを示しています。 OFTMを訓練不安の標準オープンフィールド試験とは異なり、ラットを長期間にわたって迷路に予め露出している間、事前訓練段階を必要とするため、ラットを訓練中に非ストレスされている理由の一つです。また、トレーニングは、一般的に明るく点灯しているオープンフィールドの不安を誘発する側面を削減、さらに薄暗い環境で発生

他のいくつかの迷路に比べOFTMのもう一つの特徴は、学習を測定する方法です。使用した実験者モリス水迷路やバーンズ迷路は、通常、ラットがそのターゲット位置に到達するために移動速度および/またはパスの長さを分析することによって、学習測定します。これらの依存対策は、ラットの一般的な運動活動の変化などの非学習要因によって影響を受けることができます。しかし、OFTM措置は、ラットは、食品の報酬を見つけることができます第一選択正しい応答のパーセントを用いた学習。この依存尺度は、モータ性能の変化に対して脆弱ではないので、より正確に速度と距離の測定値よりも学習を評価します。それにもかかわらず、実験者はまた、ラットの速度を測定することができ、距離はビデオトラッキングソフトウェアを使用してOFTMに旅しました。

例えば、T-迷路、モリス水迷路とバーンズ迷路のような他の迷路のタイプは、プレースおよび応答学習を研究するために使用することができます。しかし、OFTMは、いくつかの注目すべき点でユニークです。 OFTMはチャンスperformancを持っているので、まず、OFTMは、T-迷路よりも高感度の行動アッセイでありますT迷路一方、25％のeは、50％の可能性性能を有します。第二に、ラットは、T-迷路で、次のいずれかの方法でオンにすることができますが、OFTMに移動するときの経路の可能性を無制限ました。第三に、（OFTMのような無制限のルートの可能性を持っている）モリス水迷路とバーンズ迷路タスクとは異なり、OFTMを用いた実験では、嫌悪状況をナビゲートするために、ラットを必要としません。ラットを水で泳いで脱出するモリス水迷路内を移動するmotived、彼らはオープン、明るい環境であることを避けるためにバーンズ迷路内を移動するために動機づけられているされています。これは、モリス水迷路またはバーンズ迷路への曝露は、げっ歯類10におけるストレスホルモン（ 例えば 、コルチコステロン）の放出を誘導することが実証されています。彼らは食糧報酬を見つけるために動機づけされ、訓練は薄暗い周囲の照明を用いて実施されているのでしかし、ラットはOFTMに移動します。したがって、OFTMは非嫌悪食欲作業です。ストレスの多いメートルを使用した実験からの結果「ストレス」は、単独で、認知機能11に影響を与える可能性があるため、AZEのパラダイムは、解釈が困難であることができ、このような学習および記憶メカニズムの薬剤、ホルモン、運動、または食事などの操作の影響を調べました。

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プロトコル

このプロトコルは、クリストファーニューポート大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されています。

OFTM装置の1建設

  1. ホワイトラミネートの3枚から（高さ40cm 183センチ直径）境界壁を構築します。黒ラミネートから円形迷路の床（183センチメートル直径）を構築し、プラスチック製のテーブルトップにそれを接着。ネジと接着剤でテーブルの端に境界壁を固定します。
  2. 境界壁の内側表面を飾る：白色固体四分の一を残します。四分の一ソリッドブラックペイント。ブラックストライプとの四分の一をペイント。黒丸で四分の一をペイントします。
  3. 正方形の白いポリ塩化ビニールのポストからのカット、4つの「食の塔」（ 図1A 8センチメートルX 8センチメートル×20センチ）を作成。各塔の上に黒ラミネート（8センチメートル×8センチ）の部分を接着。 54センチメートル離間クレイジー接着剤で迷路の床に固定します。
  4. 3「事前トレーニングトウを構築ERS "（5センチ、それぞれ10センチメートル＆高15センチメートル;図1B）正方形の白いPVCポストから。各塔の上に黒ラミネート（8センチメートル×8センチ）の部分を接着。これらの塔は、のみ（後述）事前トレーニングフェーズ中に迷路の床にテープで固定されています。
  5. 各食品の塔の上に、スクリュートップの蓋（1.75センチ高3.75センチ直径黒く塗ら=透明なプラスチックビーズコンテナ）と1黒の不透明なプラスチック製の食品のカップを接着。各蓋に三つの小さな通気穴（直径3mm）をドリル。穴は、ラットが嗅覚を使って "正しい"食タワーを見つけることができないことを確認してください。訓練塔の高さは、ラットが視覚的合図としてキャップされていない食品のカップを使用して「正しい」タワーを見つけることができないことを保証します。

figure-protocol-1
図1。オープンフィールドタワー馬の写真ZE（OFTM）。 （A）は、ラットは、検索して取得中に一つだけの報酬-餌」訓練塔」から食品の報酬を取得するだけでなく、以降のすべてのトレーニングおよびテストすることができます。 （B）三「事前トレーニングの塔」がプレトレーニング中に迷路アリーナの中央に配置されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

2.ザ・OFTM迷路ルーム

  1. ぼんやり迷路部屋を照らすために：60 Wの電球（800ルーメン）でランプを使用してください。ランプは天井を向いて、迷路の側に床上3フィートと2フィートに位置しています。音マシンを使用してバックグラウンド（〜70デシベル）でホワイトノイズを再生します。
  2. コンピュータにビデオを送信するために迷路上の天井にデジタルビデオカメラをマウントします。コンピュータの監視から迷路を分離するために不透明なカーテンをハングエリア。

3.ラットの取扱い、食事制限＆ハウジング

  1. 各実験者が7日（1日4分）の前に予備訓練のために、すべてのラットを処理しています。
  2. 食品制限食（1日自由給餌の1時間）にラットを置きます。この食事は健康的な体重（自由摂食体重の〜90％）を維持しながらラットは、トレーニング中に報酬を取得するために動機づけされることを保証します。
  3. 実験期間を通して、ダブルハウスラット（メスを使用している場合）。ペア飼育雌ラットは、単一の飼育雌ラット12未満心配しています。

4.事前のトレーニング手順

  1. 食品の報酬（例えば、果物、穀物の一枚）の内部で7塔の各キャップされていない食品のカップを餌。
  2. それが見つかると、それが削除される前に、すべての7つの食品の報酬を消費するまで、ランダムな位置に迷路にラットを置きます。
    1. ラットは、10内の食品の報酬をすべて取得していない場合分は、その後、迷路からそれを削除し、次の日、再び事前トレーニング手順を与えます。注：一部のラットは、最初に塔の上から食物報酬を取得するために学ぶために他のものよりも長くかかります。
    2. ラットが取得し、事前研修の最初の2日以内の塔から全7食品の報酬を消費しない場合は、食物報酬が取得されるまで、OFTMでそれをさらに30分間のセッションを与えます。一般的に、ラットは、1つまたは複数のこれらの30分のセッション2の後に、すべての食品の報酬を見つけ、消費します。

5.トレーニング＆レスポンストレーニング手順

  1. 各ラットに、2〜4の開始位置を割り当てます。次のカウンターバランス：内および各訓練日の間に開始位置のリリースポイントを。 （応答対位）学習のタイプ。すべての場所の学習者のための「正しいタワー」。ターン各応答-学習者は（左対右）にするために訓練されます。
  2. 各の開始時トレーニング日はノイズマシンをオンにし、映像記録プログラムを開きます。すべての4つの塔を餌と4食品カップのうち3をカバーし、露出した "正しい"塔の上に食べ物の報酬を残します。
  3. それぞれ与えられた裁判で、（手順については、製造元のマニュアルを参照してください）​​ビデオ録画を開始し、その割り当てられたスタート位置に迷路におけるラットを配置します。そして、コンピュータのモニタ上にラットの行動を観察するためにカーテンの後ろに行きます。それは報酬を取得した直後に迷路からラットを削除するか、3分が経過した後に、ビデオ録画を停止します。
    1. 場所学習ラットの場合、常に同じ"正しい"食の塔を使用し、2つの開始位置の1つにラットを配置します。場所・学習者は、迷路内に設けられた空間手がかりを使用して特定の場所を見つけることによってOFTMを解決します。例えば、餌塔D（= "正しい"タワー）と開始位置からラットを解放「2」または「3217; 、またはベイトタワーA（固形左図2A、中の矢印）、スタート位置「1」または「4」（ 図2Aの破線の矢印、左）からラットをリリース。
    2. 応答学習ラットの場合は、開始位置に応じて、 "正しい"食タワーを切り替えます。レスポンス・学習者は、迷路にかかわらず、その開始位置の、（例えば、常に右折）特定のターンをするために学ぶことによってOFTMを解決します。例えば、餌塔Dと開始位置からラットを解放「3」、または餌塔Bと開始位置「2」（左図2Bの実線の矢印）から、同じラットをリリース。別のラット、餌タワーBのと場所からラットを解放'1'、または餌タワーAと場所から、ラットを解放「4」（左図2Bの破線の矢印）。
  4. ダごとに4つの臨床試験（12日を越え、全てのラットに48訓練試行の合計を与えます Y）。

figure-protocol-2
図2。オーバーヘッドプレースおよびレスポンス・トレーニングとテスト手順を概略的に示す。この図は、（B、左）訓練所-学習者（A、左）の開始と食品の報酬の場所と応答学習者を示し、またスタートと報酬場所-学習者（A、右）の開始位置スイッチテスト中に使用される場所と応答学習者（B、右）。数字は、ラットの開始位置を示します。グレーの四角は、食品タワーを表します。固体と破線は餌食品塔を指します。場所は各訓練条件内相殺されて起動します。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

E "> 6は、ロケーションスイッチの試験手順を開始

  1. すべてのラットは、その漸近レベル（応答正しい第一選択の〜80％）で実行した後学習行動の持続性をテストするために、「スタート場所の切り替えテスト」を実施しています。
  2. 新規の開始位置（ すなわち 、以前にラットのために使用されていない開始位置）を相殺します。
  3. 新しい開始位置とプロトコル部5で説明した各訓練試行のための手順に従ってください。
    1. もともと「正しい」塔として塔Dは、位置「2」または「3」から解放されていたた場所ラーニングラットの場合は、しばらくまだ、新しい開始位置「1」または「4」のいずれかにラットを置きますタワーD（ 図2A、右）を苦しませます。
    2. 「2」もともとの場所から放出された応答ラーニングラットの場合、または「3」と塔Bに（報酬を受け取る権利をオンにすることを学びましたそれぞれDは、）、新しい開始位置「1」または「4」のいずれかにラットを配置しても食品の報酬を見つけるために右折するラットを必要とするいずれかのタワーAまたはC、それぞれを（餌） 図2B、右。
    3. すべてのラットを2日（1日4回の試行）全体の8開始位置スイッチテストトライアルを管理します。

7.データ解析

  1. ラットを訓練しておらず、ラットは、各試行の「正しい」タワーを見つけることができます応答の数をカウントすることにより、各ラットスコアビデオテーピング試験の治療を知らない実験者は（をかけて飼育ラットによって示されています食品カップ）。
  2. ラットは、各訓練日以内にその最初の選択（最初の選択が正しい応答の％）に報酬を見つけた時間の割合を計算します。訓練日を越え最初の選択肢正解のパーセントを使用して、学習曲線を構築します。 Fの割合を使用します統計分析のためのIRST選択肢正しい応答。
  3. それは、タスク（ すなわち 、最初の選択肢は、正しい連続した10件の試験のうち8で応答）を取得するアプリオリに設定基準に到達するために、ラットを取った試行回数を計算します。 アプリオリ基準に達していない解析からラットを除外します。

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結果

ここで説明する代表的な結果は、以前に学習＆メモリ、エルゼビア2の神経生物学で公開されています。 （ - ; N = 48 300グラム250）この実験ではOFTMはプレースと応答ラーニング雌性Sprague-Dawleyラットでの慢性およびサイクリングエストラジオール治療の効果を試験しました。 OFTMはこの実験を行うために使用された理由を二つの重要な理由がありました。最初に、エストラジオールは、プレースおよび応答学習7の差動効果を誘導することが示されています。性腺ホルモンはストレスの多い状況13に暴露されたヒトの差動効果を有するため、第二に、それは、非ストレス環境下での学習に対するエストラジオールの効果を試験する必要がありました。エストラジオール（を10μg/ kg）またはビヒクル溶液（ピーナッツ油）のLipatova ら。（2014）実験卵巣摘出雌ラットに投与した毎日の皮下注射です。受信した「連続」状態のラット「車両」状態でエストラジオールとラットの毎日の注射は、車両ソリューションの毎日の注射を受けました。 「サイクリング」状態のラットは、エストラジ...

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ディスカッション

多数のパラダイムは、齧歯類における学習および記憶を研究するために使用することができ、それぞれは実験者が従うべき重要なステップを有します。 OFTMでは、迷路の条件 （例えば、迷路の位置、内および外の迷路の手がかり、薄暗い照明、背景雑音レベル、トレーニングの毎日の時間）は、実験の期間を通して一定に保たれることが重要です。これは、OFTMで連続性能を確保するために、ラットの被験体における応力を最小限に抑えるためにも必要です。ストレスは、ペア収容しても前のトレーニングに実験者によって日常的取り扱いを通じにより雌ラットで最小限に抑えることができます。正確に（ すなわち 、ラットが正しいか正しくないの塔の選択を行ったときに）トレーニング中のラットのパフォーマンスを獲得し、テストするためには、ラットは、タワーとリアを「登る」しなければならないので、十分な高されている食品の塔を使用することが重要です食品カップの上に報酬を取得します。食品カップの蓋は、ラットには表示されませんそれまでタワーを「登ります」。ラットが選択食品塔は、従って、一義的であり、確実に実験者によって採点することができます。迷路の床を実験者がラットの...

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開示事項

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

著者は、この原稿の準備に資金を提供してくれたクリストファー・ニューポート大学と、代表的な結果セクションで説明した実験に資金を提供してくれたバーモント大学に感謝したいと思います。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
OFTMの建設用品
安全メガネ、透明、コーティングされていないグレインジャー4EY97路建設中の一般的な目の保護に使用されます
マスキングテープ、ベージュ、18 ミリメートルX 55 mグレインジャー15F739汎用
Wiss 万能シザーホームデポ 37103278647ジェネラル サプライ
ランカスター 6 フィート ラウンド フォールディング テーブル - ヘビーデューティ ホワイト グラナイト プラスチック - 29インチ www.webstaurantstore.com384YCZ72RNDのベースとして使用され
ホワイトマット仕上げ(48 x 96 x 0.039)ホームデポ 1573603504896路
のラミネートカウンタートップシートの壁として使用されます ブラックマット仕上げ (48 x 96 x 0.039)ホームデポ 1595603504896迷路の床として使用されます
、スプレー、24 オンス、17.6 オンスネット。3MGrainger3MA16テーブルトップにラミネートの床を接着し、ラミネート片を互いに
16.6オンス#90 高強度 SLowe's193252ラミネートフロアをテーブルトップに接着するために使用されます
Superflex RTV、シリコーン接着シーラント、LoctileVWR300040-068ベイズの周り(迷路の床と壁の間)をシールするために使用されます)
工業用シーラント; 10.1 オンスグレインジャー4UH06の周り(迷路の床と壁の間)をシールするために使用されます
画家のマスキングテープ。シュルテープ;2 x 60 ydグレインジャー6FET7迷路の壁に視覚的なパターンをマークするために使用されます
ミニ/トリム ペイントトレイACE ハードウェア1365105塗料を保持するために使用されます 
フォームミニローラー4" 6 pkACE ハードウェア1494871パターンの塗装に使用 
ValサンプルセットNbaseペイントACEハードウェア1505031迷路の壁のパターンのペイントとして使用されます
ペイントブラックウォルマート72450405005迷路の壁にパターンをペイントするために使用されます
ウォルマート81773801110迷路の壁にパターンをペイントするために使用されます
ダクトテープ、2 。x 60 YD、10.5 ミルブラックグレインジャー15F767路
4x4 8 の外側を包むために使用されます。ft PTパインビニール-CTDポストW /キャップホームデポ 40933070541迷路の塔を建てるために使用されます
20グラム プロ スーパー グルーLowe's125870塔の頂上、迷路の床に塔を接着し、塔の頂上にフード カップを接着するために使用されます
ビーズ コンテナ 9 - 1/2マイケルズ652695766978塔の上のフード カップとして使用されます
スプレー ペイント、ブラック、12 オンスグレインジャー6KP22、フードカップ&
カバールームprepration
コンエアーSU1Wサウンドマシンをペイントするために使用される;10サウンドホームデポ 204493600バックグラウンドノイズに使用されます
ランプウォルマート5027698392迷路の部屋の薄暗い照明に使用されます
ES 14 Wデイライトスパイラル電球4 pkホームデポ 762148208433路の部屋の薄暗い照明に使用されます
シャワーカーテンウォルマート3429910901迷路と実験者との間の分離に使用されます
カーテンロッドベッドバス&ビヨンド76598645104迷路と実験者の間の分離に使用
Froot Loops シリアルウォルマート3800039122報酬として使用
記録機器
メディアレコーダー 3:4ビデオノルダスNMR4-0200トレーニングトライアルの記録に使用
モノクロGigEカメラノルダスXCFW-BG62トレーニングトライアルの記録に使用
Precision M4800 LaptopDellN/Aビデオ ソフトウェアの実行に使用
迷 迷路ラミネートカウンタートップシート、 迷接着剤接着するために使用されます ベイズHPブラシ迷は迷

参考文献

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