オープンフィールドタワー迷路に置き、レスポンス学習

この手順の全体的な目的は、ラットにオープンフィールドタワー迷路タスクの訓練を行うことです。まず迷路装置を構築し、次にラットのペアリング、飼育、およびハンドリングを行うことでこれを達成します。

次に、ラットを迷路に慣れさせ、事前訓練を行います。最終ステップとして、反応訓練または場所訓練、およびテスト手順を実施します。最終的に、各ラットの初回選択における正答率を記録し、迷路における学習率と学習量を決定します。

既存の迷路と比較した本手法の主な利点は、オープンフィールドタワー迷路が非嫌悪的な反復タスクであることです。したがって、潜在的な介在変数としてのストレスを排除することができます。この方法は、ホルモンが学習および記憶プロセスにどのような影響を与えるかなど、行動神経科学分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。

ストレスがない状態において、本手法は成体ラットにおける学習と記憶の神経メカニズムに関する知見を提供することができます。また、マウスや異なる年齢のげっ歯類などの他のモデルシステムにも適用可能です。円形迷路を構築した後、内壁を4種類の異なる白黒パターンで装飾します。

次に、4つの餌タワーを製作し、迷路の床に固定します。さらに、事前トレーニング用のタワーを3つ製作し、使用できるようにテープで固定します。事前トレーニングフェーズでは、各餌タワーの頂点に黒いプラスチック製の餌カップを接着し、各餌カップの蓋に3つの小さな穴を開けて換気できるようにします。

最後に、迷路の部屋をほのかに照らすために60ワットの電球を吊るし、トレーニング前のセッションを後で解析するために記録できるよう、デジタルビデオカメラを天井に設置します。各実験者は、全個体のラットを1日あたり1回、合計7日間にわたって操作します。報酬を回収させる意欲を高めるため、ラットを1日1時間の自由摂食のみに制限した食事制限下に置きます。

不安レベルを低く抑えるため、実験期間中、雌ラットは2匹ずつで飼育してください。事前トレーニングの手順を開始するために、7つのタワーにある蓋のない各フードカップに報酬となる餌を入れてください。準備ができたら、ラットを迷路の中のランダムな場所に配置し、7つすべての報酬を見つけて消費するまで探索させてください。

ラットが10分以内にすべての餌の報酬を回収しなかった場合は、迷路から取り出し、翌日にこの手順を繰り返します。最初の2日間で7つすべての餌の報酬を回収し消費しなかったラットについては、餌の報酬が回収されるまで、30分間のセッションをさらに追加します。まず、各ラットを4つのスタート位置のうち2つに割り当てます。

学習の開始位置の種類、場所学習者（place learners）にとっての正解タワー、および反応学習者（response learners）にとっての正解の方向をカウンターバランスさせます。各トレーニング日の開始時に、ノイズマシンをオンにし、ビデオ録画プログラムを起動して、4つのタワーすべてに誘引物を置き、4つのフードカップのうち3つを覆い、正解タワーにあるフード報酬だけを露出させます。準備が整ったら、ビデオ録画を開始し、ラットを割り当てられた開始位置に配置して迷路に入れます。

カーテンの背後に移動し、ラットが報酬を回収した直後の行動をコンピューターモニターで観察します。または、3分後にラットを取り出し、ビデオ録画を停止します。学習には、特定の場所を見つけることで迷路を攻略することが必要です。

空間的手がかりを用いるため、常に同じ正しい餌タワーを使用し、ラットを2か所の開始位置のいずれかに配置します。例えば、反応学習を行うラットの場合、タワーDに餌を置き、開始位置2または3からラットを放します。開始位置に応じて正しい餌タワーを切り替えます。反応学習者は、迷路内の開始位置に関係なく、特定の方向に曲がることを学習することで迷路を攻略します。

例えば、ベイトタワーDを用いて開始地点3からラットを放つか、あるいはベイトタワーBを用いて同じラットを開始地点2から放ち、1日4回、12日間にわたって計48回のトレーニング試行を行います。すべてのラットが漸近レベルに達した後、学習された行動の持続性を検証するために開始地点切り替えテストを実施します。

最初に、新しいカウンターバランスを実施します。各ラットのスタート位置を設定してください。その後、先に実演した各トレーニング試行の手順に従い、新しいスタート位置で操作を行います。

もともと場所2または3から放された場所学習ラットについては、タワーDに報酬を配置したまま、新しい開始位置である1または4のいずれかにラットを置きます。右折を学習し、もともと場所2または3から放された学習ラットについては、新しい開始位置である1または4のいずれかにラットを置き、それぞれタワーAまたはCのいずれかに報酬を配置します。

8回投与する。開始位置の切り替えテスト試行を、1日4回ずつ2日間にわたって実施する。処置群について盲検化された、別の実験者がビデオ録画された試行をスコア判定することとする。

まず、各試行でラットが正しいタワーを見つけるまでに行った回数を記録します。次に、各トレーニング日において、ラットが1回目の選択で報酬を見つけた確率を算出します。トレーニング日ごとのこのパーセンテージを用いて、学習曲線を作成します。

最後に、試行を通じたパフォーマンスが事前に設定した基準に達しなかったラットを解析から除外します。エストラジオールのサイクル補充を行ったラットは、場所学習における獲得基準に達するまでの試行回数が少なくなりました。反応学習の速度は治療群間で同様でしたが、場所訓練におけるパフォーマンスレベルは、すべての治療群において訓練試行を通じて向上しました。

しかしながら、エストラジオールをサイクル投与したラットは、正解の第一選択率が高くなっており、また、すべての治療群において反応訓練を通じて全体的なパフォーマンスも向上しました。この場合、治療の種類は反応学習の速度に有意な影響を及ぼしませんでした。開始位置を変更した後は、治療に関わらず学習者に初期的な障害が見られました。

しかしながら、溶媒投与群とエストラジオール投与群のラットとの間のパフォーマンスの差は拡大しました。2回目のトライアルブロックにおいて、元のスタート位置でその後訓練を受けたところ、すべてのラットがPrewittテストレベルまで回復しました。スタート位置を変更したテストを行った際、反応学習者は能力が低下していました。しかし、ペア比較により、エストラジオール投与群のラットのパフォーマンスはPrewittレベルまで回復したことが明らかになりました。

2回目の試行ブロックにおいて、元のスタート地点で再度テストを行ったところ、すべてのラットがPrewittテストと同等のパフォーマンスレベルに戻りました。この手順を行う際は、実験期間中、迷路の条件を一定に保つこと、およびラットの取り扱い時にストレスを与えないようにすることが重要です。

本手順に続いて、定位固定手術や薬剤投与などの他の手法を行うことで、反応学習および場所学習の獲得、発現、保持に重要な脳領域を特定させることができます。このビデオを視聴することで、オープンフィールドタワー迷路を用いた成体ラットの訓練およびテスト方法について十分に理解できるはずです。