迷路空間記憶のテストを使用して

空間学習と記憶は、私たちが環境に関連するものを記憶することを可能にする神経学的機能です。以前の経験に基づいて危険な場所を避けたり、荷物を保管している場所を思い出させたりするなど、簡単な作業を行うことができます。私たちの利点または欠点として、げっ歯類では同様の形質が観察され、行動科学者が迷路の助けを借りて行うこの現象を研究するための優れたモデルとなっています。

このビデオでは、空間学習と記憶の原理と神経生物学、さまざまなタイプの迷路で実験を実行するための一般化されたプロトコル、および今日の神経行動研究者がこれらのツールをどのように使用しているかについて簡単に説明します。

まず、空間学習と記憶の簡単な概要と、げっ歯類の迷路テストの背後にある一般原則から始めましょう。

生物は、なじみのない環境をナビゲートすると、ランドマーク、障害物、および関心のあるポイントの位置に関する情報を取得します。この空間情報は、一時的にワーキングメモリに組み込まれるか、またはより永続的に参照メモリに組み込まれます。海馬は、この情報を保存する上で独自の役割を果たします。機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を用いた研究では、空間学習と記憶をテストするタスク中に海馬の一部が活動することが示されています。

行動研究者は、迷路の助けを借りて生物の周囲を操作することにより、げっ歯類の空間学習と記憶を調べます。広義には、迷路とは、げっ歯類がターゲットに到達するためにナビゲートしなければならないあらゆる種類の人工環境です。通常、これらの迷路は、光や水などの負の刺激を利用して、動物を移動させ、特定の場所に到着させます。げっ歯類がこのプロセスを完了するのにかかった経路と時間は、空間学習と記憶を定量化するためのパラメーターとして機能します。

空間学習と記憶の原理について学習したところで、次はさまざまな種類の迷路を使った実験の一般的なプロトコルについて説明しましょう。

まず、空間学習と参照記憶を評価するために行われる古典的なテストであるモリス水迷路を見てみましょう。この迷路は、水で満たされた円形のタンクで構成されています。視覚的な手がかりが迷路の周りに配置され、各象限を特定のシンボルに関連付けます。その後、プラットフォームが導入され、トレーニング目的で水面上に上げられます。げっ歯類は泳ぐことができますが、泳ぐことを好みません。したがって、水は負の刺激として機能し、彼らはプラットフォームに到達しようとします。げっ歯類は、プラットフォームの位置を特定の視覚的な手がかりの位置に関連付けることを学ぶ必要があります。

テストのために、動物は濁った水と水没したプラットフォームのある迷路に置かれます。動物が水中プラットフォームに到達するまでの時間とルートを記録して、空間学習を評価します。リファレンスメモリを評価するために、水中プラットフォームを取り外したプローブトライアルを行います。次に、プラットフォームを持つ象限でげっ歯類が費やした時間が記録され、参照メモリが評価されます。

次に説明する迷路は、作業記憶と参照記憶の評価に使用される放射状水迷路です。名前が示すように、この迷路には、水で満たされたタンクに配置された8つの放射状のアームが含まれます。ここでも、水は負の刺激として機能し、動物は片方の腕の端に置かれたプラットフォームを見つけるように促します。視覚的な手がかりは通常、迷路の周辺に配置されます。最初は、水中プラットフォームが一部のアームの端にランダムに配置され、トレーニングトライアルでは、げっ歯類がプラットフォームのないスタートアームに配置されます。その後、げっ歯類はプラットフォームの1つに到達するまで泳ぎます。これは数回繰り返すことができ、このフェーズで収集されたデータは、ワーキングメモリや空間学習の評価に使用できます。

その後、トレーニング中にげっ歯類が使用したプラットフォームを取り外して、参照メモリを評価します。研究者は、トレーニング試験中にげっ歯類がプラットフォームを含むアームを訪れた回数を記録することにより、参照記憶を評価します。

最後に、バーンズ迷路について説明しましょう、これはモリス水迷路と同じ原理に従いますが、乾燥しているため、これらの陸生動物にとってストレスが少ないです。

この迷路は、周囲に穴が開いたボードで構成されており、その上に明るいライトが置かれています。げっ歯類は夜行性であるため、光は負の刺激として機能します。他の迷路と同様に、視覚的な手がかりはボードの周りに配置されています。トレーニングトライアルの場合、1つの穴は開いたままです。これが迷路の目標であり、嫌悪感のある光から離れた暗いケージにつながるためです。

トレーニングトライアルでは、げっ歯類が迷路を数回走り、げっ歯類がケージの穴に到達するまでの時間とルートの変化を観察することで空間学習が評価されます。参照記憶を評価するには、バーンズ迷路の開いた穴をふさぎ、ケージの穴がかつてあった象限でげっ歯類が過ごした時間を記録することは、参照記憶を評価する1つの方法です。

さて、さまざまなタイプの迷路を確認したので、今日の神経行動科学者が迷路をどのように使用しているかを探ってみましょう。

遺伝子を空間学習や記憶と結びつけるために、研究者は遺伝子操作を行い、続いて迷路テストを行います。この実験では、科学者たちは定位固定装置の助けを借りて特定のニューロン遺伝子の発現を阻害し、その後、モリス水迷路テストを実施しました。このテストの結果は、空間学習と記憶における標的遺伝子の役割に関する情報を提供しました。

迷路は、脳の損傷が空間記憶にどのように影響するかを評価するためにも使用できます。この実験では、研究者は、放射状腕の水迷路テストで、低酸素濃度によって引き起こされる低酸素性脳損傷が空間記憶に及ぼす影響を分析しました。科学者たちは、そのような損傷が作業記憶と参照記憶の両方に悪影響を与えることを実証しました。

最後に、迷路を薬物や化学物質と組み合わせて、その効果を評価することができます。この特定の研究では、マウスにビスフェノールA(BPA)の濃度を増やして治療し、バーンズ迷路でテストしました。その結果、BPAを高用量で投与されたマウスは、空間学習に欠陥があることが示され、これは連続した試験でケージホールに到達するまでの潜伏期間が増加することで証明されました。

迷路の助けを借りて空間学習と記憶をテストするJoVEのビデオを見ました。このビデオでは、空間学習と記憶の概要を説明し、さまざまなタイプの迷路について説明し、研究者が現在迷路を使用して空間学習と記憶の遺伝的および解剖学的基盤をよりよく理解する方法についても触れました。いつものように、ご覧いただきありがとうございます!