Name: 成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 35 s
Description: 学ぶシャトルボックスアッセイによる成人ゼブラフィッシュの連想学習評価法。外傷後の認知機能回復と短期・長期記憶の動態を迅速に測定し、神経科学および行動生物学研究に応用可能です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

著者らは、ハイドラボのメンバーが思慮深い議論をしてくれたことに感謝し、ゼブラフィッシュケアと畜産のためのフライマンライフサイエンスセンターの技術者に感謝したいと考えています。この研究は、ノートルダム大学ノートルダム大学ゼブラフィッシュ研究センター、ノートルダム大学幹細胞再生医療センター、国立科学財団大学院研究フェローシッププログラム(JTH)NIH R01-EY018417(DRH)の国立眼科研究所からの助成金によって支援されました。 自由フェローシップのセンチネル(JTH)とパット・ティルマン奨学金(JTH)。図1 は BioRender.com で作られています。

ゼブラフィッシュは、フライマン生命科学センターのノートルダム・ゼブラフィッシュ施設で飼育されました。この原稿に記載されている方法は、ノートルダム大学動物のケアと使用委員会(動物福祉保証番号A3093-01)によって承認されました。
1. シャトルボックス学習パラダイム (図1A)
注: 学習パラダイムは、連想学習に関する認知の迅速な評価を提供します。
<ol><li>30.5 x 19 x 7.5 cmのゲルボックスを、45°の角度で両側に加えた5 x 19 cmのアクアリウムグレードのプレキシガラスで、シャトルボックスを準備します。魚がタンクの中央を横切ったときを評価するために、タンクの中間点を示す線を作ります(図1B)。</li>
	<li>シャトルボックスに800mLのシステム水を追加します。脱イオンRO水の1 Lにインスタントオーシャンの60mgを溶解することによって、この水を作ります。水をタンクの中央に5cmの深さに満たします。 注:28 °C毎時間または3魚をテストした後、新鮮なシステムの水に交換してください。</li>
	<li>シャトルボックスアッセイが行われる暗い部屋にある、システム水を含む保持タンクに2-3魚を置きます。<ol>
<li>暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置き、蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。 注: 部屋は順応およびテスト中にできるだけ暗いままにする必要があります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>シャトルボックスに魚を15分間順応します。 注:調査官は、順応期間中に部屋に残るか、魚が調査官の存在に適応できるようにテストの前に十分な時間で静かに試験室に戻る必要があります。魚が自由にタンクを探索するときに成功した順応を考慮することができます。<ol>
<li>魚が探索できない場合は、さらに15分間順応を続けます。それでも魚がシャトルボックスに順応しない場合は、魚を取り除きます。この魚をテストに使用しないでください。</li>
	</ol>
</li>
	<li>手作業で魚が占める側のゲルボックスの壁から、800ルーメンの赤いレンズ懐中電灯を2cmほど照らし、順応します。 注:魚がシャトルボックスの深い端近くの壁に対してプラチナワイヤーの隣で休んでいる場合は、試験を開始しないでください。</li>
	<li>光刺激を魚に直接照らし、手動で魚の横運動に光を追って、刺激の継続的な可視化を確実にする(図1C)。次のいずれかの条件が満たされるまで、光刺激を提供し続けます。<ol>
<li>魚が光暴露の15 s内のタンクの中間点を横切る場合は、成功したトレイルを考えてみましょう。魚が中間点を越えたら、すぐに光刺激を止める(図1D)。</li>
		<li>魚が15 sで箱の中間点を越えない場合は、失敗したトレイルを考えてみましょう。この場合、電気泳動電源を使用して、負の衝撃刺激(20 mV:1 A)を交互に適用し、2 sのOn、2sのオフを15の期間(最大4つの衝撃)に、または魚が箱の中間点を通過するまで、その点で光と負の刺激の両方を終了させます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>魚は30のsのために休んで、ステップ(s)1.5-1.6.2を繰り返します。成功した試行(1.6.1)と失敗した試行(1.6.2)の順序を詳細に記録します。 注:ここでは、5回連続で成功した試験の完了として学習を定義しました。学習が実証されたら、魚はシャトルボックスから取り除かれ、人道的に安楽死させるべきです。</li>
</ol>2. メモリパラダイム (図 1A)
注:このパラダイムは、学習した連想認知タスクの短期記憶と長期記憶の評価を提供します。
<ol><li>トレーニング期間<ol>
<li>シャトルボックスに800mLのシステム水を追加します。脱イオンRO水の1 Lにインスタントオーシャンの60mgを溶解することによって、この水を作ります。水をタンクの中央に5cmの深さに満たします。 注:水は28 °C毎時、または3魚をテストした後、新鮮なシステムの水に置き換える必要があります。</li>
		<li>シャトルボックスアッセイが行われる暗い部屋に位置するシステム水を含む保持タンクに2-3魚を置きます。</li>
		<li>暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置き、蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。 注: 部屋は順応およびテスト中にできるだけ暗いままにする必要があります。</li>
		<li>シャトルボックスに魚を15分間順応します。 注:調査官は、順応期間中に部屋に残るか、魚が調査官の存在に適応できるようにテストする前に十分な時間で静かに試験室に戻る必要があります。魚が自由にタンクを探索しているときに正常な順応を決定します。</li>
		<li>魚が探索できない場合は、さらに15分間順応を続けます。それでも魚がシャトルボックスに順応しない場合は、魚を取り除き、テストに使用しないでください。</li>
		<li>順応が成功した後、手動で魚が占めているシャトルボックスの側に、ゲルボックス側壁から〜2cmの800ルーメン赤レンズ懐中電灯を照らします。</li>
		<li>魚に直接光刺激を照らし、魚の刺激の継続的な可視化を確実にするために、光と魚の任意の横の動きに従ってください。</li>
		<li>光が魚に輝いている間、同時に逆衝撃刺激(20 mV:1 A)交互に2 sオン、2 sオフ15 s(最大4つの衝撃)、または魚が箱の中間点を通過するまでを適用します。これが達成されたら、光と有害な刺激の両方を終了します。 注:魚が30 sのために休むことを許可し、25回の反復のためにステップ2.1.6-2.1.8を繰り返します(図1A)。</li>
	</ol></li>
	<li>初期テスト<ol>
<li>トレーニング期間の後、魚に15分の休息を許可します。シャトルボックスから取り外しないでください。この休止期間の直後に、各トライアルを厳密に合格/不合格として記録して、初期メモリ保持をテストします。</li>
		<li>最大15 sの光刺激のみを適用し、次のように応答を記録します。<ol>
<li>魚が光刺激を開始した後、15 s以内にシャトルボックスの中間点を横切る場合は、試験が成功したと考えてください。魚が中間点を越えたら、すぐに光刺激を止めます。</li>
			<li>魚が光刺激を開始した後、シャトルボックス15sの中間点を越えない場合は、試行に失敗したと考えてください。15 sの後に光刺激を停止します。 注: 最初のテストでは、試行が失敗した後に、有害な刺激は適用されません。</li>
		</ol>
</li>
		<li>試行の間に30の休息期間を持つステップ2.2.2を繰り返し、25回の試行で成功した試験(2.2.2.1)と失敗した試験(2.2.2.2)を記録します。この値は、各魚の個別参照として機能します。</li>
	</ol></li>
	<li>即時記憶<ol>
<li>初期検査期間の直後に好ましい損傷パラダイム(例えば、修正されたマルマルーの体重減少を用いた鈍力外傷)によって傷害を誘発する。簡単な識別のために個別に魚を家。初期のテスト値を記録し、動物施設に魚を返します。 注:魚は、前述の22のように鈍い力TBIによって負傷しました。</li>
		<li>動物施設から2-3の損傷していないまたはTBI魚4時間を最初のテストおよび/または4時間の後の傷害(または問題の実験時間枠で)収集する。システムの水を含む個々のタンクで暗い部屋にすべての魚を保ちます。</li>
		<li>シャトルボックスの中央に魚を置き(1.1で説明したようにシステム水で準備)、一度に1匹の魚を配置し、蓋を固定します。電源を取り付け、魚を15分間順応させます。</li>
		<li>順応後、最大15sの光刺激のみを適用して即時記憶(厳密に合格/不合格)を評価し、次のように応答を記録します。<ol>
<li>魚が15のテスト期間内に箱の中間点を越えた場合、試験は成功したことを考えてみましょう。中間点を通過する際に光刺激を終了します。</li>
			<li>魚が光刺激を開始する15のs以内に箱の中間点を越えない場合は、試行に失敗したと考えてください。15sの期間が終わった後に光刺激を終了します。 注:この傷害後のテストでは、失敗した試みの後に不利なショック刺激は適用されません。</li>
		</ol>
</li>
		<li>試行の間に 30 の休息期間を持つステップ 2.3.4 を繰り返し、25 回の試行で成功した試行回数 (2.3.4.1) と失敗した試行回数 (2.3.4.2) を記録します。</li>
		<li>式を使用して、最初のテスト期間への傷害後の成功した試験の割合差を計算します。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62745/62745eq01.jpg">
</li>
	</ol></li>
	<li>遅延メモリ<ol>
<li>初期検査値を容易に識別および記録するために個別に収容された魚を、初期試験期間直後の動物施設に戻す。</li>
		<li>最初のテストと怪我および/または遅延メモリテストの間に魚4日(または問題の実験的な時間枠)を許可します。</li>
		<li>好ましい損傷パラダイム(鈍い力の外傷を誘発するために修正されたマルマルーの体重低下など)によって傷害を誘発する。初期の試験値を簡単に識別するために個別に魚を飼育し、動物施設に魚を戻します。 注:魚は、前述の22のように鈍い力TBIによって負傷しました。</li>
		<li>動物施設から2-3の損傷していないまたはTBI魚4時間を最初のテストおよび/または4時間の後の傷害(または問題の実験時間枠で)収集する。</li>
		<li>すべての魚をシステムの水を含む個々のタンクの暗い部屋に保管し、シャトルボックスの中央に一つずつ(1.1で説明したようにシステム水で準備)、蓋を固定し、電源を取り付け、魚15分を順応させます。</li>
		<li>順応後、最大15 sの光刺激のみを適用して即時メモリ(厳密に合格/不合格)を評価し、次の応答を記録します。<ol>
<li>魚が15のテスト期間内に箱の中間点を越えた場合、成功したトレイルを考えてみましょう。中間点を通過する際に光刺激を終了します。</li>
			<li>魚が光刺激を開始してから15s以内にボックスの中間点を越えない場合は、トレイルが失敗したと考え、光刺激を終了します。 注:この傷害後のテストでは、失敗した試みの後に不利なショック刺激は適用されません。</li>
		</ol>
</li>
		<li>試行の間に 30 の休息期間を持つステップ 2.4.6 を繰り返し、25 回の試行で成功した試行 (2.4.6.1) と失敗した試行の数を記録します。</li>
		<li>式を使用して最初のテスト期間に傷害後の成功した試験の割合差を計算します。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62745/62745eq01.jpg">
</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Deutsch, M., Mendez, M., Teng, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactions+between+traumatic+brain+injury+and+frontotemporal+degeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Dementia+and+Geriatric+Cognitive+Disorders%22%5BJournal%5D)">Interactions between traumatic brain injury and frontotemporal degeneration.</a> Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 39, 143-153 (2015).</li>
<li>Gardner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traumatic+brain+injury+in+later+life+increases+risk+for+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">Traumatic brain injury in later life increases risk for Parkinson disease.</a> Annals in Neurology. 77, 987(2015).</li>
<li>Fleminger, S., Oliver, D., Lovestone, S., Rabe-Hesketh, S., Giora, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Head+injury+as+a+risk+factor+for+Alzheimer%27s+disease%3A+the+evidence+10+years+on%3B+a+partial+replication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurology%2C+Neurosurgery+and+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Head injury as a risk factor for Alzheimer's disease: the evidence 10 years on; a partial replication.</a> Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 74, 857-886 (2003).</li>
<li>Johnson, V., Stewart, W., Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traumatic+brain+injury+and+amyloid-%CE%B2+pathology%3A+a+link+to+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">Traumatic brain injury and amyloid-β pathology: a link to Alzheimer's disease.</a> Nature Reviews Neurosciences. 11, 361-370 (2010).</li>
<li>Korley, F. K., Kelen, G. D., Jones, C. M., Diaz-Arrastia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergency+department+evaluation+of+traumatic+brain+injury+in+the+United+States%2C+2009-2010%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Head+Trauma+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Emergency department evaluation of traumatic brain injury in the United States, 2009-2010.</a> The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31, 379-387 (2016).</li>
<li>Corrigan, J. D., Selassie, A. W., Orman, J. A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+epidemiology+of+traumatic+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Head+Trauma+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">The epidemiology of traumatic brain injury.</a> The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 25, 72-80 (2010).</li>
<li>Levin, H., Arrastia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diagnosis%2C+prognosis%2C+and+clinical+management+of+mild+traumatic+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22The+Lancet+Neurology%22%5BJournal%5D)">Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury.</a> The Lancet Neurology. 14, 506-517 (2015).</li>
<li>GBD 2016 Traumatic Brain Injury and Spinal Cord Injury Collaborators. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global%2C+regional%2C+and+national+burden+of+traumatic+brain+injury+and+spinal+cord+injury%2C+1990-2016%3A+A+systematic+analysis+for+the+Global+Burden+of+Disease+Study+2016%5BTitle%5D)+AND+%22The+Lancet%2C+Neurology%22%5BJournal%5D)">Global, regional, and national burden of traumatic brain injury and spinal cord injury, 1990-2016: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016.</a> The Lancet, Neurology. 18 (1), 56-87 (2019).</li>
<li>Campbell, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Notch3+and+DeltaB+maintain+M%C3%BCller+glia+quiescence+and+act+as+negative+regulators+of+regeneration+in+the+light-damaged+zebrafish+retina%5BTitle%5D)+AND+%22Glia%22%5BJournal%5D)">Notch3 and DeltaB maintain Müller glia quiescence and act as negative regulators of regeneration in the light-damaged zebrafish retina.</a> Glia. 69 (3), 546-566 (2021).</li>
<li>Green, L. A., Nebiolo, J. C., Smith, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microglia+exit+the+CNS+in+spinal+root+avulsion%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biology%22%5BJournal%5D)">Microglia exit the CNS in spinal root avulsion.</a> PLoS Biology. 17 (2), 3000159(2019).</li>
<li>Hentig, J., Byrd-Jacobs, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exposure+to+zinc+sulfate+results+in+differential+effects+on+olfactory+sensory+neuron+subtypes+in+the+adult+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Molecular+Sciences%22%5BJournal%5D)">Exposure to zinc sulfate results in differential effects on olfactory sensory neuron subtypes in the adult zebrafish.</a> International Journal of Molecular Sciences. 17 (9), 1445(2016).</li>
<li>Ito, Y., Tanaka, H., Okamoto, H., Oshima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+neural+stem+cells+and+their+progeny+in+the+adult+zebrafish+optic+tectum%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">Characterization of neural stem cells and their progeny in the adult zebrafish optic tectum.</a> Developmental Biology. 342, 26-38 (2010).</li>
<li>Lahne, M., Nagashima, M., Hyde, D. R., Hitchcock, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reprogramming+Muller+glia+to+regenerate+retinal+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Reviews+of+Vision+Sciences%22%5BJournal%5D)">Reprogramming Muller glia to regenerate retinal neurons.</a> Annual Reviews of Vision Sciences. 6, 171-193 (2020).</li>
<li>Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regeneration+of+the+adult+zebrafish+brain+from+neurogenic+radial+glia-type+progenitors%5BTitle%5D)+AND+%22Development%22%5BJournal%5D)">Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors.</a> Development. 138 (22), Cambridge, England. 4831-4841 (2011).</li>
<li>Kishimoto, N., Shimizu, K., Sawamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+regeneration+in+a+zebrafish+model+of+adult+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Disease+Models+%26+Mechanisms%22%5BJournal%5D)">Neuronal regeneration in a zebrafish model of adult brain injury.</a> Disease Models & Mechanisms. 5 (2), 200-209 (2012).</li>
<li>Bhattarai, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuron-glia+interaction+through+Serotonin-BDNF-NGFR+axis+enables+regenerative+neurogenesis+in+Alzheimer%27s+model+of+adult+zebrafish+brain%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biology%22%5BJournal%5D)">Neuron-glia interaction through Serotonin-BDNF-NGFR axis enables regenerative neurogenesis in Alzheimer's model of adult zebrafish brain.</a> PLoS Biology. 18 (1), 3000585(2020).</li>
<li>Kalueff, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+comprehensive+catalog+of+zebrafish+behavior+1.0+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond.</a> Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).</li>
<li>Chanin, S., et al. Assessing startle responses and their habituation in adult zebrafish. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChanin%2C+S+%22Zebrafish+Protocols+for+Neurobehavioral+Research%22">Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research</a>. 66, Humana Press. (2012).</li>
<li>López-Schier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroplasticity+in+the+acoustic+startle+reflex+in+larval+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">Neuroplasticity in the acoustic startle reflex in larval zebrafish.</a> Current Opinion in Neurobiology. 54, 134-139 (2019).</li>
<li>Maheras, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+pathways+of+neuroregeneration+in+a+novel+mild+traumatic+brain+injury+model+in+adult+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">Genetic pathways of neuroregeneration in a novel mild traumatic brain injury model in adult zebrafish.</a> eNeuro. 5 (1), (2018).</li>
<li>Gaspary, K. V., Reolon, G. K., Gusso, D., Bonan, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+object+recognition+and+object+location+tasks+in+zebrafish%3A+Influence+of+habituation+and+NMDA+receptor+antagonism%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+Learning+and+Memory%22%5BJournal%5D)">Novel object recognition and object location tasks in zebrafish: Influence of habituation and NMDA receptor antagonism.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 155, 249-260 (2018).</li>
<li>Hentig, J., Cloghessy, K., Dunseath, C., Hyde, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scalable+model+to+study+the+effects+of+blunt-force+injury+in+adult+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A scalable model to study the effects of blunt-force injury in adult zebrafish.</a> Journal of Visualized Experiments. , (2021).</li>
<li>Wu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fragile+X+mental+retardation-1+knockout+zebrafish+shows+precocious+development+in+social+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Fragile X mental retardation-1 knockout zebrafish shows precocious development in social behavior.</a> Zebrafish. 14 (5), 438-443 (2017).</li>
<li>Rea, V., Van Raay, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+zebrafish+to+model+autism+spectrum+disorder%3A+A+Comparison+of+ASD+risk+genes+between+zebrafish+and+their+mammalian+counterparts%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Molecular+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Using zebrafish to model autism spectrum disorder: A Comparison of ASD risk genes between zebrafish and their mammalian counterparts.</a> Frontiers in Molecular Neuroscience. 13, 575575(2020).</li>
<li>Zhdanova, I. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aging+of+the+circadian+system+in+zebrafish+and+the+effects+of+melatonin+on+sleep+and+cognitive+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Aging of the circadian system in zebrafish and the effects of melatonin on sleep and cognitive performance.</a> Brain Research Bulletin. 75 (2-4), 433-441 (2008).</li>
<li>Yu, L., Tucci, V., Kishi, S., Zhdanova, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognitive+aging+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Cognitive aging in zebrafish.</a> PloS One. 1 (1), 14(2006).</li>
<li>Bahl, A., Engert, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+circuits+for+evidence+accumulation+and+decision+making+in+larval+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural circuits for evidence accumulation and decision making in larval zebrafish.</a> Nature Neuroscience. 23 (1), 94-102 (2020).</li>
<li>Ngoc Hieu, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+modified+three-day+t-maze+protocol+for+evaluating+learning+and+memory+capacity+of+adult+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Molecular+Sciences%22%5BJournal%5D)">Development of a modified three-day t-maze protocol for evaluating learning and memory capacity of adult zebrafish.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (4), 1464(2020).</li>
<li>Williams, F. E., White, D., Messer, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+spatial+alternation+task+for+assessing+memory+function+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Processes%22%5BJournal%5D)">A simple spatial alternation task for assessing memory function in zebrafish.</a> Behavioural Processes. 58 (3), 125-132 (2002).</li>
<li>Zohar, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-head+minimal+traumatic+brain+injury+produces+long-term+cognitive+deficits+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Closed-head minimal traumatic brain injury produces long-term cognitive deficits in mice.</a> Neuroscience. 118 (4), 949-955 (2003).</li>
<li>Becker, C., Becker, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adult+zebrafish+as+a+model+for+successful+central+nervous+system+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Restorative+Neurology+and+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Adult zebrafish as a model for successful central nervous system regeneration.</a> Restorative Neurology and Neuroscience. 26 (2-3), 71-80 (2008).</li>
<li>Grandel, H., Kaslin, J., Ganz, J., Wenzel, I., Brand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+stem+cells+and+neurogenesis+in+the+adult+zebrafish+brain%3A+origin%2C+proliferation+dynamics%2C+migration%2C+and+cell+fate%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">Neural stem cells and neurogenesis in the adult zebrafish brain: origin, proliferation dynamics, migration, and cell fate.</a> Developmental Biology. 295 (1), 263-277 (2006).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

認知障害は、生活の質に大きく悪影響を及ぼす可能性があります。集団全体で脳震盪や外傷性脳損傷の可視性と発生が増加しているため、認知障害を引き起こす方法と損傷を最小限または逆転させる方法を理解することが重要です。これらの理由から、認知機能低下をテストできるモデル生物は、これらの研究において重要な役割を果たす。げっ歯類は長い間神経行動と認知を調査する主要なモデルであったが、ゼブラフィッシュは発達、年齢関連、および認知障害17、20、23、24、25、26を獲得した様々な明確な行動を持つ有用なモデルとして出現した。認知を評価する様々な方法は、慣化の形で一次元学習から、複雑な学習や空間記憶、新規の物体と位置認識、および意思決定18、19、20、21、27、...

学習と記憶は、老化、神経変性疾患、または傷害のために起こる認知障害の指標として日常的に使用されています。外傷性脳損傷(TI)は、認知障害をもたらす最も一般的な傷害である。TISは、前頭側頭型認知症やパーキンソン病1、2などのいくつかの神経変性疾患との関連のために懸念が高まっている。さらに、一部のTBI患者において観察されたβ-アミロイド凝集の増加は、アルツハイマー病3,4の発症にも関連している可能性があることを示唆している。TISはしばしば鈍い力の外傷の結果であり、軽度の脳損傷(miTBI)が最も一般的である重度の範囲をまたがる。しかし、miTIsは短期間だけ軽度の認知障害を引き起こし、負傷した個人は通常完全に6回復するため、報告されず、誤診されることが多い。対照的に、miTBIイベントの繰り返しは、若年および中年の成人に非常に普及しており、時間7を経て蓄積し、認知発達を損なう可能性があり、中等度または重度のTBI8を経験する個人と同様に、神経変性疾患1、2、3、4、5を悪化させるため、懸念が高まっている。
ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、神経科学における様々なトピックを探索するための有用なモデルであり、中枢神経系9、10、11、12、13を通して失われたまたは損傷したニューロンを再生する能力を含む。神経再生は、後頭領域にアーキマリウムを含むテレンスファルンでも実証された。この神経解剖学的領域は海馬に類似しており、魚の認知とヒト14、15、16の短期記憶のために必要とされる可能性が高い。さらに、ゼブラフィッシュの挙動は、17を広範囲に特徴付け、カタログ化されている。学習は、驚くべき応答18への慣化を含む様々な技術を通じて研究されてきたが、これは短いブロックで行われ、急速な減衰時間19に注意を払って行われるときの非連想学習の急速な形態を表すことができる。Tボックス、プラス迷路、視覚差別20、21などの連想学習のより複雑なテストが使用されますが、多くの場合、時間がかかり、準備の数日または数週間を必要とし、浅瀬または肯定的な補強に依存しています。ここでは、連想学習と即時記憶または遅延メモリの両方を評価するための迅速なパラダイムについて説明します。このシャトルボックスアッセイは、鈍い力TBIに続く認知障害と回復を評価するために回避刺激および否定的な補強コンディショニングを使用する。我々は、損傷を受けていない対照成類のゼブラフィッシュ(8〜24ヶ月)が、観察者間で高い一貫性を持つシャトルボックス内の20回の試験(<20分の評価)以内に赤色光を避けることを再現的に学ぶことを実証する。さらに、シャトルボックスを使用すると、成人(生後8~24ヶ月)の学習能力と記憶能力が一貫しており、異なるTBIの重大な障害または繰り返しTBIの間に重大な障害を持つ認知をアッサングするのに有用であることを実証しています。さらに、この方法は、成人ゼブラフィッシュにおける認知の維持または回復に影響を与える幅広い疾患の進行または薬物介入の有効性を追跡するための指標として迅速に採用することができる。
ここでは、複雑な連想学習(セクション1)とメモリの両方を即時記憶と遅延記憶の両方で調べることができる迅速な認知評価の説明的概要を提供する。このパラダイムは、学習した連想認知タスク(セクション2)の短期記憶と長期記憶の評価を提供します。

<table><tbody><tr><td>懐中電灯</td><td>Ultrafire</td><td>9145</td><td></td></tr><tr><td>インスタントオーシャン</td><td>インスタントオーシャン</td><td>SS15-10</td><td></td></tr><tr><td>ラージDNAゲルボックス</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>FB-SB-1316</td><td>シャトルボックス</td></tr><tr><td>電源</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>FB-105</td><td></td></tr></tbody></table>

成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ

Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish

学習障害や記憶障害を含む認知障害は、様々な発達および加齢性神経変性疾患および外傷性脳損傷(TBI)の主要な症状である。ゼブラフィッシュは、開発中の透明性と神経外傷後の堅牢な再生能力のために重要な神経科学モデルです。ゼブラフィッシュには様々な認知テストが存在する一方で、迅速な認知評価のほとんどは非連想学習を調べる。同時に、連想学習アッセイは、多くの場合、数日または数週間を必要とします。ここでは、有害な刺激(感電)を利用し、必要な準備時間を最小限に抑える、迅速な連想学習試験について述べています。ここに示されるシャトルボックスのアッセイは、初心者の研究者にとって理想的で、最小限の機器を必要とします。我々は、TBIに続いて、このシャトルボックステストが認知障害と若いゼブラフィッシュから古いゼブラフィッシュへの回復を再現的に評価することを実証する。さらに、アッセイは即時または遅延メモリを調べるために適応可能である。我々は、単一のTBIと繰り返されるTBIイベントの両方が学習と即時記憶に悪影響を及ぼすが、遅延メモリではないことを示す。したがって、我々は、シャトルボックスアッセイが認知障害の進行と回復を再現的に追跡すると結論付ける。

プロトコルと概略図(図1)に概説されている学習パラダイムは、連想学習に関する認知の迅速な評価を提供します。さらに、このパラダイムは、5回連続陽性試験の反復および一貫した表示として学習を定義することによって、高いレベルのストリンジェンシーを有する。このパラダイムは、年齢や怪我の範囲にも適用されます。8ヶ月(ヤングアダルト)、18ヶ月(中年成人)、24ヶ月(高齢者)で損傷を受けていない魚は、赤信号を避ける行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました(損傷なし8 m:15.28 4.92試験±、 18 m: 17.66 ± 5.5 トライアル, 24 m: 16.2 ± 4.79 トライアル, 8 m 対 18 m p=0.92, 8 m 対 24 m p=0.98, 18 m 対 24 m p=0.97、図 2A)。我々はまた、重度の鈍力外傷性脳損傷(sTBI)モデル22を利用し、異なる年齢の魚が傷害後1〜5日間にわたってアッセイを習得する...

学習と記憶は、発達障害、疾患依存性、または環境に依存する認知障害の研究において強力な指標です。ほとんどの認知評価には、特殊な機器と広範な時間のコミットメントが必要です。しかし、シャトルボックスアッセイは、従来のゲルボックスを利用して、成体ゼブラフィッシュ認知の迅速かつ信頼性の高い評価を行う自動調整学習ツールです。

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and ...

シャトルボックスアッセイは、ゼブラフィッシュの鈍い力の外傷または他のタイプの脳損傷に続く認知障害の進行と回復を再現的に追跡します。シャトルボックスアッセイは、ゼブラフィッシュの短期記憶と長期記憶の両方で、比較的簡単で迅速かつ堅牢な連想学習の測定を可能にします。まず、30.5 x 19 x 7.5センチメートルのゲルボックスを修正し、5 x 19センチメートルの水槽グレードのプレキシガラスを45度の角度で両側に加えてシャトルボックスを準備します。その後、魚がタンクの真ん中を横切ったときを評価するために、タンクの中間点を示すラインを作ります。シャトルボックスに800ミリリットルのシステム水を加えた後、2~3匹の魚をシステム水を含む保持タンクに入れます。シャトルボックスアッセイが行われる暗い部屋にタンクを残します。次に、暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置きます。蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。魚は暗闇の中で順応する必要があります。すべてのライトを消し、15分間シャトルボックスに魚を順応させます。魚が自由にタンクを探索するときに成功した順応を考慮することができます。魚の順応に成功した後、手動で魚が占める側のゲルボックスの壁から約2センチメートルの800ルーメン赤いレンズ懐中電灯を輝かせる。魚が白金ワイヤーの隣で休んでいる場合は、試験を開始しないでください。魚に直接光刺激を照らし、手動で刺激の継続的な可視化を確保するために、光と魚の任意の横の動きに従ってください。成功または失敗したトライアルに対して次のいずれかの条件が満たされるまで、光刺激を提供し続けます。魚が光暴露の15秒以内にタンクの中間点を横切る場合、試験は成功したことを考えてみましょう。魚が中間点を越えたら、すぐに光刺激を止めます。試験が失敗した場合は、電気泳動電源を使用して20ミリボルトの負の衝撃刺激を1アンペアに適用し、2秒間交互に、最大4つの衝撃で15秒間2秒間オフにするか、魚が箱の中間点を通過するまで。その後、光と陰性刺激の両方を終了します。訓練期間の前に、15分間暗い条件下で魚を残すことによってシャトルボックスへの正常な順応を確認してください。その後、手動で魚が占める側のゲルボックスの壁から約2センチメートルの800ルーメン赤いレンズ懐中電灯を輝かせます。魚に直接光刺激を照らし、刺激の継続的な可視化を確実にするために、光と魚の任意の横の動きに従ってください。光が魚に輝いている間、同時に1アンペアに20ミリボルトの有害なショック刺激を適用し、2秒間交互に、最大4つの衝撃で15秒間オフに2秒、または魚が箱の中間点を通過するまで。これが達成されたら、光と有害な刺激を終了します。25 回の繰り返しを繰り返します。完了すると、魚は暗い条件下で15分の別の順応期間を許可します。最初のテスト期間中、シャトルボックスで15分間順応を成功させ、光刺激のみを15秒間適用し、応答を記録します。魚が光刺激を開始してから15秒以内にシャトルボックスの中間点を横切り、魚が中間点を横切ったときにすぐに光刺激を止める場合は、試験が成功したと考えてください。魚が光刺激を開始してから15秒後にシャトルボックスの中間点を越えない場合は、試行錯誤を検討し、15秒後に光刺激を停止します。最初のテストでは、試行に失敗した後に有害な刺激を適用しないでください。最初のテスト期間の直後に、短期メモリテストを実行します。劇的な脳損傷を誘発し、テストの前に4時間の期間を待ちます.その後、シャトルボックスで魚を15分間順応させます。最大15秒間光刺激のみを適用して短期記憶を評価し、魚がボックスの中間点を横切った場合、光が消灯するか、試験に合格したと見なされるか、または失敗した試験と見なされる15秒以内に中間点を通過しなかったかどうかを記録します。各試行の間に 30 秒の休息期間を使用して上記の手順を 25 回繰り返し、成功した試行と失敗した試行の数を記録します。最初のテストの 4 日後に長期メモリ テストを実行します。外傷性脳損傷を誘発し、テストの前に4時間の期間待ってから、シャトルボックスで魚を15分間順応させます。最大15秒間光刺激のみを適用して長期記憶を評価し、魚がボックスの中間点を横切った場合、光が消灯するか、試験に合格したと見なされるか、または失敗した試験と見なされる15秒以内に中間点を通過しなかったかどうかを記録します。上記を繰り返し、各試行の間に30秒の休息期間を設定し、成功した試行数と失敗した試行回数を記録します。認知評価のための学習と記憶パラダイムの説明の概要をここに示します。8ヶ月の損傷を受けていない魚、若い成人、18ヶ月、中年成人、および24ヶ月の高齢者は、赤信号を避ける行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました。重度の鈍い力外傷性脳損傷モデル、またはSTBIを利用した後、異なる年齢の魚は、傷害後1〜5日間にわたってアッセイを習得するために同様の数の試験を必要としました。STBIの次の1日目に、すべての年齢層の魚は、損傷していないコントロールよりも有意に大きい行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました。損傷を受けていない魚は急速にシャトルボックスを習得し、約17回の試験で5回連続陽性試験を達成したのに対し、軽度の脳損傷、または軽度のTBIの翌日、魚は行動を学ぶために試験の数が大幅に増加した。この赤字は2つの軽度のTBIの後に増加し、3つの軽度のTBI傷害の後にさらに上昇した。損傷を受けていない魚は、即時のメモリで成功した試験の割合差のわずかな増加を示し、最初のテスト期間に比べてメモリを遅らせる.単一の軽度のTBIに続いて, 魚は損傷していない魚と比較して重要かつ即時のメモリ不足を示しました.この傾向は、2つの軽度のTBIと3つの軽度のTBIの両方に続く赤字の増加と繰り返し傷害と続いた。適用される有害な刺激のタイミングは重要です。有害な刺激と光と同時除去を組み合わせることで、その関連性が固まり、パラダイムにとって非常に重要です。このアッセイは、認知障害に対する発達、老化、環境への影響を調査するために使用できる迅速な評価または複雑な連想学習を可能にします。

shuttle-box-assay-as-an-associative-learning-tool-for-cognitive

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

このビデオでは、ゼブラフィッシュの幼生の回避とチグモタキシスアッセイについて説明しています。このビデオでは、視覚嫌悪刺激に反応したゼブラフィッシュの幼生の行動を調べています。...

ゼブラフィッシュの回避とチグモタキシスアッセイ:嫌悪的な視覚刺激に応答した幼虫の行動を調べるためのハイスループット法

この記事では、幼虫の運動を監視することにより、有毒化合物に対するゼブラフィッシュの行動反応について説明します。この議定書では、ゼブラフィッシュの幼生の環境汚染物質に対する反応の例をさらに見ています。...

幼虫ロコモーションアッセイ:ゼブラフィッシュ幼生における化合物の神経行動毒性を研究するためのハイスループット法

我々の研究室では、7日齢のゼブラフィッシュの幼虫で、いくつかの異なる挙動の検出に有用な新規なハイスループット自動化されたイメージングシステムを開発しました。幼虫は、環境毒素又は薬剤に曝露された後にシステムが動作の微妙な変化を検出するために用いることができる。...

ゼブラフィッシュ幼生における自動化ハイスループット行動分析

ゼブラフィッシュの個体やグループを追跡できる3D自動ビデオシステムの使用について説明しています。応用例として、NMDA受容体拮抗薬MK-801がゼブラフィッシュの群れに及ぼす影響について検討します。...

自動3D追跡システムを使用して、成魚のゼブラフィッシュの個体群と群れを記録

シャトルボックス回避学習、行動神経科学においてよく確立されています。このプロトコルは、げっ歯類での学習シャトルボックスは、サイト固有の電気皮質内微小刺激（ICMS）と学習と知覚の複数の側面を研究するためのツールとして、in vivoでの録音での同時慢性と組み合わせることができる方法について説明します。...

知覚と学習を研究するためのツールと​​しての電気生理学的皮質の記録と刺激と組み合わせたシャトル・ボックストレーニング

この原稿は、ゼブラフィッシュの大胆さ、攻撃性、浅瀬の設定、実装、分析、および行動症候群の存在の試験について説明しています。行動定量化のための標準化されたアプローチにより、研究間での比較が容易になります。このプロトコルは、各アッセイを個別に実行できるため、変更することができます。...

ゼブラフィッシュ行動症候群のための大胆、攻撃的、および浅水アッセイ

本稿では、大人のゼブラフィッシュのストレス行動を測定する簡単な方法について述べる。このアプローチは、ストレス状態にあるときにゼブラフィッシュがタンクの下半分を好むという生来の傾向を利用している。また、アッセイと薬理学を結合するための方法についても述べる。...

ゼブラフィッシュの先天性ストレスを研究する行動的アプローチ

認知能力を評価するために設計された行動室を提示します。ゼブラフィッシュは、一度取得すると、8週間後にタスクを覚えていることを示すデータを提供します。我々はまた、高血糖ゼブラフィッシュが認知能力を変化させたことを示し、このパラダイムが認知と記憶を評価する研究に適用されることを示す。...

ゼブラフィッシュをモデルシステムとして用いた3部屋選択行動課題

脊髄損傷後の機能回復が可能な成体ゼブラフィッシュは、神経再生の先天的なメカニズムを解明するための最高のモデルシステムです。ここでは、脊髄再生の機能的読み出しとしての水泳持久力および水泳行動アッセイについて説明する。...

成体ゼブラフィッシュの水泳持久力と水泳行動の評価

多室社会的嗜好課題は齧歯類からゼブラフィッシュに応用され、モデル生物の社会的行動の研究を促進しています。このプロトコルは、ウェブカメラとオープンソースソフトウェアを用いてゼブラフィッシュの社会的嗜好を測定する低コストの3チャンバーオープンタンク課題を検証し、学部生の研究や教育に利用可能にします。...

ゼブラフィッシュ(Danio rerio)における社会的嗜好を調査するための低コスト代替案:3室オープンタンク自由泳ぎ課題

学ぶシャトルボックスアッセイによる成人ゼブラフィッシュの連想学習評価法。外傷後の認知機能回復と短期・長期記憶の動態を迅速に測定し、神経科学および行動生物学研究に応用可能です。

成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ

さらに動画を探す