Name: アクティブ・プレイス・アホベージョン(APA)テストは、マウスにとって効果的で汎用性が高く、反復可能な空間学習課題です (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-16T13:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 3 s
Description: 学ぶアクティブ・プレイス・アボイダンステストによるマウスの海馬依存性空間学習評価法。老化や運動介入の認知効果を縦断的に測定し、行動パターン解析で学習能力を定量化する信頼性の高い神経科学手法です。

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クイーンズランド脳研究所(QBI)の動物行動施設に、この原稿に記載されている装置の開発と保守に感謝します。

すべての動物実験は、オーストラリア国立保健医療研究評議会(承認番号:QBI/189/15)のガイドラインに基づき、クイーンズランド大学動物倫理委員会によって承認されました。
1. アパルームのセットアップ
注:APA装置は、高さ32cmの透明な円形の境界で囲まれた金属グリッド床を備えた高架アリーナで構成されています。金属棒は等間隔(0.5cm間隔)で、直径は0.3cmです。
<ol><li>APA装置が天井に取り付けられたカメラフレーム内にあることを確認します。市販の動物追跡ソフトウェアを使用してマウスを追跡します。</li>
	<li>APAアリーナは通常1rpmの速度で回転し、回転アリーナ内に事前に指定された60°の固定ショックゾーンが設定されています。マウスが衝撃ゾーンに入ると、0.5 mA(60 Hz、500 ms)の軽度の足の衝撃を与えます。</li>
	<li>試験中はショックゾーンの位置が一定であり、実験セットアップ内で電子的に設定されていることを確認してください。回転アリーナは、マウスがそれを避けるために積極的に動かない限り、マウスをショックゾーンに運びます。</li>
	<li>回転するプラットフォームと同じ高さ(通常はアリーナから30〜50 cm離れた)にある4つの異なる部屋の壁に、4つの斬新な視覚的手がかりを配置します。手がかりが、A3用紙に印刷された白黒の記号や図形など、中間色で、クリーニングしやすいようにラミネート加工されていることを確認します(図1A)。</li>
	<li>部屋の光の強度が30〜70ルクスであることを確認してください.光の強度を上げると、不安のような行動が誘発され、探索が減少します。</li>
	<li>開始する前に、トラッカープログラムを開き、APA タスクを選択します。</li>
	<li>Tracker 2D の Options で、 Experiment タブを選択します。ここで、[ 回避を配置 - 1 フレーム - 位置のみ ]が選択されていることを確認します。これにより、必要なパラメータを設定できます。設定ファイルを保存し、必要に応じて調整します。</li>
	<li>[実験] タブの [実験時間] ボックスで実験期間を設定します。一般的な実験時間は600秒または10分です。</li>
	<li>[タイマーを有効にする] が選択されていることを確認します。上記のように、タイマー領域の衝撃パラメータを変更します。</li>
	<li>実験タブのルームフレーム領域にあるスペースに、一般的な実験の詳細を入力します。たとえば、デフォルトの出力ファイル名に、日付、単純な実験識別子、およびテスト日が入力されていることを確認します。名前をアンダースコア「_」で終わらせると、実験中に一意のマウスIDを追加できるようになります。</li>
	<li>ルームフレーム領域には、ターゲットタブもあります。[編集] ボタンをクリックすると、アリーナ全体が対象地域に含まれるようになります。次に、[Arc]を選択して、衝撃ターゲットゾーンのサイズと位置の調整可能なパラメータを指定します(図1B)。</li>
	<li>[トラッキング] タブを開き、マウスのトラッキングが成功するようにパラメータを調整します。コントラストボックスには、暗いマウス(C57Bl / 6など)または明るいマウス(BALB / cなど)の両方を可能にするダークまたはライトオプションがあります。これにより、背景とマウスの間に効果的なコントラストが生まれます。マウスのアルビノ株を使用する場合は、このコントラストを実現するために、アリーナの下に黒いプラスチック片を置きます(図2)。</li>
	<li>この領域のマウスのサイズと面積範囲を設定します。これらのパラメータを設定すると、アリーナ内でマウスを効果的に認識できます。または、 キャリブレーターボタンから 押した後にこれらを設定します。</li>
	<li>キャリブレーターから ボタンを選択して、アリーナが完全に関心領域マスク内にあることを確認します。<ol><li>このタブでアリーナを起動して、アリーナが回転したときにアリーナがマスクに留まるようにします。このタブは、適切なコントラストしきい値を選択するためにも重要です。 [しきい値 ] ペインの赤い線を移動して、コントラストのしきい値を調整します。 メモ: 図 3A は、マウスが配置されているオレンジ色の実線領域と青色の「X」で証明される最適なしきい値の選択を示しています。 図3B に低いしきい値が示されており、オレンジ色の斑点のみが表示され、「X」は表示されません。</li>
	</ol></li>
	<li>仕掛け タブを使い、速度ボタンでアリーナの回転方向と速度を設定します。正と負の両方の速度を選択し、時計回りと反時計回りの回転を表します。「電流源 (Current Source)」セクションで衝撃の強さを設定します。マウスの最も一般的な設定は、1rpmの回転と0.5mAのショックです。</li>
	<li>「電流源」タブ内でショックを配信する方法やタイミングを変更します。<ol><li>[現在のモード] が [依存の追跡] に選択されていることを確認します。これにより、マウスがショックゾーンに移動したときに感電します。</li>
		<li>ユーザーが設定した時間間隔で衝撃を与えるには、[ 時間 ] を選択します。以前に録音したトラックを使用して、 ファイルからを選択してマウスに衝撃を与えます。これは、空間学習とは無関係に、同じ持続時間および強度で同じ数の衝撃を受けるヨーク制御マウスを提供するためである。 メモ: File Output(ファイル出力)タブと Window(ウィンドウ)タブでは、データファイルやビデオファイルを特定のディレクトリに保存できます。[ファイル出力] タブ内の [画像から] ボタンを使用すると、対象領域をキャプチャしてアリーナ全体を選択することもできます。</li>
	</ol></li>
	<li>カーテンの後ろに退き、裁判を始めましょう。実験者がアリーナの近くにいることや、不必要な騒音は、動物のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。</li>
	<li>試験中は、マウスに別の手がかりを与え、性能に影響を与える可能性のあるノイズや臭いを制限してください。これを最小限に抑える例としては、臨床用ゴミ箱を密閉する、騒がしいラボスペースから離れた部屋を使用する、マウス間で機器を徹底的に清掃するなどがあります。研究者は、ホワイトノイズ発生器を使用して、無関係な外部ノイズをマスクすることを検討するかもしれません。</li>
	<li>ホームケージの寝具は、新しい刺激を与え、行動に影響を与える可能性があるため、行動テスト期間中は同じままにしてください。</li>
	<li>日中の変動を避けるために、毎日一定の時間にテストを実施します。</li>
</ol>2. 実験者の取り扱いへの慣れ
<ol><li>各マウスを毎日30秒から1分間、少なくとも2〜3日間取り扱ってください。動物の取り扱いは、試験中のストレスや不安に関連する行動を大幅に軽減します。</li>
	<li>同じ白衣を使用し、慣れやテスト中は強力な消臭剤、コロン、香水を着用しないでください。</li>
</ol>3. APAアリーナへの慣れ(1日)
<ol><li>マウスを控え室または試験室に持ち込んで慣れさせます。マウスを最低30分間慣らしたままにします。マウスを慣れさせる前に、控え室または試験室で光の強度を設定します。</li>
	<li>Tracker ソフトウェアをセットアップします。<ol><li>実験専用のフォルダを作成します。実験パラダイムに応じて、日または試行ごとに個別のフォルダーを用意します。上記のように実験構成を設定し、これらの構成を保存して後で使用します。</li>
		<li>体験版を開始する前に、[ ファイル ] タブをクリックして保存した設定を開き、[ 保存 ] 記号をクリックし、新しく開いたウィンドウに一意のマウス ID を追加し、[ 再生 ] タブを押して体験版を実行します。</li>
	</ol></li>
	<li>マウスをAPA装置に慣れさせ、衝撃を与えずに回転アリーナに5分間さらします。</li>
	<li>マウスをテールの付け根から持ち上げ、手袋をはめた手にそっと置き、ホームケージからマウスを取り外します。マウスをAPA装置に輸送し、ショックゾーンから離れて壁に面して置きます。</li>
	<li>カーテンの後ろに退き、裁判を始めましょう。</li>
	<li>テストの最後に、マウスを取り外してホームケージに戻します。</li>
	<li>すべての尿とスキャットを収集し、80%(v / v)エタノールでグリッドを完全に洗浄します。</li>
	<li>すべてのマウスについて、手順3.4〜3.7を繰り返します。</li>
</ol>4. APAを用いた習得研修(1〜6日間)
<ol><li>部屋の照明を慣れ日と同じ条件に設定します。</li>
	<li>マウスを控え室または試験室に持ち込み、最低30分間慣れさせます。</li>
	<li>上記のようにトラッカーソフトウェアをセットアップします。</li>
	<li>試用期間を設定します。</li>
	<li>電流源がオンになっていて、設定されていることを確認します(つまり、0.5 mA)。</li>
	<li>マウスをショックゾーンから離れ、壁に面したアリーナに置きます。</li>
	<li>カーテンの後ろに隠れて、 再生 ボタンを押してトライアルを開始します。コンピュータ画面上のマウスを監視し、必要に応じて操作します。たとえば、マウスはショックを受けていないか、過度のジャンプや発声によって証明されるように、過度にストレスを感じているように見えます。</li>
	<li>テストの最後に、マウスを取り外してホームケージに戻します。 注:マウスがショックを受け、反応していることを確認してください。マウスは、後ろに下がって発声することでショックに反応します。そうでなければ、ショックを受けていない可能性があります。これは、グリッド上のスキャットまたは不十分な追跡が原因である可能性があります。したがって、各試行後にグリッドをクリーニングし、前述のようにマウストラッキングを最適化することが不可欠です。</li>
</ol>5.逆転取得トレーニング(オプション、1〜6日)
<ol><li>反転タスクでは、ショックゾーンを新しい位置(通常は前の位置から180°)に再配置します。新しいショックゾーンの位置を柔軟に学習するマウスの能力を評価します。部屋の手がかりは、通常、反転学習中には変更されません。</li>
	<li>すべてのマウスについて、手順3.4〜3.7を繰り返します。</li>
</ol>6.プローブトライアル(オプション、1日)
<ol><li>プローブトライアルでは、最初の侵入までの時間および/またはショックゾーンを回避する最大時間を測定します。 メモ: これは、取得フェーズ後のメモリ統合を示します。よく訓練されたマウスは、長時間(>60秒)ショックゾーンに入ることを避け、空間学習の証拠を示します。</li>
	<li>取得トレーニング日のように室内光量を設定します。</li>
	<li>マウスを試験室または控え室で30分間慣らします。</li>
	<li>Tracker ソフトウェアをセットアップします。</li>
	<li>試行期間を、以前に実施したテスト期間と同じ時間に設定します (たとえば、試行パラメーターに応じて 10 分または 30 分)。</li>
	<li>この裁判ではショックを与えないでください。</li>
	<li>マウスを嫌悪衝撃ゾーンの反対側に、壁に向けて置きます。</li>
	<li>裁判を開始し、カーテンの後ろに退却します。</li>
	<li>マウスが効率的に追跡されていることを確認してください。</li>
	<li>コンピューター画面上のマウスを監視し、ショックゾーンに入ったらトライアルを停止します。一部の研究者は、マウスがショックゾーンに戻り続けるかどうかを確認するために、試験を5分間続けることを好みます。</li>
	<li>マウスをそっと手に取り、ホームケージに戻ります。</li>
	<li>すべての尿とスキャットが収集され、グリッドが80%(v / v)エタノールで完全に洗浄されていることを確認してください。</li>
</ol>7. トラック分析
注:タスクのパフォーマンスは、さまざまな追跡ソフトウェアを介して実現できます。以下は、付属のソフトウェアを使用してAPAタスク中のパフォーマンスを判断する方法です。この場合、 トラック分析 プログラムを使用してデータが分析されます。
<ol><li>データを分析するには、 トラック分析 プログラムを開き、メインウィンドウの ドロップダウンメニューから回避 を選択します。</li>
	<li>[タスクの追加]をクリックして、取得フェーズ中に保存されたデータファイルを新しいウィンドウにアップロードします。[グループ名] で、分析するグループ (例: 1 日目や分析の時刻) を作成します。</li>
	<li>[出力ディレクトリ] をクリックして、分析されたデータを保存する場所を選択します。</li>
	<li>[ ファイルの追加 ]タブをクリックし、ローカルドライブからファイルを選択して、分析するファイルを追加します。</li>
	<li>[ 時間の設定 ] タブをクリックして、解析する時間を設定します。これにより、分析する期間、つまり0〜600秒を定義できます。または、ビン (60 秒) でデータを分析します。</li>
	<li>すべてのトラックを追加したら、[ 解析 ] タブをクリックし、[ 解析の実行 ] を選択してデータを解析します。分析では、いくつかのフォルダーが生成されます。分析用のデータは 、TBLfiles フォルダーにあります。これらのデータファイルをスプレッドシートで開き、ペアワイズ比較や反復測定ANOVAなどのさらなる分析に使用します。 注:分析では、テスト中のマウスの1ページの説明を含むPSファイルを含む他のフォルダーも生成され、トレースマップとショックが受け取られた場所が表示されます。</li>
</ol>

Active Place Avoidance Testを用いたマウスの空間学習の理解

<ol><li>Cimadevilla, J. M., Fenton, A. A., Bures, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+inactivation+of+dorsal+hippocampus+impairs+active+place+avoidance+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Lett%22%5BJournal%5D)">Functional inactivation of dorsal hippocampus impairs active place avoidance in rats.</a> Neurosci Lett. 285 (1), 53-56 (2000).</li>
<li>Willis, E. F., Bartlett, P. F., Vukovic, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocol+for+short-+and+longer-term+spatial+learning+and+memory+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Protocol for short- and longer-term spatial learning and memory in mice.</a> Front Behav Neurosci. 11, 197(2017).</li>
<li>Blackmore, D. G., Brici, D., Walker, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocol+for+three+alternative+paradigms+to+test+spatial+learning+and+memory+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22STAR+Protoc%22%5BJournal%5D)">Protocol for three alternative paradigms to test spatial learning and memory in mice.</a> STAR Protoc. 3 (3), 101500(2022).</li>
<li>Pastalkova, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Storage+of+spatial+information+by+the+maintenance+mechanism+of+LTP%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Storage of spatial information by the maintenance mechanism of LTP.</a> Science. 313 (5790), 1141-1144 (2006).</li>
<li>Stuchlik, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Place+avoidance+tasks+as+tools+in+the+behavioral+neuroscience+of+learning+and+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Res%22%5BJournal%5D)">Place avoidance tasks as tools in the behavioral neuroscience of learning and memory.</a> Physiol Res. 62 (Suppl 1), S1-S19 (2013).</li>
<li>Vukovic, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Immature+doublecortin-positive+hippocampal+neurons+are+important+for+learning+but+not+for+remembering%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Immature doublecortin-positive hippocampal neurons are important for learning but not for remembering.</a> J Neurosci. 33 (15), 6603-6613 (2013).</li>
<li>Blackmore, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+exercise+%26%2334%3Bsweet+spot%26%2334%3B+reverses+cognitive+deficits+of+aging+by+growth-hormone-induced+neurogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">An exercise &#34;sweet spot&#34; reverses cognitive deficits of aging by growth-hormone-induced neurogenesis.</a> iScience. 24 (11), 103275(2021).</li>
<li>Codd, L. N., Blackmore, D. G., Vukovic, J., Bartlett, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exercise+reverses+learning+deficits+induced+by+hippocampal+injury+by+promoting+neurogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Exercise reverses learning deficits induced by hippocampal injury by promoting neurogenesis.</a> Sci Rep. 10 (1), 19269(2020).</li>
<li>Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endogenous+anxiety+and+stress+responses+in+water+maze+and+Barnes+maze+spatial+memory+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks.</a> Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).</li>
<li>van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exercise+enhances+learning+and+hippocampal+neurogenesis+in+aged+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice.</a> J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).</li>
<li>Zhou, X. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurogenic-dependent+changes+in+hippocampal+circuitry+underlie+the+procognitive+effect+of+exercise+in+aging+mice%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Neurogenic-dependent changes in hippocampal circuitry underlie the procognitive effect of exercise in aging mice.</a> iScience. 24 (12), 103450(2021).</li>
<li>Leinenga, G., Gotz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+ultrasound+removes+amyloid-%CE%B2+and+restores+memory+in+an+Alzheimer%27s+disease+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">Scanning ultrasound removes amyloid-β and restores memory in an Alzheimer's disease mouse model.</a> Sci Transl Med. 7 (278), 278ra33(2015).</li>
<li>Willis, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repopulating+microglia+promote+brain+repair+in+an+IL-6-dependent+manner%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Repopulating microglia promote brain repair in an IL-6-dependent manner.</a> Cell. 180 (5), 833-846 (2020).</li>
<li>Lesburgueres, E., Sparks, F. T., O'Reilly, K. C., Fenton, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+place+avoidance+is+no+more+stressful+than+unreinforced+exploration+of+a+familiar+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Active place avoidance is no more stressful than unreinforced exploration of a familiar environment.</a> Hippocampus. 26 (12), 1481-1485 (2016).</li>
<li>Crawley, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+phenotyping+strategies+for+mutant+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Behavioral phenotyping strategies for mutant mice.</a> Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).</li>
</ol>

著者らは何も開示していない。

結論から言うと、能動的場所回避テストは、さまざまなマウス系統や実験条件で使える効果的な空間学習課題です。APAタスクは、コルチゾールレベル9によって測定されるマウスにとってストレスの多いMWMなどの他の空間学習パラダイム14に関連する制限を克服します。MWMは、タスク10中に浮くことが報告されている高齢マウスにも適していません。バーンズ迷路や新しい物体の位置テストなど、他の空間学習テストはストレスが少ないですが、同じマウスのコホートでテストを繰り返すことができる頻度によって制限されます。したがって、APAタスクの主な利点は、新規性を維持するためにいくつかのパラメータを調整できるため、複数回使用できることです。実際、海馬アブレーションの効果とその後の運動8の効果を調べるために、同じマウスのコホートでAPAタスクを最大5回使用しました。いずれの場合も、アリーナの回転、衝撃ゾーン、空間的な手がかりなどのパラメーターは、テスト間で変更されました。これは、対照動物が多数のショックから始まり、各試験期間のその後の試験日中に減少したことで証明されるように、マウスが空間ナビゲーションの手がかりを使用してタスクを再学習することを確実にするのに効果的でした8。通常、5日間のテストパラダイムの終了時に、最終日に10回以上のショックを受けた動物、または最大回避時間が60秒未満の動物は、パラダイムを学習していないと見なします。
APAタスクは、複数の空間テストを可能にするために設定を簡単に変更できるだけでなく、マウスが空間ナビゲーションを使用して衝撃ゾーンを効果的に回避する必要があることを保証します。例えば、動物は外部の手がかりを使って、静止した衝撃領域から離れることによって、その衝撃領域の位置を特定し、入らないようにしなければならない5。アリーナが回転しているため、動物はナビゲーションに特異なアプローチを使用することも、ショックゾーンと空間的な手がかりが静止したままである間、これらの手がかりがアリーナとともに回転するため、匂いなどの外受容的な手がかりを使用することもできません5。
また、マウスが研究者やAPAの場に適切に慣れていることを確認することも重要です。また、衝撃強度が低すぎたり高すぎたりすると、マウスの学習能力とタスク実行能力が低下する可能性があるため、足の衝撃の強さも最適化する必要があります5。衝撃強度は通常0.5mAに設定され、0.7mAを超えてはなりません。不安のような行動が増加している動物の場合は、光の強度と足のショックの強度の両方を減らすことを検討してください。APAタスク中の不安の増大は、過度のジャンプ、アリーナ内での制御不能なランニング、または長時間の凍結のいずれかとして現れる可能性があります。ここで説明するプロトコルは、0.5mAの衝撃強度を使用しましたが、これは、より高い不安様挙動を有することが知られているBALB/cで以前に使用されたのと同じ強度です15。
ここでは、使用したアクティブ場所回避リグを提供した会社が提供する動物追跡ソフトウェアについて説明します。代替のビデオ追跡ソフトウェアは、行動パフォーマンスの分析にも適しています。これらのプログラムは、APAタスク中のマウスのパフォーマンスを正確に測定および分析することもできます。これらのプログラムにより、APAアリーナ内にいくつかのゾーンと場所を作成して、行動を評価できます。APAのアリーナ設定は、1つの三角形の衝撃ゾーンで構成され、入り口の数、最初に入る時間、ショックゾーンで費やされた時間が測定されます。アリーナ内にゾーンを追加することもできます。たとえば、嫌悪ゾーンを回避するための動物戦略として、ショックゾーンの中央ゾーンまたは反対側のゾーンを追加して、それらのゾーンで費やした時間と移動距離を測定できます。これらのプログラムはマウスの重心を追跡し、目視検査のために参照系の上に保存されて表示されます(図6A、B)。最後に、個人およびグループのパフォーマンスの密度ヒートマップを作成することもできます(図6C)。
APAタスクを実行する際には、対処する必要がある潜在的な問題があります。場合によっては、ショックゾーンに反応しないマウスを分析から除外する必要があります。いつものように、除外は、平均から2標準偏差の範囲外など、事前に定義された外れ値条件を満たす場合にのみ考慮する必要があります。APAのような複雑な行動課題は、通常、動物の高いN値を必要とする。APAを実施する前に、検出力分析を実施して適切なサンプルサイズを計算することをお勧めします。これは、使用する菌株と治療群によって異なります。経験から、APA実験を行う際に、各グループに対して10以上のn値があれば十分な検出力が得られることが分かります。このタスクの主な問題は、タスク中にマウスを高品質に追跡することです。タスクの慣れ段階を使用して、これが発生していることを確認する必要があります。マウスがショックに反応しないのは、多くの場合、グリッドバー間のスキャットが原因です。したがって、すべての動物の後にリグを掃除し、スキャットや尿を取り除くことが不可欠です。これにより、後続の動物のストレスも軽減されます。APAタスクには通常、5日間のパラダイムが含まれますが、5日未満で有効な介入を含む研究にはいくつかの制限がある場合があります。ただし、短期記憶または空間学習の獲得は、30分間のシングルセッションアプローチを使用して、そのような研究について評価できます。
要約すると、この記事では、マウスの空間学習をテストするために能動的場所回避パラダイムを設定して使用する方法について詳しく説明します。さまざまな色の複数のマウス系統を試験できるように条件を変更できることは、MWMなどの他のより伝統的な空間試験に比べて明らかに有利です。さらに、複数のパラメータを変更することで、さまざまな実験パラダイム中または生理学的老化中に空間学習の変化を正確に比較できるように、繰り返しテストが可能になります。短期間で、APAテストは海馬に依存する空間学習の正確で効果的な代替手段であることが実証されました。将来的には、APA課題は、野生型マウスとトランスジェニックマウスの両方における認知行動と空間行動に対する治療的または運動的介入を評価するための信頼できる方法として使用される可能性がある。

能動的場所回避(APA)は、げっ歯類1,2,3,4の海馬依存性空間学習をテストするための効果的なツールです。APAタスク中、動物は回転するアリーナに配置され、視覚的な手がかりを使用して自分自身の向きを調整し、嫌悪感のショックゾーン5を回避する必要があります。アリーナの回転により、マウスはナビゲーションにばかげたアプローチを使用できず、ショックゾーンが静止している間はプラットフォーム上で回転するため、匂いマークを使用することもできません5。アリーナの速度と方向、およびショックゾーンの位置と視覚的な手がかりを変更することで、マウスを複数回再テストすることができます6,7,8。APAは、最も広く使用されている空間学習テストの1つであるモリス水迷路(MWM)と比較して、いくつかの明確な利点を提供します。重要なことに、マウスは水泳を嫌い、MWMタスクに非常にストレスを感じます9。さらに、高齢マウスはMWM課題10中に浮遊することが報告されており、多くの場合、空間学習課題としては不適当である。さらに、MWMタスクでは、マウスがテスト中に見つけるための隠れた水中プラットフォームが必要です。そのため、水は不透明である必要があり、これは通常、白い塗料を添加することで実現されます。行動課題中の動物の追跡と分析には、スイスやBALB/cなどの特定のマウス系統をMWMで試験することを除いて、被験者と周囲の間に十分なコントラストが必要です。APAタスクでは、グリッドの下に黒いプラスチックを追加することで、この問題を回避しています。
空間学習をテストするために複数のAPAパラダイムが設計されており、効果的な行動ツールとしての有用性が実証されています。例えば、空間学習の獲得、保持、および統合は、典型的には、3〜5日の範囲の動物の毎日の試験によって達成される6,7,11,12。記憶と学習は、各取得日が受けたショックの数を比較することで定量化されます。最初の入場までの時間とショックゾーンを回避する最大時間も、タスク中の学習能力の変化を判断するために使用できる重要なパラメータです。あるいは、空間ワーキングメモリは、30分間のAPAセッション2,13を1回実施し、5分間のビンでショック数などのパフォーマンスを比較することにより、セッション内の変化として空間学習を測定することによってテストできます。
この記事では、APAタスクについて説明し、この空間学習テストを実施する際に考慮しなければならない主要な機能を強調します。

<table><tbody><tr><td>定電流源 CS02</td><td>バイオシグナルグループ</td><td>該当なし</td><td>Acton、Massachusetts、アメリカ合衆国</td></tr><tr><td>コントロールボックス</td><td>バイオシグナルグループ</td><td>該当なし</td><td>Acton、Massachusetts、アメリカ合衆国</td></tr><tr><td>エトビジョン</td><td>ノルドゥス</td><td>バージョン16</td><td>オランダ、ワーヘニンゲン</td></tr><tr><td>ショックスクランブラー</td><td>バイオシグナルグループ</td><td>該当なし</td><td>Acton、Massachusetts、アメリカ合衆国</td></tr><tr><td>トラック分析</td><td>バイオシグナルグループ</td><td>バージョン 2.2</td><td>Acton、Massachusetts、アメリカ合衆国</td></tr><tr><td>トラッカープログラム</td><td>バイオシグナルグループ</td><td>バージョン: 2.36</td><td>Acton、Massachusetts、アメリカ合衆国</td></tr></tbody></table>

アクティブ・プレイス・アホベージョン(apa)テストは、マウスにとって効果的で汎用性が高く、反復可能な空間学習課題です

The Active Place Avoidance (APA) Test, an Effective, Versatile and Repeatable Spatial Learning Task for Mice

げっ歯類の海馬依存性空間学習は、さまざまな方法でテストされています。これらには、モリス水迷路(MWM)、Y迷路、および新しいオブジェクト位置(NOL)タスクが含まれます。最近では、これらのより伝統的なアプローチの代替として、能動的場所回避(APA)タスクが開発されました。APAタスクでは、マウスは静止した衝撃ゾーンを回避するために、回転アリーナの周囲に配置された空間的な手がかりを使用する必要があります。調整可能なパラメータが複数あるため、APAタスクは非常に汎用性の高いアプローチであることが実証されています。これは、同じマウスのコホートに対して縦断的かつ繰り返し使用されるのに適しています。ここでは、APAタスクを正常に実行するための詳細なプロトコルを提供します。また、空間学習のさまざまな要素を調べるために使用できる代替APAアプローチについても強調します。データ収集と分析のプロセスについて説明します。APAタスク中の重要なステップは、テストを正常に実施する可能性を高めるために議論されます。APAタスクには、従来の空間ナビゲーションテストに比べていくつかの利点があります。高齢マウスやアルツハイマー病などの疾患表現型を持つマウスでの使用が適切です。タスクの複雑さは簡単に変更できるため、さまざまなマウス系統をテストできます。さらに、APAタスクは、脳卒中や外傷性脳損傷など、運動機能や神経機能に影響を与えた可能性のある手術や実験的介入を受けた動物の試験に適しています。

空間学習能力が損なわれていないマウスは、連続的な獲得試験中にショックの回数の減少を示します(図4A)。同様に、マウスがショックゾーンからうまく離れることを学習するにつれて、ショックゾーンを回避する最大時間が長くなります(図4B)。しかし、効果的な回避戦略を学習できないマウスは、獲得試行ごとに一定数のショックを示します(図4A)。多くの場合、ショックゾーンを識別できないマウスは、ゾーンに入るたびに複数のショックを受けます。トレースマップは、ショックゾーンを回避することを学習するマウス(図4C)とショックゾーンを回避できないマウス(図4D)の例を提供するのに役立ちます。どちらの場合も、これらのトレースマップは取得の最終日を表しています。図4Cのマウスは、2つの円で表されているように、2回の衝撃しか受けませんでした。また、トレースマップは、赤いくさびで表される衝撃ゾーンの反対側でマウスがほとんどの時間を費やしていることを示しています。逆に、Figure 4Dのマウスはより多くの衝撃を受け、トレースマップは無秩序なパターンを明らかにします。ショックゾーンを回避することをうまく学習できないマウスの例としては、18ヶ月齢のマウス(図4A,B-Blackmore et al., 20217から改変)や、未熟なニューロンの化学的切除6、または海馬病変(Codd et al., 2020)8.
マウスが学習に失敗したために失敗した試行と、機器のセットアップの失敗を区別することが重要です。機器の故障による結果の低下の最も一般的な原因は、マウスのトラッキング不良(図5A)と、マウスに衝撃が当たらないことです。トラッキングが不十分な場合、マウスがショックゾーンにあるときに衝撃を受けるのを防ぐことができます。あるいは、トラッキングが不十分な場合、マウスがゾーン内にいないときに不正確にショックを引き起こす可能性があります。どちらの場合も、これはマウスが効果的な回避戦略を開発するのを妨げます。トラッキング不良は、「キャリブレーターから」タブでしきい値を調整することで解決できます。トラッキング不良は、通常、10分間に1000を超える不良フレームと定義され、非常にまれにしか発生しません。追跡不良は、脱毛症が発症する可能性のある高齢マウスで問題になる可能性があります。ショックを受けると、マウスは緊張するか、時には発声することで反応します。マウスは通常、わずかでも動き、ライブトラッキングソフトウェアで見ることができます。マウスがショックゾーン内で完全に静止していると、衝撃の明確な線が表示されます(図5B)。これは、ショックボックスがオンになっていないか、バーの間に糞が詰まっているため、動物に伝わるショックの振幅が減少していることが原因である可能性があります。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65935/65935fig01.jpg"> 図1:APA装置、動作室、ショックゾーンの設定(A)試験場と試験室のセットアップ例。APA装置は、斬新な視覚的手がかりに囲まれて、部屋の中央に持ち上げられて配置されています。白黒の視覚的な手がかりは、プラットフォームと同じ高さで使用されます。(B). 実験タブ内のターゲット機能を使用すると、アリーナ全体をマスキングし、ショックゾーンの場所を作成できます。この例では、赤いくさびで表される衝撃ゾーンが270°に作成されています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65935/65935fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65935/65935fig02.jpg"> 図2:アルビノマウス系統のAPAセットアップ。 APAアリーナは、 BALB /cなどのアルビノ系統のマウス用に、トラッキングタブのライトオプションを選択し、黒いアリーナの背景を作成することで設定できます。黒い背景にアルビノのマウスを使用すると、コントラストが高くなり、マウスの追従性が向上します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65935/65935fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65935/65935fig03.jpg"> 図3:マウストラッキングのしきい値の調整が不可欠 試験中の動物追跡が良好になるように、しきい値を適切に調整する必要があります。しきい値は、[ キャリブレーターから ]タブのしきい値ペインの赤い線を移動することによって調整されます。(A)オブジェクトにオレンジ色の実線領域と青いXがある適切なしきい値選択の例。(B)まだらのオレンジ色の貧弱なしきい値。追跡が不十分な場合、アリーナ内の動物が失われたり、マウスがショックゾーンにいるときにショックを受けたりしなくなります。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65935/65935fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65935/65935fig04.jpg"> 図4:5日間の学習パラダイムとトレースマップでの若齢(10週)マウスと高齢(18か月)マウスの性能の比較(A)10週齢のマウスは、5日間のテストで18か月齢のマウスと比較して有意に少ないショックを受けました。なお、実験初日には、受けたショック回数の差はグループ間で最小限であったが、記憶力が損なわれていない若いマウスは、年配のグループよりも早くショックゾーンに入ることを避けることを学んだ。(B)最大時間回避は、10分間の試行中にショックを回避するのに費やされた最大時間として計算されました。若いマウスは、年配のマウスと比較してショックゾーンへの侵入を避けることを急速に学習しており、若いマウスが効果的に学習していることを示唆しています。(C)このトレースマップのマウスは、この取得試験で2つの円で表されるように、2つのショックのみを受けました。このマウスはまた、赤いくさびで表されるショックゾーンの反対側のアリーナでより多くの時間を過ごしました。(D)このマウスは、より多くのショックを受け、ショックゾーンの近くでより多くの時間を過ごしたことから、このマウスでは空間学習が達成されなかったことが示唆された。Bonferroniの事後検定による2元配置反復測定ANOVAを使用して、有意性を検定しました。p&lt;0.0001。パネルAとBはBlackmoreら7から改変された。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65935/65935fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65935/65935fig05.jpg"> 図5:トレースマップは、各試行中に各マウスに重要な情報を提供します。 (A) この追跡の例に存在する直線に注意してください。これは、追跡ソフトウェアがタスク中にマウスを誤って識別するためです。(B)裁判中の良好な追跡の例。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65935/65935fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65935/65935fig06.jpg"> 図6:さまざまな動物追跡プログラムでの追跡の視覚化とヒートマップ。 (A)プログラム1と(B)プログラム2は、動物の位置と動きを検出してトラックプロットを作成し、動物が課題や実験的治療の効果を学習したかどうかを視覚的に検査します。どちらのプログラムも、タスクを効率的に学習した動物からの同一のトラックプロットを示しています。(ハ) ヒートマップを作成することもでき、ホットスポットの識別とデータポイントのクラスタリングを容易にします。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65935/65935fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>

ここでは、げっ歯類用に設計された海馬依存の空間学習パラダイムである能動的場所回避テストのプロトコルを紹介します。主要なパラメータを変更することで、治療の前後に、または時間の経過とともに動物を再試験することができます。

アクティブ・プレイス・アホベージョン(APA)テストは、マウスにとって効果的で汎用性が高く、反復可能な空間学習課題です

Hippocampus-dependent spatial learning in rodents has been tested using a variety of methods. These include the Morris water maze (MWM), Y-maze, and novel ...

海馬依存性の空間学習が加齢とともにどのように変化するかを調べたいと考えています。次に、運動などの介入がこれらの認知結果をどのように変化させるかを調べます。この行動パラダイムにより、同じマウスのコホートでこれらを容易に調べることができます。マウスの空間学習をテストするために複数の認知テストが利用可能であり、そのほとんどは何十年も前から確立されています。これらには、モリス水迷路、Y迷路、バーンズ迷路が含まれます。これらのそれぞれには、特に縦断的試験に関して制限があります。主な実験的課題は、動物を縦断的にテストすることであり、運動介入の効果を正確に判断することは困難です。ほとんどの空間学習テストは、簡単に学習できるか、非常にストレスがかかるか、疾患モデルには不適切です。アリーナの回転方向やショックゾーンの位置など、アクティブな場所の回避のいくつかの重要なコンポーネントを変更することにより、このテストを複数回使用できます。アリーナの床の色を変えることで、C57-black-6やスイスマウスなど、さまざまな色のマウスをテストできます。

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Behavior

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