방법 논문

보충 환경의 효능을 평가하는 수단으로서 퍼즐 상자의 사용

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⸱

DOI:

10.3791/52225

⸱

2014년 12월 29일

 ,  ,  , 
1Discipline of Physiology, University of Sydney, 2Bosch Animal Behavioural Facility, University of Sydney

이 논문에서

요약

환경 풍부화는 신경 퇴행성 질환에 대한 잠재적인 보호 효과를 제공합니다. 그러나 현재로서는 농축 절차의 효능을 쉽게 결정할 수 있는 방법이 없습니다. 이 프로토콜은 환경 풍요로움의 효과를 밝히기 위해 동물의 인지 기능을 평가하는 간단한 "퍼즐 상자" 방법을 설명합니다.

초록

환경적 풍부화는 신경 회로의 발달과 기능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 농축은 헌팅턴병 1-4 모델에서 증상의 발병을 성공적으로 지연시키는 것으로 나타났으며, 이는 환경적 요인이 신경퇴행성 질환에서 관찰되는 진행성 세포 수준 손상에 대한 신경 보호 효과를 유발할 수 있음을 시사합니다. 그러나 동물이 환경적으로 풍요로워질 수 있는 방법은 상당히 다양할 수 있습니다. 더욱이, 환경적 풍부화의 효과를 평가할 수 있는 직접적인 방법은 없다: 대부분의 방법은 상당히 복잡한 행동 패러다임 및/또는 사후 해부학적/생리학적 분석을 필요로 한다. 이 프로토콜은 표준 실험실 조건에서 자란 코호트와 비교하여 마우스에서 증가된 사회적, 감각적 및 운동 자극의 효능을 결정하는 강력한 수단으로 간단하고 저렴한 행동 분석인 Puzzle Box 5-7의 사용을 설명합니다. 이 간단한 문제 해결 과제는 피난처를 찾아 열린 울타리를 피하려는 설치류의 타고난 욕구를 이용합니다. 인지 능력은 대피소 입구에 점점 더 복잡한 장애물을 추가하여 평가됩니다. 주어진 피험자가 장애물을 성공적으로 제거하고 대피소에 들어가는 데 걸리는 시간은 작업 수행의 기본 척도 역할을 합니다. 이 방법은 인지 기능에 대한 다양한 강화 프로토콜의 효능을 신속하게 평가할 수 있는 신뢰할 수 있는 수단을 제공할 수 있으며, 따라서 신경 발달 및 신경 퇴행성 질환의 발병을 지연시키는 데 특정 환경 요인이 하는 역할을 체계적으로 결정할 수 있는 길을 열 수 있습니다.

서론

환경 농축 (EE)은 일관 초래, 동물의 행동에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다 사회적 상호 작용, 운동 활동, 통상 표준 실험실 environment.EE 경험보다 더 감각 자극에 대한 증가 된 기회를 가진 동물을 제공하는 환경으로 정의 될 수있다 이러한 학습과 기억 작업의 스트레스와 불안 관련 활동 8-10의 감소, 성능 향상 등의 변경 8, 11, 모터 조정과 탐구 활동 (11), 중독성 물질에 산모 관리 (8)뿐만 아니라 저항의 변화를 조기에 발병 12 15. 또한, EE는 발병을 지연시키고 헌팅 1-4,16, 파킨슨 (17) 및 알츠하이머 병 (18)의 동물 모델에서 증상의 중증도를 감소, 신경 퇴행성 질환의 효과를 개선하기 위해 보여왔다.

이러한 변화는 고전EE는 뇌 전반에 걸쳐 유도하는 것으로 알려져 해부학 분자 변경에 관한 것이다. 개발의 초기 단계에서 풍부한 환경에서 자란 동물 9,2-22과 시냅스 밀도 23 분기 수지상 증가 뇌 무게와 대뇌 피질의 두께를 포함하는 신경 변경의 무수를 보여준다. EE는 레벨 가속 감각 25,26,28,29 개발, 니모닉 (30)뿐만 아니라, 모터 회로들 (31, 32)에 기여하는 것으로 나타났다 성장 인자 발현 9,24-30, 양쪽의 타이밍을 변경할 수있다.

계정에 개별 연구 9,24,27,30 내에서 사용되는 동물과 환경의 다른 유형을 고려하지 않고, EE의 영향을 조사 할 때 이전 작업은 시간 모순 된 연구 결과에서 밝혀졌다. 현재, 상이한 균주의 다양한 사양 EE 패러다임의 효과를 측정하는 데 사용될 수있는 단순하고 일관된 행동 태스크가 없다동물의 이거 야.

퍼즐 박스 작업은 동물의 기본 문제는 능력 (7)을 해결 결정하는 간단한 테스트로 설계되었다. 오픈 영역에 배치 동물 덮여 지역 / 쉼터를 액세스하기 위해 작은 구멍에 위치하고 물질을 방해 제거해야합니다. 각 피실험자 세 가지인지 적 속성을 평가하기 위해 동일한 장애물 세 실험을 설명한다. 첫 시도는 고유 또는 기본 문제 해결 능력의 기준 표시를 산출한다. 동일한 날에 실행 번째 시험은을 개선하고, 따라서 특정 장애물을 제거하기위한 전략을 강화하는 동물의 능력의 어떤 표시를 제공한다. 다음 날짜에 이루어진 세 번째 시험은 작업에 학습 솔루션을 유지하고 기억하는 주체의 능력에 대한 통찰력을 제공합니다.

동물이 "방해 퍼즐"을 해결하기위한 동기는 잠재적으로 변화 될 수있다들판을 방지하고 주변 환경 6,7 탐험 쉼터뿐만 아니라 고유의 드라이브를 추구하는 타고난 욕망을 불러 일으킨다. 퍼즐 상자를 해결하기 위해 욕망을 기본 잠재적 인 행동 드라이버의 다수는 뇌의 다양한 영역이 작업 성능을 중재에 참여하는 것이 좋습니다. 이전 연구는 정신 분열증의 쥐 모델에서, 전두엽 피질뿐만 아니라 해마가이 작업 (5)의 인수에 참여하는 것으로 나타났습니다. 쥐의 병변 연구는 또한 다양한 시상 핵, 시상 하부, 소뇌, 그리고 변연계 구조를 포함 퍼즐 박스 성능에 관련된 뇌 영역의 큰 숫자를 공개했다. 함께, 이러한 결과는 작업을 해결하는이 문제에 관여하는 것은인지 기능과 관련된 신경 구조의 호스트를 포함 나타냅니다.

퍼즐 상자 m에 의해 전시 된 쥐의 능력을 문제 해결뿐만 아니라인지 적자를 평가하기 위해 성공적으로 사용되어왔다정신 분열증 5-7의 소변 모델. 작업의 성능은 매우 일관성이 있어야하고, 다른인지 행동 검사 (6)의 결과와 상관 관계가 밝혀졌다. 이 연구의 목적은 EE의 유효성을 판정하는 간단하고 신뢰성있는 방법이 될 퍼즐 상자 태스크에 적응하는 것이였다.

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프로토콜

윤리 문 : 모든 절차는 시드니 대학의 동물 윤리위원회의 승인을 국민 건강과 호주 가이드 라인의 의학 연구위원회 (Medical Research Council)를 본했다. 절차는 대학 시드니의 보쉬 설치류 시설에서 양육 된 C57 / BL6J 마우스에서 수행되었다. 모든 마우스는 건조 식품과 물에 대한 광고 무제한으로 액세스 할 수있는 개별 환기 케이지에서 0600 시간에 조명 12 시간 명암주기에 21 ° C의 주변 온도에서 단일 적절하게 통풍이 방에 보관되었다. 늦은 임신 여성을 무작위로 표준 또는 환경 풍부한 주거 조건에 할당되었다.

1. 주택 (농축 레벨) :

  1. 4 늦은 임신 성인 여성 쥐를 얻습니다. 무작위로 표준 상태에 2를 지정하고 하나의 빨간색 마우스 이글루를 포함하는 깨끗한 표준 마우스 케이지 (전체 크기 391 X 199 X 160mm)로 각각 배치합니다. 농축 된 상태의 경우, REMA를 배치ining 하나의 깨끗한 쥐 크기의 케이지에 2 마우스 (전체 치수 X 404mm 462 X 403).
  2. 농축 케이지에, 감각과 운동 자극을 증가하도록 설계 객체의 다양한 (예 : 실행 휠, 시각적 자극, 냄새가 좋은면 공, 벨크로 스트립)를 배치합니다.
  3. 모든 2~3일 새장 안에 대한 이러한 객체를 이동; 파괴 된 그 어떤를 새로 고칩니다.
  4. 그들이 제기 된 환경 조건과 일치 남녀 분리 하우징 후 21 일 출생, 섹스 동물과 장소에서 이유시. 풍부한 조건은 2 케이지 당 3 10 마우스 및 표준을위한 5 마우스 사이에 있다는 것을 확인합니다. 동물 성인 (나이 12-14 주)에 도달하면 행동 테스트를 개시합니다.

퍼즐 상자 2. 건설

  1. 6 흰색 아크릴 조각 (또는 다른 비 다공성 물질) 확보 : 한 750 X 280mm, 두 280 X 250mm, 두 750 X 250mm, 하나의 150 X 280mm (그림 1 참조).
  2. 40 X 40mm 광장 개방이 조각의 한면으로 잘라, 검은 색 아크릴의 한 조각 280 X 250mm를 얻습니다 (그림 1 참조).
  3. 다음과 같이 퍼즐 상자를 조립 : 상자의 바닥과 750 X 280mm 조각을 사용하여 상자의 끝, 그리고 상자의 측면과 750 X 250mm 조각으로 280 X 250mm 조각을 사용합니다.
  4. 상자의 바닥에 구멍 플러시 (대형 하나 하나의 작은)를 하나의 끝에서 상자에 150mm를 측정하고, 두 개의 구획으로 분할하도록 상자에서 아크릴의 검은 조각을 배치합니다.
  5. 흰색 아크릴의 150 X 280mm 조각을 가지고 어두운 "목표 상자"챔버를 제공, 확인 완전히이 지역을 커버하고 상자의 작은 구획 위에 놓습니다. 경첩에 의해 주요 상자의 몸에 아크릴이 조각을 부착, 또는 완전히 행동​​ 테스트 중에 제거 할 자유 둡니다.
  6. 아크릴 (세 4 × 120mm)의 3 개를 가지고 "U-shap를 만들기 위해 가입ED "채널.

figure-protocol-1
그림 1 : 퍼즐 박스 작업의 개략도. 퍼즐 박스는 오픈 필드 영역 (600 × 280mm)와 모두 750 X 280mm를 측정 숨겨 목표 박스 영역 (150 X 280mm)로 구성된 아크릴 상자입니다. 두 영역을 분리하는 파티션 (회색) 내에서 40 X 40mm 개방은 동물 열기 필드에서 덮여 목표 상자 영역에 액세스 할 수 있습니다. 이 구멍은 시험이 진행됨에 따라 제거 점점 더 어려운 장애물로 차단됩니다. 동물들은 각각 세 개의 실험 조건에 대한 네 개의 폐색 상태로 구성된 5 일간 프로토콜을 겪는다.

퍼즐 박스 작업 3. 실행

  1. 철저히 70 % 알코올로 퍼즐 상자를 청소합니다. 각 시험 동물 사이에이 단계를 반복합니다.
  2. 목표 상자 아칸소에서 깨끗한 빨간색 마우스 이글루를 배치퍼즐 박스의 개, 그리고 목표 상자의 뚜껑을 교체합니다.
  3. 테스트되고, 폐색 상태가 발생하면, 목표 박스 내의 출입구 방해를 배치 (도 2 참조).
  4. 마우스가 목표 상자 지향 퍼즐 박스의 오픈 필드 섹션으로, 테스트 및 목표 상자에서 마지막 인 제되고 놓습니다.
  5. 퍼즐 상자의 목표 박스 섹션을 입력 동물의 네 발에 걸리는 시간을 기록한다.
  6. 동물 목표 박스를 입력하지 않으면 설정된 제한 시간 (표 1 참조)에 도달하면, 시험을 종료.
  7. 시험이 끝나면, 퍼즐 박스에서 동물을 제거하고 다음 재판이 시작될 때까지 별도의 유지 케이지에 넣습니다. 각 동물에 대한 실험 사이에 60-180 초 격차를 유지합니다.
  8. 각 동물의 경우, 네 개의 장애물 조건과 각 조건의 세 가지 시험으로, 시험의 연속 5 일 동안 하루에 세 가지 시험을 수행합니다. 세 번째 트라이소정의 폐색 상태를 알 항상 후속 일에 투여한다 (표 1 참조).

figure-protocol-2
표 1 : 퍼즐 박스 작업의 계획. 퍼즐 박스 작업은 5 일 동안 실행, 4 폐쇄 상태로 구성된다. 세 제 나흘 각 시험 및 일째 하나가있다. 각 방해 조건은 세 가지 시험이있다; 언젠가 처음 두, 세 번째 날 직후. 장애물 조건의 첫 번째 재판이 기본 문제 해결 능력을 테스트하는 것을 목표로, 두 번째 시험은 작업 수집 및 강화를 검사, 세 번째 시험은 솔루션 보유 및 리콜에 대한 분석으로 사용됩니다.

figure-protocol-3
그림 2 : 방해퍼즐 상자 작업 내에서 이온 상태. 퍼즐 박스 무대와 본 연구에서 사용 방해 조건의 개략도. (A) 조건 0 (C0), 오픈 필드와 목표 박스 영역 사이의 출입구 내 장애물이없는 존재와. (B) 조건 1 (C1 ), 오픈 필드와 목표 박스 영역 사이의 출입구 내에서 "U 모양"채널 선물. (C) 채널이 깨끗한 침구 소재로 가득 조건 2 (C2),. (D) 조건 3 (C3 ), 오픈 필드와 목표 박스 영역 사이의 출입구 내에 존재하는 "조직 플러그"와. (E) 오픈 필드와 목표 상자 사이의 출입구 내에 존재 "폼 플러그"와 조건 4 (C4) 지역. 방법 및 그림 1에 따라 경기장의 크기입니다.

데이터 4. 해석

  1. 시간 중 하나가 COM에 취한 데이터를 표현또는 null 시험의 수 (null의 동물이 지정된 제한 시간 내에 작업을 완료하지 않은 시험 포함) 재판을하는 것이 현명한 방법.
  2. 간 주제 요인으로 폐쇄 형 / 상태 (C) 및 작업 번호 (T) 내 - 과목 요인과 (농축 대 기준) 농축 수준, 퍼즐 박스 내에서 성능에 주택 조건의 효과를 평가하기 위해 반복 측정 ANOVA를 사용하여 .

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결과

여기에 설명 된 결과는 다른 새끼로 구성된 여러 동료에서 가져온 데이터, 대표 샘플입니다. 모든 행동 테스트는 코호트 내에서 동물의 무작위 시험 순서로, 0700 및 1100 시간 사이에 실시되었다. (15, 7 여성 8 남성 N = ()를 참조 풍부한 환경에서 자란 동물 (N = 14, 7 여성 7 남성) 표준 환경에서 제기보다 퍼즐 박스 내에서 방해 작업을 해결하기 위해 훨씬 적은 시간이 걸렸습니다 그림 3) (반복 측정 간 주제 요인으로 환경과 ANOVA, F = 19.525, P <0.001). 성능에 EE의이 효과는 농축 마우스는 개별 방해 퍼즐의 각을 해결하기 위해 훨씬 적은 시간을 필요로하는 퍼즐 상자, 중 개별 임상 시험에서 관찰되었다, 특히 사이 등 환경 각 조건의 1 심 (단 변량 ANOVA 동안 표시되었다 -subjects 요인 : 조건 1 시험 1 (C1T1), F = 4.308, P = 0.048; C1T3, F = 4.317, P = 0.047; C2T1, F = 9...

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토론

제시된 데이터는 퍼즐 상자 효과적으로 사용될 수 EE의 영향을 평가하는 것을 보여준다. 풍부한 환경에서 발생하는 마우스는 지속적으로 표준 실험실 조건에서 제기 동물보다이 행동 분석에서 방해 퍼즐을 해결하는 데 훨씬 더 적은 시간이 걸렸습니다. 또한,이 차이는 EE 태스크가 제시 한 문제에 대한 해결책을 강화하거나 유지하는 능력을 기준으로 동물의 기본 문제 해결 능력에 더 큰 영향력을 가지고 제안, 테스트 네 가지 조건 중 세 가지에 대한 1 심에서 가장 눈에 띄는했다 .

퍼즐 상자의 주요 장점은 저렴한 재료 비용, 건설 및 구현의 관점에서 단순함뿐만 아니라, 시험 될 환자의 사전 훈련의 필요성이 부족하다. 또한, 본 방법은 방해 물질 및 다양한 조건을 이용하도록 구성 될 수있다. 예를 들어, 여기에 사용되는 프로토콜은 적응했다뮤린 질환 상태 모델 5-7의 다양한인지 능력을 평가하기 위해 퍼즐 상자를 채용 이전 연구. 다른 연구는 이전에이 시험 무대

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공개 사항

저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

감사의 글

저자는 인정의 글이 없습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
검은 색 아크릴 보드280 x 250 mm, 40 x 40 mm "문"한쪽으로 절단
흰색 아크릴 보드280 x 250 mm
흰색 아크릴 보드280 x 250 mm
흰색 아크릴 보드750 x 250 mm
흰색 아크릴 보드750 x 250 mm
150 x 280 mm
흰색 아크릴 보드
지하도40 x 120 mm 플렉시 유리 또는 아크릴
참고: 아크릴 보드에 접근할 수 없는 경우, 플렉시 유리 또는 이와 유사한 비다공성 재료로 충분합니다.
웹캠LogitechC210전기 테이프로 지붕에 고정합니다. 또는 삼각대를 사용하십시오.
VirtualDub v1.10.4VirtualDub해당 없음행동 비디오를 녹화하기 위한 소프트웨어. 웹캠에서 입력.
TopScan v 3.0클레버시스해당 없음 자동화된 탑뷰 추적 및 마우스 동작 분석을 위한 소프트웨어입니다. 캡처된 비디오는 사후 분석됩니다.
흰색 아크릴 보드 3 개

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