방법 논문

작은 Squamate 파충류에서 공간 학습 및 메모리 평가

DOI:

10.3791/55103

⸱

2017년 1월 3일

 ,  , 
1Division of Mathematics and Natural Sciences, Penn State Altoona

이 논문에서

요약

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이 논문은 공간 기억과 학습을 평가하는 데 사용되는 표준 설치류 패러다임인 Barnes 미로를 작은 편평 파충류에 사용하기 위해 수정한 것을 설명합니다.

초록

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임상 연구는 일반적으로 공간 학습과 기억 능력을 대상으로인지 기능 저하를 평가하기 위해 패러다임의 다양한 활용했다. 그러나 nonmodel 종의인지 과정에 대한 관심은, 일반적으로 생태 학적 맥락에서, 또한 연구의 새로운 분야가되었다. 파충류인지에 대한 실험 연구는 드문 드문 있지만 특히, 파충류의인지 과정에 대한 관심이 증가하고있다. 실험적으로 공간 학습과 기억에 대한 테스트 한 소수의 파충류 연구는 파충류에 사용하기 위해 수정 된 설치류 패러다임을 사용했습니다. 공간적 기반인지를 테스트 때, 생태 학적으로 생리이 분류 학적 그룹의 행동의 중요한 측면을 고려해야합니다. 여기, 우리는 공간 학습과 작은 squamate 파충류의 메모리 능력을 프로빙 할 때 성능을 향상시킬 수있는 마른 땅 반스 미로의 수정 및 관련 시험 프로토콜을 설명합니다. 설명 된 패러다임과 프로cedures이 성공적으로 공간 학습과 기억은 생태 학적으로 중요한 장치 및 프로토콜이 분류 학적 그룹에서 평가 될 수 있음을 보여주는 남성 측에 얼룩이 도마뱀 (우타의 stansburiana)로 사용 하였다.

서론

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이러한인지 능력의 점진적 감소와 알츠하이머의 현재와 같은 많은 신경 퇴행성 질환은 일반적으로 뇌 1-4의 저하 동시. 인지 과정에서 뇌 손상 및 열화의 영향을 테스트하기 위해 임상 연구 모델 설치류 및 검사 장치 및 프로토콜의 표준화의 이점을 활용하고있다. 특히, 공간 학습과 기억 과정이 같은 모리스 물 미로, 반스 미로, 및 방사형 팔 미로와 같은 여러 표준 패러다임을 통해 평가되었다 (이들과 다른 패러다임의 포괄적 검토를 위해, 5, 6 참조). 이러한 공간 학습 및 기억 패러다임의 풍부한 역사 연구자 패싯 인간 메모리, 뇌 기능과 질병의 관계 뉘앙스 많은 이해할 수 있도록 매우 성공적으로 입증되었다.

인지 과정의 평가는 임상 연구에서 조사되었지만 종료에 대해전자 약간의 시간이 nonmodel 종의인지 능력 지향 연구는 상대적으로 새로운 기능입니다. nonmodel 종인지를 공부 연구원은 특히 생존과 생식의 맥락에서,인지 과정의 생태 및 진화 관련성에 일반적으로 관심이 있습니다. 파충류의 일부 연구는 고급인지 능력, 특히 공간 메모리에 어떤 행동, 특히 관한 탐색 및 방향을 기초 수 있음을 제안했다. 많은 연구가 파충류 변위 7,8 이후의 방향을 바꾸 수 있다는 것을 증명하면서 그러나,인지 적 메커니즘 기본 방향 전환 동작은 아직 떨어져 조롱되지 않았다. 이 때문에, 몇몇 연구는 실험적 탐색 9-17 중 공간 학습 및 기억의 중요성을 평가하기 위해 시도했다. 이 연구의 방법론은 주로 때로는 파충류에 사용하기 위해 수정 된 설치류 패러다임 및 프로토콜, 모델로, 그러나 이들 연구공간 기억을 평가 변수 성공을 거두었습니다. 다른 연구는 9,10의 증거를 발견하면서 일부 연구는 어떤 종 11-17에서 공간 학습과 기억을 증명하고있다. 따라서, 파충류 탐색하는 동안 역할 또는 공간 학습과 기억의 존재는 여전히 불분명하다.

실험적으로 파충류에서 공간 학습과 기억을 평가할 때 문제가 될 수있는 하나의 문제는 작업의 생태 학적 관련성이다. 파충류 생태, 행동 및 생리에 큰 변화를 보여 설치류에서 매우 독특한 특수 분류 학적 그룹이다. 사용 된 패러다임은 자연적인 행동을 활용하지 않는 경우 특히 파충류 종에 걸쳐 행동의 차이는 아마도, 공간인지 능력의 평가에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 일반적으로 작은 틈새에 피난처를 구하고 종으로, 공간 능력은 쉽게 미로 이상적인 패러다임 선택하지 않을 수 있습니다 반면 반즈는 미로 사용하여 평가 될 수있다일반적으로 움직 남아있는 종이다. 마찬가지로, 대부분의 squamate 파충류 수생하지 않으며, 따라서 모리스 물 미로 공간 학습과 기억을 테스트하는 경우 적합한 선택이 될 (하지만 15 참조)하지 않을 수 있습니다; 그러나,이 미로는 거북이 (16)의 공간 능력을 테스트하기위한 이상적인 선택이 될 수 있습니다. 파충류 특히 기판, 검사 과정에서 고려되어야 ectothermic 적절한 온도 유지되어 마지막으로이 그룹의 생리가 고려되어야한다.

프로토콜과 여기에 제시된 패러다임은 성인 사이드에 얼룩이 도마뱀의 공간 학습과 기억 (우타의 stansburiana) (13), 일반적으로 바위 (18)의 작은 틈새로 포식자로부터 도망 작은 도마뱀에 대해 조사하기 위해 사용되었다. 종의 자연 역사와 행동의 이러한 측면을 알고, 우리는 공간 학습과 기억을 테스트하기 위해 기존의 반즈 미로의 변형을 사용했다. 반즈 미로 전SA 드라이 랜드 미로 일반적으로 설치류 모델에서 공간인지를 테스트하기 위해 사용된다. 우리는 디자인과 프로토콜 (아래에서 설명) 모두에서, 설치류 미로에서 여러 가지 방법으로 우리의 미로를 수정했습니다. 우리 미로 플랫폼의 주변을 따라 서로 등 간격 (10)의 구멍 (도 1)을 갖는 원형의 플랫폼으로 구성되었다. 피사체의 목표 구멍의 위치를 ​​알게되면 여기에 설명 된 프로토콜을 목표 구멍의 위치를 ​​알아 훈련 실험에 참여하는 대상을 포함하고, 프로브 시험은 목표 탐색 중에 공간적 메모리 사용을 확인하는데 사용된다.

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프로토콜

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모든 절차는 펜 스테이트 대학 기관 동물 케어 및 사용위원회에 의해 승인되었습니다 (IACUC - 프로토콜 ID : 43242) 모든 지역, 주 및 연방 규정을 준수.

1. 준비

  1. 구매 목표 구멍이 적절하게 관심의 종 크기가됩니다 보장, 반스 미로를 구성하거나. 이 프로토콜의 경우, 일곱 성인 측면에 얼룩이 도마뱀 (우타의 stansburiana)를 사용합니다. 다른 종을 사용하여 연구를위한 적절한 샘플 크기를 결정합니다.
    1. 반스 미로를 구성하는 경우, 바닥에 떨어져 표준, 비 다공성 라운드 테이블 (지름 106cm), 높은 76.2 cm를 구입할 수 있습니다.
    2. 줄자를 사용하여 테이블의 둘레 26cm 이격 10 등거리 포인트 테이블의 에지로부터 6.35 cm를 표시한다. 쥐 미로는 일반적으로 더 많은 구멍이있는 반면 10 홀을 사용합니다. 그렇게하면 이탈 옵션의 수의 감소를 허용한다.
    3. 구멍 톱 비트를 사용하여 (2.54직경 cm), 모두 10 골 구멍과 모래 날카로운 모서리를 드릴.
    4. 치수에 대한 가이드로 홈 인클로저를 사용하여 나사를 각 구멍에서 네 개의 선반 지원 쐐기를 탑재합니다.
  2. 밝은 오버 헤드 조명 및 탐색 (문, 캐비닛 등)에 사용할 공간 큐 조용한 방에서 미로를 놓습니다.
  3. 직접 미로 위의 자동 초점, 광각 렌즈 웹캠 (11.3 cm X 3.99 cm) 또는 다른 적절한 카메라를 탑재합니다. 비디오 피드보기의 필드는 전체 미로를 포함 확신합니다.
  4. 미로에서 컴퓨터와 관찰자 의자 적어도 1m를 놓습니다.
  5. 영구 마커 또는 테이프로 바닥에 미로의 다리를 표시합니다. 이 시련의 과정을 통해 미로의 분 운동의 보정이 가능합니다.
  6. 무작위로 연속적으로 "10"를 "1"과 숫자 다른 구멍과 구멍 중 하나를 지정합니다. 영구 마커, 외부의 측면을 따라 숫자를 쓰기참조의 편의를 위해 미로의. 숫자가 미로에서 동물을 볼 수 없습니다 있는지 확인하십시오.
  7. 무작위 난수 발생기를 사용하여 환자에게 목표 구멍을 할당한다.

2. 교육 시험

주 : 파충류 문헌에서 얻을 수있는 바람직한 체온이있다. 동물 여러 교육 실험을 통해 침체 될 경우, 미로 너무 멋진 할 수 있으며,이 행동에 영향을 미칠 수 있습니다. 미로의 하부에 작은 공간 히터 또는 열 테이프를 적절하게 최적의 체온 및 동작 성능을 유지하기 위해 미로 표면 온도, 체온의 최고 온도 표시를 증가시킬 수있다.

  1. 피사체 시험장 외부 수납하는 경우, 실내로 테스트 전에 적어도 30 분 홈 격납 동물을 가져온다. 실험 전에 체온을 유지하기 위해 (예를 들면, 가열 램프, 열 테이프) 홈 격납 열을 제공하기 위해 특정되기.
    1. 오픈 추적 소프트웨어와 비디오 피드 웹캠 응용 프로그램. 사용자 지정 추적 소프트웨어는 MATLAB과 이미지 처리 도구 상자를 위해 작성되었다 기타 추적 소프트웨어를 상업적으로 사용할 수 있습니다.
    2. 비디오 피드에서 시야를 평가합니다. 미로가 시야에 있지 않은 경우, 미로 바닥에 마크 내에 있음을 확인한다.
    3. 날짜에 관한 정보를 포함하는 워크 시트를 열고 교육 시험, 주제 ID, 할당 된 목표 구멍, 교육 시험의 수를 실행, 메모, 관찰자의 이니셜 / 종료 시간을 시작합니다.
    4. 대상 테스트되는 순서를 무작위. 체계적인 방법으로 시험 과목.
  2. 홈 케이지에서 첫 번째 주제를 제거하고 부드럽게 미로의 중앙에 피사체를 배치합니다. 동물을 통해 플라스틱 욕조를 배치; 일 때문에 연구자에 의해 의식이 방향 바이어스를 방지 할 수 있습니다. 30 초는 적응 할 수 있습니다.
  3. 바로 아래, 미로에서 동물의 홈 케이지를 장착페그 마운트에 인클로저의 상단을 밀어, 목표 구멍을 체결했다. 홈 케이지에서 녹이는 바위 동물이 구멍으로 하강 할 때 농어가 될 것 구멍, 바로 아래 확신합니다. 이 시점에서, 탐색에 사용하기위한 홈 인클로저의 열적 또는 화학적 큐의 사용은 부적합하다.
    1. 쥐의 미로 주제에 대한 탈출로 깨끗한 인클로저를 사용합니다. 그러나, 미로에서 동물의 홈 인클로저를 장착하여 시험을 훈련하는 동안 구멍에 항목을 권장합니다.
  4. 조심스럽게 미로의 상단에서 플라스틱 욕조를 제거합니다.
  5. 웹캠 응용 프로그램과 교육 시험의 기록을 시작합니다.
    1. 피사체가 10 분 동안 미로를 탐험 할 수 있습니다. 비정형 아무것도가 발생하면 워크 시트이 있습니다.
    2. 피사체가 떨어지거나 테이블을 실행하는 경우, 부드럽게 미로의 중앙에 피사체를 반환합니다. 동물이 30 초 이하의 미로를 벗어나면 타이밍과 녹음을 계속합니다.피사체가 30 초 동안 미로를 벗어나는 경우, 시험을 중단. 통합 문서의 노트 섹션에이 정보를 기록한다.
    3. 피사체가 보조를받지 목표 구멍으로 하강하는 경우, 그 시간에 같은 이상 재판을 고려하십시오.
    4. 피사체가 목표 구멍에 내려하지 않는 경우, 10 분 경과 후 이상으로 시험을 고려하십시오.
  6. 피사체가 10 분 후에는 목표 구멍으로 하강하지 않는 경우, 손으로 부드럽게 안내 동물 적절한 목표 구멍에, 제 향한다.
  7. 비디오 및 추적 소프트웨어를 중지합니다. 비디오 영상을 저장합니다.
  8. 인클로저가 여전히 미로 아래에 장착하는 동안 피사체가 자신의 홈 인클로저에 최소 2 분 동안 휴식을 허용합니다.
  9. 분 무병 및 종이 타월을 이용하여 물을 1:10의 희석 비누 비누 혼합물 미로 상단 청소. 미로를 탐색 할 때 너무 화학적 단서의 사용을 배제하고. 몇몇 종, 화학 감각 정보를 많이 사용하는 특히, neces모든 향기 신호를 제거하기 위해 뜨거운 물 미로의 추가 헹굼을 sitate.
  10. 미로 아래에서 인클로저를 제거하고 동일한 개인 또는 새로운 개인과 교육 시험을 반복 중. 각 주제는 개인의 시험 사이에 30 분 간격으로 하루 5 훈련 시험까지에서 실행할 수 있습니다.
  11. 주체가 보조를받지 목표 구멍에 내려 될 때까지 목표 위치의 학습이 발생했음을 나타내는 3 가지 교육 실험에서,이 절차를 반복합니다. 세 가지 교육 실험은 연속 될 필요가 없습니다. 피사체가이 기준에 도달하면, 피사체는 공간 기억을 평가하기 위해, 프로브 시험으로 이동한다.

3. 프로브 시험

참고 : 피사체가 기준에 도달하면, 피사체가 목표로 이동하는 방법을 배웠다. 피사체는 공간 전략 또는 다른 탐색 전략을 사용하여 탐색되는 경우에는,이 시점에서는, 아직 명확하지 않다. 프로브 시험피사체가 훈련 시험에서 기준에 도달 한 후,이 용의 시험 하루 수행되어야한다.

  1. 미로의 다리가 바닥에 자국 내에 있다는 것을 보장 미로를 180도 회전합니다. 미로의 회전은 직접보다 안정적인 공간 큐와 직접 충돌 할 목표를 식별 지역 단서 수 있습니다.
  2. 미로에서 피사체의 홈 인클로저를 장착 단계 2.3을 생략 2.5.2 - 반복 2.1 단계를 반복합니다. 그러면 미로를 탐험 중에 홈 인클로저로부터 방출 후각 또는 다른 큐의 사용을 배제한다.
  3. 프로브 시험하는 동안, 대상은 탐색 행동을 평가하기 위해 전체 10 분 동안 미로를 탐험 무료입니다. 10 분 후, 비디오 및 추적 소프트웨어를 중지합니다.
  4. 미로에서 주제를 제거하고 홈 케이지로 돌아갑니다.
  5. 희석 된 비누 혼합물 미로의 상단을 청소합니다.

4. 행동 조치

참고 : 교육 트리아의 경우의 올바른 사분면에 보냈다 (동물의 주둥이가 구멍의 1cm 이내 여야합니다 nongoal 구멍의 조사), 시간의 비율 LS, 같은 만든 오류의 수를 목표 구멍에 도달하는 대기 시간 등의 행동 조치를 포함 미로.

  1. 교육 시험의 경우, 검색 전략을 결정합니다. 직접 전략 미만 3 오류 골 구멍에 내림차순으로 정의된다. 직렬 전략은 미로의 경계를 따라 3 개 이상 연속 미로 구멍의 시험입니다. 임의의 전략은 3 개 이상의 오류가있는 미로 구멍의 비 직렬 시험입니다.
    참고 : 프로브 시험의 경우, 행동 조치, 공간적으로 정확한 구멍에서 공간적으로 정확한 구멍을 조사하기 전에 만든 오류의 수 및 미로의 공간 올바른 사분면에 소요되는 시간의 비율을 도착 대기 시간을 포함한다.
  2. 공간적으로 올바른 목표 구멍의 비 무작위 선택, 교체없이 샘플링을 사용하는보다 엄격한 평가를 계산할 때기회 속도.

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결과

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이 프로토콜은 작은 도마뱀의 공간적 기반 탐색의 실험 평가를 할 수 있습니다. 이전의 연구가 성공적으로 남성 측에 얼룩이 도마뱀 (13)의 공간 탐색 조사하기 위해이 프로토콜을 사용했다. 특정 연구에서, 남성은 목표 구멍으로 이동하는 훈련을했고, 기준에 도달 한 후, 목표 구멍에 탐색 할 때 우선 순위 단서를 평가하기 위해 프로브 재판으로 진행.

여기에 제시된 그 연구에서 대표적인 결과는 도마뱀이 목표의 위치를 ​​알아 않았지만, 각 개인에 대한 기준에 도달하기 위해 필요한 교육 시험의 수는 매우 변수이고 17에서 원거리 입증 - 81 교육 시험 (평균 : 48.29 ). 때문에 개인에 걸쳐 기준에 도달하는 교육 실험의 변수 수의, 임상 시험 분위로 나누어 평균되었다. 여러 교육 시험의 INDIVI 이상DUALS 과목이 목표 구멍 (P = ...

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토론

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실험적으로 공간 학습과 기억에 대한 테스트 할 때, 프로토콜의 주요 단계 중 일부에서 해결 된 몇 가지 중요한 개념 문제가 있습니다. 첫째, 대상자들은 교육 실험의 과정을 통해 목표 구멍의 위치를 ​​배우는 것을 보여 주어야합니다. 미리 설정된 기준을 달성하는 목표 구멍 위치의 학습이 발생했음을 보여준다. 피사체가 목표 구멍의 위치를 ​​학습하지 않으면, 네비게이션 전략을 결정하는 어떤 적합한 방법이 없다. 동물이 기준에 도달 할 경우, 프로브 재판 단서가 미로에 탐색 중에 우선 순위를 결정하는 데 중요합니다. 프로브 시험 중에는 로컬 및 공간 큐 탐색에 대해 하나의 큐를 사용하는 우선 순위를 피사체 강제 충돌한다. 따라서, 프로브 재판 큐의 유형을 불러 미로 탐색 중 우선 순위가되고있는 평가를위한 중요하다. 때문에 공간 대 로컬 큐에 초점,이는 내비게이션에 사용될 수있는 다른 가능한 신호를 제거하는 것이 중요하다; 이러한 단서는 연구에서 잠재적 인 혼동 될 수 있습니다. 특히 squamate 파충류에서, 후각 단서는 식품 <...

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공개 사항

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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

감사의 글

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데이터 수집에 대해 M. Forney, R. Maged, K. Hellwinkle에게 감사드리며, 이 원고의 이전 버전에 대한 의견을 제시해 주신 두 명의 익명의 검토자에게 감사드립니다. 이 연구는 LDL(IOS-0918268)에 대한 NSF 상으로 지원되었습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Barnes mazeTSE 시스템302050-BM/M다른 공급업체에서 구입할 수 있습니다. 또는 Barnes 미로를 표준 비다공성 원형 테이블로 구성할 수 있습니다.
히트 테이프Big Apple Pet Supply미로 아래 바닥에 위치한 작은 공간 히터를 사용할 수도 있습니다.
작은 동물을 위한 애완 동물 사육Petco1230204미로 아래에 설치할 수 있는 하우징 인클로저.
니켈 도금 선반 지지대 못Newegg241941미로 아래쪽에 부착된 못. 시험 중에 미로를 만들기 위해 인클로저를 고정합니다.
LifeCam Studio 웹캠MicrosoftQ2F-00013다른 공급업체에서 구입할 수 있습니다. 다른 브랜드의 웹캠도 사용할 수 있습니다.
추적 소프트웨어Matlab
및 Image Toolbox		입니다. TSE Systems의 VideoMot 2와 같은 다른 추적 소프트웨어를 사용할 수 있습니다.
사 비디오 추적 소프트웨어용으로 사용자 정의 작성된 코드

참고문헌

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