$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Om de neurobiologie van leren en geheugen te onderzoeken, zijn invasieve technieken nodig, die over het algemeen niet haalbaar zijn bij mensen. Zo worden er al meer dan een eeuw gedragsprotocollen ontworpen voor proefdieren om verschillende vormen van menselijk geheugen te modelleren. Het ontwerp en de keuze van zowel de taak als het apparaat staan centraal in het succes van effectieve modellen van het menselijk geheugen. Er zijn talloze paradigma's ontwikkeld met uiteenlopende complexiteit, variërend van eenvoudige klassieke en instrumentele conditioneringsprotocollen 1,2,3 tot doolhoven zoals het T-doolhof4, radiaal armdoolhof5, Barnes-doolhof6, waterdoolhof7 en het kaasplankdoolhof8. Maar hoewel deze taken facetten van associatief leren en ruimtelijke navigatie omvatten, kunnen ze niet eenduidig worden gebruikt om de geheugenrepresentatie van momentane gebeurtenissen (d.w.z. episodisch-achtig geheugen) te bestuderen. En hoewel nieuwe objectherkenning9 en permutaties van deze spontane geheugentaak, zoals objectplaatsgeheugen10, waardevolle inzichten hebben opgeleverd in het herkenningsgeheugen, testen ze geen expliciete herinnering aan gebeurtenissen. Om aan deze vraag te voldoen, is de evenementenarena speciaal ontwikkeld, en het gebruik ervan heeft onderzoek mogelijk gemaakt naar langdurige, gepaarde geheugencodering en -recall 11,12,13, evenals de codering en het oproepen van discrete gebeurtenissen die plaatsvinden in een vertrouwde ruimte 14,15,16,17,18. Dit laatste thema staat centraal in dit handschrift.
De evenementenarena is een groot, vierkant, open veld waar evenementen plaatsvinden voor knaagdieren. De grootte van de arena kan worden geschaald om plaats te bieden aan ratten of muizen, en knaagdieren worden aangemoedigd om binnen te gaan en te verkennen. Een typisch voorbeeld van een evenement dat plaatsvindt in de arena is het vinden en ophalen van voedsel uit een zandput op een specifieke locatie. De evenementenarena is ontworpen voor dergelijke smakelijke taken, waarbij ratten of muizen worden getraind om voedsel te zoeken, te vinden en op te graven. Het speelt in op hun natuurlijke neiging om voedsel terug te brengen naar een donkere omgeving, die in dit geval naast de arena ligt, waar ze het vervolgens eten. Na een minimale training om naar voedsel te graven, nemen knaagdieren deze taak op natuurlijke wijze op zich en presteren ze goed in de coderingsproef en in de terugroepkeuzeproef, die de coderingsproeven volgt na een korte vertraging van 30 minuten. In een keuzeproef zijn er meerdere zandputten (d.w.z. locaties om te graven) beschikbaar, maar slechts één wordt beloond.
Binnen de evenementenarena kunnen verschillende taken worden uitgevoerd (bijv. ruimtelijk geheugen, episodisch geheugen en paired-associate learning). Gezien de interesse in het ontwikkelen van effectieve modellen van episodisch-achtig geheugen, werd het volgende protocol ontwikkeld, waarin de locatie waar voedsel te vinden is dagelijks wordt gewijzigd. Bij deze taak moeten knaagdieren onthouden waar het graven naar en het succesvol ophalen van een voedselbeloning het meest recent plaatsvond in de evenementenarena. Het hieronder beschreven protocol omvat een coderingsproef waarbij ratten elke dag op een nieuwe plaats naar een zandput zoeken, na een vertraging gevolgd door een terugroepkeuzeproef, waarbij de recent gecodeerde zandputlocatie wordt beloond, terwijl de andere, alternatieve zandputten op verschillende locaties geen toegankelijk voedsel bevatten. Het is niet handig om te onthouden waar het eten op een vorige dag was: de juiste locatie moet elke dag worden gecodeerd en onthouden, in ieder geval voor een tijdje. Daarom hebben we de term 'alledaags geheugen' geïntroduceerd om de vorm van het geheugen vast te leggen die in deze taak is gemodelleerd en die we als mensen dagelijks gebruiken. Een menselijk voorbeeld van het alledaagse geheugen is het onthouden waar men zijn auto bij het winkelcentrum heeft geparkeerd (Figuur 1A) of zijn bril in huis heeft neergezet. In dit protocol zijn alle signalen binnen en buiten de arena allemaal stabiel, net als in de omgeving van ons dagelijks leven (d.w.z. huizen, kantoren, parkeerplaatsen, enz.). Knaagdieren moeten zich dus herinneren waar iets het meest recent is gebeurd in een vertrouwde omgeving (Figuur 1B). De taak is analoog aan, maar een verbetering ten opzichte van, de delayed-matching-to-place (DMP) taak in het waterdoolhof19. Omdat het een eetlusttaak is, maakt het gebruik van het natuurlijke gedrag van knaagdieren om naar voedsel te zoeken20, in plaats van hun verlangen om uit het water te ontsnappen. Echter, net als in het waterdoolhof7, zijn er geen lokale aanwijzingen die onderscheid maken tussen juiste en onjuiste locaties; Dieren moeten terugroepen in plaats van herkenning gebruiken om de juiste locatie van de zandput te lokaliseren na verschillende geheugenvertragingen.

Figuur 1: Dagelijks geheugen. (A) Menselijk dagelijks geheugen. Schema met een groene auto die op een parkeerplaats geparkeerd staat. Na een vertraging probeert de chauffeur zich precies te herinneren waar ze haar auto heeft geparkeerd. (B) Dierlijk alledaags geheugen. Schema van een rat die een pellet graaft en ophaalt uit een zandput op een locatie binnen het evenemententerrein. Na een vertraging krijgt de rat een keuzeproef met meerdere onjuiste zandpotten (grijs) en één correcte zandbak (groen). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De evenementenarena is al met succes gebruikt in onderzoeken naar het 'alledaagse geheugen'. Dit zijn herinneringen die elke dag automatisch worden gecodeerd, in het langetermijngeheugen worden bewaard, maar vaak na relatief korte tijdsperioden worden vergeten. Bast et al.14 vertoonden een monotoon vertragingsafhankelijk gebeurtenisgeheugen, dat varieert van een uitstekend geheugen na korte intervallen tot kansniveau na 24 uur. Het behoud van het geheugen kan echter met succes worden verbeterd door nieuwigheid na de codering of, met meerdere coderingsproeven, met een grotere proefafstand15,17.
De evenementenarena is veelzijdig en relatief niet-stressvol; Er worden geen aversieve stimuli gebruikt. De grootte van de arena en de taken die erin worden ondergebracht, kunnen worden aangepast voor zowel ratten14,15 als muizen16. Als taak op het land is het ook vatbaar voor fysiologische registratie en calciumbeeldvormingsstudies, in tegenstelling tot het waterdoolhof21. Bovendien, in overeenstemming met de principes van de 3V's (reductie, verfijning, vervanging), vereisen studies die gebruik maken van de evenementenarena minder dieren om statistische power te verkrijgen, aangezien experimentele ontwerpen binnen de proefpersoon haalbaar zijn (waarbij elk dier dient als zijn eigen controle voor farmacologische interventies, optogenetische stimulaties, enz.) en er geen aversieve stimulatie nodig is voor motivatie. Hoewel de initiële training meer tijd kost en over meer sessies plaatsvindt dan bij bijvoorbeeld nieuwigheidsherkenningstaken, kunnen manipulaties zoals drugs-, voertuigcontrole of optogenetische stimulatie, zodra dieren een stabiel, asymptotisch niveau van taakuitvoering bereiken, worden afgewisseld met een relatief klein aantal aanvullende trainingssessies17. Bovendien komen verschillende facetten van representatie onder directe experimentele controle in de evenementenarena, zoals de aard van de ruimtelijke representatie die wordt gebruikt bij het oplossen van de taak.
De kwestie van representatie betreft het mentale kader dat ratten gebruiken bij het onthouden van waar recente gebeurtenissen plaatsvinden18. Weten ze nog waar het eten zich bevindt, of weten ze alleen hoe ze bij het eten moeten komen? Ratten kunnen allocentrische (kaartachtige) of egocentrische (lichaamsgerichte) ruimtelijke representaties gebruiken om een eetlusttaak in de arena op te lossen18. Om de ruimtelijke strategie van elke proefpersoon bij het uitvoeren van de taak te controleren en te identificeren, zijn er echter verschillende trainingsprotocollen die in staat zijn om selectief het gebruik van slechts één ruimtelijke representatie te bevorderen. Gewoonlijk wordt een egocentrische representatie gebruikt wanneer ratten hun voedselbeloning terugbrengen naar dezelfde locatie van waaruit ze de proef van de dag zijn begonnen, waardoor er verschillende mogelijkheden zijn om de beloningslocatie te onthouden tijdens heen en weer rennen. Deze ruimtelijke strategie kan worden toegepast ongeacht of de startlocatie van dag tot dag wordt gewijzigd of constant wordt gehouden. Daarentegen heeft een allocentrische vertegenwoordiging de voorkeur wanneer ratten voedselbeloning moeten dragen naar een vaste thuislocatie aan de zijkant van de arena, die anders is dan de wisselende startlocaties. Er zijn tal van voordelen van allocentrische representaties met betrekking tot de opslagcapaciteit van de hersenen.
In dit artikel hebben we het thuisbasisprotocol geschetst, dat het gebruik van alleen een allocentrische vertegenwoordiging aanmoedigt. We hebben representatieve resultaten voor deze taak geleverd, die duidelijk de voordelen illustreren van het gebruik van dit knaagdiermodel van 'alledaags geheugen' bij het onderzoek naar leren en geheugen en benadrukken hoe allocentrische representaties van episodisch-achtig ruimtelijk geheugen kunnen worden bevorderd.