Pamięć robocza (WM) odpowiada krytycznej domenie poznawczej wymaganej do reprezentacji obiektów lub miejsc podczas zachowania ukierunkowanego na cel1. Alternatywnie, pamięć referencyjna (RM) jest wymagana do czasowo stabilnych reprezentacji tych obiektów lub miejsc. Pamięć robocza i referencyjna od dawna są oceniane u gryzoni przy użyciu paradygmatów labiryntu ramion promieniowych na lądzie2,3. Jednak zadania te często wymagają wcześniejszego treningu, ponieważ szczury nie są predysponowane do spontanicznego biegania po labiryncie. Może to znacznie wydłużyć czas potrzebny na wykonanie eksperymentu i może zakłócać wrażliwe na czas projekty podłużne. Inne ograniczenia naziemnego labiryntu z ośmioramiennymi ramionami obejmują wymagania dotyczące deprywacji żywności i trudności w kontrolowaniu zmian w sygnałach zapachowych pozostawionych w labiryncie po każdej próbie. Wiele z tych ograniczeń zostało przezwyciężonych dzięki zastosowaniu paradygmatu labiryntu wodnego Morrisa4, jednak historycznie projekty te ograniczały się do testowania pamięci referencyjnej i uczenia się przestrzennego (wyjątki5-9). Ośmioramienny radialny labirynt wodny jest zmodyfikowaną wersją ośmioramiennego radialnego labiryntu lądowego, który został wykorzystany do oceny zarówno pamięci referencyjnej, jak i roboczej u szczurów i myszy5-7. W przeciwieństwie do tradycyjnych labiryntów lądowych, ośmioramienny radialny labirynt wodny nie wymaga pozbawiania pokarmu, minimalizuje potencjalne mylące sygnały zapachowe i wykorzystuje motywację badanych do ucieczki jako skuteczny sposób oceny pracy i odniesienia do uczenia się i pamięci jednocześnie, bez konieczności wstępnego treningu5-7.
Jednym z zastosowań tego paradygmatu jest testowanie deficytów pamięci roboczej po uszkodzeniu mózgu u noworodka. Badania na ludziach wykazały, że wcześniaki zagrożone uszkodzeniem mózgu wykazują deficyty pamięci roboczej w późniejszymżyciu10,11. Uszkodzenie mózgu u noworodków można modelować u gryzoni poprzez wywołanie niedotlenienia/niedokrwienia (HI) we wczesnym okresie rozwoju pourodzeniowego12-15. Co ważniejsze, deficyty w uczeniu się przestrzennym i pamięci operacyjnej występujące u niemowląt z grupy ryzyka są równoległe u gryzoni korzystających z labiryntu wodnego ramienia promieniowego, co czyni go solidnym modelem do badania takich zaburzeń8,9. Ośmioramienny promienisty labirynt wodny pozwala również na jednoczesną kwantyfikację pamięci referencyjnej i roboczej, dzięki czemu idealnie nadaje się do porównywania osób z uszkodzeniem mózgu i bez urazów w modelach wrażliwych na czas (np. podczas dyskretnych wdów rozwojowych) lub do projektów podłużnych z przeciwwagą.
W tym protokole opisujemy procedury testowe z wykorzystaniem ośmioramiennego radialnego labiryntu wodnego (zobacz Rysunek 1) oraz przykładowe dane dla szczurów z i bez urazu niedotlenieniowo-niedokrwiennego noworodka. Niedotlenienie i niedokrwienie (HI) zostało wywołane w 7 dniu po urodzeniu po kauteryzacji prawej tętnicy szyjnej wspólnej i 120 minutach 8% ekspozycji na tlen. Ta procedura chirurgiczna jest szeroko stosowana do modelowania patologii wcześniactwa i uszkodzenia mózgu u noworodków (szczegóły patrz12,13,16,17). Pokazujemy, że paradygmat labiryntu wodnego ramienia promieniowego ujawnia deficyty pamięci referencyjnej i zdolności pamięci roboczej po urazie HI u noworodków. W obecnym protokole pamięć referencyjna jest oceniana za pomocą czterech specyficznych ramion ośmioramiennego radialnego labiryntu wodnego, które pozostają stałe w stosunku do dodatkowych wskazówek labiryntu przez cały czas trwania testów. Te ramiona nigdy nie zawierają platformy ucieczki, dlatego wpisy przedmiotów do tych ramion odzwierciedlają słabą wydajność pamięci referencyjnej i deficyty w długotrwałym uczeniu się. Pozostałe cztery ramiona zawierają platformy ewakuacyjne na początku dnia, jednak każda platforma jest usuwana, gdy zwierzę pomyślnie wejdzie w ramię i ucieknie z wody5-7. Wymaga to od zwierzęcia zapamiętania, w które ramiona weszło w ciągu czterech kolejnych prób, co zwiększa zapotrzebowanie na pamięć roboczą w miarę usuwania każdej dodatkowej platformy. Pamięć robocza jest oceniana poprzez badanie ponownych wejść do ramion poprzednio używanych do ucieczki w ciągu tego samego dnia testowego lub ponownych wejść do ramion pamięci referencyjnej. Dodatkowo projekt ten wykorzystuje wskazówki poza labiryntem do zlokalizowania platform ewakuacyjnych odzwierciedlających uczenie się przestrzenne zależne od hipokampa. Ta metoda oceny błędów pamięci roboczej i referencyjnej była pierwotnie stosowana przez Jarrarda i wsp.18 i od tego czasu jest szeroko stosowany do oceny modeli gryzoni zaburzeń neurologicznych związanych ze starzeniem się, trudnościami w uczeniu się i manipulacjami hormonalnymi5,6,7,19,20.
Głównym celem tego paradygmatu jest ocena pamięci referencyjnej i roboczej, dlatego projekt ośmioramiennego radialnego labiryntu wodnego nie powinien być ograniczony do testowania deficytów spowodowanych rozwojowym uszkodzeniem mózgu. Zamiast tego wcześniejsze badania wykorzystujące ten paradygmat pokazują, że różne modele gryzoni mogą być oceniane w celu oceny patologii uczenia się i pamięci w wielu kontekstach eksperymentalnych5,6,7,18,19,20.