Ten protokół mierzy przestrzenne uczenie się i pamięć za pomocą labiryntu Barnesa. Nowatorski paradygmat damy w niebezpieczeństwie służy do oceny aktywności lokomotorycznej i zachowań prospołecznych u myszy.
Method Article
Ten protokół mierzy przestrzenne uczenie się i pamięć za pomocą labiryntu Barnesa. Nowatorski paradygmat damy w niebezpieczeństwie służy do oceny aktywności lokomotorycznej i zachowań prospołecznych u myszy.
Labirynt Barnesa jest niezawodnym miernikiem przestrzennego uczenia się i pamięci, który nie wymaga ograniczeń żywieniowych ani ekspozycji na ekstremalnie stresujące bodźce. Labirynt Barnesa może również oceniać inne zachowania myszy, takie jak ogólna motywacja do ucieczki z platformy labiryntu i zachowania eksploracyjne. Labirynt Barnesa może zmierzyć, czy mutacja genetyczna lub zmienna środowiskowa może wpływać na nabywanie i przechowywanie wspomnień przestrzennych, a także dostarczyć informacji na temat strategii wyszukiwania stosowanej przez myszy. Tutaj używamy labiryntu Barnesa do wykrycia deficytu pamięci u dorosłych myszy po pojedynczym zdarzeniu rozwojowym ekspozycji na etanol. Nowo opisany paradygmat damy w opałach, wystawia samca myszy na kontakt z samicą myszy uwięzioną w komorze w otwartym środkowym polu areny. Daje to myszowi możliwość społecznego reagowania na uwięzioną samicę i wykazywania zachowań prospołecznych. Paradygmat damy w niebezpieczeństwie może być również wykorzystany do badania zachowania myszy na nowej arenie i pomiaru aktywności lokomotorycznej. Zarówno protokoły Barnes Maze, jak i Damsel-in-Distress wymagają minimalnych inwestycji finansowych, a większość aspektów testów można zbudować ze zwykłych materiałów laboratoryjnych. Te elastyczne i dostępne narzędzia mogą być również wykorzystywane do wykrywania zmian w zachowaniu w trakcie rozwoju.
Celem tego protokołu jest pomiar przestrzennego uczenia się i pamięci u myszy za pomocą labiryntu Barnesa, a także reakcji społecznej i lokomocji przy użyciu paradygmatu Damsel-in-Distress. Powszechnie stosowane testy uczenia się przestrzennego i pamięci u gryzoni obejmują labirynt ramienia promieniowego, który mierzy zdolność myszy do znajdowania ukrytego pożywienia w jednym ramieniu wieloramiennego aparatu, oraz labirynt wodny Morrisa, który umieszcza mysz w dużej wannie lub kałuży wody i ocenia, ile czasu zajmuje znalezienie ukrytej podwodnej platformy. Zazwyczaj trening dla tych paradygmatów obejmuje wiele prób i pozwala na pomiar zarówno wskaźników przyswajania wiedzy, jak i zapamiętywania poprzez próby pamięci krótkotrwałej i długotrwałej.
Chociaż labirynt z ramieniem promieniowym i labirynt wodny Morrisa są niezawodnymi sposobami testowania pamięci u gryzoni, stanowią one komplikacje dla niektórych badaczy. Oba labirynty wykorzystują deprywację lub silne bodźce awersyjne jako wzmocnienie1. Labirynt z ramieniem promieniowym wykorzystuje deprywację żywności, aby zapewnić, że gryzonie są odpowiednio zmotywowane do znalezienia nagrody w postaci jedzenia. W labiryncie wodnym Morrisa skutki stresu wywołanego wymuszonym pływaniem mogą zmienić wyniki w klasie myszy2.
Labirynt Barnesa to alternatywne zadanie z zakresu świadomości przestrzennej, które wymaga od gryzoni nauczenia się położenia, aby uciec z jasnej, otwartej powierzchni labiryntu3. Następnie stosuje się słabą stymulację awersyjną (światło lub dźwięk), aby zwiększyć prawdopodobieństwo, że myszy uciekną z platformy. Labirynt Barnesa nie wymaga deprywacji pokarmu, więc ilość przygotowania zwierząt jest mniejsza niż w labiryncie z ramieniem promieniowym. Może być stosowany bez konfliktu przez badaczy, którzy badają zachowania lub cząsteczki związane z jedzeniem, regulacją hormonalną lub szlakami podwzgórza.
Labirynt Barnesa ma również przewagę nad labiryntem wodnym Morrisa. Jest mniej stresujący niż labirynt wodny Morrisa, powodując mniej podwyższony poziom kortykosteronu u myszy4. Ponadto jest znacznie prostszy w montażu i wymaga mniej dedykowanego miejsca podczas procedury testowania i przechowywania.
Test Damsel-in-Distress to prosty dwuczęściowy eksperyment, który może ocenić aktywność lokomotoryczną, a następnie zachowania prospołeczne. Test Damsel-in-Distress ma na celu ocenę zachowań eksploracyjnych i reakcji społecznej samca gryzonia w odpowiedzi na uwięzioną samicę gryzonia. Powszechnie stosowaną metodą oceny towarzyskości (a także preferencji dla nowości społecznych) jest użycie trzykomorowego testu towarzyskości Crawleya, który ocenia wolny wybór myszy do spędzania czasu w pobliżu lub z dala od innych myszy5.
Podobnie jak w trzykomorowym teście towarzyskości Crawleya, test Damsel-in-Distress również mierzy wolny wybór dotyczący sposobu spędzania czasu w obecności innej myszy, ale dostarcza również pomiarów dla głębszych aspektów funkcjonowania społecznego: 1) W teście Damsel-in-Distress, uwięziona samica myszy jest trzymana w środku otwartego pola, więc potencjalna niechęć samca do otwartego pola jest przeciwstawiana jego popędowi do eksploracji społecznej. Zbadaj zestresowaną samicę współplemieńca. 2) Model Damsel-in-Distress zapewnia również sposób oceny zachowań prospołecznych i empatycznych w odpowiedzi na uwięzioną mysz, co nie było często badane u myszy.
Empatia zwierzęca jest zdecydowanie zauważalna i mierzalna, chociaż nie ma wielu paradygmatów do tego celu. Na przykład u szczurów uwięziony partner w klatce może wywołać stan motywacji prospołecznej, w którym szczury będą pracować, aby uwolnić uwięzione zwierzę. W rzeczywistości szczury zdecydują się pomóc uwięzionemu zwierzęciu jeszcze przed otwarciem podobnego pojemnika zawierającego czekoladową przekąskę, a następnie uzyskają dostęp do czekolady i podzielą się nią z nowo uwolnionym rat6.
Miary empatii u myszy zazwyczaj obejmują zadawanie bólu; rzeczywiście, myszy, które obserwują inne myszy w bólu, same są bardziej wrażliwe na ból7,8. Stres związany z powściągliwością jest zjawiskiem charakteryzowanym u gryzoni i został połączony z szokiem w celu zbadania reakcji na stres, jako jedna z miar empatii u myszy9,10.
Istnieją względy etyczne związane z wywołanym bólem lub szokiem, więc potrzebne są alternatywy wywołujące stres. Opracowaliśmy paradygmat damy w niebezpieczeństwie jako miarę empatycznego zachowania przy braku leczenia bólu lub wstrząsu. Myszy uwięzione w naszym protokole Damsel-in-Distress wykazują wyraźne oznaki niepokoju już po kilku chwilach, ponieważ nie są w stanie obrócić się w małym pojemniku, ale są nietknięte, dając innym myszom możliwość zareagowania na ich niepokój.
Aby rozpocząć ocenę Damy w Opałach, samiec myszy jest umieszczany na dużej nowej arenie, zawierającej mały pusty centralny cylinder. Zachowania eksploracyjne są rejestrowane przez kilka minut, w tym ile sekcji areny jest przekraczanych i ile czasu spędza się na centralnej otwartej przestrzeni. Metoda ta zapewnia szybki i łatwy sposób na wykluczenie deficytów lokomotorycznych jako potencjalnego czynnika zakłócającego w sytuacji uczenia się, która wymaga skoordynowanych ruchów do pomyślnego ukończenia. Stanowi również podstawową miarę tego, jak duża jest awersja do otwartego pola środkowego. Oba środki mogą mieć wpływ na wydajność labiryntu Barnesa.
Po wstępnej eksploracji, samiec jest usuwany z areny, a samica myszy jest umieszczana w zamkniętym, małym, przezroczystym centralnym cylindrze (podobnym do tego, którego używa się do pobierania krwi od myszy). Następnie oryginalny samiec myszy jest ponownie wprowadzany na arenę, a zachowanie eksploracyjne jest ponownie oceniane. Paradygmat damy w niebezpieczeństwie ocenia, czy mysz jest zainteresowana interakcją społeczną na podstawie zmian we wzorcach zachowań, gdy obecna jest uwięziona samica (oceniane na podstawie czasu spędzonego na środkowym kwadracie i liczby epizodów kopania) oraz czy mysz wykazuje zachowanie prospołeczne w stosunku do uwięzionej samicy (oceniane na podstawie liczby badań cylindra i zdarzeń kontaktowych z uwięzioną samicą). Test Damsel-in-Distress może być wykorzystany do pomiaru skłonności do nowości społecznych (podobnie jak trzykomorowy test towarzyskości Crawleya) w zależności od tego, czy badacze złapią w pułapkę znajomą, czy nową mysz.
Razem, eksperymenty z labiryntem Barnesa i Damą w Niebezpieczeństwie pozwalają na dokładną ocenę zdolności uczenia się myszy i reakcji społecznej przy braku wyjątkowo stresujących bodźców. Podobnie jak w przypadku wszystkich testów behawioralnych, eksperymenty te powinny być przeprowadzane z dużą wrażliwością na doświadczenia zwierząt, minimalizując dyskomfort odczuwany przez zwierzę.
Podobnie jak w przypadku większości labiryntów, różnice w aktywności lokomotorycznej mogą wpływać na wydajność labiryntu Barnesa, dlatego badacze powinni również oceniać aktywność lokomotoryczną, zwłaszcza podczas korzystania z labiryntu Barnesa do oceny uczenia się u myszy z mutacjami, które mogą upośledzać ruch (takich jak te znalezione w mysich modelach choroby Huntingtona, lub te narażone na toksyny, które mogą wywoływać nadpobudliwość lub opóźniać ruchy, takich jak etanol). Ponadto powierzchnie labiryntu i komór powinny być dokładnie oczyszczone, a ściółka zmieniona między każdym zwierzęciem, aby uniknąć zakłóceń zapachowych.
Co ważne, wszystkie materiały mogą być wytwarzane na miejscu przy minimalnych nakładach finansowych, a niewielki fizyczny ślad tych testów oznacza, że te eksperymenty mogą być replikowane w prawie każdym otoczeniu, co pozwala na dużą elastyczność. Ten rodzaj dostępności pozwala na prowadzenie rzetelnych badań naukowych w mniejszych instytucjach o ograniczonych zasobach lub w sytuacjach, w których konieczne jest szybkie zebranie danych pilotażowych w przypadku braku znaczącego wsparcia.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) z Hampden-Sydney College lub Randolph-Macon College (gdzie wcześniej wykonano pewne prace).
1. Podstawowa obudowa myszy
2. Testowanie labiryntu Barnes: Budowa
3. Testowanie labiryntu Barnesa: Procedura
UWAGA: Upewnij się, że wszystkie elementy labiryntu są czyszczone wodą i 70% roztworem etanolu przed i po każdej próbie, dając czas na całkowite wyschnięcie przed wznowieniem testów. Upewnij się, że masz przygotowane środki czyszczące, a także liczniki czasu na próby.
4. Testowanie labiryntu Barnesa: analiza danych
5. Testowanie dam w opałach: Budowa komory krępującej
6. Testy dam w opałach: Przygotowanie areny
7. Testy dam w opałach: eksploracyjna miara zachowania
8. Testy dam w opałach: miara reakcji społecznej
9. Testy dam w opałach: analiza danych
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Labirynt Barnesa
Aby zilustrować, jak można wykorzystać labirynt Barnesa, zbadaliśmy, czy pojedynczy wczesny kontakt z etanolem spowodował różnicę w uczeniu się w trakcie rozwoju myszy. Myszom C57Bl6/J wstrzyknięto roztwór etanolu o stężeniu 2,5 g / kg (n = 8) lub sól fizjologiczną (n = 6) dwa razy, w odstępie dwóch godzin, w 6. dniu po urodzeniu. Trenowaliśmy zwierzęta w labiryncie Barnesa w okresie do...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Labirynt Barnesa i eksperymenty z damą w niebezpieczeństwie są niedrogimi, szybkimi i stosunkowo łatwymi sposobami oceny uczenia się przestrzennego, aktywności lokomotorycznej i zachowań prospołecznych u myszy. Inne zalety to brak jawnych stresorów, bólu lub ograniczeń żywieniowych dla zwierzęcia. Podobnie jak w przypadku większości paradygmatów uczenia się/pamięci, wadą labiryntu Barnesa jest liczba prób wymaganych do tego, aby zwierzęta nauczyły się, gdzie znajduje się docelowa i weszły do niej.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
My w Hampden-Sydney College wyrażamy uznanie i wdzięczność Seanowi Waldenowi, Zachowi Leitnerowi, Hunterowi Lee i Antonowi Kheiraniemu za ich zaangażowanie w testowanie protokołów dla eksperymentów z labiryntem Barnesa i Damą w Opałach. Chcielibyśmy również podziękować Jamesowi Fosterowi z Randolph-Macon College za budowę labiryntu Barnes oraz Wydziałowi Biologii Randolph-Macon College za udostępnienie przestrzeni do testów.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| damsel-in-distress | |||
| 50 mL rurka stożkowa | Fisher Scientific | 14-432-22 | Będzie działać każda marka stożkowej rurki 50 ml |
| Gumki | Sprano Marka | n/a | Rozmiar 62, służące do przytrzymywania nasadek przytrzymanych do młotka ze sklejki |
| Grainger | 6R252 | Każdy standardowy młotek będzie działał | |
| gwoździem (rozmiar 8D) | Grainger | 4NFE3 | Paznokcie o podobnej wielkości powinny działać równie dobrze |
| nieprzezroczyste, topless plastikowe pudełko | AcmePlastics | CUT-TO-SIZE-ACRYLIC-CAST-BLACK-SHEET-2025 | Nieprzezroczyste tworzywo sztuczne, przycięte na wymiar (30 cm dł. x 19 cm szer. x 3-6 cm wys.). Można dodać stopień, aby zapewnić nie więcej niż 3,5 cm głębokości wejścia dla myszy. |
| kamera wideo (smartfon) | Nie dotyczy | dotyczy | Każdy smartfon wyposażony w aparat fotograficzny będzie działał |
| rękawice odporne na gryzienie | Kent Scientific GLVDYN02 | Każda marka oferująca odpowiednią | |
| przezroczystość ochronną arkusz | Zszywki | 954145 | Każda marka przezroczystego arkusza z tworzywa sztucznego będzie działać, używana do nacinania |
| Barnes Maze | |||
| Petri Dish | Corning | 353025 | Malowane natryskowo i używane jako osłony otworów w labiryncie Barnesa |
| Sklejka (3/4 cala) | LP Building Products | 22487 | Do budowy labiryntu Barnesa |
| Farba w sprayu | Krylon | 1274937 | Służy do malowania czapek szalek Petriego, biała farba służy do malowania sklejki |
| Haczyki na kubki (5/8 cala) | Ace Hardware | 5360615 | 2 używany po obu stronach powierzchni otworów brzusznych; Gumka owija się wokół haczyków, aby płasko przytrzymać nasadkę |
| Tablica plakatowa | Creatology | n/a | Używany na krawędziach labiryntu jako dodatkowe wskazówki |
| Żarówki | Phillips | n/a | Żarówka 100W, używana podczas prób |
| Gumki recepturki | Sprano Marka | n/a | Rozmiar 62, używane do utrzymywania nasadek przytrzymanych do sklejki |
| Ultradźwiękowy generator hałasu | Victor mini PestChaser | M753SN | Używany jako awersyjny bodziec |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission