Artykuł metodologiczny

Zadanie związane z przestrzenną pamięcią roboczą dla myszy w półautomatycznym 8-ramiennym labiryncie promieniowym, zmniejszające skojarzenia pamięci lękliwej w labiryncie

DOI:

10.3791/66456

⸱

29 lipca 2025

 ,  ,  , 
1The Wolfson Institute for Biomedical Research, University College London, 2Gerald Choa Neuroscience Institute, The Chinese University of Hong Kong

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Większość eksperymentów behawioralnych dla gryzoni została pierwotnie opracowana dla szczurów. Ze względu na różnice behawioralne między szczurami a myszami, czasami wymagane są modyfikacje dla myszy. Przedstawiamy metodę badania przestrzennej pamięci roboczej u myszy, minimalizującą stres podczas zadania pamięci roboczej.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł o metodzie szczegółowo opisuje protokół testowania przestrzennej pamięci roboczej u myszy za pomocą półautomatycznego promieniowego 8-ramiennego labiryntu (RAM). RAM jest częściowo zamkniętym aparatem z 8 poziomymi, równomiernie rozmieszczonymi ramionami rozchodzącymi się promieniście z centralnego piasty, z którego dostęp do każdego ramienia może być kontrolowany indywidualnie przez zmotoryzowane drzwi sterowane serwomechanizmem. Zwierzęta zaczynają w centralnym węźle i mogą eksplorować labirynt, aby zdobyć nagrodę w postaci jedzenia na końcu każdego ramienia lub wybranego ramienia. Zadanie pamięci RAM zostało pierwotnie zaprojektowane dla szczurów, ale dostosowaliśmy protokół dla myszy, na przykład poprzez włączenie większej liczby kroków przyzwyczajenia. W naszym protokole wszystkie ramiona są początkowo nęcone słodzonym skondensowanym mlekiem, a myszy są kolejno wpuszczane do czterech pseudolosowo wybranych ramion, aby zebrać nagrody ("wymuszony bieg") przed otwarciem wszystkich drzwi razem, aby umożliwić myszom swobodne bieganie i znalezienie pozostałych czterech nagród ("darmowy bieg"). Między przebiegami wymuszonymi i swobodnymi wprowadza się 5-sekundowe opóźnienie, aby rzucić wyzwanie pamięci roboczej; Błąd jest rejestrowany, jeśli mysz wejdzie w dowolną, wcześniej odwiedzoną broń arm podczas swobodnego biegu. Zadanie jest zakończone, gdy wszystkie nagrody zostaną odzyskane. Po 6 dniach przyzwyczajenia i 9 dniach treningu w labiryncie samce myszy C57BL/6 regularnie osiągają ≥ 80% dziennego wskaźnika sukcesu, zdefiniowanego jako 4/(4+E), gdzie E to liczba błędów. To półautomatyczne zadanie można w zasadzie połączyć z metodami monitorowania in vivo, takimi jak elektrofizjologia, mikroskopia wielofotonowa lub obrazowanie wapnia.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pamięć robocza1 to proces poznawczy, który może przechowywać ograniczoną ilość informacji przez krótki czas, podczas gdy jest ona manipulowana i wykorzystywana w planowaniu i wykonywaniu zadań umysłowych, takich jak zapamiętywanie numeru telefonu lub trasy do miejsca docelowego z innego miejsca. Jest to ściśle związane z inteligencją płynną, czyli zdolnością do szybkiego rozumowania i abstrakcyjnego myślenia. Uważa się, że trening pamięci roboczej może poprawić inteligencję płynną2. Pamięć robocza ma zatem kluczowe znaczenie dla badań naukowych.

Najpopularniejsze eksperymenty behawioralne na gryzoniach zostały pierwotnie opracowane dla szczurów w latach 80., a obecnie badacze często stosują te protokoły na myszach. Istnieją jednak stałe różnice w zachowaniu między szczurami a myszami3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Szczególnie radzenie sobie ze strachem jest ważnym czynnikiem, który może wpłynąć na wyniki eksperymentów, ponieważ myszy są bardziej podatne na stres w porównaniu ze szczurami3,4,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę różnice podczas stosowania tych protokołów u myszy. W naszym protokole staraliśmy się zminimalizować czynniki stresogenne podczas zadania pamięci roboczej w labiryncie ramienia promieniowego. Dokonano tego poprzez staranne wyczucie czasu zamknięć drzwi za pomocą oprogramowania do śledzenia myszy i sterowania labiryntem. Uniknięto również łapania myszy pod koniec sesji w centralnym hubie. Takie podejście pozwoliło myszom wybrać następne ramię bez kojarzenia lokalizacji ze strachem przed złapaniem. Zwlekanie ze schwytaniem myszy do momentu, gdy wszystkie nagrody zostaną zebrane w labiryncie, zapewniało, że ostatnia nagroda nie była związana z doświadczeniem złapania.

Labirynt z lądowym ramieniem promieniowym (RAM) jest popularnym i powszechnie używanym urządzeniem do oceny przestrzennego i nieprzestrzennego uczenia się i pamięci, a także do testowania pamięci roboczej i referencyjnej u gryzoni. Jest to jeden z najpopularniejszych aparatów do uczenia się przestrzennego i zapamiętywania u myszy20,21,22. RAM wykorzystuje naturalną skłonność gryzoni do eksploracji labiryntu, znajdowania nowości i uczenia się informacji przestrzennych na zasadzie prób i błędów, a także do żerowania. Tendencję tę można wzmocnić, ograniczając ich dietę i nagradzając je preferowanym jedzeniem w labiryncie. Obecnie stosuje się kilka wariantów aparatu RAM, np. z 6, 8, 12 lub 16 ramionami i częściowo zamkniętym lub otwartym/podwyższonym aparatem23,24,25. Większość współczesnych protokołów opiera się na protokole Olton et al.20,26, ale używaj prostszych (6- lub 8-ramiennych) labiryntów9,24,27,28,29. Testowanie pamięci roboczej w labiryncie ramion promieniowych (6 lub 8 ramion) jest potężniejsze niż w labiryncie T (2 ramiona), ponieważ zwierzęta mają więcej opcji ramion do zbadania.

Oryginalny RAM został zaprojektowany przez Oltona i Samuelsona20 do oceny uczenia się przestrzennego i pamięci u szczurów za pomocą przynęt pokarmowych dla pozytywnego wzmocnienia, w przeciwieństwie do labiryntów wodnych, takich jak labirynt wodny Morris i 8-ramienny radialny labirynt wodny, które wykorzystują negatywne wzmocnienie, tj. zanurzenie w wodzie20,30,31,32. Olton i Samuelson20stwierdzili, że szczury mają doskonałe wspomnienia z miejsc, gdy przechodzą przez pamięć RAM. Wykazali, że hipokamp bierze udział w przetwarzaniu informacji przestrzennych. W związku z tym wprowadzili koncepcję systemu podwójnej pamięci, składającego się z pamięci roboczej i referencyjnej u gryzoni. Ten system podwójnej pamięci został wcześniej zasugerowany przez Honig36 na podstawie eksperymentów z gołębiami. Olton i in. odkryli, że funkcja hipokampa jest niezbędna dla pamięci roboczej. Osiągnięto to poprzez wykonanie zmian w obszarze śródwęchowym, ciele fimbrii-fornix, przed hipokampem, przegrodą lub sklepieniem postcommissuralnym, aby zakłócić każde z głównych połączeń włókien zewnętrznych formacji hipokampa26,33,34,35. Zmiany w otworze i fimbrii nie wpływały na pamięć referencyjną26.

W nowoczesnych protokołach, zwierzęta są przyzwyczajane do środowiska, pozwalając im swobodnie eksplorować labirynt przez 10-15 minut dziennie przez 3 kolejne dni, po czym następuje trening labiryntu przez 1-3 tygodnie z preferowanym jedzeniem na końcu wszystkich ramion lub ustalonym wybranym ramionom, testując pamięć roboczą lub pamięć roboczą i pamięć odniesienia w tym samym eksperymencie, odpowiednio9,29,37.

Często te protokoły nie są w pełni opisane, a różnice behawioralne między szczurami a myszami nie są dobrze przemyślane. Tutaj szczegółowo przedstawiamy nasz protokół i doświadczenie, zwłaszcza jak uniknąć kojarzenia przerażających doświadczeń z miejscami i czasem w oparciu o różnice w radzeniu sobie ze strachem między szczurami a myszami. Ten protokół jest przeznaczony dla naukowców, którzy chcą badać przestrzenną pamięć roboczą i stosować ją do elektrofizjologii, obrazowania w czasie rzeczywistym i histologii przy użyciu myszy.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie eksperymenty na myszach zostały wstępnie zatwierdzone przez Komitet Etyczny UCL i zatwierdzone na mocy Ustawy o Zwierzętach (Procedury Naukowe) z 1986 roku i późniejszej legislacji rządu Wielkiej Brytanii.

1. Przygotowanie programów do automatycznego sterowania labiryntem w aplikacji

UWAGA: Użyto zautomatyzowanego labiryntu z ramieniem promieniowym, jak pokazano na rysunku Rysunek 1A-C, oraz układu pomieszczenia w Rysunek 1D.

  1. Przygotuj eksperymentalny przepływ pracy dla zamykania drzwi zgodnie z opisem w Rysunek 2.
  2. Ustaw początek etapu habituacji 1 (Rysunek 2A) w aplikacji. Aby to zrobić, wykonaj poniższe czynności.
    1. Ustaw początek wersji próbnej i nagrań wideo, a następnie zamknij wszystkie ramiona w oprogramowaniu. 5 s po tym, jak oprogramowanie rozpozna mysz w centralnym centrum labiryntu, rozpoczyna śledzenie i otwiera wszystkie drzwi.
    2. Gdy mysz znajdzie się w ramieniu i znajdzie się w odległości 4 cm od najbliższych drzwi centralnej piasty, zamknij wszystkie drzwiczki. Następnie, zaraz po zamknięciu wszystkich drzwiczek, otwórz drzwiczki ramienia, które wybrała mysz.
    3. Gdy mysz powróci do centralnego koncentratora, zamknij drzwiczki i ogranicz ją do centralnej piasty na 5 sekund. Powtarzaj to przez 30 minut.
    4. Zatrzymaj nagrywanie i śledzenie wideo po upływie 30 minut, a mysz powróci do centralnego koncentratora.
      UWAGA: Pozwól myszy swobodnie eksplorować labirynt według własnego uznania.
  3. Etap habituacji 2 (Rysunek 2B)
    1. Ustaw początek próby i nagrywania wideo w powiązanym oprogramowaniu i zamknij wszystkie drzwi.
    2. 5 s po tym, jak oprogramowanie rozpozna mysz w centralnym piaście labiryntu, rozpocznij jej śledzenie i otwórz wszystkie drzwi.
    3. Zakończ próbę, jeśli mysz wejdzie do każdego ramienia co najmniej dwa razy lub po 30 minutach, a następnie powróci do centralnego koncentratora. Pozwól myszy swobodnie eksplorować labirynt według własnego uznania.
  4. Etap habituacji 3 (Rysunek 2C)
    UWAGA: Ten etap jest połączeniem etapów 1 i 2.
    1. Ustaw oprogramowanie tak, aby rozpoczęło wersję próbną i nagrywanie wideo, a następnie zamknij wszystkie drzwi.
    2. Ustaw oprogramowanie tak, aby sterowało drzwiami labiryntu 5 sekund po tym, jak oprogramowanie rozpozna mysz w centralnym centrum. W tym momencie ustaw początek śledzenia i otwórz wszystkie drzwi.
    3. Zamknij wszystkie drzwiczki, gdy mysz znajdzie się w ramieniu i znajduje się w odległości 4 cm od najbliższych drzwiczek centralnej piasty. Następnie otwórz drzwi ramienia.
    4. Zamknij drzwi, gdy mysz całkowicie znajdzie się w centralnej piaście i ogranicz mysz w centralnej piaście na 3 sekundy. Powtarzaj tę sekwencję przez 30 minut lub do momentu, gdy mysz wejdzie do każdego ramienia przynajmniej raz.
    5. Ustaw koniec próby po spełnieniu warunku i gdy mysz całkowicie wejdzie do centralnego koncentratora.
      UWAGA: Pozwól myszy swobodnie eksplorować labirynt według własnego uznania.
  5. Zadanie pamięci roboczej (Rysunek 2D, E)
    1. Ustaw oprogramowanie tak, aby rozpoczęło próbę i nagrywanie, a następnie zamknij wszystkie drzwi.
    2. 5 s po tym, jak oprogramowanie rozpozna mysz w centralnym hubie, ustaw oprogramowanie tak, aby rozpoczęło śledzenie.
    3. Rozpocznij fazę wymuszonego uruchamiania. Przedstaw pseudo-losowo wybrane 4 ramiona jeden po drugim do myszki.
    4. Gdy mysz wejdzie do pierwszego ramienia i znajdzie się w odległości 3 cm od centralnej piasty, upewnij się, że drzwiczki zamykają się i zamykają ją w ramieniu na 15 sekund.
    5. Pozwól drzwiom się otworzyć i pozwól myszy wrócić do centralnego koncentratora.
    6. Zamknij drzwi, a następnie otwórz drugie ramię.
    7. Powtarzaj to aż do czwartego ramienia.
    8. Gdy mysz powróci do centralnego koncentratora po czwartym ramieniu fazy wymuszonego biegu, ogranicz ją do centralnego koncentratora na 5 s.
    9. Pozwól, aby wszystkie drzwi się otworzyły i rozpocznij fazę swobodnego biegu.
    10. Zakończ próbę, gdy mysz powróci do centralnego centrum po zebraniu wszystkich nagród/wejściu we wszystkie ramiona przynajmniej raz.

2. Przygotowanie klatek domowych do indywidualnego trzymania

  1. Skonfiguruj nowe klatki przy użyciu standardowych materiałów zagnieżdżających do nowego eksperymentu.
    1. Umieść nową ściółkę, trociny, papierowe igloo, papierowy tunel, papierowe paski do gniazdowania i drewniany klocek do gryzienia w nowych klatkach dla każdej myszy na czas eksperymentu.
    2. Umieść pojemnik na żywność i zamknij pokrywę.
      UWAGA: Myszy mogą uszkodzić części wentylacyjne, jeśli nie mają one zasobnika na żywność.

3. Obsługa, ważenie i ograniczenie diety w pomieszczeniu dla zwierząt (Dzień -7 do Dzień 0)

  1. Delikatnie poprowadź mysz do papierowego tunelu dostarczonego w klatce domowej.
  2. Podnieś mysz z klatki zgrupowanej za pomocą tunelu do papieru38,39,40 ręką, przytrzymaj ją na wysokości klatki piersiowej przez kilka sekund. Alternatywnie, pozwól myszy dobrowolnie wspiąć się na rękę.
    UWAGA: Obchodzenie się ze zwierzętami przy minimalnym stresie jest niezbędne do eksperymentów behawioralnych. Nigdy nie podnoś ich za ogon, co jest stresujące dla myszy. Ważne jest również przyzwyczajenie myszy do eksperymentatora. Myszy muszą być dobrze przyzwyczajone i zrelaksowane, w przeciwnym razie nie będą się dobrze uczyć w labiryncie później.
  3. Zawsze trzymaj mysz przy użyciu tej samej metody obsługi. Umieść mysz na wadze, aby monitorować masę ciała i zapisz jej masę ciała.
    UWAGA: Nie stresuj myszy szybkimi ruchami ciała ani głośnymi dźwiękami. Lepiej jest to zrobić w cichym otoczeniu. W przeciwnym razie mogą zeskoczyć z wagi lub ręki eksperymentatora. Ponadto, jeśli myszy są zestresowane, mogą mieć zmrużone oczy, piszczeć i mogą ugryźć rękę eksperymentatora41,42.
  4. Po zważeniu włóż mysz do nowej przygotowanej wcześniej klatki.
  5. Umieść myszy na diecie z ograniczoną ilością na tydzień przed ekspozycją na labirynt ramienia promieniowego. To motywuje ich do przeszukiwania labiryntu w poszukiwaniu nagród w postaci jedzenia. Nagrodą w postaci jedzenia podczas eksperymentu jest rozcieńczone słodzone mleko skondensowane.
  6. Umieść 2 ~ 3 g standardowej karmy w klatce i utrzymuj masę ciała między 85 ~ 90% masy wyjściowej przez cały czas trwania eksperymentu.
    UWAGA: Myszy C57BL/6 jedzą codziennie 3-4 g standardowej karmy43.
  7. Obserwuj nocny spadek masy ciała jako wskazówkę w celu ujednolicenia ilości pokarmu, który należy podać następnego dnia. Od tego momentu podawaj wystarczającą dzienną ilość standardowej karmy, aby utrzymać 85-90% początkowej masy ciała przez cały czas trwania eksperymentu.
    UWAGA: Te zwierzęta muszą powoli tracić na wadze. Monitoruj ich masę ciała i mimikę twarzy, aby uniknąć stresu.
  8. Podaj 1 ml rozcieńczonego mleka skondensowanego (nagroda; słodzone mleko skondensowane : woda = 1 : 1) w małym plastikowym kubku w klatce domowej, aby przyzwyczaić myszy do końca etapu przyzwyczajenia 1. Upewnij się, że myszy zjadają nagrodę. Zmień pokarm nagrody, jeśli szczep myszy wykazuje neofobię w stosunku do prezentowanego pokarmu.
    UWAGA: Od etapu przyzwyczajenia 2 nie podawaj nagrody w klatce domowej. Jeśli masa ciała jakiejkolwiek myszy spadnie poniżej 80% masy początkowej, powinna ona zostać poddana eutanazji zgodnie z wytycznymi IACUC i obowiązującymi w danym kraju. Jeśli mysz nie znajduje się w normalnym zakresie masy ciała dla używanej linii myszy (20-30 g w wieku 8-12 tygodni) podczas pierwszego sprawdzenia masy ciała, nie należy jej uwzględniać w kohorcie, aby uniknąć trudności z utrzymaniem masy ciała w wymaganym zakresie w późniejszym czasie.

4. Przyprowadzanie myszy do pokoju testowego

  1. Użyj wózka, aby powoli przynosić myszy do pokoju do testowania zachowania.
  2. Pozostaw myszy w spokoju na wózku na 5 minut.

5. Konfiguracja pokoju

  1. Ustaw oświetlenie pomieszczenia oświetlacz centralny koncentrator pośrednio, o natężeniu 80 luksów z ciepłymi białymi żarówkami i odtwarzaj biały szum na poziomie 70 dB mierzonym na centralnym hubie. UWAGA: Wiadomo, że narażenie na biały szum o umiarkowanym natężeniu powoduje, że szczury osiągają lepsze wyniki w geometrycznie złożonym labiryncie44,45. Biały szum wydaje się robić coś więcej niż tylko maskować nieunikniony hałas w otoczeniu; Biały szum o natężeniu 70 dB zwiększa wychwyt choliny w kilku obszarach mózgu szczurów, w tym w korze przedczołowej, podwzgórzu i hipokampie (ale nie w prążkowiu)46 Wiadomo, że wydajność pamięci roboczej pamięci RAM zależy od integralności szlaków cholinergicznych między hipokampem, korą czołową i przodomózgowiem32,47. Wiadomo również, że zwierzęta używają zarówno dystalnych, jak i proksymalnych wskazówek wizualnych, aby dokładnie poruszać się w swoim otoczeniu. Jednak myszy polegają na dystalnych wskazówkach wizualnych bardziej niż na proksymalnych wskazówkach do nawigacji podczas uczenia się przestrzennego48. W tym eksperymencie proksymalne wskazówki wydrukowane na małym kawałku papieru zostały wprowadzone do tylnych ścianek wszystkich ramion 8-ramiennej pamięci RAM, ale nie zmniejszyły one zachowania łączenia łańcuchowego. Z drugiej strony, geometrycznie asymetryczne dystalne wskazówki wizualne (na suficie i ścianach pomieszczenia) zmniejszyły łańcuchowość i były niezbędne do nawigacji przestrzennej w pamięci RAM.

6. Etap przyzwyczajenia 1 - Bez nagrody (Dzień 1 - 2)

UWAGA: W labiryncie nie ma przynęty na żadne nagrody. Ten etap ma na celu przyzwyczajenie myszy do drzwi labiryntu i ich dźwięków.

  1. Rozpocznij śledzenie myszy i nagrywanie wideo, klikając przycisk Start w oprogramowaniu i przenosząc mysz do labiryntu bez stresowania go. Zrób to, poruszając się powoli i powoli zmieniając wysokość, gdy mysz znajduje się w dłoni eksperymentatora. Umieść mysz w centralnym hubie.
    UWAGA: Jeśli myszy trzęsą się na dłoni eksperymentatora, zwolnij ruchy. To znak strachu. Myszy poruszają się podczas 5-sekundowego okresu uwięzienia w centralnym węźle przed rozpoczęciem fazy wymuszonego biegu. Mogą być skierowane w dowolną stronę po umieszczeniu w centralnej piaście.
  2. Obserwuj zachowanie myszy na monitorze komputera umieszczonym daleko od labiryntu lub poniżej poziomu ściany labiryntu. Jeśli mysz próbuje uciec z labiryntu, wspinając się na ścianę, po prostu wstań z krzesła, aby pokazać istnienie eksperymentatora i idź w jego kierunku, monitorując jego wydajność. W najgorszym przypadku wepchnij mysz z powrotem do labiryntu.
    UWAGA: Zwykle myszy wracają do labiryntu po usłyszeniu odgłosu tarcia ubrań eksperymentatora, gdy się do niego zbliżają. Trzeba to zrobić szybko. Jeśli eksperymentator będzie kontynuował to, myszy pozostaną w labiryncie po etapach przyzwyczajenia od 1 do 3. Jeśli myszy nadal wyskakują z labiryntu, zaleca się usunięcie ich z dalszych eksperymentów i analiz.
  3. Po próbie zbierz mysz z ramienia labiryntu, pozwalając myszy dobrowolnie wspiąć się na rękę eksperymentatora, podczas gdy druga ręka zakrywa ramię, aby zapobiec zeskoczeniu z labiryntu.
  4. Zetrzyj odchody myszy i przetrzyj labirynt suchą chusteczką, aby usunąć wszelkie ślady nagród. Następnie przetrzyj wilgotną chusteczką i osusz labirynt suchą chusteczką (około 2 min).
  5. Rób to dla każdej myszy po kolei przez dwa dni.
    UWAGA: Po 30 minutach myszy mogły nie odwiedzić wszystkich 8 ramion labiryntu. Jest to normalne i nie stanowi problemu. Myszy mają tendencję do odwiedzania ramion w niesystematyczny, niesekwencyjny sposób i poruszają się ostrożnie, spędzając nierówne czasy w każdym ramieniu. Na tym etapie myszy mogą wspinać się po ścianach labiryntu i/lub wyskakiwać z labiryntu. Jeśli tak się stanie (np. mysz próbuje wspiąć się na ściany), zapobiegnij temu, upewniając się, że eksperymentator uświadamia mysz swoją obecność, zbliżając się do labiryntu i robiąc jakiś dźwięk, taki jak szelest ubrań. Dlatego może być wymagana uważna obserwacja zachowania myszy w pamięci RAM i szybkie działanie. Po kilku powtórzeniach tej procedury myszy pozostaną w labiryncie. Jeśli mimo wszystko mysz nie pozostaje w pamięci RAM podczas habituacji, usuń ją z analizy.

7. Etap przyzwyczajenia 2 - Nagrodzony (Dzień 3 - 4)

UWAGA: Ten etap ma na celu zachęcenie myszy do swobodnego eksplorowania labiryntu w poszukiwaniu nagród w postaci jedzenia.

  1. Umieść 70 μl nagrody w postaci jedzenia w każdym dołku na żywność w każdym ramieniu.
  2. Rozpocznij śledzenie myszy i nagrywanie wideo, klikając przycisk Start w oprogramowaniu, a następnie umieszczając mysz w centralnym hubie labiryntu, jak wyjaśniono w 6.1.
  3. Obserwuj zachowanie myszy na monitorze komputera z odległego miejsca i zapisuj je w razie potrzeby, np. wspinając się na ścianę lub skacząc z labiryntu. Zakończ próbę, gdy mysz wejdzie do każdego ramienia co najmniej dwa razy lub po upływie 30 minut.
  4. Po próbie zbierz mysz z labiryntu w ramieniu, pozwalając myszy dobrowolnie wspiąć się na rękę eksperymentatora, podczas gdy druga ręka zakrywa ramię, aby zapobiec zeskoczeniu z labiryntu.
  5. Oczyść labirynt zgodnie z opisem w 6.4 (Etap przyzwyczajenia 1; około 2 min).
  6. Rób to dla każdej myszy po kolei dwa razy dziennie przez dwa dni.
    UWAGA: Na tym etapie myszy mogą wykazywać zachowanie łańcuchowe, ale nie ma potrzeby się martwić, ponieważ dodatkowe 4 wpisy ramienia w zadaniu pamięci roboczej mogą zniechęcić do tego ruchu. Na tym etapie myszy mogą zatrzymać się w ramieniu bez spożywania nagrody. W dniu 4 myszy powinny być bardziej wyszkolone niż w dniu 3, ale nadal mogą zatrzymać się w środku ramienia.

8. Etap przyzwyczajenia 3 - Nagrodzony (Dzień 5 - 6)

UWAGA: Ten etap ma na celu umożliwienie myszom przyzwyczajenia się do środowiska będącego kombinacją etapów 1 i 2.

  1. Zanęć wszystkie dołki pokarmowe 70 μl nagrody.
  2. Rozpocznij śledzenie myszy i nagrywanie wideo, klikając przycisk Start oprogramowania i umieszczając mysz w centralnym centrum labiryntu.
  3. Obserwuj zachowanie myszy na monitorze komputera z odległego miejsca, aż mysz wejdzie do każdego ramienia co najmniej raz lub nie upłynie 30 minut. Jeśli mysz próbuje uciec z labiryntu, działaj szybko, jak określono w Etapie Habituacji 1 (6.2).
  4. Po próbie usuń mysz z labiryntu, pozwalając jej dobrowolnie wspiąć się na rękę eksperymentatora, podczas gdy druga ręka zakrywa ramię, aby zapobiec wyskoczeniu z labiryntu.
  5. Oczyść labirynt zgodnie z opisem w 6.4 (etap przyzwyczajenia 1) (około 2 min).
  6. Rób to dla każdej myszy dwa razy dziennie przez dwa dni.
    UWAGA: Na tym etapie najlepiej jest usunąć z analizy wszelkie myszy próbujące uciec z labiryntu
    7. .

9. Zadanie pamięci roboczej - nagrodzone (Dzień 7 - Dzień 15)

  1. Zanęć wszystkie ramiona 40 μl nagrody. Umieść nagrodę w każdym dołku pokarmowym w pobliżu centralnego węzła, aby utrudnić myszom widzenie z centralnego węzła.
  2. Rozpocznij śledzenie i nagrywanie myszy, klikając przycisk Start oprogramowania, a następnie umieść mysz na centralnym koncentratorze labiryntu, nie obciążając go.
  3. Podczas 5-sekundowego zamknięcia w centralnym węźle odejdź i usiądź gdzieś z dala od labiryntu. Monitoruj zachowanie myszy i zapisz sekwencję ramienia, które mysz odwiedza w labiryncie (patrz Plik uzupełniający 1).
  4. Zatrzymaj sekwencję wizyty w ramieniu, gdy mysz zbierze wszystkie osiem nagród w postaci jedzenia, co jest końcem zadania pamięci roboczej, a następnie pozwól jej odwiedzić cztery dodatkowe ramiona.
    UWAGA: W ten sposób myszy mogą mieć trochę więcej czasu, zanim zostaną złapane, co pozwala myszom skupić się na zadaniu pamięci roboczej. Ten krok pozwala również myszom wzmocnić fakt, że nagrody nie są uzupełniane po zebraniu.
  5. Po czterech dodatkowych wizytach ramion wyjmij mysz z labiryntu pod koniec ostatniej wizyty ramienia, pozwalając jej wspiąć się na dłoń, jednocześnie zakrywając ramię drugą ręką.
    UWAGA: Nie łapiąc myszy w centralnym centrum, myszy nie będą kojarzyć złapania z centralnym węzłem, w którym myszy decydują, do którego ramienia udać się w następnej kolejności. Gdy myszy zapoznają się z zadaniem, w tym z dodatkowymi wizytami w ramionach, mogą swobodnie poruszać się w pobliżu ostatniej studzienki z jedzeniem lub spędzić trochę czasu w centralnym węźle. Powinni jednak zakończyć 4 dodatkowe wizyty w ramionach w ciągu 3 minut. Jeśli nie skończą go w ciągu 5 minut, odłóż go do klatki domowej.
  6. Wybierz następną klatkę, aby dostosować poziom pobudzenia, dotykając klatki, aby przejść do następnej próby.
  7. Oczyść labirynt zgodnie z opisem w 6.4 (etap przyzwyczajenia 1) (około 2 min).
  8. Przejdź do następnej myszy i powtórz to 6 razy dla każdej myszy po kolei przez 9 dni.
    UWAGA: Średni czas trwania czterech dodatkowych wizyt w ramionach powinien się wydłużyć w późniejszych próbach, ponieważ myszy uczą się rozpoznawać, kiedy nie są dostępne dalsze nagrody lub że nie ma nowych, nieodwiedzanych ramion, do których mogłyby się udać.

10. Punktacja

  1. Oblicz "dzienny wynik wskaźnika sukcesu" (%) = 4 (gole) / (całkowita liczba wpisów ramienia [4 + błędy]) x 100,
    UWAGA: Po wymuszonym biegu tylko cztery ramiona są wypełnione nagrodą, bramkami. Jeśli wejdą w ramię, które mysz odwiedziła w wymuszonym biegu, policz to jako jeden błąd, podobnie jak powtarzające się ręce w swobodnym biegu.
  2. Oblicz "doskonały wynik współczynnika prób" (%) w 6 próbach = [(liczba doskonałych prób) / 6 ] x 100
    UWAGA: Doskonały wynik oznacza, że nie ma błędu pamięci roboczej.
  3. Wybierz prędkość, odległość i przyspieszenie myszy w oprogramowaniu do analizy i oblicz średnie dla każdego dnia. Należy upewnić się, że z tych analiz wyłączone są cztery dodatkowe wizyty w ramieniu. Zmierz również czas trwania czterech dodatkowych wizyt w ramionach, przeglądając filmy ze śledzeniem myszy po eksperymencie.
    UWAGA: Myszy mogą wykonywać szybkie skręty natychmiast po wejściu w ramię. Nie licz i nie oceniaj tego jako wpisu, ponieważ jest to szybka korekta błędu, co oznacza, że pamięć robocza jest prawidłowa49. Jeśli jednak mysz przekroczy środek ramienia lub pozostanie w ramieniu dłużej niż 3 sekundy, policz i oceń wpis. Dzienne wskaźniki sukcesu wskazują na krzywe uczenia się myszy, a doskonałe wyniki współczynnika prób wskazują na skuteczność zachowywania pamięci roboczej.

11. Statystyki

  1. Jeśli badasz różnicę między kontrolką a linią myszy z nokautem, jak to zrobiono w poprzedniej publikacji50, wykonaj statystyki zgodnie z opisem poniżej.
    1. Porównaj uzyskane dane z grupy kontrolnej i eksperymentalnej za pomocą powtarzanych pomiarów, dwukierunkowej ANOVA z analizą post hoc (np. test Bonferroniego) [mierząc każdego uczestnika w 9 różnych punktach czasowych].
    2. Jeśli porównujesz grupy, przetestuj co najmniej 10, a najlepiej ~20 myszy w każdej grupie. Tam, gdzie efekt manipulacji genami, tworzenia zmian chorobowych lub leczenia farmakologicznego jest oczywisty, rozmiary próbek mogą być mniejsze do wniosku.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół został użyty w naszej poprzedniej publikacji, gdzie zapytaliśmy, czy nowe oligodendrocyty i osłonki mielinowe są niezbędne do wykonywania zadań przestrzennej pamięci roboczej przy użyciu myszy MyRF cKO i kontrolnej50. Odkryliśmy, że wydajność zadania pamięci roboczej uległa poprawie u myszy kontrolnych, ale nie u myszy MyRF cKO. Zadanie pamięci roboczej stymulowało i promowało proliferację i różnicowanie komórek prekursorowych oligodendrocytów (OPC) oraz mielinizację oligodendrocytów (OL) w obszarach mózgu związanych z przetwarzaniem pamięci roboczej u myszy typu dzikiego. Wykonaliśmy również zadanie naprzemienne z nagrodą w labiryncie T, aby ocenić przestrzenną pamięć roboczą. Zadanie to zostało wykonane w celu wykrycia niedoboru pamięci roboczej u myszy MyRF cKO. Nie zaobserwowano jednak istotnych różnic w analizie histologicznej między grupą myszy, która miała zadanie naprzemienne z nagrodą w labiryncie T, a grupą kontrolną w klatce domowej. Dlatego doszliśmy do wniosku, że przedstawiony tutaj protokół jest bardziej skuteczny niż zadanie naprzemienne z nagrodą T-maze do badania pamięci roboczej.

Każda mysz miała 6 prób zadania pamięci roboczej dziennie, które trwało w sumie jedną godzinę. W związku z tym protokół ten pozwolił na maksymalnie 8 myszy w kohorcie. We wczesnych dniach habituacji myszy spędzały nierówny czas w ramionach labiryntu, a ich ruchy były powolne. Długo pozostawali na końcu ramion. Do końca 5 dnia habituacji w labiryncie, spędzali różne czasy w ramionach labiryntu i mogli powrócić do centralnego węzła bez dotykania nagród (Rysunek 3A). Jednak szóstego dnia zwierzęta weszły do każdego ramienia co najmniej raz w ciągu 8-15 minut, spędziły podobny okres w każdym ramieniu, co wskazywało, że zwierzęta były przyzwyczajone do labiryntu i gotowe do zadania (Rysunek 3A, dzień 6 dolny rząd i Rysunek 3B).

Podczas etapów przyzwyczajenia, często stawali na swoich tylnych kończynach i patrzyli w górę z ramion lub centralnego centrum. Podobne zachowanie zaobserwowano podczas zadania pamięci roboczej, ale niekoniecznie poruszały się one w tym samym kierunku (np. 2 -> 3-> 5 -> 8 [zgodnie z ruchem wskazówek zegara] lub 8 -> 5 -> 3 ->2 [przeciwnie do ruchu wskazówek zegara]). Mogli zmienić swój kierunek (np. 5 -> 4 -> 6 -> 1). Poszczególne myszy nie miały wyraźnej tendencji do wybierania sekwencji ramion. Myszy mają tendencję do spędzania nieco więcej czasu na wybieraniu ostatniej nagrodzonej ręki niż pierwszej nagrodzonej ręki w swobodnym biegu. Było to prawdopodobnie spowodowane tym, że mieli cztery opcje do wyboru przy pierwszym wyborze w darmowej rundzie i tylko jedną opcję dla ostatniej nagrody. Pierwsze ramię w fazie wymuszonego biegu zaprezentowano myszom co najmniej 50 (15+15+15+5) s przed rozpoczęciem swobodnego biegu. Tak więc to zadanie pamięci roboczej nie było łatwe do wykonania bez błędów pamięci roboczej. Dodatkowy film 1 pokazuje mysz przechodzącą doskonałą próbę w 8 dniu treningu zadania pamięci roboczej.

Korzystając z obu systemów punktacji, stwierdziliśmy, że ich wydajność była prawie niezmienna przez pierwsze 3 dni 9-dniowego okresu testowania pamięci RAM, ale znacznie się poprawiła po tym czasie (Rysunek 4A, B). Po 6 dniach habituacji i 9 dniach treningu w labiryncie samce myszy C57BL/6 regularnie osiągały ≥ 80% dziennego wskaźnika sukcesu od 8 dnia, zdefiniowanego jako 4/(4+E), gdzie E to liczba błędów. Średni dystans pokonywany w biegach swobodnych skracał się z czasem, ale średnia prędkość i przyspieszenie były w miarę stałe z dnia na dzień (Rysunek 4C-F). Myszy mogły rozwinąć wspomnienie strachu przed złapaniem podczas czterech dodatkowych wizyt w ramieniu, co może być jednym z powodów, dla których myszy spędzały więcej czasu pod koniec eksperymentu (Ryc. 4G).

W tym protokole, etapy habituacji trwały 6 dni, co mogło prowadzić do dostosowania zegara biologicznego do eksperymentu, nawet jeśli cykl światła/ciemności nie został odwrócony w obiekcie dla zwierząt.

figure-results-1
Rysunek 1: Specyfikacje i funkcje pamięci RAM. (A) Widoki labiryntu z zamontowanego na suficie CCD i z boku, oraz wymiary. (B) Studzienka z jedzeniem była zanurzona 1.5 cm poniżej poziomu podłogi labiryntu, tak że myszy nie mogły zobaczyć jej zawartości z odległości >10 cm. (C) Ustawienie areny labiryntu. Pokazano centralną piastę i ramię 1-8. (D) Schemat pomieszczenia eksperymentalnego i zewnętrznych wskazówek wizualnych wraz ze zdjęciem pomieszczenia. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Schematy przepływu programów do kontroli labiryntu. (A) Etap habituacji 1 (dni 1 i 2). (B) Etap habituacji 2 (dzień 3 i 4). (C) Etap habituacji 3 (dzień 5 i 6). (D) Zadanie pamięci roboczej (dni 7-15). (E) Schemat paradygmatu zadania pamięci roboczej. Myszy przeszły przez pseudolosowo wybrane cztery wymuszone ramiona biegu, zostały zamknięte w centralnym hubie na 5 sekund, a następnie udały się na swobodny bieg, aby zebrać pozostałe nagrody. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Mapy ciepła i mapy gniazd ptaków podczas 6-dniowego przyzwyczajenia. (A) Mapy cieplne trajektorii myszy w dniach 1-6 przyzwyczajenia dla trzech myszy. W dniach przyzwyczajenia 3-6 myszy przechodziły dwie próby dziennie; Górne mapy cieplne pokazują pierwsze próby, a dolne pokazują drugie próby. (B) Mapy gniazd ptaków na dzień przyzwyczajenia 6. Trzy górne pokazują pierwsze próby, a trzy dolne pokazują drugie próby myszy 1, 2 i 3. Dolna tabela zawiera informacje o czasie trwania próby dla tych samych trzech myszy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Zadanie pamięci roboczej RAM. (A) Średnie dzienne wyniki wskaźnika sukcesu (%) obliczone według wzoru [4/(liczba wejść ramienia podczas darmowego biegu) x 100]. Wyniki z 6 badań zostały uśrednione dla jednego dnia. (B) Doskonałe wyniki prób w ciągu 9 dni zadania. (C) Poszczególne przebyte odległości i średnia. (D) Indywidualne prędkości biegu myszy w zadaniu i średnia. (E) Indywidualne przyspieszenia myszy i średnia. (F) Indywidualne spowolnienia myszy i średnia. (G) Indywidualny i średni czas trwania dodatkowych 4 wizyt w ramionach. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dodatkowe wideo 1: Mysz przechodzi doskonałą próbę w 8 dniu treningu pamięci roboczej. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 1: Przykładowy arkusz zapisu. Zapisz sekwencję wizyt ramienia, obserwując zachowanie myszy. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Trenowanie i testowanie pamięci roboczej w pamięci RAM
Pamięć robocza to proces poznawczy, który może przechowywać ograniczoną ilość informacji przez krótki czas, podczas gdy jest manipulowana i wykorzystywana do planowania i wykonywania zadania umysłowego. Przykładem może być zapamiętywanie kodu dostępu do drzwi w odległej lokalizacji lub zapamiętywanie ścieżki do określonego miejsca docelowego. Zadanie z podwójnym N-powrotem i zadanie rozpiętości przestrzennej są powszechnie stosowanymi zadaniami wzrokowo-przestrzennej pamięci roboczej, w których ludzie są proszeni o zapamiętanie lokalizacji, tożsamości i kolejności czasowej bodźców. Takeuchi i in. odkryli, że ilość treningu w udanych zadaniach pamięci roboczej u ludzi, które obejmują zadanie podwójnego N-back, koreluje ze zwiększoną anizotropią frakcyjną w przedniej części ciała modzelowatego w ich badaniu przy użyciu MRI51. W naszym wcześniejszym badaniu50, przy użyciu protokołu opisanego w tym artykule, stwierdziliśmy, że mielinizujące się oligodendrocyty wzrosły w przednim ciele modzelowatym i innych obszarach mózgu, które uważa się za zaangażowane w przetwarzanie pamięci roboczej, w tym w przedniej części kory obręczy, która uważa się za zaangażowaną w uwagę. Wzrost oligodendrocytów ściśle koreluje z wydajnością zadań związanych z pamięcią roboczą, co jest zgodne z badaniem na ludziach przeprowadzonym przez Takeuchi i wsp. 50,51,52. Jednak nadal konieczne jest zbadanie, czy istnieją podobieństwa w procesach psychologicznych między ludźmi a myszami (np. Elektrofizjologia). Pamięć robocza jest ściśle związana z uwagą. Koreluje ona z pomiarami "inteligencji płynnej" u ludzi i jest ważna dla uczenia się, a zatem ważne jest, aby się uczyć. Olton i Samuelson opisali 8-ramienny labirynt radialny (RAM) do treningu i oceny pamięci przestrzennej u szczurów20. W eksperymencie wolnego wyboru wyposażyli wszystkie ramiona labiryntu w 0,1 g karmy dla szczurów, która nie została uzupełniona podczas testu. Tak więc w jednym teście uzyskano tylko osiem nagród. Wszystkie ramiona były otwarte, a szczury miały natychmiastowy dostęp do wszystkich ramion podczas eksperymentu. Ponieważ nagrody w postaci jedzenia nie były uzupełniane, szczury musiały używać pamięci roboczej, aby uniknąć ponownego odwiedzania poprzednio odwiedzanych ramion, aby odzyskać jak najwięcej nagród przed końcem zadania. Każdy szczur został umieszczony w centralnym centrum na początku i mógł wejść do dowolnego ramienia do woli, aby odzyskać nagrodę w postaci jedzenia, dopóki nie dokonano 16 wyborów ramion lub nie upłynęło 10 minut. Olton i in. policzyli liczbę odrębnych ramion odwiedzonych przez szczury w ciągu pierwszych 8 wyborów i stwierdzili, że wszystkie szczury wybrały średnio więcej niż 7 odrębnych ramion w ciągu10 dni. Wypróbowaliśmy podobny protokół z myszami i stwierdziliśmy, że myszy, w przeciwieństwie do szczurów, wykazywały łańcuchowość przez kilka dni i nie zmieniały później swojej strategii, co obchodziło cel oceny ich pamięci roboczej. Mysz była zatem zamknięta w centralnym hubie między wizytami ramienia, mając nadzieję, że zamknięcie w centralnym hubie zapobiegnie zachowaniu łańcuchowemu.

Olton i in. zamknęli szczury w centralnym ośrodku na 1 minutę lub 15 sekund, aby zakłócić dowolną sekwencję wyborów. Uniemożliwiło im to przyjęcie zwykłej tendencji do ciągłego poruszania się po labiryncie, w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara20,53. Jeśli wybór któregokolwiek ramienia jest losowy, równie prawdopodobny i całkowicie niezależny od poprzednich wyborów, eksperyment jest przykładem klasycznego "problemu zajętości"20, a więc prawdopodobieństwo p(n,8) wyboru n odrębnych ramion w ciągu pierwszych ośmiu kolejnych wizyt w ramieniu wynosi: p(1,8)=4,8x10-7, p(2,8)=4,2x10-4, p(3,8)=0,019, p(4,8)=0,17, p(5,8)=0,42, p(6,8)=0,32, p(7,8)=0,067, p(8,8)=0,0024. Na podstawie tych prawdopodobieństw można obliczyć, że średnie prawdopodobieństwo wyboru odrębnej broni wynosi 5,3 (wartość oczekiwana = figure-discussion-1 = 5,25; 5,3/8 = 66%) na 8. Olton i wsp. stwierdzili, że w ciągu 10-dniowego okresu treningowego szczury wchodziły średnio w 5,7/8 odrębnych ramion (71%; zakres: 4,2-6,6) w dniach 1-5, zwiększając się do 7,6/8 odrębnych ramion (95%; zakres: 7,2-8,0) w dniach 6-10-20, co jest znacznie wyższe niż szansa. Wskazywało to, że szczury używały pamięci roboczej, aby uniknąć ramion zubożonych w żywność. Próbowaliśmy podobnego podejścia z myszami, ograniczając je do centralnego węzła na 5 sekund między wizytami w ramieniu. Myszy weszły średnio do 5,7/8 różnych ramion na 8-ramienne badanie w dniach 1-5 (71%; zakres: 5,2-5,8; jedenaście myszy C57BL/6) i 5,9/8 ramion w dniach 6-10 (74%; zakres: 5,7-6,5; jedenaście myszy C57BL/6). W związku z tym myszy nie były w stanie się uczyć lub uczyły się bardzo powoli, aby poprawić swoje wyniki w znajdowaniu nagrody znacznie powyżej poziomu szansy w ciągu 10 dni eksperymentu. W związku z tym powyższe protokoły uznano za nieodpowiednie dla myszy, decydując się zamiast tego na paradygmat "wymuszony bieg/swobodny bieg", podobny do tego opisanego dla szczurów przez Sasaki i wsp.27

W protokole Sasaki i wsp.27 wszystkie ramiona zostały zanęcone na początku eksperymentu, nagrody nie były uzupełniane, a każdy szczur był początkowo ograniczony do centralnego węzła otwartej, podwyższonej 8-ramiennej pamięci RAM. Następnie zostały one wypuszczone do każdego z 4 wstępnie wybranych ramion, po jednym ramieniu na raz, bez zamykania ich w ramionach i centralnej piaście między wizytami ramion ("wymuszony bieg"). Po wizycie naczwartym ramieniu szczur wracał do centralnego węzła, a wszystkie drzwi były natychmiast otwierane, aby umożliwić szczurowi odwiedzenie dowolnej broni do woli ("swobodny bieg"). Aby zebrać wszystkie pozostałe nagrody żywnościowe w najbardziej efektywny sposób podczas swobodnego wybiegu, zwierzęta muszą pamiętać i unikać wszelkich rąk, które już odwiedziły zarówno w wybiegach przymusowych, jak i swobodnych. Zastosowaliśmy bardzo podobne podejście (Rysunek 2E) z myszami. Dziesięciominutowe okresy habituacji na początku każdego dnia treningu RAM w Sasaki i wsp.27 zostały zastąpione pojedynczym 6-dniowym okresem habituacji przed treningiem. Kolejną wprowadzoną modyfikacją było umożliwienie myszom wykonania czterech dodatkowych wizyt w ramieniu pod koniec każdej próby, gdy wszystkie nagrody zostały odzyskane. Miało to na celu podkreślenie faktu, że nagrody nie są uzupełniane w wcześniej odwiedzonych broniach. Ponadto, ponieważ myszy uczą się "unikać żalu"54,55, może to zniechęcać do zachowań łańcuchowych w następnym badaniu, ponieważ takie zachowanie nie zostałoby nagrodzone podczas czterech dodatkowych wizyt w ramieniu bezpośrednio przed rozpoczęciem kolejnego badania. Innym powodem dodatkowych czterech wizyt w ramionach było uniemożliwienie myszom kojarzenia pomyślnego odzyskania wszystkich nagród z potencjalnie przerażającym doświadczeniem bycia złapanym przez eksperymentatora pod koniec zadania. Myszy mogły rozwinąć pamięć strachu, gdy zostały złapane podczas czterech dodatkowych wizyt w ramionach, co może być jednym z powodów, dla których spędziły więcej czasu pod koniec eksperymentu (Figura 4G). Rzeczywiście, myszy przerwały zachowanie łączenia łańcuchowego podczas dodatkowych czterech wizyt w ramionach, jeśli zrobiły to w badaniu. Co więcej, myszy były zamknięte w każdym ramieniu przez 15 s podczas wymuszonego biegu, a następnie w centralnym piaście przez 5 sekund, zanim otworzyły wszystkie drzwi, aby rozpocząć swobodny bieg. Bez ograniczania myszy w centralnym piaście, myszy miały tendencję do łączenia się łańcuchowo, jak opisano powyżej.

Do wymuszonego biegu wybraliśmy z zestawu pięciu 4-ramiennych sekwencji pseudolosowych, które zawierają 3 lub mniej sąsiednich ramion. Były to (1,3,5,7), (2,4,5,8), (1,4,5,7), (2,3,4,7), (1,2,5,6) i ich wariacje o różnych rzędach ramion i obrotach, numerujące ramiona od 1 do 8 zgodnie z ruchem wskazówek zegara od góry (Rysunek 1C). Każda mysz w kohorcie przeszła sześć prób (jedna próba = wymuszony bieg + 5 s uwięzienia w centralnym hubie + swobodny bieg) dziennie podczas 9-dniowego etapu po habituacji testu RAM. Podczas swobodnego biegu, jeśli mysz wykonała tylko cztery wizyty w ramionach, aby odzyskać wszystkie cztery nagrody pozostałe po wymuszonym biegu, nazywano to "doskonałą próbą". Ich wyniki w ciągu 9 dni treningu zostały określone ilościowo za pomocą "dziennego wskaźnika sukcesu", obliczonego jako 4/(4+E), gdzie E to liczba błędów podczas swobodnego przebiegu lub odsetek prób, które były "próbami doskonałymi" (tj. E=0). Na przykład, jeśli mysz potrzebowałaby 7 wizyt ramienia, aby odzyskać 4 pozostałe nagrody podczas darmowego biegu, to "dzienny wynik wskaźnika sukcesu" wynosiłby 4/7 = 0,57 lub 57%, a doskonała próba uzyskałaby 100% w tej skali; Jeśli mysz wykonała 5 doskonałych prób w tym dniu, doskonały wynik współczynnika prób wynosiłby 5/6 = 83,3%.

Dzienne wyniki sukcesu osiągnięte przez łańcuch zostały ręcznie obliczone dla każdego z 4-ramiennych wzorców wymuszonego biegu, które zostały zastosowane (poprzedni akapit), zakładając, że myszy rozpoczynają swój swobodny bieg losowo w dowolnym z 8 ramion pamięci RAM. Średni wynik w wielu próbach, który można osiągnąć za pomocą połączenia łańcuchowego, wynosi od 53% do 56% dla poszczególnych wzorców ramion z wymuszonym biegiem lub ~55% ogólnych wzorców ramion. Prawdopodobieństwo uzyskania idealnego wyniku (100%) przez połączenie łańcuchowe wynosi zero, a prawdopodobieństwo uzyskania losowych wizyt w ramieniu wynosi <1% (4/8 x 3/7 x 2/7 x 1/7 = 0,87%), zakładając, że myszy nigdy nie wrócą do ramienia, z którego właśnie wyszły. W związku z tym średnie dzienne wyniki sukcesu (>80%) i procent doskonałych wyników prób (>60%) osiągniętych przez nasze myszy w ostatnich 2 dniach 9-dniowego okresu testowania (Rysunek 4A,B) można było osiągnąć tylko konsekwentnie przy użyciu strategii opartej na pamięci roboczej.

Myszy, które były zaznajomione z zadaniem, miały tendencję do wałęsania się przy ostatnim dołku z jedzeniem lub w centralnym węźle, po skonsumowaniu wszystkich nagród, a także miały tendencję do spędzania więcej czasu na dodatkowych czterech wizytach ramion pod koniec zadania (Rysunek 4G), co sugeruje, że nauczyły się "zasady", że każde ramię zawiera jedną i tylko jedną nagrodę. a także, że mogli śledzić fakt, że odwiedzili wszystkie dostępne rodzaje broni. W przypadku myszy o innym tle genetycznym niż użyty tutaj (C57BL/6) wyniki mogą się różnić, ponieważ tło genetyczne ma znaczenie w eksperymentach behawioralnych 56,57,58. Jednak w naszym poprzednim badaniu50, przy użyciu myszy z mieszanym tłem C57BL / 6, CBA, 129P2, ale skrzyżowanym wstecznie z myszami C57BL / 6J, stwierdzono, że ich wydajność zadań pamięci roboczej uległa znacznej poprawie przy użyciu opisanego tutaj protokołu, przy czym mniej myszy uciekało się do łączenia łańcuchowego podczas swobodnego biegu. Koike i wsp.59 stwierdzili, że wszystkie 129 podszczepów myszy wsobnych ma polimorfizm delecji Disc-1 składający się z delecji 25 pz w eksonie 6 Disc-1, która powoduje przesunięcie ramki i skrócenie białka DISC-1, wpływając na jego funkcjonalność60,61. Mutacja ta spowodowała upośledzenie pamięci roboczej podczas badania z opóźnionym zadaniem naprzemiennym T-labiryntu59, kolejnym apetycznie motywowanym zadaniem labiryntu na zmianę wygraną, co może wyjaśniać, dlaczego myszy kontrolne użyte w naszym poprzednim badaniu50 miały nieco niższe wyniki pamięci roboczej niż myszy wsobne C57BL / 6. Zawsze używamy myszy, które mieszczą się w normalnym zakresie masy ciała dla ich wieku i odmiany, aby uniknąć trudności w utrzymaniu wagi między 85% a 90%. Wielkość miotu może wpływać na pamięć przestrzenną i zachowania podobne do lęku z powodu przekarmienia we wczesnym okresie życia szczepem o nazwie NMRI62. Mały rozmiar ściółki powoduje przekarmienie i zwiększoną masę ciała zarówno u szczepów myszy NMRI, jak i C57BL/6. Jednak te dwa szczepy rozwiązywały zadania związane z uczeniem się przestrzennym w różny sposób. Podczas gdy myszy C57BL / 6 nie wykazywały różnic między małą a kontrolną wielkością miotu, myszy NMRI wykazywały znaczne upośledzenie w fazie uczenia się z testem labiryntu wodnego Morrisa (MWM) i niewielkie upośledzenie ze spontanicznym zadaniem naprzemiennym labiryntu Y, chociaż nie było to znaczące. Co więcej, mały rozmiar miotu znacznie zmniejszył poziom białka neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego hipokampa (BDNF) i zwiększył zawartość białka w interleukinie-1b w hipokampie (IL-1b) po testach MWM i Y-maze w szczepie NMRI. Zmian tych nie zaobserwowano jednak w szczepie C57BL/6. Szczep NMRI myszy wykazywał znaczny wzrost zachowań lękowych i poziomu kortykosteronu wywołanego stresem, gdy były hodowane w małych miotach. W przeciwieństwie do tego, małe rozmiary miotu w przypadku szczepu C57BL/6 doprowadziły do zmniejszenia zarówno zachowań podobnych do lęku, jak i poziomu kortykosteronu. Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę wielkość miotu szczepu myszy podczas projektowania eksperymentów behawioralnych.

Różnice behawioralne między szczurami a myszami
Większość zadań poznawczych została pierwotnie zaprojektowana dla szczurów. Również uczenie się przestrzenne/pamięć była szeroko badana na szczurach. Ze względu na przewagę dzisiejszych technologii transgenicznych i modyfikacji genomu u myszy, naukowcy często stosują protokoły opracowane dla szczurów na myszach. Istnieją jednak stałe różnice behawioralne między szczurami a myszami 3,4,5,6,7. Na przykład mają różnice w preferencjach (preferencje społeczne szczurów i preferencje żywieniowe myszy)3 i stosują różne strategie do pokonywania różnych zadań w labiryntach (labirynty wodne lub lądowe)4. Ponadto myszy mają tendencję do osiągania lepszych wyników uczenia się przestrzennego w 8-ramiennej pamięci RAM 4,8,9, co jest jednym z powodów, dla których myszy są ogólnie uważane za gorsze od szczurów w zadaniach uczenia się przestrzennego.

Szczury i myszy różnią się również ogólnym zachowaniem/charakterem, w tym reakcjami na stres lub radzenie sobie ze strachem 3,4,5,6,7,10. Na przykład poprzednie badania wykazały słabe uczenie się wygaszania strachu u dorastających myszy 11,12,13,14, ale nie u szczurów 15,16,17,18. Ponadto myszy są bardziej podatne na stres i nie lubią być dotykane w porównaniu ze szczurami, które, gdy są zaznajomione z obchodzeniem się z nimi, najwyraźniej lubią być łaskotane przez przewodnika i próbują wchodzić w interakcje z opiekunami, aby uzyskać więcej łaskotania19. Dlatego zarządzanie strachem jest ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę podczas badania zachowania myszy. Co więcej, Borrow i wsp.63 stwierdzili, że przewlekły zmienny stres zmniejsza mRNA oksytocyny i zwiększa objętość somy neuronów oksytocyny w jądrze przykomorowym. Ponadto ostatnie badania wykazały, że obsługa tunelu może zmniejszyć stres i poprawić wydajność w eksperymentach behawioralnych 38,39,40. Dlatego ważne jest, aby unikać stresowania myszy podczas lub przed eksperymentami behawioralnymi.

Myszy nie lubią być wystawione na widok publiczny, na przykład w teście na otwartym polu lub w labiryncie na wysokości plus, preferując bardziej zamknięte i ciemniejsze miejsca64,65. W kontekście pamięci RAM centralny hub jest najbardziej otwartą przestrzenią i to stamtąd myszy decydują, które ramię odwiedzić w następnej kolejności. Jeśli są niespokojni w centralnym centrum, mogą być odciągnięci od zadania i wykonają poniżej normy. Z tego powodu zdecydowaliśmy się złapać myszy w jednym z ramion promieniowych (patrz część procedury), a nie w centralnym hubie, aby nie kojarzyły one huba z przerażającym doświadczeniem.

Podczas eksploracji 8-ramiennej pamięci RAM w poszukiwaniu nagród w postaci pożywienia, szczury wyłaniające się z danego ramienia mają tendencję do obracania się pod kątem prostym do następnej wizyty ramienia, pomijając ramię pośrednie, i rzadko odwiedzają ramiona sekwencyjnie (co nazywamy "łańcuchem"); Oznacza to, że szczury mają tendencję do odwiedzania w kolejności 1,3,5,7, a nie 1,2,3,4 20,53,66. W przeciwieństwie do tego, myszy często przyjmują strategię łączenia łańcuchowego, prawdopodobnie ze względu na ich rozmiar ciała i elastyczność. Strategia łączenia łańcuchowego jest dość opłacalnym sposobem na odzyskanie przez myszy nagród w postaci pożywienia, ale jest to znacząca wada dla eksperymentatora próbującego przetestować przestrzenną pamięć roboczą, ponieważ omija cel eksperymentu. Jednak narażenie na stres może wpływać na zdolność uczenia się i zmieniać strategię uczenia się68. Ponieważ podejście łańcuchowe może wskazywać na stres, ważne jest, aby upewnić się, że myszy nie są zestresowane. Opisujemy nasz obecny protokół jako bezstresowy dla myszy podczas zadania pamięci roboczej, ponieważ myszy nie stosują strategii łączenia łańcuchowego.

Wiadomo, że myszy polegają na dystalnych wskazówkach wzrokowych bardziej niż na proksymalnych wskazówkach wizualnych podczas poruszania się po labiryncie 48,69,70. Odkryliśmy, że włączenie dodatkowych proksymalnych wskazówek wizualnych, które zostały wydrukowane na kartkach papieru i umieszczone na tylnych ściankach wszystkich ramion, nie zmniejszyło takiego zachowania, co jest zgodne z twierdzeniem Oltona i in. dla szczurów20. Jednak umieszczenie nadajników na ramionach celu jako wskazówki wewnątrz labiryntu pomogło myszom bardziej niż wskazówki ekstralabiryntu w rozwiązaniu zadania 6-ramiennej pamięci referencyjnej labiryntu radialnego i testowaniu pamięci roboczej w jednym eksperymencie71. Co więcej, różne szczepy myszy wykazują różne zdolnościwzrokowe72, ale ich wzrokowo-przestrzenna zdolność uczenia się i pamięć testowane w labiryncie Barnesa niekoniecznie odzwierciedlały ich zdolności wzrokowe, co sugeruje, że myszy o słabych zdolnościach wzrokowych, takich jak BALB/c, mogą polegać na różnych procesach mózgowych. Dlatego eksperymentatorzy muszą rozważyć, jakich wskazówek chcą użyć, aby jak najlepiej pasowały do ich eksperymentów.

Zmniejszenie lęku u myszy podczas obchodzenia się z nim
Dobrze wiadomo, że radzenie sobie ze stresem wpływa na zwierzęta fizjologicznie i behawioralnie 73,74,75,76,77. Ponadto Sandi i inni wykazali, że upośledzenie pamięci przestrzennej spowodowane ostrym stresem wiąże się ze zmniejszoną ekspresją cząsteczki adhezji komórek nerwowych (NCAM) w hipokampie i korze przedczołowej, testując szczury w labiryncie wodnym zależnym od hipokampa przy użyciu kotki jako stresora między ostatnią próbą uczenia się a testem sondy78, co sugeruje, że hipokamp i kora przedczołowa są podatne na wysoki poziom stresu. Dlatego ważne jest, aby zmniejszyć stres/niepokój u zwierząt doświadczalnych, aby uniknąć niewyjaśnionych różnic w badaniach na zwierzętach i między nimi. Szczególnie zadania związane z pamięcią roboczą wymagają od zwierząt skupienia się podczas zadania, dlatego należy unikać niepotrzebnych zakłóceń. Opublikowane protokoły testowania pamięci roboczej u szczurów lub pamięci roboczej i pamięci referencyjnej razem często nie zawierają ważnych szczegółów, takich jak jak, kiedy i skąd eksperymentatorzy usuwają zwierzęta z labiryntu po zakończeniu zadania. Ponieważ myszy są mniej towarzyskie niż szczury z przewodnikiem i są bardziej podatne na stres, takie szczegóły są ważniejsze w eksperymentach na myszach. Gryzonie mogą rozwijać pamięć epizodyczną, która jest formą jawnej pamięci długotrwałej, która obejmuje pamięć czasu, miejsc i związanych z nimi emocji 79,80,81. Dlatego zdecydowaliśmy się nie usuwać myszy z labiryntu natychmiast po tym, jak zbiorą wszystkie nagrody w postaci jedzenia w pamięci RAM, ale zamiast tego pozwoliliśmy im na cztery kolejne wizyty w ramionach bez zdobywania nagród w postaci jedzenia. Zrobiono to, aby zapobiec kojarzeniu przez myszy pomyślnego odzyskania wszystkich nagród z potencjalnie przerażającym doświadczeniem bycia złapanym przez eksperymentatora, co jest ważne, szczególnie na wczesnym etapie uczenia się w pamięci RAM. Ponadto dodatkowe cztery wizyty ramion bez nagrody mogą wzmocnić fakt, że nagrody w postaci jedzenia nie są uzupełniane w ramionach, które myszy wcześniej odwiedziły. Jeśli obchodzenie się z nim nie jest zbyt stresujące dla myszy, częściej wchodzą w interakcje z eksperymentatorem38. Aby uniknąć stresu, podnieś mysz z jej klatki domowej na początku eksperymentu z pamięcią RAM za pomocą papierowej rurki w klatce domowej dostarczonej, gdy były oddzielone od klatki grupowej w eksperymencie38, lub pozwól myszy dobrowolnie wspiąć się na rękę eksperymentatora, podczas dotykania jej w klatce domowej przed eksperymentem i podczas przenoszenia jej z klatki domowej do labiryntu. Podczas odzyskiwania myszy z labiryntu pod koniec eksperymentu, nie ścigaj ich w labiryncie, ale zamiast tego zablokuj wejście do ramienia labiryntu jedną ręką i pozwól myszom wspiąć się na nie dobrowolnie, jednocześnie zakrywając ramię labiryntu drugą ręką, aby zapobiec wyskoczeniu myszy z labiryntu. Zmniejsza to stres związany z byciem ściganym w labiryncie lub złapanym za ogon. Eksperymentatorzy płci męskiej są czasami bardziej stresujący niż eksperymentatorzy, jeśli chodzi o myszy82. Jednak zwracając uwagę na opisane tutaj kroki redukujące stres, stwierdzono, że eksperymentatorzy płci męskiej mogą przeprowadzić testy pamięci RAM bez większych problemów. Dlatego ważniejsze jest to, jak obchodzić się z myszami.

Różnice płci
Tylko samce myszy są wykorzystywane w opisywanych tutaj eksperymentach ze względu na różny wpływ płci na poznanie, uczenie się i pamięć obserwowany u różnych gatunków (gryzonie i ludzie) oraz dlatego, że reakcje na radzenie sobie ze stresem różnią się między samcami i samicami 63,83,84,85,86,87 . Jednak przy interpretacji wyników uzyskanych na gryzoniach pod kątem możliwych korzyści dla ludzi, ważne jest, aby zbadać obie płcie. Wytyczne NIH i innych rad finansujących sugerują również wykorzystanie zarówno samców, jak i samic zwierząt.

Zalety protokołu
Nasz półautomatyczny 8-ramienny labirynt promieniowy to zamknięty labirynt z nieprzezroczystymi białymi akrylowymi ścianami, ale bez pokryw (wymiary znajdują się na rysunku 1A ). Podczas poruszania się po labiryncie myszy nie widzą eksperymentatora, co może rozpraszać uwagę w labiryntach z przezroczystymi ścianami lub otwartymi, uniesionymi ramionami, ale mogą widzieć dystalne wskazówki wizualne poza labiryntem (patrz Rysunek 1). Ponadto protokół ten ma w zasadzie zastosowanie do obrazowania in vivo w czasie rzeczywistym i elektrofizjologii, ponieważ nad labiryntem nie ma przewodów, a myszy mogą skutecznie uczyć się tego zadania.

Kierunki na przyszłość
Obecny protokół trwa 15 dni od przyzwyczajenia do zakończenia zadania pamięci roboczej. Protokół wykonywaliśmy bez przerw w weekendy; Jednak weekendowa przerwa po 6-dniowym przyzwyczajeniu nie powinna znacząco wpłynąć na następujące po sobie 9-dniowe zadanie pamięci roboczej. Zrobienie weekendowej przerwy podczas 9-dniowego zadania pamięci roboczej może spowolnić uczenie się u myszy. Tak więc posiadanie dwóch eksperymentatorów, którzy są dobrze przeszkoleni w obchodzeniu się z myszami, może pomóc zmniejszyć stres eksperymentatorów bez spowalniania uczenia się myszy. Zgodnie z rysunkiem 4A, B, pierwsze trzy dni są kluczowe, ponieważ myszy osiągają średnio więcej niż jedną doskonałą próbę po czwartym dniu. Dlatego wskazane jest unikanie przerw w ciągu pierwszych trzech dni. Jeśli zadanie pamięci roboczej jest zbyt łatwe dla interesujących Cię myszy, może być konieczne wydłużenie czasu ograniczania po wymuszonych przebiegach. Należy je dostosować do indywidualnych przypadków.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy naszym kolegom z Wolfson Institute for Biomedical Research za pomocne dyskusje oraz Davidowi Bannermanowi (University of Oxford) za porady dotyczące zachowania myszy i za przejrzenie wczesnego szkicu artykułu. Dziękujemy również Matthew Grist za wsparcie techniczne i administracyjne. Badania te zostały sfinansowane przez Wellcome Trust [108726/Z/15/Z i 214286/Z/18/Z] oraz Gerald Choa Neuroscience Institute [PJ8425013].

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kleszcze tętnicze lub szczypceDowolnaNie dotyczy Docięcia standardowej karmy
C57BL/6J myszylaboratoryjne Jackson0006642 ~ 3 miesiące
Mleko skondensowane (goździk)NestleNie dotyczyUżywane jako nagroda w zadaniu
Woda destylowanaDowolnanie dotyczyDo czyszczenia i rozcieńczania mleka skondensowanego
EthovisionXT13 NoldusN/A Kontrolujdrzwi labiryntu i mysz śledzącą
- Moduł wielu punktów ciałaNoldusNie dotyczy Dośledzenia wielu punktów ciała
- Próba i Sprzętowy moduł sterującyNoldusN/Ana próbę i Kontrola sprzętu
- skrzynka I/ONoldusN/A Kontrolujdrzwi labiryntu
Dodatkowe wskazówki wizualne ExtramazeDowolnaNie dotyczyDo mapowania labiryntu przez myszy
Kamera o wysokiej rozdzielczościTracksysNie dotyczyDo śledzenia i filmowania myszy
PędzelDowolnyNie dotyczyDo czyszczenia
Tunel papierowyDowolnaNie dotyczyDo obsługi myszy
Papierowe iglooDowolnaN/ADo zagnieżdżania
Papierowe paskiDowolnydotyczyDo zagnieżdżania
Pipetman P1000 GilsonF144059MDo dostarczania rozcieńczonego mleka skondensowanego do klatki domowej
Końcówka pipety P1000Dowolna
pipeta P200GilsonF144058MDo nęcenia labiryntu
Końcówka pipety P200DowolnaDowolna
Labirynt ramienia promieniowegoTracksysN/AWykonane na zamówienie
Lampy pokojoweDowolnaNie dotyczyDla równych Oświetlenie w labiryncie
Mały plastikowy kubekDowolnaNie dotyczyDo dostarczania rozcieńczonego mleka skondensowanego do klatki domowej
Głośniki do białego szumuDowolnaNie dotyczy Doodtwarzania białego szumu
Standardowa chowDowolnaNie dotyczyDo bibuły z ograniczeniami dietetycznymi
DowolnaNie dotyczy Doczyszczenia
soczewek VerifocalTracksysNie dotyczy5-50 mm, ręczne ustawianie ostrości, ręczna przysłona
Drewniany blok do gryzieniaDowolnaNie dotyczyDo zagnieżdżania
probówki wirówkowej 50 mlFalconFalcon™ 352070Do mieszania mleka skondensowanego z wodą destylowaną (1:1)
Nie

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Baddeley, A. Working memory. Science. 255 (5044), 556-559 (1992).
  2. Wang, L., Sheng, A., Chang, L., Zhou, R. Improving fluid intelligence of children through working memory training: The role of inhibition control. Front Psychol. 13, 1025036(2022).
  3. Reppucci, J. C., Brown, L. A., Chambers, A. Q., Veenema, A. H. Wistar rats and C57BL/6 mice differ in their motivation to seek social interaction versus food in the Social versus Food Preference Test. Physiol Behav. 227, 113162(2020).
  4. Whishaw, I. Q., Tomie, J. Of mice and mazes: similarities between mice and rats on dry land but not water mazes. Physiol Behav. 60 (5), 1191-1197 (1996).
  5. Cressant, A., Besson, M., Suarez, S., Cormier, A., Granon, S. Spatial learning in Long-Evans Hooded rats and C57BL/6J mice: different strategies for different performance. Behav Brain Res. 177 (1), 22-29 (2007).
  6. Hok, V., Poucet, B., Duvelle, E., Save, E., Sargolini, F. Spatial cognition in mice and rats: similarities and differences in brain and behavior. Wiley Interdiscip Rev Cogn Sci. 7 (6), 406-421 (2016).
  7. Bisby, M. A., Stylianakis, A. A., Baker, K. D., Richardson, R. Fear extinction learning and retention during adolescence in rats and mice: A systematic review. Neurosci Biobehav Rev. , 1264-1274 (2021).
  8. Mizuno, M., Yamada, K., Olariu, A., Nawa, H., Nabeshima, T. Involvement of brain-derived neurotrophic factor in spatial memory formation and maintenance in a radial arm maze test in rats. J Neurosci. 20 (18), 7116-7121 (2000).
  9. Rai, R., Singh, H. K., Prasad, S. A special extract of Bacopa monnieri (CDRI-08) restores learning and memory by upregulating expression of the NMDA receptor subunit GluN2B in the brain of scopolamine-induced amnesic mice. Evid Based Complement Alternat Med. 2015, 254303(2015).
  10. Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: is it a rat race. Dis Model Mech. 9 (10), 1079-1087 (2016).
  11. Hefner, K., Holmes, A. Ontogeny of fear-, anxiety- and depression-related behavior across adolescence in C57BL/6J mice. Behav Brain Res. 176 (2), 210-215 (2007).
  12. Pattwell, S. S., et al. Altered fear learning across development in both mouse and human. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (40), 16318-16323 (2012).
  13. Pattwell, S. S., et al. Dynamic changes in neural circuitry during adolescence are associated with persistent attenuation of fear memories. Nat Commun. 7, 11475(2016).
  14. Riddle, M. C., et al. Caloric restriction enhances fear extinction learning in mice. Neuropsychopharmacology. 38 (6), 930-937 (2013).
  15. Cruz, E., Lopez, A. V., Porter, J. T. Spontaneous recovery of fear reverses extinction-induced excitability of infralimbic neurons. PLoS One. 9 (8), e103596(2014).
  16. Barbayannis, G., et al. Differential effects of stress on fear learning and activation of the amygdala in pre-adolescent and adult male rats. Neuroscience. 360, 210-219 (2017).
  17. Chen, C. V., Chaby, L. E., Nazeer, S., Liberzon, I. Effects of trauma in adulthood and adolescence on fear extinction and extinction retention: advancing animal models of posttraumatic stress disorder. Front Behav Neurosci. 12, 247(2018).
  18. Schipper, P., et al. Impaired fear extinction recall in serotonin transporter knockout rats is transiently alleviated during adolescence. Brain Sci. 9 (5), 9050118(2019).
  19. Ishiyama, S., Brecht, M. Neural correlates of ticklishness in the rat somatosensory cortex. Science. 354 (6313), 757-760 (2016).
  20. Olton, D. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places passed - spatial memory in rats. J Exp Psychol Anim Behav Process. 2 (2), (1976).
  21. Kraemer, P. J., Gilbert, M. E., Innis, N. K. The influence of cue type and configuration upon radial-maze performance in the rat. Animal Learning & Behavior. 11, 373-380 (1983).
  22. Wenk, G. L. Assessment of spatial memory using the radial arm maze and Morris water maze. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8 (Unit 8 5A), (2004).
  23. Harper, D. N., Dalrymple-Alford, J. C., McLean, A. P. Production of a serial position effect in rats using a 12-arm radial maze. J Neurosci Methods. 44 (2-3), 197-207 (1992).
  24. Schmitt, W. B., Deacon, R. M., Seeburg, P. H., Rawlins, J. N., Bannerman, D. M. A within-subjects, within-task demonstration of intact spatial reference memory and impaired spatial working memory in glutamate receptor-A-deficient mice. J Neurosci. 23 (9), 3953-3959 (2003).
  25. Brown, M. F. The effects of maze-arm length on performance in the radial-arm maze. Animal Learning & Behavior. 18, 13-22 (1990).
  26. Olton, D. S., Papas, B. C. Spatial memory and hippocampal function. Neuropsychologia. 17 (6), 669-682 (1979).
  27. Sasaki, T., et al. Dentate network activity is necessary for spatial working memory by supporting CA3 sharp-wave ripple generation and prospective firing of CA3 neurons. Nat Neurosci. 21 (2), 258-269 (2018).
  28. Jew, K., et al. Selective memory and behavioral alterations after ambient ultrafine particulate matter exposure in aged 3xTgAD Alzheimer's disease mice. Part Fibre Toxicol. 16 (1), 45(2019).
  29. Harvey, R. E., Thompson, S. M., Sanchez, L. M., Yoder, R. M., Clark, B. J. Post-training inactivation of the anterior thalamic nuclei impairs spatial performance on the radial arm maze. Front Neurosci. 11, 94(2017).
  30. Morris, R. G. M. Spatial localization does not require the presence of local cues. Learning and Motivation. 12 (2), (1981).
  31. Buresova, O., Bures, J., Oitzl, M. S., Zahalka, A. Radial maze in the water tank: an aversively motivated spatial working memory task. Physiol Behav. 34 (6), 1003-1005 (1985).
  32. Buresova, O., Bolhuis, J. J., Bures, J. Differential effects of cholinergic blockade on performance of rats in the water tank navigation task and in a radial water maze. Behav Neurosci. 100 (4), 476-482 (1986).
  33. Olton, D. S., Walker, J. A., Gage, F. H. Hippocampal connections and spatial discrimination. Brain Res. 139 (2), 295-308 (1978).
  34. Olton, D. S., Werz, M. A. Hippocampal function and behavior: spatial discrimination and response inhibition. Physiol Behav. 20 (5), 597-605 (1978).
  35. Olton, D. S., Branch, M., Best, P. J. Spatial correlates of hippocampal unit activity. Exp Neurol. 58 (3), 387-409 (1978).
  36. Honig, W. K. Studies of Working Memory in the Pigeon. 38, 1 edn, (1978).
  37. Brolese, G., Lunardi, P., Lopes, F., Gonçalves, C. -A. Chapter 2 - Prenatal Alcohol Exposure and Neuroglial Changes in Neurochemistry and Behavior in Animal Models. , Academic Press. 11-22 (2017).
  38. Gouveia, K., Hurst, J. L. Reducing mouse anxiety during handling: Effect of experience with handling tunnels. PLoS One. 8 (6), e66401(2013).
  39. Gouveia, K., Hurst, J. L. Optimising reliability of mouse performance in behavioural testing: the major role of non-aversive handling. Sci Rep. 7, 44999(2017).
  40. Gouveia, K., Hurst, J. L. Improving the practicality of using non-aversive handling methods to reduce background stress and anxiety in laboratory mice. Sci Rep. 9 (1), 20305(2019).
  41. Ebbesen, C. L., Froemke, R. C. Body language signals for rodent social communication. Curr Opin Neurobiol. 68, 91-106 (2021).
  42. Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nat Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
  43. Tordoff, M. G., Pilchak, D. M., Williams, J. A., McDaniel, A. H., Bachmanov, A. A. The maintenance diets of C57BL/6J and 129X1/SvJ mice influence their taste solution preferences: implications for large-scale phenotyping projects. J Nutr. 132 (8), 2288-2297 (2002).
  44. Prior, H. Effects of the acoustic environment on learning in rats. Physiol Behav. 87 (1), 162-165 (2006).
  45. Prior, H., Schwegler, H., Ducker, G. Dissociation of spatial reference memory, spatial working memory, and hippocampal mossy fiber distribution in two rat strains differing in emotionality. Behav Brain Res. 87 (2), 183-194 (1997).
  46. Lai, H. Acute exposure to noise affects sodium-dependent high-affinity choline uptake in the central nervous system of the rat. Pharmacol Biochem Behav. 28 (2), 147-151 (1987).
  47. Granon, S., Poucet, B., Thinus-Blanc, C., Changeux, J. P., Vidal, C. Nicotinic and muscarinic receptors in the rat prefrontal cortex: differential roles in working memory, response selection and effortful processing. Psychopharmacology (Berl). 119 (2), 139-144 (1995).
  48. Hebert, M., Bulla, J., Vivien, D., Agin, V. Are distal and proximal visual cues equally important during spatial learning in mice? a pilot study of overshadowing in the spatial domain. Front Behav Neurosci. 11, 109(2017).
  49. Yamamoto, J., Suh, J., Takeuchi, D., Tonegawa, S. Successful execution of working memory linked to synchronized high-frequency gamma oscillations. Cell. 157 (4), 845-857 (2014).
  50. Shimizu, T., et al. Oligodendrocyte dynamics dictate cognitive performance outcomes of working memory training in mice. Nat Commun. 14 (1), 6499(2023).
  51. Takeuchi, H., et al. Training of working memory impacts structural connectivity. J Neurosci. 30 (9), 3297-3303 (2010).
  52. Wu, D., et al. Persistent neuronal activity in anterior cingulate cortex correlates with sustained attention in rats regardless of sensory modality. Sci Rep. 7, 43101(2017).
  53. David, S., Olton, C. C., Ann Werz Mary, Spatial memory and radial arm maze performance of rats. Learning and Motivation. 8 (3), 289-314 (1977).
  54. Steiner, A. P., Redish, A. D. Behavioral and neurophysiological correlates of regret in rat decision-making on a neuroeconomic task. Nat Neurosci. 17 (7), 995-1002 (2014).
  55. Sweis, B. M., Thomas, M. J., Redish, A. D. Mice learn to avoid regret. PLoS Biol. 16 (6), e2005853(2018).
  56. Sultana, R., Ogundele, O. M., Lee, C. C. Contrasting characteristic behaviours among common laboratory mouse strains. R Soc Open Sci. 6 (6), 190574(2019).
  57. Marchette, R. C. N., Bicca, M. A., Santos, E., de Lima, T. C. M. Distinctive stress sensitivity and anxiety-like behavior in female mice: Strain differences matter. Neurobiol Stress. 9, 55-63 (2018).
  58. Brooks, S. P., Pask, T., Jones, L., Dunnett, S. B. Behavioural profiles of inbred mouse strains used as transgenic backgrounds. I: motor tests. Genes Brain Behav. 3 (4), 206-215 (2004).
  59. Koike, H., Arguello, P. A., Kvajo, M., Karayiorgou, M., Gogos, J. A. Disc1 is mutated in the 129S6/SvEv strain and modulates working memory in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (10), 3693-3697 (2006).
  60. Gomez-Sintes, R., Kvajo, M., Gogos, J. A., Lucas, J. J. Mice with a naturally occurring DISC1 mutation display a broad spectrum of behaviors associated to psychiatric disorders. Front Behav Neurosci. 8, 253(2014).
  61. Clapcote, S. J., Roder, J. C. Deletion polymorphism of Disc1 is common to all 129 mouse substrains: implications for gene-targeting studies of brain function. Genetics. 173 (4), 2407-2410 (2006).
  62. Salari, A. A., Samadi, H., Homberg, J. R., Kosari-Nasab, M. Small litter size impairs spatial memory and increases anxiety- like behavior in a strain-dependent manner in male mice. Sci Rep. 8 (1), 11281(2018).
  63. Borrow, A. P., Bales, N. J., Stover, S. A., Handa, R. J. Chronic Variable Stress Induces Sex-Specific Alterations in Social Behavior and Neuropeptide Expression in the Mouse. Endocrinology. 159 (7), 2803-2814 (2018).
  64. Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nat Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).
  65. Võikar, V., Stanford, S. C. The Open Field Test. 190, Humana. New York, NY. 9-29 (2023).
  66. Haga, Y. Effects of food deprivation and food reward on the behavior of rats in the radial-arm maze. Jpn. Psychol. Res. 37 (4), 252-257 (1995).
  67. Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. ILAR J. 55 (2), 310-332 (2014).
  68. Schwabe, L. Stress and the engagement of multiple memory systems: integration of animal and human studies. Hippocampus. 23 (11), 1035-1043 (2013).
  69. Bannerman, D. M., et al. Dissecting spatial knowledge from spatial choice by hippocampal NMDA receptor deletion. Nat Neurosci. 15 (8), 1153-1159 (2012).
  70. Bannerman, D. M., et al. Hippocampal synaptic plasticity, spatial memory and anxiety. Nat Rev Neurosci. 15 (3), 181-192 (2014).
  71. Yoder, R. M., Kirby, S. L. Otoconia-deficient mice show selective spatial deficits. Hippocampus. 24 (10), 1169-1177 (2014).
  72. Wong, A. A., Brown, R. E. Visual detection, pattern discrimination and visual acuity in 14 strains of mice. Genes Brain Behav. 5 (5), 389-403 (2006).
  73. Meaney, M. J., et al. Early environmental regulation of forebrain glucocorticoid receptor gene expression: implications for adrenocortical responses to stress. Dev Neurosci. 18 (1-2), 49-72 (1996).
  74. Nunez, J. F., Ferre, P., Escorihuela, R. M., Tobena, A., Fernandez-Teruel, A. Effects of postnatal handling of rats on emotional, HPA-axis, and prolactin reactivity to novelty and conflict. Physiol Behav. 60 (5), 1355-1359 (1996).
  75. Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemp Top Lab Anim Sci. 43 (6), 42-51 (2004).
  76. Meijer, M. K., Sommer, R., Spruijt, B. M., van Zutphen, L. F., Baumans, V. Influence of environmental enrichment and handling on the acute stress response in individually housed mice. Lab Anim. 41 (2), 161-173 (2007).
  77. Ghosal, S., et al. Mouse handling limits the impact of stress on metabolic endpoints. Physiol Behav. 150, 31-37 (2015).
  78. Sandi, C., et al. Acute stress-induced impairment of spatial memory is associated with decreased expression of neural cell adhesion molecule in the hippocampus and prefrontal cortex. Biol Psychiatry. 57 (8), 856-864 (2005).
  79. Tulving, E. Organization of Memory. Tulving, E., Donaldson, W. , Academic Press. (1972).
  80. Panoz-Brown, D., et al. Rats Remember Items in Context Using Episodic Memory. Curr Biol. 26 (20), 2821-2826 (2016).
  81. Fellini, L., Morellini, F. Mice create what-where-when hippocampus-dependent memories of unique experiences. J Neurosci. 33 (3), 1038-1043 (2013).
  82. Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nat Methods. 11 (6), 629-632 (2014).
  83. Pawluski, J. L., Kokras, N., Charlier, T. D., Dalla, C. Sex matters in neuroscience and neuropsychopharmacology. Eur J Neurosci. 52 (1), 2423-2428 (2020).
  84. Gogos, A., Sbisa, A., Witkamp, D., van den Buuse, M. Sex differences in the effect of maternal immune activation on cognitive and psychosis-like behaviour in Long Evans rats. Eur J Neurosci. 52 (1), 2614-2626 (2020).
  85. Espinosa-Garcia, C., et al. Sex differences in the performance of cognitive tasks in a murine model of metabolic syndrome. Eur J Neurosci. 52 (1), 2724-2736 (2020).
  86. Conner, M. R., Adeyemi, O. M., Anderson, B. J., Kritzer, M. F. Domain-specific contributions of biological sex and sex hormones to what, where and when components of episodic-like memory in adult rats. Eur J Neurosci. 52 (1), 2705-2723 (2020).
  87. Sensini, F., et al. The impact of handling technique and handling frequency on laboratory mouse welfare is sex-specific. Sci Rep. 10 (1), 17281(2020).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Labirynt z ramionami promieni cie rozmieszczonymizachowanie myszyp automatyczny labiryntmotywacja nagrod w postaci pokarmuhabituacja behawioralnaprotok wymuszonego bieguprotok swobodnego bieguintegracja z elektrofizjologi

Powiązane artykuły