Labirynt wodny Morrisa

Labirynt wodny Morrisa jest cennym narzędziem do badania uczenia się i pamięci u gryzoni. Zwierzęta te są dobrymi pływakami, ale zazwyczaj preferują przebywanie na lądzie. Labirynt wodny wykorzystuje tę preferencję, aby wytrenować zwierzęta w korzystaniu z małej platformy jako drogi ucieczki z basenu z wodą. Po treningu platforma zostaje ukryta pod powierzchnią, co wymaga od gryzonia zapamiętania jej lokalizacji w odniesieniu do oddalonych wskazówek wizualnych.

W tym filmie zostaną omówione zasady testu w labiryncie wodnym Morrisa, przejrzane procedury przygotowania i przeprowadzania testu oraz wyróżnione sposoby wykorzystania tego i innych testów wodnych w badaniach laboratoryjnych.

Przejdźmy bezpośrednio do podstawowych koncepcji dotyczących eksperymentów z wykorzystaniem wodnego labiryntu Morrisa! Jak wspomniano wcześniej, gryzonie odnajdują drogę do ukrytej platformy, orientując się według wskazówek wizualnych, takich jak wysoko kontrastowe plakaty rozmieszczone wokół pomieszczenia. Zależne jest to od konkretnych obszarów mózgu, w tym hipokampa, którego funkcja jest kluczowa dla tworzenia pamięci. Zmiany w czasie potrzebnym gryzoniowi na znalezienie platformy w serii kolejnych prób mogą służyć jako miara uczenia się przestrzennego oraz pamięci.

Aby pomóc w ilościowej ocenie pamięci, basen jest koncepcyjnie podzielony na cztery kwadranty, co pozwala ocenić tendencję zwierzęcia do eksploracji obszaru w pobliżu platformy.

Koncepcyjne kwadranty są przydatne również w próbie sondującej (probe trial), w której zwierzę jest testowane w basenie nie zawierającym platformy. Jeśli próba ta zostanie przeprowadzona co najmniej 24 godziny po zakończeniu treningu, tendencja zwierzęcia do eksploracji kwadrantu, w którym wcześniej znajdowała się platforma, jest wskaźnikiem tworzenia pamięci długotrwałej lub „referencyjnej”.

Podobnie próby odwrócenia (reversal trials) wiążą się ze zmianą położenia platformy i mierzą elastyczność poznawczą gryzonia, czyli zdolność do rozpoznania, że platforma zniknęła, i poszukiwania jej w innym miejscu. Ponieważ wszystkie te dane są gromadzone podczas wielu prób i u wielu zwierząt, zmienność między próbami i osobnikami będzie miała znaczący wpływ na wyniki.

Czynniki, które mogą wpływać na wyniki zwierząt, obejmują temperaturę, wilgotność lub porę dnia. Ponadto widoczni badacze mogą stać się nieumyślnymi wskazówkami wizualnymi podczas testów, dlatego obecność i widoczność badaczy w pomieszczeniu testowym są istotnymi kwestiami.

Zmienność występuje również między zwierzętami i może być źródłem błędu. W związku z tym wiek i płeć gryzoni muszą być starannie dopasowane pomiędzy grupami eksperymentalnymi. Wreszcie, pomiary u zwierząt z problemami z poruszaniem się, obrażeniami lub wadami wzroku nie będą rzetelnie odzwierciedlać procesu uczenia się i nie są one idealne do testów w wodnym labiryncie.

Po uwzględnieniu ważnych czynników eksperymentalnych przejdźmy do przygotowania testu. Należy rozpocząć od napełnienia basenu wodą chłodną, lecz nie zimną. Wielkość basenu może się różnić w zależności od tego, czy w badaniu wykorzystuje się szczury czy myszy. Następnie wokół pomieszczenia należy umieścić nieruchome wskazówki wizualne, zapewniając co najmniej jedną wskazówkę na każdy kwadrant.

Próby uczenia się rozpoczyna się od umieszczenia platformy ucieczkowej w basenie. Następnie ostrożnie umieszcza się badane zwierzę w wodzie, dbając o to, aby nie zanurzyć jego głowy. Pozwala się zwierzęciu eksplorować labirynt i odnotowuje czas potrzebny na znalezienie platformy. Jeśli gryzoń nie zlokalizuje platformy w ciągu około 60 seconds, należy go tam naprowadzić i pozwolić mu pozostać na niej przez 10 - 20 seconds przed wyjęciem, osuszeniem i umieszczeniem w ogrzewanej klatce.

Aby zakończyć trening, należy powtórzyć tę procedurę wielokrotnie, przy czym zwierzę powinno rozpoczynać każdą kolejną próbę z innego punktu wejścia.

Nadszedł czas na przetestowanie zdolności zwierzęcia do znalezienia ukrytej platformy. Należy rozpocząć od podniesienia poziomu wody do około 1 cala powyżej górnej krawędzi platformy oraz dodania do wody mleka w proszku lub nietoksycznej farby. W tych próbach należy rejestrować czas, jaki gryzoń spędza w każdej ćwiartce, oraz czas potrzebny na znalezienie ukrytej platformy.

Ponownie, jeśli zwierzę nie odniesie sukcesu w ciągu 60 sekund, należy naprowadzić je na platformę i pozwolić mu pozostać na niej przez krótki czas przed wyjęciem. Powtórz tę procedurę co najmniej dwukrotnie w tym samym dniu, rozpoczynając każdą kolejną próbę z innego położenia zwierzęcia.

24 godziny po zakończeniu prób z ukrytą platformą należy przeprowadzić test sondowy (probe test), usuwając platformę i pozwalając zwierzęciu badać labirynt podczas kolejnej 60-sekundowej próby. Należy monitorować i rejestrować czas spędzony w każdej ćwiartce.

Poznali Państwo podstawy wodnego labiryntu Morrisa, zatem omówmy teraz, w jaki sposób jest on wykorzystywany w eksperymentach z zakresu neurobiologii behawioralnej.

Po pierwsze, testy behawioralne, takie jak wodny labirynt, są niezwykle użyteczne w badaniu biologii molekularnej uczenia się i pamięci. Na przykład naukowcy mogą wykorzystywać techniki takie jak chirurgia stereotaktyczna do manipulacji ekspresją specyficznych genów w mózgu i bezpośredniego testowania wpływu tych zmian na proces uczenia się. Co więcej, testowanie gryzoni będących modelami genetycznych zaburzeń pamięci, takich jak choroba Alzheimera, może służyć do charakterystyki cząsteczek, które mogą być czynnikami ryzyka lub potencjalnymi celami terapeutycznymi w leczeniu tej choroby.

Testy behawioralne są również istotne dla badania wpływu uszkodzeń mózgu na uczenie się i pamięć w kontekście urazów głowy, niedotlenienia lub uszkodzeń w specyficznych obszarach mózgu. Przykładowo, niektóre terapie medyczne, takie jak radioterapia, mogą uszkadzać mózg i negatywnie wpływać na pamięć. W tym eksperymencie zwierzęta napromieniowane osiągają gorsze wyniki w wodnym labiryncie w porównaniu z grupą kontrolną. Poprzez jednoczesne testowanie różnych metod leczenia, badacze mogą eksplorować interwencje, które mogłyby zapobiegać upośledzeniu funkcji poznawczych u ludzi poddawanych radioterapii.

Ponieważ woda jest bardzo skutecznym bodźcem zachęcającym gryzonie do eksploracji labiryntu, nie dziwi fakt, że istnieje wiele wariantów labiryntów wodnych. Niektóre z nich mają na celu zmniejszenie stresu zwierząt podczas testów, jak ten labirynt z wiosłowaniem, który eliminuje konieczność pływania i zapewnia wyjścia przy krawędziach, gdzie gryzonie naturalnie preferują przebywać. Inne warianty pływackie, takie jak labirynt 8-ramienny, mają bardziej złożoną konfigurację, wymagającą od gryzoni zintegrowania większej ilości informacji w celu dotarcia do wyjść. Taki układ umożliwia jednoczesne testowanie zarówno pamięci referencyjnej, jak i krótkotrwałej pamięci roboczej.

Właśnie obejrzeli Państwo wprowadzenie JoVE do wodnego labiryntu Morrisa. Labirynty wodne są jedną z metod testowania zdolności zwierząt do uczenia się i zapamiętywania, co pomaga nam zrozumieć związek między biologią a zachowaniem.

Dziękujemy za uwagę!