Labirynt Double-H: solidny test behawioralny do uczenia się i pamięci u gryzoni
July 8th, 2015
Celem tego protokołu jest zbadanie poznania przestrzennego u gryzoni. Wodny labirynt z podwójnym H to nowatorski test, który jest szczególnie przydatny do wyjaśnienia różnych elementów uczenia się, konsolidacji i pamięci, a także wzajemnego oddziaływania systemów pamięci.
Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zbadanie przestrzennej pamięci roboczej i gryzoni oraz ocena ich strategii uczenia się i zachowania. Osiąga się to poprzez najpierw skonstruowanie labiryntu z podwójnym H w celu oceny wydajności uczenia się i pamięci. W drugim kroku zwierzęta są przyzwyczajane do środowiska labiryntu przed treningiem behawioralnym.
Następnie zwierzęta są codziennie szkolone w labiryncie przy użyciu egocentrycznego paradygmatu uczenia się, aby rozwinąć nawykową reakcję. Alternatywnie, paradygmat allocentryczny może być wykorzystany do opracowania odpowiedzi miejsca. Ostatnim krokiem jest ocena strategii uczenia się zwierzęcia w próbie sondowej, w której jego pozycja wyjściowa jest zmieniana, a wzorzec usuwany.
Wyniki dają wgląd w wybór strategii uczenia się stosowanej w labiryncie na podstawie nagrań zachowań zwierząt. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak ośmioramienny labirynt radiowy lub labirynt Morris Water, jest to, że można ją szybko zdobyć w ciągu zaledwie dwóch dni i pozwala eksperymentatorowi ukierunkować rodzaj strategii, której zwierzę ma się nauczyć. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie zachowania, takie jak dynamiczne oddziaływanie między systemami pamięci proceduralnej i deklaratywnej oraz sposób, w jaki różne metody leczenia wpływają na te systemy.
Procedurę tę zademonstruje dr Richard Pinnell, doktor habilitowany z laboratorium systemów neuroelektronicznych. Pierwszym krokiem jest skonstruowanie labiryntu z podwójnym H. Labirynt składa się z centralnej alejki przeciętej trzema równoległymi ramionami.
Każdy korytarz ma 20 centymetrów szerokości i jest otoczony wysokimi przezroczystymi ścianami z pleksi. Ściany są zabezpieczone specjalnym klejem, na przykład agri fix i oraz uszczelnione pod wszystkimi kątami wewnętrznymi. Najpierw pleksi jest przycinana na wymiar, a wewnętrzne połączenia są zakleszczane.
Ochronna powłoka z tworzywa sztucznego jest usuwana w pobliżu klejonej złącza, a wszystkie cząsteczki kurzu są usuwane za pomocą rozpuszczalnika czyszczącego. Obie strony są umieszczone w formie pod kątem 90 stopni, a do uszczelnienia końców służy specjalna taśma, aby zapobiec wyciekaniu kleju. Podczas procesu utwardzania klej przygotowuje się przez zmieszanie środka polimeryzującego i delikatnie miesza, klej Croix nakłada się za pomocą strzykawki napędzanej powietrzem.
Złącze jest następnie mocowane i impregnowane i pozostawia się do utwardzenia. W labiryncie należy umieścić odpływ w celu drenażu. Umieść labirynt na stole, który umożliwia dostęp ze wszystkich stron.
Dobrze skontrastowane wskazówki powinny być umieszczone na otaczających ścianach. Następnie oznacz ramiona północne i południowe w celu orientacji później podczas analizy wideo. Na koniec umieść kamerę nad labiryntem, aby przeprowadzić analizę zachowania zwierząt po teście.
Włącz kamerę, aby rejestrować ruchy zwierzęcia przed każdą próbą. Aby przygotować się do fazy przedtreningowej, napełnij labirynt przezroczystą wodą do przybliżonej wysokości 17 centymetrów. Trening wstępny może odbyć się dzień przed sesjami treningowymi lub tego samego dnia, w którym odbywają się sesje treningowe.
Utrzymuj temperaturę wody między 21 a 23 stopniami Celsjusza, aby zachęcić szczury do szukania platformy ewakuacyjnej. Napełnij labirynt wodą dzień przed badaniem, aby temperatura wody się ustabilizowała. Niezależnie od pozycji startowej, zawsze blokuj wejście do przeciwległego ramienia przezroczystymi drzwiami gilotyny.
Kiedy będziesz gotowy, uwolnij szczura z końca jednego ze środkowych ramion. Po dotarciu na platformę ewakuacyjną pozwól szczurowi odpocząć i obserwować otoczenie przez około 15 sekund. Wykonaj cztery kolejne próby z co najmniej 10-sekundowym odpoczynkiem między próbami.
Aby rozpocząć trening, przenieś platformę ewakuacyjną z pozycji przedtreningowej na wybrane ramię i dodaj wodę, aby zanurzyć platformę na jeden centymetr poniżej powierzchni wody. Następnie spraw, aby woda była nieprzezroczysta, mieszając z 250 gramami odtłuszczonego mleka w proszku. Najpierw wymieszaj mleko w proszku i wodę w osobnej butelce i rozprowadź tę mieszaninę w kilku miejscach w labiryncie.
Mieszanie pomoże szybciej osiągnąć jednorodność w wodzie labiryntu. Wypuść szczury ze środkowej alejki, jak pokazano wcześniej, upewniając się, że wejście do przeciwległego ramienia jest zablokowane. Po wypuszczeniu obserwuj zachowanie zwierzęcia i nagrywaj jego zachowanie ręcznie lub za pomocą kamery wideo.
Jeśli platforma docelowa nie zostanie osiągnięta w ciągu 60 sekund, delikatnie poprowadź szczura na platformę ewakuacyjną i pozwól szczurowi odpocząć i obserwować otoczenie. Przez około 15 sekund szczur jest następnie usuwany i spulchniany suszony ręcznikiem przed następną próbą. Jest to ważne, aby szczury nie były zbyt schłodzone przez następne cztery dni.
Postępuj zgodnie z podstawowym protokołem treningowym. Wypuść szczury z północnego lub południowego ramienia startowego w nieprzewidywalnej kolejności, tak aby obie ręce były używane dwukrotnie. Usuń platformę ewakuacyjną, aby przeprowadzić próby sondy w szóstym dniu.
Uwolnij szczura z innego ramienia niż to, które było używane podczas treningu. Na przykład, jeśli szczur zostanie wypuszczony w północnym ramieniu uwolnionym z północno-wschodniego ramienia z zamkniętym południowo-wschodnim ramieniem, pozwól szczurowi pływać przez maksymalnie 60 sekund. Uwolnij szczura z tego samego ramienia startowego dla każdej z czterech prób treningowych dziennie.
Szóstego dnia usuń platformę ewakuacyjną na czas próby sondy. Uwolnij szczura z innego ramienia niż to, w którym został uwolniony podczas próby. Pozwól szczurom pływać przez 60 sekund.
Po przetestowaniu. Przeglądaj nagrania wykonane z kamery nad głową, ręcznie śledź reakcje, opóźnienia, błędy początkowe i powtarzalne, pierwsze wybory i typy odpowiedzi. Na koniec przeprowadź analizę statystyczną dotyczącą błędów odpowiedzi, opóźnień do osiągnięcia celu i czasu spędzonego w ramieniu docelowym.
Na tym diagramie strefy błędów labiryntu są podświetlone na szaro, a zamknięte ramiona są podświetlone na czarno zarówno dla południowej, jak i północnej pozycji startowej. Zakreskowana linia przedstawia przykładową ścieżkę pływania, w której szczur odwiedza wszystkie cztery strefy błędu. Przed dotarciem na platformę ewakuacyjną te reprezentatywne ślady pływania obrazują ruch podczas próby sondy.
Po treningu allocentrycznym, po treningu egocentrycznym, szczury trenują, aby zacząć od północnego lub południowego ramienia, głównie reakcji proceduralnych, gdy ich pozycja początkowa jest przesunięta w lewo. Jednak szczury, które miały ramię startowe obrócone o 180 stopni, wykazywały większą liczbę reakcji w miejscu. Odpowiedzi, które zostały albo złożone, albo odpowiedzi proceduralne zostały oznaczone jako inne typowe ścieżki pływackie, są pokazane zarówno dla grup pozorowanych operacji, jak i noworodków z uszkodzeniem brzusznego hipokampa podczas fazy treningu.
Zwróć uwagę na różnicę w wydajności. Podczas czwartej próby treningowej podczas sesji sondy, pierwotne ramię startowe zostało zamknięte, a szczury zostały wypuszczone z ramienia południowo-zachodniego. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w mniej niż pięć minut, jeśli jest wykonywana prawidłowo.
Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o codziennej wymianie wody z mlekiem, w przeciwnym razie stanie się ona zjełczała. Od czasu opracowania, procedura ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się zachowaniem do badania proceduralnych i deklaratywnych systemów pamięci u przebudzonych zwierząt.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten protokół bada przestrzenne poznanie u gryzoni za pomocą labiryntu wodnego podwójnego-H. Jego celem jest wyjaśnienie komponentów uczenia się, konsolidacji i pamięci, a także współpracy systemów pamięci.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Psychologia behawioralna
- Nauki kognitywne
Tło
- Przestrzenna pamięć robocza jest kluczowa dla nawigacji i przetrwania.
- Gryzonie są powszechnie używane do modelowania funkcji poznawczych.
- Labirynt podwójnego-H jest nowym narzędziem do oceny wydajności pamięci.
- Rozumienie systemów pamięci może pomóc w leczeniu upośledzeń poznawczych.
Cel badania
- Badanie przestrzennej pamięci roboczej u gryzoni.
- Ocena uczenia się i strategii behawioralnych w kontrolowanym środowisku.
- Rozróżnienie między paradygmatem egocentrycznym i alocentricznym uczenia się.
Stosowane metody
- Konstrukcja labiryntu podwójnego-H do testów.
- Przyzwyczajanie zwierząt do środowiska labiryntu.
- Codzienna sesja treningowa z wykorzystaniem paradygmatu egocentrycznego uczenia się.
- Testy sondażowe do oceny strategii uczenia się poprzez zmianę pozycji startowych.
Główne wyniki
- Gryzonie wykazały wyraźne strategie uczenia się w zależności od stosowanego paradygmatu.
- Wyniki znacząco różniły się w testach sondażowych.
- Wyniki przyczyniają się do lepszego zrozumienia systemów pamięci u gryzoni.
- Wyniki mogą mieć zastosowanie w badaniach poznawczych u ludzi.
Wnioski
- Labirynt podwójnego-H jest skutecznym narzędziem do badania przestrzennego poznania.
- Różne paradygmaty uczenia się wywołują zróżnicowane reakcje behawioralne.
- Wymagane są dalsze badania w celu zbadania mechanizmów leżących u podstaw.
