Testowanie pamięci przestrzennej za pomocą labiryntów

Uczenie się przestrzenne i pamięć to funkcje neurologiczne, które pozwalają nam zapamiętywać rzeczy związane z naszym środowiskiem. Umożliwiają nam wykonywanie prostych zadań, takich jak unikanie niebezpiecznych obszarów w oparciu o nasze wcześniejsze doświadczenia i przypominają nam, gdzie trzymamy nasze rzeczy. Na naszą korzyść lub niekorzyść obserwuje się podobne cechy u gryzoni, co czyni je doskonałymi modelami do badania tego zjawiska, co naukowcy behawioralni robią za pomocą labiryntów.

W tym filmie pokrótce omówiono zasady i neurobiologię uczenia się przestrzennego i pamięci, uogólnione protokoły przeprowadzania eksperymentów z różnymi typami labiryntów oraz sposób, w jaki badacze neurobehawioralni używają tych narzędzi w dzisiejszych laboratoriach.

Zacznijmy od krótkiego przeglądu uczenia się przestrzennego i pamięci oraz ogólnych zasad testów labiryntowych u gryzoni.

Gdy organizm porusza się po nieznanym środowisku, zdobywa informacje dotyczące lokalizacji punktów orientacyjnych, przeszkód i interesujących miejsc. Ta informacja przestrzenna jest albo przejściowo włączona do pamięci roboczej, albo na stałe włączona do pamięci referencyjnej. Hipokamp odgrywa wyjątkową rolę w przechowywaniu tych informacji. Badania z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego lub fMRI wykazały, że części hipokampa są aktywne podczas zadań testujących uczenie się przestrzenne i pamięć.

Badacze behawioralni badają uczenie się przestrzenne i pamięć u gryzoni, manipulując otoczeniem organizmu za pomocą labiryntów. W szerokim znaczeniu labirynt to każdy rodzaj sztucznego środowiska, w którym gryzoń musi się poruszać, aby dotrzeć do celu. Zazwyczaj labirynty te wykorzystują negatywny bodziec, taki jak światło lub woda, który popycha zwierzę do podróży i dotarcia do określonego celu. Ścieżka, a także czas potrzebny gryzoniu na ukończenie tego procesu służą jako parametr do ilościowego określania uczenia się przestrzennego i pamięci.

Teraz, gdy znasz już zasady rządzące uczeniem się przestrzennym i pamięcią, omówmy ogólne protokoły eksperymentów z udziałem różnych typów labiryntów.

Najpierw spójrzmy na labirynt wodny Morrisa, który jest klasycznym testem wykonywanym w celu oceny uczenia się przestrzennego i pamięci referencyjnej. Ten labirynt składa się z okrągłego zbiornika wypełnionego wodą. Wskazówki wizualne są rozmieszczone wokół labiryntu, aby skojarzyć każdy kwadrant z określonym symbolem. Następnie wprowadzana jest platforma, która w celach szkoleniowych jest podnoszona nad wodę. Chociaż gryzonie potrafią pływać, nie wolą tego robić; Dlatego woda służy jako negatywny bodziec i próbują dotrzeć do platformy. Gryzoń powinien nauczyć się kojarzyć położenie platformy z lokalizacją konkretnej wskazówki wizualnej.

Do testów zwierzę umieszcza się w labiryncie z mętną wodą i zanurzoną platformą. Czas i trasy, które zwierzę pokonuje, aby dotrzeć do zanurzonej platformy, są rejestrowane w celu oceny uczenia się przestrzennego. Aby ocenić pamięć referencyjną, przeprowadza się próbę sondy, w której zanurzona platforma jest usuwana. Czas, jaki gryzoń spędza w kwadrancie, w którym znajdowała się platforma, jest następnie rejestrowany w celu oceny pamięci referencyjnej.

Następnym labiryntem, który omówimy, jest radialny labirynt wodny, który służy do oceny pamięci roboczej i referencyjnej. Jak sama nazwa wskazuje, labirynt ten składa się z ośmiu promienistych ramion umieszczonych w zbiorniku wypełnionym wodą. Tutaj woda ponownie służy jako bodziec negatywny, który popycha zwierzę do znalezienia platformy umieszczonej na końcu jednego z ramion. Wskazówki wizualne są zwykle umieszczane na obrzeżach labiryntu. Początkowo zanurzone platformy są rozmieszczone losowo na końcach niektórych ramion, a na potrzeby prób treningowych gryzoń jest umieszczany w ramieniu startowym bez platformy. Gryzoń następnie pływa, aż dotrze do jednej z platform. Można to powtórzyć kilka razy, a dane zebrane w tej fazie można wykorzystać do oceny pamięci roboczej lub uczenia się przestrzennego.

Następnie platforma używana przez gryzonia podczas treningu jest usuwana w celu oceny pamięci referencyjnej. Naukowcy oceniają pamięć referencyjną, rejestrując, ile razy gryzoń odwiedza ramię, w którym znajdowała się platforma podczas prób treningowych.

Na koniec omówmy labirynt Barnesa, który działa na tych samych zasadach, co labirynt wodny Morrisa, ale jest suchy, co czyni go mniej stresującym dla tych zwierząt lądowych.

Ten labirynt składa się z planszy z otworami na całym obwodzie, na których umieszczone są jasne światła. Gryzonie prowadzą nocny tryb życia, więc światło służy jako negatywny bodziec. Podobnie jak w przypadku innych labiryntów, wskazówki wizualne znajdują się wokół planszy. W przypadku prób treningowych jeden otwór pozostaje otwarty; Taki jest cel labiryntu, ponieważ prowadzi on do ciemnej klatki z dala od awersyjnego światła.

Podczas prób treningowych gryzoń przebiega labirynt kilka razy, a uczenie przestrzenne jest oceniane poprzez obserwację zmian w czasie i trasach, które gryzoń pokonuje, aby dostać się do klatki. Aby ocenić pamięć referencyjną, otwarta dziura w labiryncie Barnesa jest zakryta, a rejestrowanie czasu, jaki gryzoń spędza w kwadrancie, w którym kiedyś znajdowała się dziura w klatce, jest jednym ze sposobów oceny pamięci referencyjnej.

Teraz, gdy dokonaliśmy przeglądu różnych typów labiryntów, przyjrzyjmy się, w jaki sposób naukowcy neurobehawioralni używają ich dzisiaj.

Aby połączyć geny z uczeniem się przestrzennym i pamięcią, naukowcy przeprowadzają manipulacje genetyczne, a następnie testy labiryntu. W tym eksperymencie naukowcy zahamowali ekspresję określonych genów neuronalnych za pomocą chirurgii stereotaktycznej, a następnie przeprowadzili test labiryntu wodnego Morrisa. Wyniki testu dostarczyły informacji na temat roli genów docelowych w uczeniu się przestrzennym i pamięci.

Labirynty mogą być również wykorzystywane do oceny, w jaki sposób uszkodzenie mózgu wpływa na pamięć przestrzenną. W tym eksperymencie naukowcy przeanalizowali wpływ niedotlenienia mózgu spowodowanego niskim stężeniem tlenu na pamięć przestrzenną w teście labiryntu wodnego ramienia promieniowego. Naukowcy wykazali, że takie uszkodzenie negatywnie wpływa zarówno na pamięć roboczą, jak i pamięć referencyjną.

Wreszcie, labirynty można łączyć z lekami lub chemikaliami, aby ocenić ich działanie. W tym konkretnym badaniu myszy leczono rosnącym stężeniem bisfenolu A lub BPA i testowano w labiryncie Barnesa. Wyniki wykazały, że myszy otrzymujące wyższe dawki BPA wykazywały defekty w uczeniu się przestrzennym, o czym świadczyło zwiększone opóźnienie w dotarciu do otworu w klatce w kolejnych próbach.

Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat testowania uczenia się przestrzennego i pamięci za pomocą labiryntów. Ten film zawierał przegląd uczenia się przestrzennego i pamięci, omówił różne rodzaje labiryntów, a także poruszył, w jaki sposób naukowcy wykorzystują obecnie labirynty, aby lepiej zrozumieć genetyczne i anatomiczne podstawy uczenia się przestrzennego i pamięci. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie!