Test aktywnego unikania miejsc (APA), skuteczne, wszechstronne i powtarzalne zadanie uczenia się przestrzennego dla myszy
February 16th, 2024
W tym miejscu przedstawiamy protokół testu aktywnego unikania miejsc, zależnego od hipokampa paradygmatu uczenia się przestrzennego przeznaczonego dla gryzoni. Zmiana kluczowych parametrów pozwala na ponowne badanie zwierząt przed i po zabiegach lub w czasie.
Chcemy zbadać, w jaki sposób zależne od hipokampa uczenie się przestrzenne zmienia się wraz z wiekiem. Następnie badamy, w jaki sposób interwencje, takie jak ćwiczenia fizyczne, zmieniają te wyniki poznawcze. Ten paradygmat behawioralny pozwala nam łatwo zbadać je w tej samej kohorcie myszy.
Dostępnych jest wiele testów poznawczych do testowania uczenia się przestrzennego u myszy, z których większość istnieje od dziesięcioleci. Należą do nich labirynt wodny Morrisa, labirynt Y i labirynt Barnesa. Każdy z nich ma ograniczenia, zwłaszcza w odniesieniu do badań podłużnych.
Głównym wyzwaniem eksperymentalnym jest testowanie zwierząt w sposób podłużny, co utrudnia dokładne określenie efektu interwencji ruchowych. Większość testów uczenia się przestrzennego jest albo łatwa do nauczenia, albo jest bardzo stresująca lub nieodpowiednia dla chorych modeli. Zmieniając niektóre kluczowe elementy aktywnego unikania miejsc, takie jak kierunek obrotu areny lub lokalizacja strefy szoku.
Ten test może być używany wielokrotnie. Zmieniając kolor podłogi areny, jesteśmy w stanie przetestować myszki o różnych kolorach takich jak C57 black 6 czy myszki szwajcarskie. Aby rozpocząć, umieść urządzenie do unikania aktywnego miejsca lub APA w ramie kamery zamontowanej na suficie.
Otwórz oprogramowanie do śledzenia zwierząt, aby śledzić mysz. Na karcie eksperymentu ustaw czas trwania próby na 10 minut, a następnie określ czas trwania wstrząsu na 500 milisekund i utrzymuj strefę wstrząsu na poziomie 270 stopni z zakładki edycji celu. Umieść cztery wskazówki wizualne w neutralnych kolorach na różnych ścianach pomieszczenia na tej samej wysokości co obrotowa platforma i w odległości od 30 do 50 centymetrów od ich areny.
Dostosuj natężenie światła w pomieszczeniu w zakresie od 30 do 70 luksów. Otwórz zakładkę śledzenia w oprogramowaniu śledzącym, a następnie kliknij zakładkę z kalibratora i odpowiednio ustaw rozmiar myszy i zakresy obszaru, aby upewnić się, że mysz jest rozpoznawana na arenie. Na karcie od kalibratora dostosuj próg kontrastu, przesuwając czerwoną linię i panel progu, aby zapewnić dokładne śledzenie zwierząt.
Na koniec uruchom arenę i upewnij się, że podczas obracania się pozostaje w masce. Następnie w zakładce urządzenia wybierz źródło prądu i ustaw bieżący tryb na śledzenie w zależności od tego, jak i kiedy dostarczane są wstrząsy nożne, ustaw poziom wstrząsu na 0,5 miliampera. Przyzwyczaj mysz w pomieszczeniu przez 30 minut.
Uruchom oprogramowanie śledzące. Utwórz katalog wyjściowy przy użyciu karty danych wyjściowych pliku, aby zapisać dane próbne. Następnie utwórz folder specyficzny dla eksperymentu i w zależności od modelu eksperymentalnego utwórz osobne foldery dla każdego dnia lub wersji próbnej.
Zapisz dane eksperymentu w folderze wyjściowym. Przed rozpoczęciem okresu próbnego kliknij przycisk zapisz i w nowo otwartym oknie dodaj unikalny identyfikator myszy.Następnie za pomocą dłoni pokrytej rękawicą ostrożnie podnieś mysz z podstawy ogona z klatki domowej. Umieść mysz na obracającej się arenie aparatu APA w celu zamieszkania bez wywoływania wstrząsów.
Wycofaj się za kurtynę i włącz oprogramowanie śledzące, rozpocznij eksperymentalną próbę. Po pięciu minutach wyjmij mysz z aparatu APA i umieść ją z powrotem w klatce domowej. Zbierz wszystkie odpady i dokładnie wyczyść siatkę za pomocą 80% etanolu.
Następnie na karcie eksperymentu ustaw czas trwania próby na 10 minut. Następnie określ czas trwania wstrząsu na 500 milisekund i utrzymuj strefę wstrząsu pod kątem 270 stopni z zakładki edycji celu, umieść kursor myszy na arenie aparatu APA, jak pokazano wcześniej. Wycofaj się za kurtynę.
Kliknij przycisk odtwarzania, aby rozpocząć wersję próbną i monitorować aktywność myszy. Po próbie usuń mysz z areny APA i umieść ją z powrotem w klatce domowej. Aby przeanalizować dane zadania APA myszy, otwórz program do analizy ścieżek.
Z menu rozwijanego wybierz unikanie. Kliknij dodaj zadanie, aby przesłać zapisane pliki danych. Następnie w polu Nazwa grupy utwórz grupę, aby przeanalizować dane.
Kliknij katalog wyjściowy, aby wybrać lokalizację, w której mają zostać zapisane analizowane dane. Następnie kliknij dodaj pliki i wybierz pliki do analizy z dysku lokalnego. Kliknij ustaw czas i określ okres analizy z zakresu od zera do 600 sekund.
Po dodaniu wszystkich ścieżek należy kliknąć w zakładkę analiza i wybrać opcję uruchom analizę. Otwórz dane zapisane w folderze TBL files w arkuszu kalkulacyjnym. Na koniec zapisz arkusz kalkulacyjny do analizy statystycznej.
Myszy z nienaruszoną zdolnością uczenia się przestrzennego wykazują zmniejszenie liczby wstrząsów podczas kolejnych prób akwizycji. Dodatkowo myszy te wykazują wydłużenie maksymalnego czasu spędzonego na unikaniu strefy szoku. Mapy śladowe wykazały, że myszy z nienaruszoną zdolnością uczenia się przestrzennego otrzymały tylko dwa wstrząsy i spędzały czas głównie po przeciwnej stronie strefy szoku.
W przeciwieństwie do tego, myszy z trudnościami w uczeniu się otrzymały więcej wstrząsów, a mapa śladów ujawnia nieuporządkowany wzorzec.
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokół do badania aktywnego unikania miejsca, paradygmatu uczenia się przestrzennego, który zależy od hipokampu i jest przeznaczony dla gryzoni. Protokół umożliwia ponowne testowanie zwierząt przed i po zabiegach lub w czasie poprzez zmianę kluczowych parametrów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Testowanie behawioralne
- Uczenie się przestrzenne
Tło
- Aktywne badanie unikania miejsca to paradygmat behawioralny stosowany do oceny uczenia się przestrzennego.
- Jest szczególnie przydatny do badania wpływu starzenia się i interwencji, takich jak ćwiczenia fizyczne, na wyniki poznawcze.
- Tradycyjne testy uczenia się przestrzennego mają ograniczenia, szczególnie w badaniach przekrojowych.
- Modyfikacje testu aktywnego unikania miejsca mogą zwiększyć jego przydatność do wielokrotnych pomiarów.
Cel badania
- Zbadać, jak starzenie się wpływa na zależne od hipokampu uczenie się przestrzennego.
- Zbadać wpływ ćwiczeń fizycznych na wyniki poznawcze u myszy.
- Opracowanie niezawodnej metody do przeprowadzania badań długotrwałych uczenia się przestrzennego w tej samej populacji myszy.
Stosowane metody
- Wykorzystanie urządzenia do badania aktywnego unikania miejsca o regulowanych parametrach.
- Śledzenie zachowania myszy za pomocą specjalistycznego oprogramowania podczas testów.
- Zastosowanie określonych protokołów szokowych do oceny uczenia się i unikania.
- Analiza danych za pomocą oprogramowania do śledzenia, aby ocenić wskaźniki wydajności.
Główne wyniki
- Myszy z nietkniętymi zdolnościami uczenia się przestrzennego wykazały mniejszą liczbę szokowania i większy czas spędzony na unikaniu strefy szoku.
- Mapy śledzenia wskazywały, że te myszy utrzymywały bardziej zorganizowany wzorzec unikania.
- Myszy z niepełnosprawnościami uczenia się wykazywały więcej szokowania i nieuporządkowane wzorce ruchu.
- Protokół pozwala na wielokrotne testowanie z modyfikacjami, aby zminimalizować stres i zmaksymalizować wiarygodność danych.
Wnioski
- Test aktywnego unikania miejsca jest skuteczny w ocenie uczenia się przestrzennego u gryzoni.
- Modyfikacje testu zwiększają jego przydatność w badaniach przekrojowych.
- Wyniki wskazują na istotne różnice w zdolnościach uczenia się przestrzennego w zależności od interwencji i wieku.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
The Active Place Avoidance (APA) test provides a robust, repeatable platform for evaluating hippocampus-dependent spatial learning in preclinical mouse models. Its versatility and longitudinal applicability enable high-confidence assessment of cognitive interventions, supporting predictive decision-making at early discovery and translational inflection points. The APA test's adaptability to disease models and intervention studies enhances its value for portfolio triage and mechanistic de-risking in neuroscience R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous interrogation of spatial learning pathways relevant to neurodegenerative disease mechanisms.
- Supports functional target validation by quantifying cognitive outcomes after genetic or pharmacological interventions.
- Facilitates predictive confidence in candidate selection through repeatable, parameter-adjustable testing.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized behavioral assay adaptable for diverse mouse strains and experimental conditions.
- Delivers reproducible, quantitative outputs such as shock counts and avoidance times for downstream analysis.
- Enables scalable, longitudinal screening of intervention effects within the same animal cohort.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models, including aged or surgically manipulated mice, for translational continuity.
- Supports risk-adjusted advancement by distinguishing intervention-responsive phenotypes from controls.
- Offers mechanistic de-risking for cognitive endpoints in preclinical neurodegeneration pipelines.
Pipeline & Workflow Integration
The APA test integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational validation of cognitive endpoints.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on spatial learning and memory circuits under diverse interventions.
- Screening: Provides assay readiness and reproducibility for evaluating compound or genetic effects on cognition.
- Analytics: Generates quantitative behavioral metrics for robust statistical comparison across experimental groups.
- Translational Research: Maintains continuity from discovery through preclinical validation in disease-relevant models.
- Enterprise Reuse: Offers a flexible, repeatable platform adaptable to evolving R&D priorities and model systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cognitive target validation.
- Operational Value: Standardizes behavioral testing with scalable, reproducible protocols and automated data capture.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling longitudinal, within-cohort comparisons.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neurocognitive assets and intervention strategies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and animal handling.
- Needs specialized instrumentation, including a rotating arena and animal tracking software.
- Demands cross-team standardization of experimental parameters and data analysis workflows.
- Adaptable to various mouse strains and disease models with protocol modifications.
- Potential limitations include sensitivity to environmental variables and the need for rigorous statistical analysis.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:21
Setting Up the Active Place Avoidance Apparatus for Mouse Behavioral Testing
2:45
Habituation and Acquisition Training in the Active Place Avoidance Arena for Mouse Behavioral Studies
4:31
Analysis of Mouse Behavioral Data in the Active Place Avoidance Task Using Track Analysis Software
