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Artigo de método

Coloque e Aprendizagem Response no Open-campo Torre Maze

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DOI:

10.3791/53227

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28 de outubro de 2015

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, Christopher Newport University, 2Department of Psychological Science, University of Vermont

Neste artigo

Resumo

O Open-campo Torre Maze (OFTM) é um labirinto criado para estudar os mecanismos comportamentais e neurais da aprendizagem espacial (por exemplo, colocação ou resposta-learning) em ratos. Este labirinto é especialmente útil para pesquisadores que desejam usar um paradigma labirinto não-estressante para investigar a aprendizagem espacial em suas pesquisas.

Resumo

Este protocolo descreve como o Open-campo Torre Maze (OFTM) paradigma é usado para estudar a aprendizagem espacial em roedores. Este labirinto é especialmente útil para examinar como os ratos aprendem a usar uma colocação ou resposta-learning para navegar com sucesso em uma arena de campo aberto. Além disso, este protocolo descreve como o OFTM difere de outros paradigmas de labirinto comportamentais que são comumente usados ​​para estudar a aprendizagem espacial em roedores. O OFTM descrito neste artigo foi adaptado a partir do que já foi anteriormente descrito por Cole, Clipperton, e Walt (2007). Especificamente, o OFTM foi criado para testar a aprendizagem espacial em roedores sem o experimentador ter de considerar como "estresse" pode desempenhar um papel como uma variável de confusão. Experimentos têm mostrado que o estresse-alone podem afetar significativamente a função cognitiva 1. A seção de resultados representante contém dados de um experimento que usou o OFTM para examinar os efeitos do tratamento com estradiol em lugar- e resposta-learning na fêmea adulta Sprague Dawley 2. Estudos futuros serão projetados para examinar o papel do hipocampo e estriado em lugar- e resposta-learning no OFTM.

Introdução

O campo aberto torre labirinto (OFTM) pode ser usado para examinar os mecanismos comportamentais e neurobiológicos da aprendizagem espacial em roedores. Importante, o OFTM permite aos pesquisadores estudar os dois tipos de aprendizagem "com base em" resposta "de base territorial" e. Durante lugar-learning um animal navega através de um labirinto usando as pistas espaciais no ambiente circundante (por exemplo, uma recompensa de alimentos está localizado próximo a um farol de altura). Durante o animal ensino-resposta faz uma resposta específica por sua vez, independentemente de sua posição em relação ao pistas espaciais (por exemplo, fazer uma curva para a esquerda ou para a direita para encontrar uma recompensa de alimentos). Foi previamente relatado que a resposta-learning e-learning lugar contar com dois sistemas diferentes de memória 3, 4 e mapeando seus mecanismos neurais tem sido uma busca científica em curso 2, 5-7. O design do OFTM foi adaptado a partir do descrito anteriormente 8.

Abertoparadigmas de campo (um componente do OFTM) são comumente utilizados para investigar a ansiedade em roedores 9. Durante os ratos de teste típicos abertas ansiedade campo que passam mais tempo no centro de um campo aberto têm menores níveis de estresse e ansiedade do que os ratos que passam mais tempo perto do perímetro. No OFTM, um rato deve entrar no centro do labirinto para encontrar a recompensa do alimento. Por isso, a navegação correta no OFTM indica que estes ratos são não-forçado. Uma razão pela qual os ratos são não-salientou durante o treinamento é porque ao contrário de testes em campo aberto padrão de ansiedade treinar o OFTM requer fase de pré-formação durante o qual o rato está pré-expostos ao labirinto durante um longo período de tempo. Além disso, a formação ocorre num ambiente de pouca luz reduzindo ainda mais o aspecto de indução de ansiedade de um campo aberto, que é tipicamente brilhantemente iluminada

Outra característica única do OFTM, em comparação com alguns outros labirintos, é como a aprendizagem é medido. Os experimentadores usando oMorris Water Maze ou Barnes Maze normalmente medem o aprendizado por meio da análise do comprimento de velocidade e / ou caminho de um rato viaja para chegar ao seu local de destino. Estas medidas dependentes podem ser afetados por fatores não-aprendizagem, tais como alterações na atividade motora geral de um rato. No entanto, as medidas OFTM aprendizagem utilizando a percentagem de resposta correta primeiro-escolha um rato faz para encontrar a recompensa alimentar. Esta medida dependente não é vulnerável a mudanças no desempenho do motor e, portanto, mais precisamente avalia a aprendizagem do que as medições de velocidade e distância. No entanto, o pesquisador também pode medir a velocidade ea distância de um rato viajou no OFTM usando software de monitoramento de vídeo.

Outros tipos de labirinto, tais como o labirinto em T, Labirinto Aquático de Morris Labirinto Barnes e pode ser utilizado para estudar e resposta lugar--aprendizagem. No entanto, o OFTM é único em algumas maneiras notáveis. Em primeiro lugar, o OFTM é um ensaio comportamental mais sensível do que o labirinto em T porque o OFTM tem uma chance performance de 25%, ao passo que o labirinto em T tem um desempenho chance de 50%. Em segundo lugar, um rato só pode virar em uma de duas maneiras no T-labirinto, mas tem irrestrito possibilidades de rota quando estiver a navegar na OFTM. Em terceiro lugar, ao contrário do labirinto aquático de Morris e Barnes Maze tarefas (que têm possibilidades de rotas sem restrições, como a OFTM), experimentos usando o OFTM não necessitam de ratos para navegar por uma situação aversiva. Os ratos são motivado para navegar no labirinto aquático de Morris para escapar nadando na água e eles estão motivados para navegar na Barnes labirinto para evitar estar em um bem iluminada ambiente aberto,. Foi demonstrado que a exposição ao labirinto aquático de Morris Labirinto Barnes ou induz a libertação da hormona de stress (isto é, corticosterona) em 10 roedores. No entanto, os ratos navegar no OFTM porque eles estão motivados para encontrar uma recompensa alimentar e treinamento é realizado com iluminação ambiente escuro. Assim, o OFTM é uma tarefa apetitivos não aversivo. Os resultados de experiências que utilizam um m estressanteAze paradigma para examinar os efeitos das manipulações, como drogas, hormônio, exercício ou dieta em mecanismos de aprendizagem e memória podem ser difíceis de interpretar, porque "estresse", por si só, pode influenciar a função cognitiva 11.

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Protocolo

Este protocolo foi aprovado pelo Comitê de Cuidado e Uso de Christopher Newport University animal Institucional.

1. Construção do Aparelho OFTM

  1. Construir o muro (40 cm de altura e 183 cm de diâmetro) de três peças de laminado branco. Construir o piso labirinto circular (183 cm de diâmetro) a partir de laminado preto e cola-lo para uma mesa de plástico. Fixar a parede de fronteira para a borda da mesa com parafusos e cola.
  2. Decore a superfície interior da parede de fronteira: Deixar quarto sólido branco; Pintar um quarto preto sólido; Pintar um quarto com listras pretas; Pintar um quarto com círculos pretos.
  3. Construir quatro torres "comida" (8 cm x 8 cm x 20 cm; Figura 1A) cortados a partir de um posto de PVC branco em forma de quadrado. Cole uma peça de laminado preto (8 cm x 8 cm) para o topo de cada torre. Fixá-los no chão com cola labirinto louco 54 cm de distância um do outro.
  4. Construir três "tow pré-treinamentoers "(5 cm, respectivamente, 10 cm e 15 cm de altura; Figura 1B) a partir de um posto de PVC branco em forma de quadrado. Cole uma peça de laminado preto (8 cm x 8 cm) para o topo de cada torre. Estas torres são gravadas para o chão labirinto apenas durante a fase de pré-formação (descrito abaixo).
  5. Cole um preto opaco plástico copo do alimento com uma tampa de rosca-top (= um recipiente transparente talão de plástico pintado de preto; 1,75 cm de altura e 3,75 cm de diâmetro) para o início de cada torre alimentos. Perfurar três buracos de ventilação pequenas (3 mm de diâmetro) em cada tampa. Os buracos garantir que o rato não conseguir localizar a torre comida "correta" usando pistas olfactivas. A altura das torres de treinamento assegura que o rato não conseguir localizar a torre "correta" não nivelada usando o copo do alimento como uma sugestão visual.

figure-protocol-1
Figura 1. Fotografias da Open-campo Torre Maze (OFTM). (A) O rato é capaz de encontrar e recuperar uma recompensa alimentar de apenas uma isca-recompensa "torre de formação" durante a aquisição, bem como toda a formação e testes posteriores. "Torres pré-formação" (B) Três são colocados no centro da arena labirinto durante a pré-formação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. O labirinto OFTM quarto

  1. Use uma lâmpada de 60 W com uma lâmpada (Lumens: 800) para iluminar com luz baixa sala de labirinto. A lâmpada está localizado a 3 pés acima do chão e 2 pés para o lado do labirinto, de frente para o teto. Jogar ruído branco no fundo (~ 70 dB), utilizando uma máquina de som.
  2. Montar uma câmera de vídeo digital para o teto acima do labirinto para transmitir vídeo a um computador. Pendure uma cortina opaca para separar o labirinto da monitorização de computadorárea.

3. Rat Handling, restrição alimentar e Habitação

  1. Faça com que cada experimentador lidar com todos os ratos durante sete dias (4 min por dia) antes da pré-treinamento.
  2. Coloque ratos em uma dieta restrita de alimentos (1 hr de livre-alimentação por dia). Esta dieta garante que os ratos serão motivados a recuperar recompensas durante o treinamento, mantendo um peso saudável (~ 90% do peso-alimentação livre).
  3. Ratos Double-casa (se estiver usando fêmeas) durante toda a duração do experimento. Ratas alojados pares são menos ansiosos do que ratas alojados individualmente 12.

4. Procedimentos Pré-treinamento

  1. Bait cada copo do alimento não nivelada sobre as sete torres com uma recompensa de alimentos (por exemplo, uma peça de fruta cereal) dentro.
  2. Coloque um rato no labirinto em um local aleatório até encontrar e consome todos os sete recompensas do alimento antes de ser removido.
    1. Se o rato não recuperar todas as recompensas de alimentos dentro de 10min, em seguida, removê-lo do labirinto e dar procedimentos de pré-formação de novo no dia seguinte. Nota: alguns ratos levará mais tempo do que outros para aprender inicialmente para recuperar as recompensas do alimento a partir do topo das torres.
    2. Se um rato não recupera e consumir todos os sete recompensas do alimento das torres dentro dos primeiros dois dias de pré-treinamento, dar-lhe 30 mínimo de sessões adicionais no OFTM até que as recompensas do alimento são recuperados. Tipicamente, o rato irá encontrar e consumir todas as recompensas alimentares após uma ou duas destas sessões de 30 min.

5. Procedimentos Place-formação e de treinamento de Resposta

  1. Atribuir cada rato dois dos quatro locais de início. Contrabalançar o seguinte: o ponto de liberação local de início dentro e entre cada dia de treinamento; o tipo de aprendizagem (lugar vs resposta); a "torre correta" para todos os alunos de lugar; ea volta cada resposta no aluno é treinado para fazer (direita versus esquerda).
  2. No início de cadadia de treinamento vez na máquina de ruído e abra o programa de gravação de vídeo. Bait todas as quatro torres e cobrir três dos quatro copos de alimentos, deixando a recompensa alimentar na torre "correta" exposta.
  3. Em cada dado julgamento, começar a gravação de vídeo (consulte o manual do usuário do fabricante para obter instruções), em seguida, coloque o rato no labirinto em seu local de início atribuída. Então, vá atrás da cortina para observar o comportamento do rato em um monitor de computador. Remova o rato do labirinto imediatamente após ele recupera a recompensa ou depois de 3 min passaram e parar a gravação de vídeo.
    1. Para os ratos de ensino-lugar, use sempre o mesmo "correta" torre de comida, e coloque o rato em um dos dois locais de início. Um lugar no aluno resolve o OFTM por encontrar um local específico usando as pistas espaciais previstas no labirinto. Por exemplo, a torre de isca D (= a torre "correto") e solte o rato do local de início '2' ou '3217; (setas contínua na figura 2A, à esquerda), ou torre isca A e liberar um rato do local de início '1' ou '4' (setas tracejadas na Figura 2A, esquerda).
    2. Para os ratos de ensino-resposta, mudar a torre comida "correta", dependendo do local de início. Resposta-alunos resolver o OFTM aprendendo a fazer um turno específico (por exemplo, sempre vire à direita), independentemente da sua localização inicial no labirinto. Por exemplo, a torre de isca D e solte o rato do local de início '3', ou isca torre B e liberar esse mesmo rato a partir de um local de início '2' (setas contínua na figura 2B, à esquerda). Para um rato diferente, isca torre B e libertar o rato de localização '1', ou torre isca A e solte aquele rato de localização '4' (tracejado setas da figura 2B, à esquerda).
  4. Dê todos os ratos um total de 48 ensaios de treinamento em 12 dias (quatro ensaios por da y).

figure-protocol-2
Figura 2. A mostrar Schematic Procedimentos lugar- e Resposta-Formação e Testes indiretos. Esta figura mostra os locais de início e de recompensa alimentar para treinamento de lugar-formandos (A, à esquerda) e alunos de resposta (B, à esquerda), e também o início e recompensa locais utilizados durante o teste de chave local de início para colocar-formandos (A, direita) e alunos de resposta (B, à direita). Os números indicam localização inicial de um rato; quadrados cinza representam torres de alimentos; linhas contínuas e tracejadas apontam para a torre de alimentos iscas. Comece a criar locais são contrabalançados dentro de cada condição de treino. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

e "> 6. Inicie Localização Procedimentos de teste Interruptor

  1. Depois de todos os ratos executar no seu nível assintótica (~ 80% dos correto primeira opção de responder) realizar um "Iniciar Localização Alterne Test" para testar a persistência do comportamento aprendido.
  2. Contrabalançar os locais de início novas (isto é, os locais de início que não foram anteriormente utilizados para o rato).
  3. Siga os procedimentos para cada tentativa de treinamento descrito na seção de protocolo 5 com os novos locais de início.
    1. Para um rato de aprendizagem de lugar que foi originalmente lançado a partir da localização '2' ou '3' e tinha torre D como sua torre "correta", coloque o rato em qualquer do novo local de início "1" ou "4", embora ainda iscagem torre D (Figura 2, à direita).
    2. Para um rato de ensino à resposta que foi originalmente lançado a partir da localização '2' ou '3' e aprendeu a virar à direita para receber a recompensa (em torres Be D, respectivamente), coloque o rato em qualquer do novo local de início '1' ou '4' e isca quer torre A ou C, respectivamente (que ainda exigiria o rato para virar à direita, a fim de encontrar a recompensa alimentar) Figura 2B, certo.
    3. Administrar todos os ratos ensaios oito início de switch local de teste em toda a dois dias (quatro ensaios por dia).

Análise 7. Dados

  1. Possui uma experimentador, que não treinou ratos e não sabe o tratamento de cada ensaios gravados em vídeo pontuação rato através da contagem do número de respostas um rato faz para encontrar a torre "correto" em cada tentativa (indicado pelo rato que eleva acima sobre o copo do alimento).
  2. Calcular a percentagem de vezes que um rato a recompensa encontra na sua primeira escolha (% de primeira escolha respostas correctas) dentro de cada dia de treino. Construir curvas usando a percentagem de respostas correctas primeira escolha em toda a dias de treinamento de aprendizagem. Use a percentagem de fescolha irst resposta correta para a análise estatística.
  3. Calcule o número de ensaios que levou o rato para alcançar o critério a priori conjunto para adquirir a tarefa (ou seja, a primeira escolha correta de responder em 8 dos 10 ensaios consecutivos). Excluir ratos de análise que não alcançam o critério a priori.

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Resultados

Os resultados representativos aqui descritos foram previamente publicados na Neurobiology of Learning & Memória, Elsevier 2. Nesta experiência o OFTM foi usado para testar os efeitos de tratamentos de estradiol crônicas e ciclismo no lugar- e em ratas Sprague-Dawley de ensino-resposta (250-300 g; N = 48). Havia duas razões importantes pelas quais o OFTM foi usada para realizar esta experiência. Em primeiro lugar, o estradiol foi demonstrado provocar efeitos diferenciais sobre lugar- e resposta 7-apre...

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Discussão

Numerosos paradigmas podem ser utilizados para investigar a aprendizagem e memória em roedores, e cada um tem importantes passos que se seguem devem experimentadores. No OFTM, é importante que as condições Maze (por exemplo, a posição de labirinto, intra e pistas extra-labirinto, pouca iluminação e nível de ruído de fundo, o tempo de formação diariamente) são mantidos constantes durante toda a duração da experiência. Também é necessário para minimizar o stress em ratos sujeitos a garantir o desempenho contínuo ...

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer à Christopher Newport University por financiar a preparação deste manuscrito e à Universidade de Vermont por financiar os experimentos descritos na seção de resultados representativos.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
de construção OFTM
Óculos de Segurança, Transparentes, Não RevestidosGrainger4EY97Usado para proteção geral dos olhos durante a construção do labirinto
Fita de Mascaramento, Bege, 18  mm x 55  mGrainger15F739
Tesoura de uso geral Wissgeral Home Depot 37103278647Fornecimento geral
Lancaster Mesa dobrável redonda de 6 pés - Plástico de granito branco resistente - 29" www.webstaurantstore.com384YCZ72RNDUsado como base do labirinto Folha de
bancada laminada em acabamento branco fosco (48 x 96 x 0.039)Home Depot 1573603504896Usado como paredes para o labirinto
Folha de bancada laminada em acabamento preto fosco (48 x 96 x 0.039)Home Depot 1595603504896Usado como piso do labirinto
Adesivo, Spray, 24  oz, 17,6  onças líquidas. 3MGrainger3MA16Usado para aderir o piso laminado ao tampo da mesa e pedaços de laminado uns aos outros
16.6 oz #90 hi-strength SLowe's193252Usado para aderir o piso laminado ao tampo da mesa
Superflex RTV, Selante Adesivo de Silicone, LoctileVWR300040-068Usado para selar ao redor do baze (entre o chão e as paredes do labirinto
) Selante Industrial; 10.1  ozGrainger4UH06Usado para selar ao redor do baze (entre o chão e as paredes do labirinto) Fita de
Mascaramento do Pintor; Shurtape; 2  em x 60  ydGrainger6FET7Usado para marcar padrões visuais em paredes de labirinto
Mini/Trim bandeja de pinturaACE Hardware 1365105Usado para segurar tinta 
Mini rolo de espuma 4" 6  pkACE Hardware1494871Usado para pintar padrões 
Conjunto de Amostras Val Nbase paintACE Hardware1505031Usado como tinta para padrão nas paredes do labirinto
HP Paint BlackWalmart72450405005Usado para pintar padrão nas paredes do labirinto
PincelWalmart81773801110Usado para pintar padrão nas paredes do labirinto
Fita Adesiva, 2  em x 60  yd, 10,5  Grainger Preto15F767Usado para envolver o exterior do labirinto
4x4 8  ft PT pine Vinil-CTD Post W/CapHome Depot 40933070541Usado para construir torres para o labirinto
20 gramas Pro Super GlueLowe's125870Usado para colar topos de torres, torres no chão do labirinto e copos de comida nos topos das torres
Recipientes de contas 9 - 1/2Michaels652695766978Usado como copos de comida no topo das torres
Tinta Spray, Preto, 12  ozGrainger6KP22Usado para pintar copos e tampas de comida
de
ambientes; 10 sonsHome Depot 204493600Usado para ruído de fundo
LâmpadaWalmart5027698392Usado para iluminação fraca da sala de labirinto
ES 14  W Lâmpada Espiral Daylight 4  pkHome Depot 762148208433Usado para iluminação fraca da sala do labirinto
Cortina de chuveiroWalmart3429910901Usado para separação entre o labirinto e o experimentador
Cortina RodBed Bath & Além76598645104Usado para separação entre o labirinto e o experimentador
Froot Loops CerealWalmart3800039122Usado como recompensa
Equipamento
Gravador de mídia Vídeo 3:4NoldusNMR4-0200Usado para gravar testes de treinamento
Câmera GigE monocromáticaNoldusXCFW-BG62Usado para gravar testes de treinamento
Notebook Dell N/A Precision M4800Usado para executar software de vídeo
Suprimentos para uso Máquina de som Conair SU1W de preparação de gravação

Referências

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