Радиальный водный лабиринт с восемью рукавами предназначен для одновременной оценки производительности эталонной и рабочей памяти, требуя от испытуемых использования дополнительных подсказок лабиринта для поиска спасательных платформ и устранения ограничений, наблюдаемых в наземных проектах лабиринтов с радиальными рукавами.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Использование радиального водного лабиринта с восемью руками для оценки рабочей и опорной памяти после неонатальной черепно-мозговой травмы
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Рабочая и референсная память обычно оцениваются с помощью наземного лабиринта радиальных рук. Однако, эта парадигма требует предварительной подготовки, лишения пищи и может привести к путанице с запахом. Радиальный водный лабиринт с восемью рукавами предназначен для одновременной оценки производительности эталонной и рабочей памяти, требуя от испытуемых использования дополнительных сигналов лабиринта для поиска платформ для побега и устранения ограничений, наблюдаемых в наземных конструкциях лабиринтов с радиальными рукавами. В частности, испытуемые должны избегать рук, которые ранее использовались для побега в течение каждого дня тестирования (рабочая память), а также избегать неподвижных рук, которые никогда не содержат платформ для побега (референсная память). Повторные входы в руки, которые уже использовались для побега во время тестовой сессии (и, таким образом, платформа для побега была удалена), и повторные входы в руки эталонной памяти указывают на дефицит рабочей памяти. С другой стороны, первые записи в плечи референсной памяти указывают на дефицит референсной памяти. Мы использовали этот лабиринт для сравнения производительности крыс с неонатальной черепно-мозговой травмой и фиктивной контрольной группой после индукции гипоксии-ишемии и показали значительный дефицит как рабочей, так и референсной памяти после одиннадцати дней тестирования. Этот протокол может быть легко модифицирован для изучения многих других моделей нарушений обучения.
Введение
Рабочая память (WM) соответствует критической когнитивной области, необходимой для представления объектов или мест во время целенаправленного поведения1. В качестве альтернативы, референсная память (RM) требуется для временно-стабильных представлений этих объектов или мест. Рабочая и референсная память уже давно оцениваются у грызунов с использованием наземных парадигм лабиринта радиальных рук2,3. Однако эти задачи часто требуют предварительной подготовки, так как крысы не предрасположены к спонтанному бегу по лабиринту. Это может значительно увеличить время, необходимое для завершения эксперимента, и может повлиять на чувствительные ко времени продольные конструкции. Другие ограничения наземного лабиринта с восемью руками включают требования к лишению пищи и трудности с контролем изменений в сигналах запаха, оставленных на лабиринте после каждого испытания. Многие из этих ограничений были преодолены с помощью парадигмы водного лабиринта Морриса4, однако исторически эти проекты ограничивались проверкой эталонной памяти и пространственного обучения (исключения5-9). Восьмиплечевый радиальный водный лабиринт представляет собой модифицированную версию восьмиплечевого радиального наземного лабиринта, который использовался для оценки как эталонной, так и рабочей памяти у крыс и мышей5-7. В отличие от традиционных наземных лабиринтов, восьмирукий радиальный водный лабиринт не требует лишения пищи, сводит к минимуму потенциальные сбивающие с толку запаховые сигналы и использует мотивацию испытуемых к побегу в качестве эффективного средства для одновременной оценки рабочего и эталонного обучения и памяти без необходимости предварительной подготовки5-7.
Одно из применений этой парадигмы - проверка дефицита рабочей памяти после неонатальной черепно-мозговой травмы. Исследования на людях показали, что недоношенные дети с риском повреждения головного мозга демонстрируют дефицит рабочей памяти в более позднем возрасте10,11. Неонатальное повреждение головного мозга может быть смоделировано у грызунов путем индуцирования гипоксии/ишемии (ГИ) на ранних стадиях постнатального развития12-15. Что еще более важно, дефицит пространственного обучения и рабочей памяти, обнаруженный у младенцев из группы риска, аналогичен у грызунов, использующих лабиринт с радиальной рукой, что делает его надежной моделью для изучения такихнарушений. Радиальный водный лабиринт с восемью рукавами также позволяет одновременно количественно оценивать эталонную и рабочую память, что делает его идеальным для сравнения пациентов с поврежденным мозгом и без травм в моделях, чувствительных ко времени (т.е. во время дискретного развития вдов) или для уравновешенных продольных конструкций.
В этом протоколе мы описываем процедуры тестирования с использованием восьмиплечевого радиального водного лабиринта (см. рисунок 1) и примеры данных для крыс с гипоксически-ишемическим повреждением новорожденных и без него. Гипоксия-ишемия (ГИ) была индуцирована на 7-й день после прижигания правой общей сонной артерии и 120 мин 8% воздействия кислорода. Эта хирургическая процедура широко используется для моделирования патологии недоношенных и неонатальной черепно-мозговой травмы (подробнее см.12,13,16,17). Мы показываем, что парадигма водного лабиринта радиального плеча выявляет дефицит референсной памяти и возможностей рабочей памяти после неонатальной травмы ГИ. В текущем протоколе эталонная память оценивается с помощью четырех конкретных плеч восьмиплечевого радиального водного лабиринта, которые остаются постоянными для дополнительных сигналов лабиринта на протяжении всего тестирования. Эти руки никогда не содержат спасательной платформы, поэтому входы испытуемых в эти руки отражают плохую производительность референсной памяти и дефицит долгосрочного обучения. Остальные четыре рукава содержат спасательные платформы в начале дня, однако каждая платформа удаляется, как только животное успешно входит в рукав и выходит из воды5-7. Это требует от животного запоминания, в какие руки оно входило в течение четырех последовательных испытаний, увеличивая потребность в рабочей памяти по мере удаления каждой дополнительной платформы. Рабочая память оценивается путем изучения повторных входов в руки, ранее использовавшиеся для побега в течение того же дня тестирования, или повторных входов в руки референсной памяти. Кроме того, в этом дизайне используются дополнительные подсказки лабиринта для определения местоположения платформ для побега, отражающих пространственное обучение, зависящее от гиппокампа. Этот метод оценки ошибок рабочей и эталонной памяти был первоначально использован Джаррардом и соавторами.18 и с тех пор широко используется для оценки моделей неврологических расстройств, связанных со старением, неспособностью к обучению и последующими гормональными манипуляциями у грызунов5,6,7,19,20.
Основная цель этой парадигмы - оценка эталонной и рабочей памяти, таким образом, конструкция радиального водного лабиринта с восемью руками не должна быть ограничена для тестирования дефицита из-за травмы головного мозга. Вместо этого, предыдущие исследования с использованием этой парадигмы показывают, что различные модели грызунов могут быть оценены для оценки патологии обучения и памяти во многих экспериментальных контекстах5,6,7,18,19,20.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все процедуры были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных Колледжа Род-Айленда и соответствуют Руководству Национальных институтов здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных.
1. Конфигурация лабиринта
- Разместите четкие, статичные, заметные внешние подсказки лабиринта (окрашенные формы, мебель или другие неподвижные элементы комнаты) вокруг лабиринта.
Примечание: Все дополнительные подсказки лабиринта должны оставаться в том же месте на протяжении всего эксперимента. - Поместите ступицу и рычаги лабиринта радиального рукава в пластиковую ванну (см., например, таблицу оборудования).
Примечание: Лабиринт, используемый в этом протоколе, состоит из восьми съемных рукавов из нержавеющей стали, прикрепленных к восьми центральным опорам, прикрепленным к круглому основанию из нержавеющей стали, окрашенному в черный цвет (см. схему и соответствующие размеры на рисунке 1). Пластиковая ванна, показанная на рисунке 1, имеет внутренний диаметр 122 см и высоту 60 см. - Наполните ванну водой, нагретой до комнатной температуры (22-26 °C)7.
- Расположите платформы на глубине 1 см от поверхности воды на концах четырех из восьми рукавов.
Примечание 1: Для каждого испытуемого местоположение платформы фиксируется на время тестирования. Независимо от конфигурации, следует проявлять осторожность, чтобы не размещать платформы более чем в двух смежных рукавах (не более двух платформ должны быть расположены в соседних рукавах). Не размещайте платформу в стартовом рычаге.
Примечание 2: Скрытые платформы должны быть окрашены в тот же цвет, что и вставка лабиринта, чтобы сливаться с фоном лабиринта.
2. Перенос предметов для тестирования
- Перевод испытуемых из вивария в помещение для тестирования с соблюдением назначенного порядка проведения испытаний.
Примечание: Животных следует помещать в непрозрачную клетку, чтобы снизить предвосхищающий стресс и предотвратить просмотр сигналов тестовой комнаты. - Оказавшись в испытательной комнате, поместите все непрозрачные клетки из группы 1 на сценический стенд или стол, поддерживая порядок испытаний.
Примечание: В большом исследовании (например, 30 субъектов) может быть лучше разбить испытуемых на тестовые группы (например, 3 группы по 10 субъектов в каждой). Это будет зависеть от размера вашего испытательного помещения и возможности транспортировки объекта.
3. Протокол цифрового планшета для записи записей в руки лабиринта
- Откройте программу записи PDF на цифровом планшете.
- Импорт всех предварительно сохраненных шаблонов записи данных для субъектов в группе 1.
Примечание: Каждый шаблон записи должен быть предварительно сохранен и помечен конкретными номерами субъектов и испытаний (например, субъект 1_trial 1, субъект 1_trial 2 и т.д.), всего четыре шаблона для каждого субъекта (испытания 1-4). Шаблон должен содержать пустое представление расположения лабиринта и платформы, а также место для записи номера субъекта, номера испытания, дня тестирования, используемой платформы побега и задержки испытания (см. рис. 2). - Откройте шаблон для первого испытания вашего первого объекта.
Примечание: Эта система также может быть использована с бумажными шаблонами для исследователей, не имеющих доступа к планшетам или программам для ведения заметок на планшетах.
4. Испытание водного лабиринта радиального рукава
- Если животные содержатся в парах, разделите испытуемых до начала сеанса тестирования. Перенесите первого испытуемого в отдельную непрозрачную клетку для утепления.
Примечание: Клетка должна быть прогрета до 37 °C с помощью грелки для поддержания температуры тела между испытательными испытаниями. - Перед первым испытанием каждого субъекта убедитесь, что идентификационный номер субъекта совпадает с номером субъекта на листе регистрации данных, и убедитесь, что платформы правильно расположены в водном лабиринте с восемью рукавами.
- Поместите объект в стартовый рычаг лицом к стене лабиринта и запустите таймер.
Примечание: Этот протокол был разработан для двух экспериментаторов, один из которых записывал данные, а другой работал с испытуемыми. Во время этого сотрудничества общение между экспериментаторами имеет первостепенное значение. Подтверждение времени начала, номеров субъектов и правильного размещения платформы перед каждой пробной версией имеет важное значение. - Оставайтесь неподвижными во время каждой попытки в определенном положении в комнате, чтобы поддерживать согласованность сигнала во время каждой попытки.
Примечание: Следует следить за тем, чтобы во время экспериментов не подавались заметные сигналы (например, духи), и экспериментаторы должны носить одну и ту же одежду (лабораторные халаты) каждый день, чтобы поддерживать постоянство сигналов. - Запишите каждый вход в руку, поставив отметку на соответствующей руке в шаблоне записи на цифровом планшете.
Примечание: Вход происходит, когда плечи субъекта ломают открывающуюся плоскость руки. - Дайте субъекту не более 120 секунд, чтобы найти одну из четырех платформ. Как только животное достигнет платформы, остановите таймер, испытание завершено.
Примечание: Для поддержания последовательности говорят, что субъект достиг цели, когда его передние лапы находятся на платформе. - Если субъект не может найти платформу в течение 120 секунд, осторожно подведите его к ближайшей платформе и дайте ему оставаться на платформе в течение 10 секунд перед удалением, чтобы убедиться, что животное знает о целевом местоположении.
- Только в первый день позвольте испытуемому посидеть на платформе в течение 10 секунд после каждого из всех четырех попыток, чтобы испытуемый мог ссылаться на пространственные сигналы.
- После завершения испытания снимите объект с платформы, осторожно подняв его за корпус.
- Запустите таймер на 90-секундный интервал между испытаниями.
- Поместите объект обратно в отдельную клетку над терморегулирующей площадкой.
- Запишите конкретную платформу, используемую для побега, обведя вокруг себя соответствующее место на шаблоне записи данных.
- В течение этого промежутка времени уберите спасательную платформу, которую использовал субъект в предыдущем испытании.
- Откройте шаблон для следующего испытания и отметьте все платформы, которые были использованы субъектом для побега и, таким образом, удалены во время предыдущих испытаний, X.
Примечание: Пометка всех отсутствующих платформ перед последующим испытанием имеет решающее значение для определения типов ошибок (например, исправление эталонной памяти и/или рабочей памяти). - Прежде чем начать последующую пробную версию, подтвердите номер субъекта, номер пробной версии и остальные местоположения платформы.
- По истечении 90-секундного интервала между испытаниями поместите испытуемого в стартовый рычаг лицом к стене лабиринта и запустите таймер для следующего испытания.
- Повторите этот процесс для испытаний 2-4, удаляя платформу для побега, достигнутую после каждого испытания, и соответствующим образом отмечая шаблон во время и после каждого испытания (т.е. поместите X над удаленными платформами, обозначьте вошедшее оружие и обведите вокруг него платформу, используемую для побега).
- После того, как все четыре испытания для одного субъекта будут завершены, поместите спасательные платформы обратно в соответствующие рукава лабиринта и повторите процесс тестирования для следующего субъекта (этапы тестирования 4.1-4.17).
- После завершения тестирования для группы 1 экспортируйте листы записи данных в папку за этот день тестирования (например, день 1) и сохраните их в системе хранения файлов.
Примечание: Листы записи данных должны быть экспортированы до начала следующей тестовой группы, чтобы свести к минимуму вероятность потери данных. - Повторите для каждой группы (этапы тестирования 2.1-4.19).
5. Зависимые переменные
- Для каждого испытания подсчитайте количество первых и повторных входов в любую руку, у которой ранее была платформа. Это будет обозначено крестиком над платформой на листе записи данных. Это исправление ошибок рабочей памяти.
Примечание: Поскольку ошибки коррекции рабочей памяти зависят от запоминания местоположения платформы, которая уже использовалась для побега, и избегания этой руки, вы не можете получить ошибку коррекции рабочей памяти при первой попытке. - Для каждого испытания подсчитайте количество первых входов в любую группу, которая никогда не содержала платформы из листа записи данных. Это ошибки эталонной памяти.
- Для каждого испытания подсчитайте количество повторных входов в любую группу, которая никогда не содержала платформы из листа записи данных. Это некорректные ошибки рабочей памяти.
- Записывайте задержку для доступа к платформе для каждой пробной версии.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Примерные данные нашей лаборатории показывают, что к одиннадцатому дню тестирования у животных с ГИ наблюдается значимо большее количество ошибок рабочей памяти по сравнению с контрольной группой (t = 2.124, p<0.05, (см. Рисунок 3A)). У животных с ГИ к одиннадцатому дню тестирования также выявлено значимо большее количество ошибок референтной памяти по сравнению с контрольными субъектами (t = 2.303, p<0.05, (см. Рисунок 3B)). Ошибки рабочей и референтной памяти включают общее колич...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Восьмиплечевая парадигма радиального водного лабиринта была успешно использована в нашей лаборатории и другими организациями для оценки производительности рабочей и эталонной памяти у крыс с неонатальным повреждением головного мозга и без него5-7,18-20. В текущей парадигме удаление escape-платформы после каждого испытания увеличивает потребность в рабочей памяти (у испытуемых меньше возможностей для побега) в последующих попытках. Таким образом, в четвертом испытании остается только одна платформа, и потребнос...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Благодарности
Авторы выражают благодарность Уильяму Мартину и художественному отделу колледжа Род-Айленда за помощь в создании лабиринта. Мы также хотели бы выразить признательность студентам колледжа Род-Айленда Катрине Фейерхерм, Молли Ла Рю и Нику Лафонду за работу по ведению предметов в водном лабиринте с восемью рукавами. Эта работа была поддержана грантом от Rhode Island Idea Network for Biomedical Research excellence (RIINBRE) и Национального центра исследовательских ресурсов NIH (грант # P20 RR16457-12). Поддержка также была оказана Национальным институтом детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер Национальных институтов здравоохранения в рамках премии No R15HD077544.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| пластиковых | контейнеров для ванн | ARM-19455 | могут варьироваться в зависимости от тестируемого вида или индивидуальных лабораторных потребностей. |
| iPad или другой цифровой планшет | Apple Inc. | Н/Д | http://www.apple.com |
| Значимость или другое приложение для ведения заметок | Gingerlabs | Н/Д | http://www.gingerlabs.com Цифровая программа для записи PDF |
| Цифровой таймер | Любой | Н/Д | |
| Дельтафазная изотермическая грелка | Braintree Scientific | ASS7D | http://www.braintreesci.com/ |
| Нержавеющая сталь стальной лабиринт | Изготовлен в доме | Н/Д |
Ссылки
- Bunge, S. A., Ochsner, K. N., Desmond, J. E., Clover, G. H., Gabrieli, J. D. Prefrontal regions involved in keeping information in and out of mind. Brain. 124 (Pt 10), 2074-2086 (2001).
- Olton, D., Collison, C., Werz, M. Spatial memory and radial-arm maze performance of rats. Learn Motiv. 8, 289-314 (1977).
- Olton, D., Becker, J., Handelmann, G. Hippocampus, space, and memory. Behav. Brain Sci. 2, 313-365 (1979).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J. Neurosci. Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Hyde, L. A., Hoplight, B. J., Denenberg, V. H. Water version of the radial-arm maze: learning in three inbred strains of mice. Brain Res. 785 (2), 236-244 (1998).
- Hyde, L. A., Sherman, G. F., Hoplight, B. J., Denenberg, V. H. Working memory deficits in BXSB mice with neocortical ectopias. Physiol. Behav. 70 (1-2), 1-5 (2000).
- Hyde, H. A., Hoplight, L. A., Denenberg, B. J., H, V. In two species, females exhibit superior working memory and inferior reference memory on the water radial-arm maze. Physiol. Behav. 70 (3-4), 311-317 (2000).
- Fitch, R. H., Breslawski, H., Rosen, G. D., Chrobak, J. J. Persistent spatial working memory deficits in rats with bilateral cortical microgyria. Behav. Brain Funct. 4, 45(2008).
- Szalkowski, C. E., et al. Persistent spatial working memory deficits in rats following in utero RNAi of Dyx1c1. Genes Brain Behav. 10 (2), 244-252 (2011).
- Conklin, H. M., Salorio, C. F., Slomine, B. S. Working memory performance following pediatric traumatic brain injury. Brain Inj. 22 (11), 847-857 (2008).
- Luu, T. M., Ment, L., Allan, W., Schneider, K., Vohr, B. R. Executive and memory function in adolescents born very preterm. Pediatrics. 127, 639-648 (2011).
- McClure, M. M., Threlkeld, S. W., Fitch, R. H. Auditory processing and learning/memory following erythropoietin administration in neonatally hypoxic-ischemic injured rats. Brain Res. 1132 (1), 203-209 (2006).
- McClure, M. M., Thrlekeld, S. W., Fitch, R. H. The effects of erythropoietin on auditory processing following neonatal hypoxic-ischemic injury. Brain Res. 1132 (1), 203-209 (2007).
- LaPrairie, J. L., Murphy, A. Z. Long-term impact of neonatal injury in male and female rats: Sex differences, mechanisms and clinical implications. Front. Neuroendocrinol. 31 (2), 193-202 (2010).
- Volpe, J. J. Perinatal brain injury: from pathogenesis to neuroprotection. Ment. Retard. Dev. Disabil. Res. Rev. 7, 56-64 (2001).
- Vannucci, R. C., Vannucci, S. J. A model of perinatal hypoxic-ischemic brain damage. Ann. N. Y. Acad. Sci. 835, 234-249 (1997).
- McClure, M. M., Peiffer, A. M., Rosen, G. D., Fitch, R. H. Auditory processing deficits in rats with neonatal hypoxic-ischemic injury. Int. J. Dev. Neurosci. 23 (4), 351-362 (2005).
- Jarrard, L., Okaichi, H., Steward, O., Goldschmidt, R. On the role of hippocampal connections in the performance of place and cue tasks: comparisons with damage to the hippocampus. Behav. Neurosci. 98, 946-954 (1984).
- Bimonte-Nelson, H. A., et al. Testosterone, but not nonaromatizable dihydrotestosterone, improves working memory and alters nerve growth factor levels in aged male rats. Exp. Neurology. 181, 301-312 (2003).
- Acosta, J. I., Hiroi, R., Camp, B. W., Talboom, J. S., Bimonte-Nelson, H. A. An update on the cognitive impact of clinically-used hormone therapies in the female rat: Models, mazes and mechanisms. Brain Res. 13 (1514), 18-39 (2013).
- O'Keefe, J., Nadel, L. The hippocampus as a cognitive map. , Clarendon Press. Oxford, England. (1978).
- Whishaw, I. Q., Pasztor, T. J. Rats alternate on a dry-land but not swimming-pool (Morris task) place task: implications for spatial processing. Behav. Neurosci. 114 (2), 442-446 (2000).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
