Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Место и реагирования обучение в Открытом поле башня лабиринт

10K просмотров

DOI:

10.3791/53227

28 октября 2015 г.

В этой статье

Краткое содержание

Открытое поле башня лабиринт (OFTM) представляет собой лабиринт создан для изучения поведенческих и нервных механизмов пространственного обучения (например, место- или ответ обучения) у крыс. Этот лабиринт особенно полезно для экспериментаторов, которые хотят использовать не напряженный лабиринт парадигму для расследования пространственное обучение в своих исследованиях.

Аннотация

Этот протокол описывает, как открытое поле башни Лабиринт (OFTM) парадигма используется для изучения пространственное обучение у грызунов. Этот лабиринт особенно полезно для изучения того, как крысы научиться использовать место- или ответ-обучение, чтобы успешно ориентироваться в открытом поле арене. Кроме того, этот протокол описывает, как OFTM отличается от других поведенческих парадигм лабиринт, которые обычно используются для изучения пространственное обучение у грызунов. OFTM описано в этой статье, взято из одного описанной ранее Коул, Клиппертон, и Уолт (2007). В частности, OFTM был создан, чтобы проверить пространственное обучение у грызунов без экспериментатора, имеющего рассмотреть, как "стресс" может играть роль как искажающего переменной. Эксперименты показали, что стресс-одиночку могут существенно повлиять на когнитивные функции 1. Ориентированный на результаты раздела представитель содержит данные из эксперимента, который использовал OFTM изучить эффекты лечения эстрадиола на место- и ответ-Learning в взрослых женщин Спрэг Dawley крыс 2. Будущие исследования будут направлены на изучение роли гиппокампа и полосатого тела в размеще- и реагирования обучения в OFTM.

Введение

Открытая поле башня лабиринт (OFTM) может быть использован для изучения поведенческих и нейробиологических механизмов пространственного обучения у грызунов. Важно отметить, что OFTM позволяет исследователям изучать как "место на основе" и обучения типов "ответов" на основе. Во время обучения месте животное переходит через лабиринт, используя пространственные сигналы в окружающую среду (например, пищевой наградой находится рядом с маяком высотой). Во время отклика обучения животное делает определенный поворот ответ, независимо от его положения по отношению к пространственными аллюзиями (например, сделать левый поворот или правильный, чтобы найти награду пищи). Ранее было сообщено, что реакция обучение и место обучения опираются на два различных систем памяти 3, 4 и отображение их нервные механизмы была постоянной научно погоня 2, 5-7. Конструкция OFTM был адаптирован из одного описано ранее 8.

открытополевые парадигмы (компонент OFTM) обычно используется для исследования беспокойство у грызунов 9. Во время типичные открытый тест крысы поле тревоги, которые проводят больше времени в центре открытого поля имеют более низкие напряжения и тревоги уровней, чем у крыс, которые проводят больше времени вблизи периметра. В OFTM, крыса необходимо ввести центр лабиринта, чтобы найти пищевого вознаграждения. Таким образом, правильно навигация в OFTM показывает, что эти крысы не являются подчеркнул. Одна из причин, крыс, не подчеркнуто в ходе подготовки происходит потому, что в отличие от стандартных испытаний на открытом поле тревоги обучения OFTM требует предварительной фазы обучения, в течение которого крысы предварительно подвергается воздействию лабиринт в течение длительного периода времени. Кроме того, обучение происходит в тускло освещенной среде дальнейшего снижения тревожности вызывающие аспект открытом поле, которое, как правило, ярко горит

Еще одна уникальная особенность OFTM, по сравнению с некоторыми другими лабиринты, как обучение измерить. Экспериментаторы, используяМоррис Водный лабиринт или лабиринт Барнс обычно измеряют обучения путем анализа скорости и / или длина пути крыса путешествует, чтобы достичь своей цели месте. Эти зависимые меры могут быть затронуты факторы, не обучения, таких, как изменения в общей двигательной активности крысы. Тем не менее, меры OFTM обучения с использованием процент от первого выбора правильного ответа крысу делает, чтобы найти пищевого вознаграждения. Это зависит мера не является уязвимой к изменениям в двигательной и, следовательно, более точно оценивает обучение, чем измерения скорости и расстояния. Тем не менее, экспериментатор может также измерять скорость крыса и расстояние в OFTM использованием отслеживания видео программное обеспечение.

Другие лабиринт типа, такие как T-лабиринте, в водном лабиринте Morris и Barnes лабиринт может быть использован для изучения и место-отклика обучения. Тем не менее, OFTM является уникальным в нескольких заметных способами. Во-первых, OFTM является более чувствительным, чем поведенческие анализ Т-образном лабиринте, потому что OFTM есть шанс ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕе 25%, в то время как Т-образном лабиринте есть шанс производительность на 50%. Во-вторых, крыса может превратить только в одном из двух путей в T-лабиринте, но неограниченные возможности маршрутизации при навигации в OFTM. В-третьих, в отличие от задач Моррис водном лабиринте и Барнс Maze (которые имеют неограниченные возможности маршрутизации, как в OFTM), эксперименты с использованием OFTM не требуют крыс для навигации по отвращение ситуации. Крысы motived ориентироваться в водном лабиринте Morris, чтобы избежать плавание в воде, и они мотивированы, чтобы ориентироваться в лабиринте Barnes, чтобы избежать в открытом, ярко освещенной среде. Было показано, что воздействие на водном лабиринте Morris или Barnes лабиринт индуцирует высвобождение гормона стресса (например, кортикостерона) у грызунов 10. Тем не менее, крысы ориентироваться в OFTM, потому что они мотивированы, чтобы найти еду и вознаграждение Обучение проводится с тусклом освещения. Таким образом, OFTM не является отвращение задача аппетитивная. Результаты экспериментов, использующих стрессовой мAZE парадигма для изучения влияния манипуляций, таких как лекарства, гормона, физические упражнения, или диета на обучения и памяти механизмов может быть трудно интерпретировать из-за "стресс", само по себе, может повлиять на когнитивные функции 11.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Этот протокол утвержден уходу и использованию комитета Институциональная животных Кристофер Ньюпорт университета по.

1. Строительство OFTM аппарата

  1. Построить пограничной стены (40 см в высоту и 183 см в диаметре) из трех частей белого ламината. Построить круговую лабиринт этаж (183 см диаметр) от черного слоистого материала, и приклейте его на пластиковую столешницу. Закрепите пограничной стены к краю стола с помощью шурупов и клея.
  2. Украсьте внутреннюю поверхность ограждающей стены: Оставьте четверть твердого белого; Краска на четверть твердый черный; Краска четверть с черными полосами; Краска четверть с черными кругами.
  3. Построить четыре "пища башни" (8 см х 8 см х 20 см; рис 1а), вырезанные из квадратной белой сообщению ПВХ. Клей кусок черного ламината (8 см х 8 см) в верхней части каждой башни. Безопасный их в лабиринте пол с ума клея 54 см друг от друга.
  4. Построить три "предпродажную подготовку буксирERS "(5 см, 10 см и 15 см высотой соответственно; Фигура 1В) от квадратной формы белого сообщению ПВХ. Клей кусок черного ламината (8 см х 8 см) в верхней части каждой башни. Эти башни, приклеенный к полу лабиринта только на этапе предварительного обучения (описано ниже).
  5. Клей один черный непрозрачный пластиковый пищевой чашку с винтовой крышкой (верхней = а прозрачный пластик шарик контейнера окрашены в черный цвет; 1,75 см и 3,75 см в диаметре) в верхней части каждой пищевой башни. Дрель три небольших отверстия вентиляционных (диаметр 3 мм) в каждой крышке. Отверстия гарантировать, что крысы не могут найти "правильный" продовольственной помощи башню обонятельные сигналы. Высота учебных башен гарантирует, что крыса не может найти «правильную» башню с помощью кэппированную чашку пищевых продуктов в качестве визуального кия.

figure-protocol-1
Рисунок 1. Фотографии с открытого поля Башня МаZE (OFTM). (А) Крыса в состоянии найти и получить награду пищи только с одной награды наживкой "учебной башни" во время приобретения, а также все последующие обучение и тестирование. (Б) Три "предпродажная подготовка башни" находятся в центре лабиринта арене во время предварительной подготовки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

2. OFTM Лабиринт номер

  1. Используйте лампу с 60 Вт лампочки (люмен: 800) тускло освещают лабиринт комнату. Лампа расположена на 3 фута над полом и 2 фута в сторону лабиринта, обращенной к потолку. Играть белый шум в фоновом режиме (~ 70 дБ) с использованием звуковой машину.
  2. Установите цифровую видеокамеру, чтобы над лабиринтом потолка для передачи видео на компьютер. Повесьте непрозрачный занавес, чтобы отделить лабиринт из компьютерного мониторингаплощадка.

3. Крыса Обращение, Еда Ограничение и жилищно

  1. Пусть каждый экспериментатор обрабатывать все крысы в ​​течение семи дней (4 мин в день) до предварительного обучения.
  2. Поместите крыс на диете питания ограниченного (1 час свободного вскармливания в день). Эта диета гарантирует, что крысы будут мотивированы, чтобы получить награды во время обучения, в то время как поддержание здорового веса (~ 90% от массы свободного вскармливания).
  3. Дважды дома крыс (при использовании женщин) на протяжении всего эксперимента. Пара-расположен самок крыс менее тревожны, чем одно- расположен самок крыс 12.

4. Предварительная подготовка процедуры

  1. Наживка каждый кэппированную чашку пищи на семью башнями с пищевой наградой (например, одна часть фруктового зерновых) внутри.
  2. Поместите крысу в лабиринт в случайном месте, пока он не находит и уничтожает все семь пищевые награды, прежде чем он будет удален.
    1. Если крыса не получить все продовольственные наград в течение 10мин, затем удалить его из лабиринта и дать процедур предварительного обучения снова на следующий день. Примечание: некоторые крысы займет больше времени, чем другие, изначально научиться извлекать выгоды из пищевых верхней части башни.
    2. Если крыса не получить и потреблять все семь пищевые награды от башен в течение первых двух дней предварительного обучения, дать ему дополнительные сеансы 30 мин в OFTM до еды награды не извлекаются. Как правило, крыса найти и потреблять все продукты питания награды после одного или двух из этих 30 сеансов мин.

5. Место-учебные и реагирования-учебные процедуры

  1. Связать каждый крысу два из четырех местах запуска. Автопогрузчик следующее: начало местоположения точки выброса внутри и между каждого учебного дня; тип обучения (место против ответ); "правильный башня" для всех место учащихся; и очередь каждый ответ-ученик обучается сделать (справа против слева).
  2. В начале каждогоучебный день очередь на шум машины и открыть программу записи видео. Наживка все четыре башни и охватывают три из четырех кормушками, оставляя награду пищи на "правильной" башни подвергается.
  3. На каждом данном суде, начать запись видео (обратитесь к руководству пользователя производителя для получения инструкций), а затем поместить крысу в лабиринте на ее назначенной стартовой локации. Затем перейдите за занавеской, чтобы наблюдать за поведением крысы на мониторе компьютера. Удалить крысу из лабиринта сразу после он получает награду или после 3 мин прошло, и остановить запись видео.
    1. Для места обучения крыс, всегда использовать тот же «правильный» пищи башню, и поместить крысу в одном из двух мест запуска. Место-ученик решает OFTM находя определенное место, используя пространственные сигналы, предусмотренные в лабиринте. Например, приманки башни D (= "правильный" башня) и отпустите крысу от начального места "2" или "3217; (сплошные стрелки на рисунке 2А, слева), или приманка башней и выпустить крысу начального местоположения '1' или '4' (пунктирными стрелками на рисунке 2А, слева).
    2. Для крыс реагирования обучения, переключения "правильно" пищи башню в зависимости от начального положения. Response-учащиеся решить OFTM, научившись делать определенную очередь (например, всегда повернуть направо), независимо от его начальной точки в лабиринте. Например, приманки башни D и отпустить крысу из начального местоположения '3', или приманки башни В и освободить тот же крысы из начального местоположения '2' (сплошные стрелки на фиг.2b, слева). Для отличается крыса, приманки башни Б и выпустить крысу с места "1", или приманка башней и отпустите эту крысу с места "4" (пунктирная стрелки на рисунке 2b, слева).
  4. Дайте всех крыс в общей сложности 48 учебных испытаний по 12 дней (четыре испытания на DA у).

figure-protocol-2
Рисунок 2. Накладные Схематическое изображение место- и реагирования-учебные и испытательные процедуры. Эта цифра показывает начальную и пищевой наградой места для подготовки географических учащихся (A, слева) и учащихся реагирования (B, слева), а также время начала и вознаграждение места, используемые в ходе испытания выключателя старт местоположения для географических учащихся (A, справа) и учащиеся реагирования (B, справа). Цифры показывают, местонахождение, крысы,; серые квадраты представляют пищевые башни; сплошные и штриховые линии указывают на наживкой пищевой башни. Начать места уравновешиваются внутри каждого учебного состоянии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

е "> 6. Начало процедуры Переключить Место тестирование

  1. После того как все крысы выполнить на их асимптотической уровне (~ 80% правильного выбора первого отвечать) провести "Пуск положение переключателя Test", чтобы проверить сохранение ученого поведения.
  2. Противовес новые места старта (т.е. места старта, которые не были ранее использованы для крысы).
  3. Выполните процедуры, для каждого учебного судебного процесса, описанного в разделе протокола 5 с новыми местах запуска.
    1. Для места обучения крыс, что первоначально был выпущен из расположения "2" или "3" и был башня D, как его "правильной" башни, поместите крысу либо нового начального местоположения '1' или '4', в то время как до сих пор травля башня D (2А, справа).
    2. Для крыс отклика обучения, которая была первоначально выпущен из расположения "2" или "3" и научились превращать право на получение вознаграждения (на башнях Bи D, соответственно), поместите крысу либо нового начального местоположения '1' или '4' и приманки либо башню А или С, соответственно (которые все равно требуют крысу повернуть направо, чтобы найти награду пищи) 2В, право.
    3. Администрирование всех крыс восемь стартовых испытания переключатель Расположение тест через два дня (четыре исследования, в день).

Анализ данных 7.

  1. Уже экспериментатор, который не тренировался крыс и не знает, лечение каждого надреза крысы видеообращении испытаний путем подсчета количества ответов крыса делает, чтобы найти "правильный" башню на каждом испытании (указывается крысы на дыбы над еда чашка).
  2. Рассчитать процент времени, что крыса находит награду на его первого выбора (% первого выбора правильных ответов) в течение каждого учебного дня. Построить кривые обучения, используя процент первого выбора правильных ответов по всей учебных дней. Используйте процентов Fрежде выбор правильный ответ для статистического анализа.
  3. Рассчитать количество испытаний он взял крысу, чтобы достичь априори заданному критерию приобрести задачи (т.е., первый выбор правильный отвечая на 8 из 10 последовательных испытаний). Исключить крыс из анализа, которые не достигают априори критерий.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Представительные результаты, описанные здесь ранее опубликованы в нейробиологии обучения и памяти, Elsevier 2. В этом эксперименте OFTM был использован для тестирования эффекты хронических и велосипедных лечения эстрадиола на размеще- и реагирования обучения у самок крыс Sprague-Dawley (250 - 300 г, N = 48). Были две важные причины, почему OFTM был использован для проведения этого эксперимента. Во-первых, эстрадиола было показано, чтобы побудить различные эффекты на место- и ответ обучения 7. Во-вт...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Многочисленные парадигмы могут быть использованы для исследования обучения и памяти у грызунов, и каждый имеет важные шаги, которые экспериментаторы должны следовать. В OFTM, важно, чтобы условия лабиринт (например, положение лабиринта, внутри- и экстра-лабиринт сигналы, тусклом освещении и уровень фонового шума, ежедневное время обучения) поддерживаются постоянными в течение всего срока эксперимента. Необходимо также, чтобы свести к минимуму стресс у крыс субъектов, чтобы обеспечить непрерывное выполнение в OF...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Университет Кристофера Ньюпорта за финансирование подготовки этой рукописи и Университет Вермонта за финансирование экспериментов, описанных в разделе репрезентативных результатов.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Строительные материалы
Защитные очки, прозрачные, без покрытияGrainger4EY97Используются для общей защиты глаз во время строительства лабиринта
Малярная лента, бежевый, 18  мм х 55  mGrainger15F739General supply
Wiss Универсальные ножницыHome Depot 37103278647Общая поставка
Lancaster 6 футов Круглый складной стол - Сверхмощный белый гранит пластик - 29" www.webstaurantstore.com384YCZ72RNDИспользуется в качестве основы ламинатного листа столешницы лабиринта
с белой матовой отделкой (48 x 96 x 0.039)Home Depot 1573603504896Используется в качестве стен для лабиринта
Ламинат Столешница Лист с черной матовой отделкой (48 x 96 x 0.039)Home Depot 1595603504896Используется в качестве пола лабиринта
Клей, Спрей, 24  унция, 17,6  oz Net. 3MGrainger3MA16Используется для приклеивания ламинированного пола к столешнице и кусков ламината друг к другу
16,6 унции #90 высокопрочный SLowe's193252Используется для приклеивания ламинированного пола к столешнице
Superflex RTV, силиконовый адгезивный герметик, LoctileVWR300040-068Используется для герметизации вокруг база (между полом и стенами лабиринта)
Промышленный герметик; 10.1  ozGrainger4UH06Используется для герметизации вокруг база (между полом и стенами лабиринта)
Малярная маскировочная лента; Шуртап; 2  в x 60  ydGrainger6FET7Используется для разметки визуальных узоров на стенах лабиринта
Мини/Обрезка лотка для краскиACE Hardware1365105Используется для хранения краски 
Ролик мини поролоновый 4" 6  pkACE Hardware1494871Используется для рисования узоров 
Val Sample Set Nbase paintACEHardware 1505031Используется в качестве краски для рисунка на стенах лабиринта
HP Paint BlackWalmart72450405005Используется для нанесения рисунка на стены лабиринта
BrushWalmart81773801110Используется для нанесения рисунка на стены лабиринта
Duct Tape, 2  в x 60  ярд, 10.5  mil. BlackGrainger15F767Использовался для обертывания внешней стороны лабиринта
4x4 8  ft PT сосна Vinyl-CTD Post с крышкойHome Depot 40933070541Используется для строительства башен для лабиринта
20 грамм Pro Super GlueLowe's125870Используется для приклеивания вершин башен, башен к полу лабиринта и чашек с едой к вершинам башен Контейнеры
бусин 9 - 1/2Michaels652695766978Используется как чашки для еды на вершинах башен
Аэрозольная краска, черная, 12  ozGrainger6KP22Используется для покраски чашек и крышек
для еды Подготовка
Conair SU1W Звуковая машина; 10 звуковHome Depot 204493600Используется для фонового шума
ЛампаWalmart5027698392Используется для приглушенного освещения лабиринта комнаты
ES 14  Спиральная лампочка W DayLight 4  pkHome Depot 762148208433Используется для приглушенного освещения лабиринта комнаты
Душевая занавескаWalmart3429910901Используется для разделения между лабиринтом и экспериментатором
Карниз дляштор Кровать Bath & Beyond76598645104Используется для разделения между лабиринтом и экспериментатором
Froot Loops CerealWalmart3800039122Используется в качестве вознаграждения
Записывающее оборудование
Медиарегистратор 3:4 видеоNoldusNMR4-0200Используется для записи тренировочных испытаний
Монохромная GigE камераNoldusXCFW-BG62Используется для записи тренировочных испытаний
Precision M4800 LaptopDellN/AИспользуется для запуска программного обеспечения для работы с видео
OFTM для комнаты

Ссылки

  1. Luine, V., et al. Repeated stress causes reversible impairments of spatial memory performance. Brain Res. 639 (1), 167-170 (1994).
  2. Lipatova, O., et al. Effects of continuous vs. cycling estrogen replacement on the acquisition, retention and expression of place- and response-learning in the open-field tower maze. Neurobiol Learn Mem. 114, 81-89 (2014).
  3. Packard, M. G., McGaugh, J. L. Double dissociation of fornix and caudate nucleus lesions on acquisition of two water maze tasks: further evidence for multiple memory systems. Behav Neurosci. 106 (3), 439-446 (1992).
  4. Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
  5. Poldrack, R. A., Packard, M. G. Competition among multiple memory systems: converging evidence from animal and human brain studies. Neuropsychologia. 41 (3), 245-251 (2003).
  6. Quinlan, M. G., Hussain, D., Brake, W. G. Use of cognitive strategies in rats: the role of estradiol and its interaction with dopamine. Horm Behav. 53 (1), 185-191 (2008).
  7. Korol, D. L. Role of estrogen in balancing contributions from multiple memory systems. Neurobiol Learn Mem. 82, 309-323 (2004).
  8. Cole, M. R., Clipperton, A., Walt, C. Place versus response learning in rats. Learn Behav. 35 (4), 214-224 (2007).
  9. Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmaco. 463 (1-3), 3-33 (2003).
  10. Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
  11. Bowman, R. E., Beck, K. D., Luine, V. N. Chronic stress effects on memory: sex differences in performance and monoaminergic activity. Horm Behav. 43 (1), 48-59 (2003).
  12. Lunga, P., Herbert, J. 17Beta-oestradiol modulates glucocorticoid, neural and behavioural adaptations to repeated restraint stress in female rats. J Neuroendocrinol. 16 (9), 776-7785 (2004).
  13. Newhouse, P. A., et al. Estrogen treatment impairs cognitive performance after psychosocial stress and monoamine depletion in postmenopausal women. Menopause. 17 (4), 860-873 (2010).
  14. Lipatova, O., Toufexis, D. J. Estrogen enhances the retention of spatial reference memory in the open field tower task, but disrupts the expression of spatial memory following a novel start position. Neurobiol Learn Mem. 99, 50-58 (2012).
  15. Lipatova, O., et al. Recency-to-primacy shift in cue competition. J Exp Psychol Anim Behav Process. 32 (4), 396-406 (2006).
  16. De La Casa, L. G., Timberlake, W. Effects of preexposure and retention interval placement on latent inhibition and perceptual learning in a choice-maze discrimination task. Learn Behav. 34 (2), 193-201 (2006).
  17. Liang, K. C., et al. Buspirone impaired acquisition and retention in avoidance tasks: involvement of the hippocampus. Chin J Physiol. 41 (1), 33-44 (1998).
  18. Gisquet-Verrier, P., Alexinsky, T. Does contextual change determine long-term forgetting. Animal Learning and Behavior. 14 (4), 349-358 (1986).
  19. Gisquet-Verrier, P., et al. Exposure to retrieval cues improves retention performance and induces changes in ACTH and corticosterone release. Psychoneuroendocrinology. 29 (4), 529-556 (2004).
  20. Packard, M. G., Hirsh, R., White, N. M. Differential effects of fornix and caudate nucleus lesions on two radial maze tasks: evidence for multiple memory systems. J Neurosci. 9 (5), 1465-1472 (1989).
  21. Devan, B. D., McDonald, R. J., White, N. M. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 100 (1-2), 5-14 (1999).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги