Тестирование пространственной памяти с помощью лабиринтов

Пространственное обучение и память — это неврологические функции, которые позволяют нам запоминать вещи, связанные с окружающей средой. Они позволяют нам выполнять простые задачи, например, избегать опасных зон, основываясь на нашем предыдущем опыте, и напоминают нам, где мы храним наши вещи. К нашему плюсу или недостатку, подобные черты наблюдаются у грызунов, что делает их отличными моделями для изучения этого явления, что ученые-бихевиористы делают с помощью лабиринтов.

В этом видео будут кратко рассмотрены принципы и нейробиология пространственного обучения и памяти, обобщенные протоколы для проведения экспериментов с различными типами лабиринтов и то, как нейроповеденческие исследователи используют эти инструменты в лабораториях сегодня.

Давайте начнем с краткого обзора пространственного обучения и памяти, а также общих принципов, лежащих в основе лабиринтных тестов на грызунах.

По мере того, как организм ориентируется в незнакомой среде, он получает информацию о расположении ориентиров, препятствий и достопримечательностей. Эта пространственная информация либо временно включается в рабочую память, либо более прочно включается в эталонную память. Гиппокамп играет уникальную роль в хранении этой информации. Исследования с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии или фМРТ показали, что части гиппокампа активны во время заданий, проверяющих пространственное обучение и память.

Исследователи в области бихевиоризма изучают пространственное обучение и память у грызунов, манипулируя окружающей средой организма с помощью лабиринтов. В широком смысле лабиринт — это любая искусственная среда, по которой грызун должен перемещаться, чтобы добраться до цели. Как правило, в этих лабиринтах используются негативные стимулы, такие как свет или вода, которые подталкивают животное к путешествию и достижению определенной цели. Путь, а также время, затраченное грызуном на выполнение этого процесса, служит параметром для количественной оценки пространственного обучения и памяти.

Теперь, когда вы узнали о принципах, лежащих в основе пространственного обучения и памяти, давайте обсудим общие протоколы экспериментов с использованием различных типов лабиринтов.

Во-первых, давайте посмотрим на водный лабиринт Морриса, который представляет собой классический тест, выполняемый для оценки пространственного обучения и эталонной памяти. Этот лабиринт состоит из круглого резервуара, наполненного водой. Визуальные подсказки расположены вокруг лабиринта, чтобы связать каждый квадрант с определенным символом. Затем вводится платформа, которая в учебных целях поднимается над водой. Хотя грызуны умеют плавать, они не предпочитают это делать; Поэтому вода служит негативным раздражителем, и они пытаются добраться до платформы. Грызун должен научиться ассоциировать расположение платформы с расположением конкретного визуального сигнала.

Для испытаний животное помещают в лабиринт с мутной водой и затопленной платформой. Количество времени и маршруты, которые животное проходит, чтобы добраться до затопленной платформы, записываются для оценки пространственного обучения. Для оценки эталонной памяти проводится пробная проба в месте извлечения затопленной платформы. Количество времени, которое грызун проводит в квадранте, в котором была платформа, затем записывается для оценки эталонной памяти.

Следующий лабиринт, о котором мы поговорим, — это радиальный водный лабиринт, который используется для оценки рабочей и эталонной памяти. Как следует из названия, этот лабиринт включает в себя восемь радиальных рукавов, помещенных в резервуар, наполненный водой. Здесь вода снова служит негативным раздражителем, который подталкивает животное к поиску платформы, расположенной на конце одной из рук. Визуальные подсказки обычно размещаются по периферии лабиринта. Первоначально погруженные платформы располагаются хаотично на концах некоторых рукавов, а для учебных испытаний грызун помещается в стартовый рукав без платформы. Затем грызун плывет, пока не достигнет одной из платформ. Это можно повторять несколько раз, а данные, собранные во время этой фазы, могут быть использованы для оценки рабочей памяти или пространственного обучения.

После этого платформа, которую грызун использовал во время дрессировки, удаляется для оценки референсной памяти. Исследователи оценивают референсную память, записывая, сколько раз грызун посещает руку, в которой находится платформа, во время тренировочных испытаний.

Наконец, давайте обсудим лабиринт Барнса, который следует тем же принципам, что и водный лабиринт Морриса, но является сухим, что делает его менее напряженным для этих наземных животных.

Этот лабиринт состоит из доски с отверстиями по окружности, над которыми размещены яркие фонари. Грызуны ведут ночной образ жизни, поэтому свет служит негативным раздражителем. Как и в других лабиринтах, визуальные подсказки расположены по всей доске. Для тренировочных испытаний одно отверстие остается открытым; В этом и заключается цель лабиринта, так как он ведет в темную клетку вдали от отвратительного света.

Во время тренировочных испытаний грызун пробегает лабиринт несколько раз, а пространственное обучение оценивается путем наблюдения за изменениями в количестве времени, а также маршрутах, по которым грызун добирается до отверстия клетки. Чтобы оценить референсную память, открытое отверстие в лабиринте Барнса закрывается, и запись времени, которое грызун проводит в квадранте, где когда-то было отверстие в клетке, является одним из способов оценки референсной памяти.

Теперь, когда мы рассмотрели различные типы лабиринтов, давайте рассмотрим, как нейроповеденческие ученые используют их сегодня.

Чтобы связать гены с пространственным обучением и памятью, исследователи проводят генетические манипуляции с последующими тестами в лабиринте. В этом эксперименте ученые ингибировали экспрессию специфических нейронных генов с помощью стереотаксической хирургии, а затем провели тест водного лабиринта Морриса. Результаты теста предоставили информацию о роли целевых генов в пространственном обучении и памяти.

Лабиринты также могут быть использованы для оценки того, как повреждение мозга влияет на пространственную память. В этом эксперименте исследователи проанализировали влияние гипоксического повреждения головного мозга, вызванного низкой концентрацией кислорода, на пространственную память в тесте на лабиринте с радиальной рукой. Ученые продемонстрировали, что такое повреждение негативно сказывается как на рабочей памяти, так и на эталонной.

Наконец, лабиринты можно сочетать с лекарствами или химическими веществами для оценки их воздействия. В этом конкретном исследовании мышей обрабатывали увеличивающимися концентрациями бисфенола А, или BPA, и тестировали в лабиринте Барнса. Результаты показали, что мыши, получавшие более высокие дозы BPA, демонстрировали дефекты в пространственном обучении, о чем свидетельствует увеличенная задержка для достижения отверстия в клетке в последующих испытаниях.

Вы только что посмотрели видео JoVE о проверке пространственного обучения и памяти с помощью лабиринтов. В этом видео был представлен обзор пространственного обучения и памяти, обсуждались различные типы лабиринтов, а также затрагивалось то, как исследователи в настоящее время используют лабиринты для лучшего понимания генетических и анатомических основ пространственного обучения и памяти. Как всегда, спасибо за просмотр!