Das Morris-Wasserlabyrinth

Neuroscience

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Summary

Das Morris-Wasserlabyrinth ist eines der am häufigsten verwendeten Verhaltenstests zur Untersuchung des räumlichen Lernens und des Gedächtnisses. In der Anfangsphase dieser Aufgabe müssen Nagetiere zu einer Plattform schwimmen, um ein Becken mit Wasser zu entkommen. Danach wird die Plattform unter der Wasseroberfläche verborgen, sodass es das Tier erfordert seine Lage zu erinnern, um zu entkommen. Dieses einfache, aber leistungsfähige Labyrinth-Design kann verwendet werden, um die kognitive Funktion zu testen, Tiermodelle für neurodegenerative Erkrankung zu untersuchen und potenzielle medikamentöse Therapien zu testen.

Dieses Video bietet eine Einführung in das Morris-Wasserlabyrinth und die Grundlagen, die seine Verwendung umgeben, einschließlich einer Diskussion über die verschiedenen Arten von Gedächtnistests im Labyrinth, wichtige Punkte bei der Gestaltung und Durchführung dieses Experiments, und die Verfahren für die Aufstellung und den Ablauf des Tests. Mehrere Anwendungen des Labyrinths werden untersucht, wie solche, das Strahlenbehandlung zu Gedächtnisstörungen führen kann. Schließlich werden andere Arten von Wasserlabyrinthe, wie das 8-Arm-Radial-Labyrinth, vorgeführt, um zu zeigen, wie dieses Musterbeispiel angepasst werden kann, um verschiedene Arten des Gedächtnisses zu beschäftigen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Neurowissenschaften. Das Morris-Wasserlabyrinth. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Das Morris-Wasserlabyrinth ist ein wertvolles Hilfsmittel, um Lernen und Erinnerungen bei Nagetieren zu studieren. Diese Kriechtiere sind gute Schwimmer aber sie sind in der Regel lieber an Land. Das Wasserlabyrinth nutzt diese Vorliebe um Tiere zu trainieren mit einer kleinen Plattform als eine Flucht aus einem Pool von Wasser. Nach dem Training wird die Plattform unter der Oberfläche versteckt, dies fordert das Nagetier, seiner Lage in Bezug auf entfernte visuelle Hinweise zu erinnern. Dieses Video fast die Prinzipien des Morris-Wasserlabyrinth-Tests zusammen, bespricht die Verfahren für die Aufstellung und die Durchführung des Tests und behandelt Möglichkeiten, wie diese und andere Wassertests in Laborstudien verwendet werden.

Nun wollen wir in einige grundlegende Konzepte hinter der Versuchsdurchführung des Morris-Wasserlabyrinths eintauchen! Wie bereits erwähnt, finden Nagetiere ihren Weg zu einer versteckten Plattform durch den Verweis auf visuelle Hinweise, wie kontrastreiche Poster, die im Zimmer herum angeordnet sind. Dies hängt von spezifischen Regionen des Gehirns ab, einschließlich des Hippocampus, dessen Funktion wichtig für die Gedächtnisbildung ist. Veränderungen in der Zeit, die das Nagetier braucht, um die Plattform in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Tests zu finden, können als Maß für räumliches Lernen und Gedächtnis verwendet werden.

Um das Gedächtnis zu quantifizieren, wird das Becken begrifflich in vier Quadranten unterteilt, sodass die Tendenz des Tieres, die Region in der Nähe der Plattform zu erkunden, beurteilt werden kann.

Die konzeptionellen Quadranten sind auch für Testversuche nützlich, wobei das Tier in einem Becken, das keine Plattform enthält, getestet wird. Wenn es mindestens 24 Stunden nach der Beendigung des Trainings durchgeführt wird, ist die Neigung des Tieres, die früher richtigen Quadranten zu untersuchen, ein Hinweis auf die langfristige oder "Referenz" Gedächtnisbildung.

Ähnliche Umkehrversuche involvieren eine Veränderung der Plattform Lage und messen die kognitive Flexibilität des Nagetieres zu erkennen, dass die Plattform weg ist und sie woanders suchen. Da alle diese Daten über viele Versuche und mit vielen Tieren gesammelt werden, hat die Variabilität zwischen den Tests und den Versuchstieren einen großen Einfluss auf die Ergebnisse.

Zu den Faktoren, die die Leistung der Tiere beeinflussen können, zählen: Temperatur, Feuchtigkeit oder Tageszeit. Darüber hinaus können sichtbare Forscher unbeabsichtigte visuelle Hinweise während der Prüfung sein, sodass die Präsenz und Sichtbarkeit der Forscher im Prüfraum wichtige Überlegungen sind.

Variabilität existiert auch zwischen den Tieren und kann eine Fehlerquelle sein. Als Ergebnis muss das Alter und Geschlecht des Nagetieres sorgfältig zwischen den Versuchsgruppen abgestimmt werden. Schließlich werden Messungen von Tieren mit eingeschränkter Mobilität, Verletzungen oder schlechter Sehkraft nicht exakt das Lernen widerspiegeln und sind nicht ideal für die Tests im Wasserlabyrinth.

Da wir nun wichtige experimentelle Faktoren in Betracht gezogen haben, wollen wir zu der Aufstellung des Tests springen. Beginnen wir mit einem Becken, das mit kühlem, nicht kaltem Wasser gefüllt ist. Die Beckengröße kann unterschiedlich sein, anhängig davon ob Ratten oder Mäuse verwendet werden. Als Nächstes werden unbewegliche visuelle Hinweise im Raum platziert mit mindestens einem Hinweis pro Quadrant.

Die Lernversuche beginnen, indem eine Fluchtplattform in das Becken gestellt wird. Anschließend wird vorsichtig das Versuchstier in das Wasser platziert, achtgebend, dass der Kopf nicht untertaucht. Dem Tier wird erlaubt das Labyrinth zu erkunden und die Zeit wird notiert, die es braucht, um die Plattform zu finden. Falls das Nagetier die Plattform nicht innerhalb von etwa 60 Sekunden findet, wird es hingeführt und für 10-20 Sekunden dort gelassen, bevor es entfernt, getrocknet und in einen erwärmten Käfig platziert wird.

Um das Training abzuschließen, wird dieser Vorgang mehrmals wiederholt, das Tier beginnt jeden nachfolgenden Versuch von einem anderen Einstiegspunkt.

Nun ist es Zeit die Fähigkeit des Tieres zu testen, eine versteckte Plattform zu finden. Begonnen wird mit dem Anheben des Wasserspiegels um etwa 2,5 Zentimeter über der Oberseite der Plattform und die Zugabe von pulverförmiger Milch oder ungiftiger Farbe zum Wasser. In diesen Versuchen wird die Zeit notiert, die das Nagetier in jedem Quadranten verbringt und die Zeit, die es braucht, um die versteckte Plattform zu finden.

Noch einmal, wenn das Tier nicht innerhalb von 60 Sekunden erfolgreich ist, wird es zu der Plattform geführt und dort für eine kurze Zeit vor der Entfernung gelassen. Dieser Vorgang wird mindestens zwei weitere Male am selben Tag wiederholt und das Tier beginnt jeden aufeinanderfolgenden Versuch von einer anderen Position.

24 Stunden nach dem Abschluss der Versuche mit der versteckten Plattform wird ein Testversuch durchgeführt, indem die Plattform entfernt wird und das Tier das Labyrinth für einen weiteren 60-Sekunden-Versuch erkunden kann. Die Zeit in jedem Quadranten wird überwacht und aufgezeichnet.

Wir haben die Grundlagen des Morris-Wasserlabyrinths gelernt, nun wollen wir diskutieren, wie es in verhaltensneurobiologischen Experimenten verwendet wird.

Erstens, die Verhaltenstests wie das Wasserlabyrinth sind äußerst nützlich für das Studium der Molekularbiologie für Lernen und das Gedächtnis. Zum Beispiel können die Forscher die Techniken wie die stereotaktische Operation verwenden um die Expression bestimmter Gene im Gehirn zu manipulieren und die Auswirkungen auf das Lernen direkt zu testen. Weiterhin können Nagetiermodelle mit genetischen Erkrankungen die das Gedächtnis beeinflussen wie Alzheimer untersucht werden, um Moleküle zu charakterisieren, die entweder Risikofaktoren oder potenzielle Therapeutika für die Krankheit sind.

Verhaltenstests sind ebenfalls wichtig für die Untersuchung der Auswirkungen von Gehirnschäden auf das Lernen und das Gedächtnis im Zusammenhang mit Kopfverletzungen, Sauerstoffmangel oder Läsionen in spezifischen Gehirnregionen. Zum Beispiel können bestimmte medizinische Therapien wie Bestrahlung das Gehirn schädigen und negative Auswirkungen auf das Gedächtnis haben. In diesem Experiment haben bestrahlte Tiere schlechter im Wasserlabyrinth abgeschnitten im Vergleich zu den Kontrollen. Durch gleichzeitiges Testen von verschiedenen Behandlungen können die Forscher Interventionen untersuchen, die die kognitive Beeinträchtigung bei Menschen bei einer Strahlentherapie verhindern könnte.

Da Wasser sehr effektiv ist für das Anregen der Nagetiere das Labyrinth zu erkunden, ist es kein Wunder, dass viele wasserbasierte Labyrinth-Varianten existieren. Einige Varianten versuchen, den Stress bei Tieren während der Tests zu reduzieren, wie dieses Paddellabyrinth, das die Notwendigkeit zum Schwimmen lindert und Ausgänge an den Rändern bietet, wo Nagetiere normalerweise lieber sind. Andere Schwimm-Variationen, wie das 8-Arm-Labyrinth, haben eine komplexere Konfiguration, die verlangen, dass die Nagetiere weitere Informationen integrieren, um den Ausgang zu erreichen. Diese Anordnung ermöglicht ein gleichzeitiges Testen sowohl des Referenzgedächtnisses als auch des kurzfristigeren Gedächtnisses.

Das war die JoVE Einführung zum Morris-Wasserlabyrinth. Die Wasserlabyrinthe sind eine Möglichkeit, zu testen, wie Tiere lernen und sich erinnern und helfen, die Beziehung zwischen der Biologie und dem Verhalten zu verstehen. Danke für das Aufpassen!

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