Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

בארנס מבוך אסטרטגיות בדיקה עם קטן ומודלים מכרסמים גדולים

Published: February 26, 2014 doi: 10.3791/51194
Automatic Translation
*1, *2
1Biomedical Sciences and Bond Life Sciences Center, University of Missouri, 2Division of Neurotoxicology, National Center for Toxicological Research, Food and Drug Administration
* These authors contributed equally

Summary

מבוך בארנס היבשתי נעשה שימוש נרחב כדי למדוד את יכולת ניווט המרחבי לגירויים המעטה מרתיעים תגובה. במשך ימים רצופים, ביצועים (למשל השהיה לאתר כלוב בריחה) של נבדקי ביקורת משתפרת, מעיד על למידה וזיכרון רגילים. הבדלים בין חולדות ועכברים מחייבים שינויי מנגנון ומתודולוגיה המפורטים כאן.

Abstract

למידה וזיכרון של מכרסמים מעבדה המרחבית לעתים קרובות העריכו באמצעות יכולת ניווט במבוכים, הפופולרי ביותר מהם המים וקרקע יבשה במבוכים (ברנס). הוא חשב ביצועים משופרים מעל מפגשים או ניסויים כדי לשקף את הלמידה וזיכרון של מיקום כלוב בריחה / פלטפורמה. נחשב פחות מלחיץ מ מבוכי מים, מבוך בארנס הוא עיצוב פשוט יחסית של למעלה פלטפורמה עגולה עם כמה חורים במרווחים שווים מסביב לקצה המעטפת. אבל כל אחד מהחורים בתחתית כפול או מסתיים סמיות, בעוד אחד מוביל לכלוב בריחה. גירויים המעטה מרתיעים (למשל אורות בוהקים מלמעלה) מספקים מוטיבציה לאתר את כלוב הבריחה. חביון לאתר את כלוב הבריחה ניתן למדוד במהלך הפגישה, עם זאת, נקודות קצה נוספות בדרך כלל דורשים הקלטת וידאו. מהקלטות וידאו אלו, שימוש בתוכנת מעקב אוטומטי יכול ליצור מגוון של נקודות קצה, כי הם דומים לאלו שיוצרו במבוכי מים (לדוגמא: </ Em> המרחק שעבר, מהירות / מהירות, זמן בילה ברבע הנכון, משך הזמן נע / נח, ואישור של חביון). סוג של אסטרטגית החיפוש (כלומר אקראית, סידורי, או ישירה) יכול להיות מסווג גם כן. שיטות בניית מבוך ובדיקות בארנס יכולות להשתנות למכרסמים קטנים, כגון עכברים, ומכרסמים גדולים, כגון חולדות. לדוגמא, בעוד רמזים נוסף מבוך הם יעילים לחולדות, מכרסמים פראיים קטנים יותר עשויים לדרוש רמזי התוך מבוך עם מחסום חזותי ברחבי המבוך. גירויים מתאימים חייבים להיות מזוהים אשר להניע את המכרסם לאתר את כלוב הבריחה. בארנס ומבוכי מים שניהם יכולים להיות זמן רב כ4-7 ניסויים מבחן נדרשים בדרך כלל כדי לזהות ביצועי למידה וזיכרון משופרים (למשל שיהוי קצר יותר או נתיב אורכים כדי לאתר את פלטפורמת הבריחה או כלוב) ו / או הבדלים בין קבוצות ניסוי. למרות זאת, במבוך בארנס הוא הערכה התנהגותית מועסק נרחב מדידת יכולות ניווט במרחב ובהשיבוש הפוטנציאלי שלהם על ידי מניפולציות גנטיות, neurobehavioral, או חשיפה לסמים / toxicant.

Introduction

למידה וזיכרון במכרסמים מעבדה המרחבית הוערכו ראשון עם חולדות שנשלל מזון שניווטו במבוך של סמטאות לאתר חיזוק מזון 1. כמה עשורים מאוחר יותר, מערכת זיכרון התייחסות מרחבית הוצעה 2. בניגוד לזיכרון עבודה המתייחס לזיכרון בתוך פגישת מבחן או משפט, זיכרון התייחסות מתייחס לזיכרון על פני מפגשי מבחן או ניסויים, והוא קשור באופן הדוק יותר לזיכרון לטווח ארוך.

מספר סוגים של מבוכים פותחו כהערכות פולשנית של למידה זו בהיפוקמפוס תלוי במרחב ובזיכרון במכרסמים קטנים וגדולים (למשל מבוך מים, T-מבוך מרובה, מבוך זרוע הרדיאלית ומבוכים יבש קרקע) 3-6. כאן, אנו מתמקדים בפלטפורמה העגולה או מבוך בארנס, שתוארה לראשונה בשנת 1979 על ידי ד"ר קרול 7 ברנס. המבוך הזה נעשה שימוש כדי לבחון את מידת ניווט במרחב ובזיכרון במגוון רחב של מודלים של מכרסמים, כולל חולדות (Ranorvegicus ttus), עכברים (מאסכאלאס), צבאים עכברים (Peromyscus maniculatus bairdii), עכברי קליפורניה (Peromyscus californicus), ומכרסמים hystricomorph (למשל degus [degus Octodon]) 8-13. מינים אחרים הוערכו באמצעות המבוך בארנס כוללים תיקנים אמריקאים (americana Periplaneta) 14, נחשי תירס (Elaphe guttata guttata) 15,   זוחלים קשקשים (למשל לטאות מוכתמות בצד [stansburiana אוטה]) 16, ופרימטים לא אנושיים (למשל הלמורים עכבר [murinus Microcebus]) 17. במעבדות שלנו, ביצועי מבוך בארנס שמשו כמדד לרעילות עצבית לאחר יספנול התפתחותית (BPA) או אסטרדיול ethinyl חשיפה (EE2) 9-1,113. כמו כן הוא משמש בדרך כלל לphenotyping התנהגותם של זנים שונים עכבר 18-21, הערכה של השפעות הזדקנות 7,22-28, וdef הקשורים למחלה אלצהיימרicits במודלים של בעלי החיים 3,29-33, כמו גם את ההשפעות של פעילות גופנית ושינויים תזונתיים, סביבתיים, וחילוף חומרים של 34-42.

יתרון עיקרי של שימוש במבוך בארנס הוא שזה גורם פחות מתח בנושאים ביחס למבוכי מים, כמו מבוך המים של מוריס 43, אם כי הן יכולות לגרום לעלייה חריפה בריכוזי corticosterone פלזמה בעכברים 44. כמבוך יבשה, מבוך בארנס עשוי להיות יותר ethologically רלוונטי למכרסמים יבשתיים 45. למרות ביצועי מבוך מים הוכח להיות רגיש יותר לשינויים גנטיים בעכברים 3,46,47, ביצועי מבוך בארנס הוא רגיש יותר לשינויים מסוימים אחרים 48,49. במודלים של מכרסמים שבו שימוש במבוך מים אינו אפשרי, מבוך בארנס עשוי לספק הערכה מכויל של שימור זיכרון המרחבי ביום 31. הגירויים המעטה מרתיעים בדרך כלל בשימוש במבוך בארנס (אורות כלומר בהירים),עם זאת, לא יכול לספק מוטיבציה מספקת למכרסמים כדי לאתר את כלוב הבריחה 45. יתר על כן, מכרסמים יכולים ללמוד שאין עונש מתרחש אם הם לא נכנסים לכלוב הבריחה. כך, במקום באופן פעיל מחפש את כלוב הבריחה, כמה מכרסמים פעיל לחקור את המבוך עבור משכיו של כל משפט ארוכים. כפי שנסקר על ידי קנארד ו24 ודרוף-Pak, חיפושים מוגברים זה יהיה להאריך את זמן האחזור כדי לאתר את כלוב הבריחה, אורך דרך, ולהגדיל את מספר הטעויות. לכן, מדידה של מספר פרמטרים, כוללים מיסות, שיעור שגיאה, זמן מושקע ברביעים הנכונים ולא הנכונים, המהירות, הזמן נע, זמן מנוחה, ואסטרטגיית חיפוש, עשויה באופן קולקטיבי לספק אינדיקציה טובה יותר לגבי יכולת הלמידה וזיכרון ניווט המרחבי של כל נושא 8 -10. בנוסף, ביצועים ניתן למדוד כמיסות כדי לאתר את כלוב הבריחה (מדד עיקרי) או חביון להיכנס לכלוב הבריחה (מדד כולל) ראשון. יש לי כמה arguאד כי צעדים עיקריים של ביצועים הם השתקפות מדויקת יותר של למידה מרחבית מאשר אמצעים כולל 50. רוב המחקרים, כוללים דוגמאות שתוארו כאן, השתמשו בהשהיה להיכנס לכלוב הבריחה כדי לקבוע שיעור שגיאה ואסטרטגיה חיפוש. יתר על כן, יש לי כמה מערכות תוכנת מעקב מערכת איתור גוף שלוש נקודות שניתן למדוד את התדרים של מרחרח את החורים שגויים לעומת נכונים. לבסוף, המבוך יש לנקות ביסודיות עם אתנול בין ניסויים כדי להסיר רמזי חוש הריח שיכול לספק רמזים או להוכיח מסיח את הדעת לבעלי חיים שלאחר מכן.

עיצובי מבוך בארנס להשתנות אבל בדרך כלל לכל אחד יש 12 20 או חורי בריחה פוטנציאליים, רק אחת מהן מוביל לבית או כלוב בריחה. כלוב הבריחה עשוי להיות ממוקם באופן ישיר מתחת לחור המילוט בחלק העליון המבוך (למבוכים ללא קירות) או בנוי לתוך החומה המקיפה של המבוך. הרמזים יכולים להשתנות בגודל כ 16.5 גובה סנטימטר או רוחב (בתוך מ 'aze) לקו אופקי 21.6 ס"מ רוחב שבוצעו מרצפה ועד תקרה של קיר החדר מחוץ למבוך. איורים 1-5 דוגמאות מופע של עיצובי מבוך בארנס למיני Peromyscus (איור 1) וחולדות (איורים 2-5). חייבים תקעים או תחתית שווא לכסות את חורי nonescape כדי למנוע את בעל החיים מהנפילה אל מחוץ למבוך. גודלו של חדר הבדיקה יכול להשתנות (~ 20 מ '2), אבל זה חייב להיות גדול מספיק כדי לספק מספיק מקום במבוך, הרגלת בעלי החיים לחדר, אדיב מחשב עם וידאו הגדרה (אם משתמש בו), ומקום לניסוי לשבת במרחק (לפחות ~ 122 סנטימטר) ממנגנון המבוך כך שנוכחותם לא תפריע לביצועים של בעלי החיים. הקצאה של מיקום כלוב בריחה צריכה להיות מאוזנת בין קבוצות טיפול ויחסי מין. בעוד הנהלים הספציפיים שתוארו כאן אינם כוללים את מסתובבים במבוך בין ניסויים כדי להרתיע שימוש ברמזי ריח תוך מבוך, חלק ממחקריםלשלב הליך זה 50. בנהלים שלנו, הוא ניגב את המבוך נקי עם אתנול בין הניסויים לחסל רמזי ריח.

באיתור כלוב הבריחה, שלושה סוגים של אסטרטגיות חיפוש הוגדרו ("דפוסים" שמכונים במקור על ידי 7 ברנס): 1) אקראיים, מבצעי מוגדרים כחיפושים מקומיים של חורים מופרדים על ידי שבילים חוצים את מרכז המבוך, 2) סדרתי, כפי שהוגדרו חיפוש שיטתי של חורים רצופים בכיוון השעון או נגד כיוון השעון, ו3) ישיר או מרחבי, שהוגדר כניווט ישירות לרבע הנכון מבלי לחצות את מרכז המבוך יותר מפעם אחת ועם שלוש או פחות שגיאים. באופן כללי, עם בדיקות חוזרות ונשנות, מכרסמים בדרך כלל להתקדם דרך אסטרטגיות החיפוש לפי הסדר הרשום (אקראי, סידורי, וישיר) 51. גם ניסוי בדיקה ללא כלוב הבריחה עשוי לשמש כאמצעי נוסף של זיכרון 50.

הפרוטוקול והנציגתוצאות כאן פותחו עבור שני סוגים של מכרסמים (מכרסמים מכונים Peromyscus מינים אחרים קטנים) וחולדות. בעוד נהלים הכלליים אלה עשויים גם להחזיק לעכברים מולדים ו / או outbred (מאסכאלאס), יש להתייעץ מחקרים אחרים על הבדלי המתודולוגיה פוטנציאל למינים אלה האחרונים 18-21.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. בארנס מבוך נוהל המכרסמים קטנים

  1. להדליק את האורות ממעל מעל המבוך והמקום "לא נכנס" סימנים בצד החיצוני של דלת המעבדה.
  2. להביא עכברים בכלובים בבית הרגילים שלהם במבחן החדר כ 30 דקות לפני תחילת המשפט הראשון כדי לאפשר התרגלות. אם החדר שקט, זה לא יכול להיות צורך לכלול רעש לבן, אחרת אמצעי זהירות זה עשוי להילקח בחשבון.
  3. הגדר את תכנית המעקב.
  4. להסיר בעדינות את העכבר הראשון מהכלוב בבית שלה ואת המקום בקופסא הפלסטיק המכוסה הגבוהה. הנח את הבריחה שלה (בית נקי) כלוב פוליפרופילן (29 סנטימטר x 19 סנטימטר x 13 סנטימטר) מתחת לחור המילוט המיועד.
    1. להבטיח את הנייר שהוא חוסם את צינור מוסר שמחור הבריחה וכל החורים האחרים מחוברים.
    2. צייר וילון סביב המבוך.
  5. מניחים את קופסא הפלסטיק עם העכבר בתוך במרכז המבוך וכ -8 שניות מאוחר יותר, בעדינות taKe בעלי החיים מחוץ לכלוב ולמקם אותו על גבי המבוך.
    1. לאחר שהניח את בעלי החיים שבמרכז המבוך, בשקט לעבור לאזור המחשב (~ 150 סנטימטר מהמבוך).
    2. ליזום את תוכנת מעקב התכנית המתאימה שצריכה להיות כבר פתוח כדי להבטיח זמן מינימאלי (תוך מספר שניות) שחלפה מרגע שבעלי החיים הונחו על המבוך עד שהתכנית מתחילה מתעדת את הביצועים שלה.
  6. שים לב לביצועים של בעלי החיים מצג המחשב ומספר חור השיא, מספר המשפט, אסטרטגיית חיפוש, ומספר הטעויות שנעשו. שגיאה מוגדרת כמרחרח של חור שגוי. הערכה של אסטרטגיית חיפוש יכולה להתבצע בשידור חי או במאוחר על בסיס תבנית המעקב.
    1. אסטרטגיית חיפוש היא מסווגת כישירה (הולך ישירות לתוך כלוב הבריחה עם 3 או פחות שגיאות),
    2. סידורי (נסיעה לאורך היקף המבוך עד לכלוב הבריחה נמצא), או
    3. אקראי </ Strong> (חוצה את מרכז המבוך מספר פעמים כדי לבדוק את החורים שונים).
  7. לעצור את תכנית המעקב, כאשר יש לו את בעלי החיים בכל ארבע כפות הרגליים בתוך כלוב הבריחה.
  8. אם העכבר לא מצליח להיכנס לכלוב הבריחה תוך 5 דקות, בעדינות להדריך אותו למיקום הנכון ולתוך כלוב הבריחה. בואו העכבר יישאר בכלוב הבריחה למשך 2 דקות.
  9. הסר את העכבר מכלוב הבריחה והמקום בכלוב בבית.
  10. ריסוס העליון המבוך ולברוח כלוב עם 70% אתנול ולנגב יבש. הגדר את הכלוב / העכבר הראשון בצד ל30 דקות לפני הפעלת הניסוי השני שלה.
  11. לפני שיתחיל בעכבר הבא, לסתום את חור הבריחה הנכון בעבר וניתק את תקע נייר חוסם את החור מחור הבריחה המיועד לכי הנושא הבא.
  12. כל עכבר נבדק על 2 ניסויים / יום עם מרווח בין משפט של כ 30 דקות.
  13. חזור על שלבים אלה עד שכל העכברים נבדקו במשך שבעה ימים רצופים, דבר שעשוי להגדיל את סיכוי of התבוננות ביצועים ו / או הבדלים בין קבוצות טיפול, ביחס לארבעה ימים בלבד של נתונים משופרים.

2. בארנס מבוך בדיקה לחולדות כאשר תכנית מעקב היא לא זמינה

  1. להבטיח את המבוך הוא במיקומה הנכון (במרכז ישירות מתחת אורות), תחתיות שווא שחוסמים חורי nonescape ולמנוע את בעל החיים מהנפילה מתוכם באופן מאובטח במבוך, וכלוב הבריחה הוא במיקום הייעודי לנושא הראשון. תאורה עילית מעל המבוך צריכה להיות מופעלת.
  2. מחשב והמצלמה להבטיח מוכנים ושעון עצר זמין.
  3. הפעל רעש לבן כדי להחליש כל רעשים ממקומות אחרים בסביבה. הכיסא של הבוחן הוא כ 122 סנטימטר מהקצה הקרוב ביותר של ראש המבוך ונשאר באותו המקום לאורך כל בדיקה.
  4. טיימר (מוגדר 2 דקות) צריך להיות זמין (נדרש רק ביום 1 של בדיקות). טיימר לא צריך "ביפ" או בדרך אחרת לעשות רעש. דלת (ים) כדי לבדוק room צריך להיות "לא נכנס" לחתום על בחוץ.
  5. גיליון צו מבחן לנבדקים יפרט את סדר בדיקת הנושא, את מספר המושב, מיקום מספר החור של כלוב הבריחה לכל נושא, ואזורים להקליט חביון ושעה ביום לכל נושא, כמו גם אזור לכל הערות נחוצות (איור 6).
  6. מ30-60 דקות לפני החולדה הראשונה היא להיבדק, להביא את בעלי החיים בכלובים בביתם לחדר הבדיקה כדי לאפשר להתרגלות.
  7. צינור המרכז שהעכברוש הוא להציב לתוך בתחילת משפט מוגדר במרכז המבוך. הגדר את גיליון הקרטון מראה את תעודת הזהות של בעלי החיים הראשונות על העליונה. זה מאפשר הקלטת וידאו כדי ללכוד את קוד זיהוי של בעלי החיים לזיהוי קל של כל נושא על ידי התבוננות כמה שניות הראשונות של הווידאו.

בדיקה ראשוני יום 1:

  1. להתחיל בהקלטת וידאו של מחשב (אם משתמש בו) וכולל כ 5 שניות של המשפט עם גיליון זיהוי בעלי החיים לSubject זיהוי. שם קובץ (או תאריך יצירה) יזהה יום / שעה של בדיקות.
  2. הסר את החיה הראשונה מהכלוב בבית שלה (תבדוק את הזהות אם בעלי חיים רבים נמצאים בכלוב) ומניח בעדינות את הראש ראשון לתוך כלוב הבריחה. לכסות את כלוב הבריחה עם תחתית כפולה נוספת ולהתחיל את הטיימר 2 דקות. זה מאפשר לבעלי החיים כדי להרגיל לכלוב הבריחה.
  3. לאחר 2 דקות הטיימר מסתיים, להסיר בעדינות בבעלי חיים מכלוב בריחה (להסיר מכסה תחתון שווא, כמו גם ולהגדיר מן המבוך), גיליון מזהה מעלית, ומניח מייד את העכברוש בתוך צינור המרכז. מכסה העליון של צינור מרכז עם גיליון מזהה קרטון.
  4. בעדינות ולאט לאט להרים את שפופרת מרכז עם כריכת קרטון ומניח בצד. הפעל את שעון העצר כצינור המרכז הוא הרים מעל לבעלי החיים. מעבר ללשבת בכיסא של הבוחן.
  5. לשבת בשקט בכיסא, צופה גם בבעלי החיים ושעון העצר. לכל בעל חיים מרבי של 5 דקות כדי למצוא את כלוב הבריחה.
  6. אם החולדה מוצאת את כלוב הבריחה בפחות מ5 דקות, לעצור את שעון העצר ומיסות שיא והשעה ביום על גיליון כדי בדיקה. הסר את בעלי החיים מכלוב בריחה ומניח חזרה לכלוב בבית.
  7. אם החולדה אינה מוצא את כלוב הבריחה תוך 5 דקות, בעדינות להנחות את בעלי החיים לכלוב הבריחה ולאפשר 15 שניות לעבור לפני הסרת והחזרת בעלי החיים לכלוב בבית.
    1. משך שניות זה 15 יכול להיות מתוזמן באמצעות שעון עם יד שנייה על קיר חדר בדיקה.
    2. זמן שיא של יום בגיליון צו מבחן והשיא שהעכברוש לא מצא כלוב הבריחה.
  8. אם החולדה נופלת / קופץ מהמבוך, הבוחן צריך להעיף מבט בשעון העצר בזמן. הבוחן צריך ואז ינסה לשלוף את בעלי החיים במהירות.
    1. אם זה יכול להיעשות תוך 10 שניות, החלף את בעלי החיים אל מרכז המבוך ולהקליט את הזמן של הנפילה / הקפיצה בגיליון המבחן (אם הבוחן יכול להבחין בין נפילה או לקפוץ, זה צריך להיות מסומן). להמשיך במשפט.
    2. אם אחזור animal לוקח זמן רב יותר מאשר 10 שניות, לעצור את שעון העצר, ואת בעלי החיים לכלוב בבית בחזרה. זמן שיא של נפילה / קפיצה (אם הבוחן יכול להבחין בין נפילה או קפיצה, תציין זאת).
    3. נתונים מניסויים בבעלי חיים שנפלו / קפצו ושלא ניתן לאחזר בתוך 10 שניות הושמטו מניתוחים סטטיסטיים.
  9. לעצור את הקלטת וידאו במחשב. הקלט את כל הערות על המשפט.
  10. הסר את כל שתן או צואה מהחלק העליון המבוך, לרסס עם 70% אתנול, ולנגב ביסודיות יבשה. הסר את כלוב בריחה ולנקות עם 70% אתנול.
  11. שים את כלוב בריחה נקי במיקום הייעודי לנושא הבא. לאחר בריחת כלוב אחד או יותר מאפשר לכל לאוויר יבש כדי להפחית את ריח אתנול. שים תחתון שווא נקי על החור הקודם (כך שכל אבל חור אחד יש תחתית כפולה וחור אחד שמכיל את כלוב הבריחה).
  12. הגדר את צינור המרכז עם גיליון מזהה לנושא הבא במרכז המבוך. להתחיל בהקלטת וידאו במחשב. הסר את החיה הבאה להיבדק, מקום לתוך כלוב בריחה (אם היום / 1 מושב), ולהתחיל 2 דקות טיימר (רק אם יום / מושב 1). תמשיך משלב 2 לעיל. כל נושא מקבל משפט 1 / יום.
  13. אחרי הכל בעלי החיים שנבדקו, לנקות את המבוך ולברוח כלוב, לכבות את אור זרקורים, ורעש לבן. הסר "לא נכנס" שלט (ים) מדלת (ים).

ימים 2 עד 7 בדיקה

  1. הקמתי חדר בדיקה ומבוך לבדיקה כפי שפורט לעיל.
  2. הגדר צינור מרכז במרכז מבוך עם גיליון מזהה על העליונה. להתחיל בהקלטת וידאו. הסר את החיה הראשונה מכלוב בבית והמקום לתוך הצינור המרכזי.
  3. צעד זה מבדיל את הימים 2-7 מיום 1, במיוחד, בימים 2-7, הנושא הוא להציב לתוך צינור המרכז ישירות לאחר ההסרה מהכלוב בבית ותקופת התרגלות 2 דקות בתוך כלוב הבריחה לא נעשה.
  4. הליך חוזר החל מהשלב 4 לעיל.

3. ניתוח סטטיסטיעבור נקודתי קצה מבוך בארנס

  1. מנתח נתונים עשוי לדרוש מספר בדיקות סטטיסטיות. משתנה רציף, כגון מיסות ושיעור שגיאה, עשוי להיות מנותח כמזימה לפצל במרחב ובזמן 52.
  2. אם חלק מבעלי החיים לא לאתר את כלוב בריחה או בבית בתוך הזמן המרבי מוקצב, ניתן להקצות את נתוני ההשהיה כמרביים ונותחו על ידי שימוש בבדיקות ProcLife בגרסת SAS 9.2 ניתוח תוכנה.
    1. שיטה סטטיסטית זו שימושית עבור נתונים התנהגותיים שבו יש הפסקת גבול עליונה.
  3. נתונים אסטרטגית חיפוש עשויים להיות מנותחים על ידי שימוש בעיצוב מידה חוזרת ונשנית עם PROC GLIMMIX וגרסת SAS 9.2 ניתוח תוכנה.
    1. ניתוח ראשון זה מעסיק קישור להיכנס זה מצטבר והפצה multinomial כזה שכל אסטרטגיות החיפוש שלוש (אקראי, סידורי, וישיר) נכללות בניתוח זה.
    2. כדי לקבוע אם החיות לומדות להשתמש באסטרטגית החיפוש היעילה יותר, secon (ישיר)ניתוח ד באסטרטגיית חיפוש יכול להתבצע על ששתי אסטרטגיות פחות יעילים (אקראיות וסדרתי) בשילוב והשוואה מול אסטרטגיית החיפוש הישירה היעילה יותר.
    3. שיטה השנייה זו התוצאה התפלגות הבינומית ומעסיקה גם PROC GLIMMIX.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עכברי צבי זכר לבגרות מינית תלויים ביכולת ניווט מרחבית משופרת לאיתור שותפים פוטנציאלי רבייה, אשר הופצו באופן נרחב בכל הסביבה. לנשים בהריון וחשיפה למבוגרים לטסטוסטרון שניהם חיוניים בארגון והפעלה זה מאוחר יותר זכר בוגר התנהגות 53. ככזה, הוא היה חזקה כי חשיפה המוקדמת לתרכובות האנדוקרינית שיבוש עלולה להפריע תכונה מאוחר יותר אצל גברים. כדי לבדוק השערה זו, עכברי צבי זכר ונקבה נחשפו התפתחותית באמצעות הדיאטה האימהית לכמה מינונים רלוונטיים לסביבה של BPA בדיאטה פיטואסטרוגן חופשית, שליטת אסטרוגן חיובית (אסטרדיול ethinyl [EE2]) בדיאטה פיטואסטרוגן חינם, או הבסיס לשלוט בדיאטה מעודנת ללא פיטואסטרוגן, והוערכו על ביצועי מבוך בארנס כבוגרים. איור 1 מציג את מנגנון מבוך בארנס למין זה. זכרים שנחשפו לשני גבוהים, אבל לא הנמוכים ביותר, במינונים BPA להפגיןגירעונות שווים ד בלמידה מרחבית, כפי שבאו לידי ביטוי בהשהיה ממושכת, עלו שיעור שגיאה, וחוסר יכולת להמיר את אסטרטגיית החיפוש הישירה על תקופת הניסיון (איורים 7-9). עם זאת, נשים שנחשפו לEE2 והמנה באמצע BPA, אך לא במינונים BPA האחרים הציגו דפוסים גבריים של למידה וזיכרון המרחביים (כלומר ירידה בשימוש בחביון והמוגבר של אסטרטגיית החיפוש הישירה) 9,13.

בניגוד לעכברים פוליגמיים צבאים, בני דודים הקשורים אליהם, עכברי קליפורניה זכר מונוגמי, להגדיל את הצלחת הרבייה שלהם על ידי זוג מליטה ושנותר בשטח עם נקבה אחת ושיתוף באחריות הורית 54,55. לכן, יכולת ניווט המרחבי לא הייתה כפופה לסעיף אבולוציוניים חזק בעכברי קליפורניה. כתוצאה מכך, ההנחה הייתה כי בתחילת BPA וחשיפת EE2 לא לכוון את ההתנהגות הזאת בעכברי קליפורניה. בתמיכה של hypothe זהאחותי, חשיפה התפתחותית לBPA או EE2 לא שינתה התנהגויות מרחבית ניווט (חביון, שיעור שגיאה, או המרה לאסטרטגית החיפוש הישירה) בזכרים או נקבות, שהפגינו תגובות דומות בכל קבוצות הטיפול (איורים 10 ו11) 10. לעומת שליטה עכברי צבאים, לשלוט עכברי קליפורניה לא להקטין את מספר השגיאות שנעשו בשבעת ימי מבחן ברציפות וגם לא עכברי זכרי שליטת קליפורניה להגדיל את השימוש שלהם באסטרטגיית החיפוש הישירה. זה עשוי לשקף הבדלי מינים ביכולת למידה, עם זאת, זה אפשרי, כי חידוד נוסף להערכה של בדיקות למידה וזיכרון visuo מרחבים נדרש לעכברי קליפורניה.

מנגנון בארנס המבוך והחומרה הקשורים לחולדות מוצגים איורים 2-5. מנגנון זה שימש להערכת למידה מרחבית וזיכרון של חולדות ספראג-Dawley זכר ונקבה בימים שלאחר לידה 47-51 (ותוצאות 5ימי cutive, בדיקה 1 / יום). ביום האחרון (כלומר יום 5), כלוב הבריחה הועבר 180 מעלות ממיקומו המקורי בימים 1-4. נושאים אלה בעבר העריכו לרפלקס ליישר ואלכסון לוח ההתנהגות (preweaning), ולשחק התנהגות, רמות פעילות השדה פתוחות, וקואורדינציה מוטורית. הסכרים שלהם צרכו 3 חתיכות קטנות של אפל וניל על שחלקה 1 מיליליטר / קילוגרם משקל גוף של מים בימי הריון 6-21. הנושאים עצמם טופלו דרך הפה עם 1 מיליליטר / קילוגרם משקל גוף של מים פעמיים ביום בימים שלאחר לידה 1-21. בגמילה, הם היו זוג, שוכנו עם אחים מאותו המין. עם זאת, רק 1/sex/litter הוערך עבור ביצועי מבוך בארנס. איור 12 תערוכות השהיה ממוצעת לאתר את הכלוב לחילוצו של כל מין בכל 5 ימי מבחן. השפעות עיקריות משמעותיות של מין (p <0.04) והפעלה (p <0.01) הצביעו על שיהוי קצר יותר אצל נשים, וזמן תגובה קצר יותר בימים 2-5 בהשוואה ליום 1. אחרים havדואר דיווח גם שיהוי קצר יותר בחולדות נקבות 56, עם זאת, השפעות מין דומות לא תמיד כבר ציינו במעבדה שלנו 11. לפיכך, השפעת מין עקבית בחולדות היא עדיין לא נקבעה נקודתי קצה אחרות מאשר השהיה עדיין אינן זמינות;. עם זאת, תוכנת מעקב הוא בשימוש במחקר דומה לבחינת שיעור שגיאה ואסטרטגיית חיפוש בחולדות.

איור 1
איור 1. מנגנון מבוך בארנס למיני Peromyscus.) הרמזים הגיאומטריים תוך המבוך (למשל העיגול, ריבוע, משולש וכוכב) ממוקמים בתוך קיר המבוך כל 90 °, יש 12 חורי בריחה להציב כל 30 °, ו ) עליון המבוך מוקף בוילון שחור (לא מוצג). ב 'המבוךדגש על דוכן פוליפרופילן ומוגבה 100 סנטימטר מעל הרצפה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 2
איור 2. מנגנון בארנס המבוך לחולדות. עליון המבוך ודוכני תמיכה ניתן לראות בקוטר עליון מבוך וגובה מריצפה שמוצגת. מספרים על הרצפה מצביעים על מספרי חור ולאפשר לבוחן למקום כלוב הבריחה במיקום המיועד (לא ניתן לראות המספרים הקומות בנושא). אחד הרמזים החזותיים במיוחד המבוך ניתן לראות על הקיר המרוחק (כלומר פסים אנכיים שחורים). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 3
איור 3. מבט קרוב יותר של מנגנון מבוך בארנס לחולדות. שקופיות כלוב בריחה הלבנות לתוך חריצים בחלק התחתון של החלק העליון המבוך. חריצים דומים נמצאים בחלק התחתון של החלק העליון מבוך לכל חור היקפי. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 4
איור 4. צינור המרכז בנושא מדגם זיהוי גיליון בחלק העליון של מנגנון מבוך בארנס לחולדות. כריכת הקרטון מרימה משם לPlacדואר העכברוש בתוך הצינור והוא הוחלף לאחר מכן. הידית של צינור המרכז מאפשרת ההרמה קלה להתחיל את המשפט. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 5
איור 5. כלוב הבריחה לחולדות עם ממדים. שרשראות קטנות על הרמפה כלפי מטה לספק אחיזה לעכברוש בעת הזנה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 6
איור 6. לחץ כאן לצפייה largתמונה אה.

איור 7
. איור 7 השפעות של חשיפה ההתפתחותי של עכברי זכרים ונקבת צבי לBPA או EE2 על אסטרטגיית חיפוש במבוך בארנס דוגמא) דיאגרמות הממחישה את שלוש אסטרטגיות מוגדרות חיפוש:. אקראי (למעלה), סדרתי (באמצע), וישיר (תחתונה) אחוז. ב ') של BPA, EE2 ועכברי שליטת ההעסקה אקראית (צהוב), סדרתי (ירוק), או אסטרטגיות חיפוש (שחור) ישירות על פני בדיקת רכישה. זכרים CTL מנוצלים אסטרטגיה הישירה החיפוש נפוץ יותר על פני תקופת המבחן של 7 ימים ברציפות יותר מכל הקבוצות האחרות מלבד זכרים BPA במינון נמוך ונקבות EE2 (כל ערכי P <0.05). CTL = שליטה; EE2 = אסטרדיול ethinyl, BPA = יספנול מעובד באישור.0;. 13 לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 8
איור 8. השפעות של חשיפה ההתפתחותי של עכברי זכרים ונקבת צבי לBPA או EE2 (קבוצות כמו באיור 3) בהשהיה כדי לאתר את כלוב הבריחה בארנס מבוך.) זכרים. ב ') נקבות. CTL זכרים נמצאים במהירות רבה יותר את כלוב הבריחה הנכון, כפי שהודגם על ידי שיהוי קצר יותר, מאשר נקבות CTL (P = 0.0103), זכרים חשופים EE2 (P <0.0008), וזכרי BPA העליונים ואמצעי במינון (P = 0.03, P = 0.02, בהתאמה). הזכרים CTL, לעומת זאת, הראו תגובות דומות כמו זכרים BPA במינון נמוך ונקבות EE2 (P של> 0.05). לעומת זאת, נשים שEE2 דתקופות ecreased השהיה מעבר לתקופת הניסיון מאשר גברים EE2 חשופים (P = 0.0013). הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM. הותאם באישור Jasarevic et al. 13 לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 9
איור 9. חשיפה התפתחותית של עכברי צבאים זכר ונקבה לBPA וEE2 (קבוצות כמו באיור 3) על שגיאות בריחה. א) זכרים. ב ') נקבות. זכרים CTL הפגינו כמחצית ממספר השגיאות או הערכים לתוך חורים שגויים בהשוואה לנקבות CTL (P = 0.0002) וזכרי EE2 (P = 0.02). יתר על כן, הזכרים CTL ביצעו פחות שגיאות מאשר גברים עליון מינון BPA (P =0.02), אך לא היה שונה בשיעור שגיאה (P> 0.05) מזכרי BPA במינון או באמצע או נמוך. מצד השני, נשים EE2 הפגינו תגובה גברית כך שקבוצה זו ברשותו את אותו שיעור השגיאה כזכרי CTL ושגיאות מופחתים (P = 0.002) מאשר גברים EE2. נקבות חשופה BPA מינון התיכון הראו גם פחות שגיאות מאשר נקבות BPA וCTL במינון נמוך (P = 0.0005 ו0.01, בהתאמה). הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM. הותאם באישור Jasarevic et al. 13 לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 10
איור 10. אסטרטגיות חיפוש של זכר ונקבה בעכברי קליפורניה בדיקות מבוך בארנס. אסטרטגיות חיפוש arדואר בצבעים: אקראי (צהוב), סדרתי (ירוק), וישיר (שחור). במהלך תקופת הבדיקה של 7 ימים, לא היו השפעה משמעותית של toxicant או סקס על אסטרטגיית חיפוש שימוש בבעלי חיים אלה. הותאם באישור וויליאמס et al. 10 לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 11
איור 11. חביון לאתר את כלוב הבריחה ובריחה טעויות בבדיקות מבוך בארנס לעכברי זכרים (& C) ונקבה (B & D) קליפורניה (אותו קבוצות כמו באיור 6). A ו-B) וחביון. C ו-D) בריחה שגיאות . במהלך תקופת הבדיקה של 7 ימים, לא היו signi ficant השפעות של toxicant או סקס על אסטרטגיית חיפוש שימוש בבעלי חיים אלה. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM. הותאם באישור וויליאמס et al. 10 לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 12
איור 12. חביון כדי לאתר את כלוב הבריחה לזכר וחולדות ספראג-Dawley נשיות העריכו בימים שלאחר לידה 47-51 (ניסוי 1 / יום). ביום האחרון (היום 5), כלוב הבריחה הועבר 180 ° ממקורי מיקום. נקבות הפגינו שיהוי קצר יותר באופן משמעותי מאשר גברים, וזמן תגובה בימים 2-5 היו קצרים יותר באופן משמעותי מהשהיה ביום 1. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM.TP :/ / www.jove.com/files/ftp_upload/51194/51194fig12highres.jpg "target =" _blank "> לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שלבים קריטיים בתהליכי בדיקת מבוך בארנס כוללים: 1) מתן הגירוי המעטה מרתיע הנכון להניע את בעלי החיים כדי לאתר את כלוב הבריחה, 2) הבטחת תנאים אחידים נשמרים על פני הניסויים בבעלי החיים (לדוגמא בזמן בדיקה, בדיקת כוח אדם, בקרת רעש חיצונית, וגירויים אחרים שעלול להשפיע על ביצועים), 3) במידה וניסויים הם וידאו מוקלט, מיטוב ולהבטיח הקלטת וידאו מתאימה ולהגיש בחזרה למעלה, ו4) ניקוי של המבוך עם 70% אתנול להסיר רמזי חוש הריח בין ניסויים.

זיהוי הגירויים הטובים ביותר להניע את הנושא כדי לאתר את כלוב הבריחה יכול לדרוש כמה שינויים ו / או פתרון בעיות. הגירוי האופייני הוא תקורה תאורה בהירה. עם זאת, זה עלול שלא להספיק לכמה מינים. למרות שציין באופן מזדמן ורק על ידינו, חולדות שבהרחבה כבר העריכו התנהגותית (ולכן, טיפלו בהרחבה) נראות פחות מוטיבציה תחת B הסטנדרטיArnes מבוך תנאים, סביר להניח כי הם הופכים להיות יותר צייתנים ומורגלים למנגנון ו / או סביבות שונים. גירויים שמיעתיים (למשל טורף נשמע) עשויים להיחשב אבל זה מגביל את היכולת להרגיל בו זמנית בעלי חיים אחרים לחדר הבדיקות. גירויים אחרים ששימשו בהצלחה כוללים אוהדי תקורה לכוון אוויר ב57,58 העליונים המבוך או שינוי בארנס מבוך להיות תיאבון, במקום 56 מרתיעים.

רמזים חזותיים Extra-מבוך הם הנורמה לבדיקת מבוך בארנס עם חולדות. במיני עכבר מעבדה טיפוסיים, זה כבר הציע רמזים נוסף מבוך עשויים לייצר תוצאות טובות יותר מאשר רמזים תוך מבוך 59,60. עם זאת, עכברי צבאים יכולים להשתמש בהצלחה רמזי התוך מבוך כדי לאתר את כלוב הבריחה ולעשות זאת בהצלחה להמיר לאורך תקופת הבדיקה לשימוש של 8,9 אסטרטגיית חיפוש הישיר. יתר על כן, קיר חיצוני מונע את בעלי החיים מנפילה או קפיצה מהמבוך. כמו עכברי קליפורניה הם קלים יותר לטפל ועל 2-3x גדולים יותר מאשר עכברי צבאים, אחרים בחנו בהצלחה המין הזה בארנס מבוך ללא שימוש בקיר 40,61. עם זאת, במבוך במקרה שהיה קטן יותר (65 סנטימטר קוטר) עם 16 חורים שהונחו יותר פנימה (1.3 סנטימטר).

מתודולוגית, יש פרטים קטנים שעלול להשפיע על הליך מבוך בארנס וintrepretation של התוצאות. עליון המבוך למכרסמים הוא גדול יחסית וחדר הבדיקה חייב להיות גדול מספיק כדי לאפשר לבוחן לנוע בחופשיות ברחבי המבוך. הצבת המבוך בפינה אינה מומלצת כבוחן חייב להיות מסוגל לנוע סביב ההיקף כדי לאחזר את החולדה ולמקם את כלוב הבריחה במיקום המתאים. רמות חרדה של המכרסמים, כפי שמעידים על ידי ריכוז corticosterone הפלזמה מוגבר 44, הן גבוהות במהלך בדיקה וגירויים חיצוניים יכולים להיות החרפה. מכרסמים בדרך כלל להקפיא בגירויים שמיעתיים פתאומייםולכן, חשוב שסביבת הבדיקות אינה ממוקמת באזור רועש. כי זה יכול להיות הערכה ממושכת ביום נתון ועל פני ימים, זה יכול להיות מאתגר עבור הבוחן להישאר קשובים למשפט, עם זאת, תשומת לב ישירה להתנהגותו של הנושא הוא חיונית. מסיבה זו וכדי למנוע תופעות היממה על ביצועים, רצוי לבחון מספר מצומצם של בעלי חיים לחלון נבחרים של זמן (למשל בבוקר או אחר הצהריים) ביום נתון. לבסוף, הריח של אתנול עשוי להיות מרתיע לנושא, אם כי זה לא נבדק באופן מפורש. כלובי בריחה כמה ותחתית שווא נוספת הציעו, כך שהכלובים יש לי זמן לייבוש באוויר לאחר שרסס עם אתנול.

היתרונות העיקריים של מבוך בארנס הם קלות שימוש יחסית לסוגים אחרים מבוך ונקודתי קצה נוספת שניתן להשיג שעשויה לספק הערכה מקיפה יותר של impairm ניסוי המושרהמציג. בנוסף, מבוך יבשה זה עשוי טוב יותר לשחזר את הסביבה הטבעית למכרסמי שוכני קרקע. תקופת בדיקת multiday יכולה לספק ראיות חזקות יותר של ביצועים שהשתנו, כפי שמעידה חביון, שיעור שגיאה, והמרה במהלך בדיקה מאסטרטגיית חיפוש יעילה (אקראית או סדרתי) לאסטרטגית חיפוש ישירה.

תוצאות ממבוך בארנס ניתן לאמת עם בדיקות אחרות של ניווט במרחב. בנוסף, חשוב לקבוע כי גירעונות ביצועי מבוך בארנס פוטנציאליים אינם תוצאה של שינויים בחרדה, פעילות, או יכולות מוטוריות. לפיכך, תוצאות של חרדה ו / או הערכות של תנועה, כגון מוגבה בתוספת מבוך או פתוחה התנהגות שדה, עשויות לקבוע אם ברנס מבוך ליקויים משקפים שינויים אמיתיים בניווט במרחב. עם זאת, בדיקות עכבריות נפוצות של חרדה לא תמיד ניבוי של ביצועי מבוך בארנס 44. אם שינויי ניווט מרחבי אמיתיים נמצאים, מוlecular, שינויי histopathological, אלקטרו, או synaptogenic עשויים להיות לכאורה בהיפוקמפוס, entorhinal קליפת המוח, או באזורים בקליפת המוח אחרים, כפי שאזורי המוח אלה מופיעים למשול תגובת למידה וזיכרון זה 62-64.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

מסמך זה נבדק בהתאם למדיניות מזון והתרופות האמריקאית (FDA) ארצות הברית ואושר לפרסום. אישור לא מסמל שהתוכן משקף בהכרח את העמדה או חוות דעת של ה-FDA וגם לא אזכור של שמות מסחריים או מוצרים מסחריים מהווה אישור או המלצה לשימוש. הממצאים ומסקנות בדו"ח זה הם אלה של הכותבים ולא בהכרח מייצגים את הדעות של ה-FDA. יש המחברים אין אינטרסים ואין לחשוף מתחרים.

Acknowledgments

המחברים מודים למר אלדין Jašarević, מר סקוט וויליאמס, מר רוג'ר ו 'מייסן, שרה א' ג'ונסון, ד"ר ר 'מיכאל רוברטס, ד"ר מרק ר' Ellersieck, וד"ר דוד ג גירי באוניברסיטת מיזורי, ומר חוק דלברט ג וצוות הטיפול בבעלי החיים במרכז הלאומי למחקר Toxicological / ה-FDA. עבודה זו נתמכה על ידי NIH אתגר גרנט לגרנט לאחריות חברתית (RC1 ES018195), גרנט יתרון Mizzou ל( CSR וDCG), מכללת אוניברסיטת מיזורי של הפרס פקולטה לרפואת הווטרינרית (CSR), וE7318 פרוטוקול במרכז הלאומי לToxicological מחקר / ה-FDA.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
NOTE: Those items that are for small rodents only are bolded. Those items that are for large rodents only are italicized. Items neither bolded nor italicized are for both.
Barnes Maze platform with 12 or 20 escape holes every 30°. For rats, each hole is 10.5 cm in diameter and 4 cm from the maze top edge. For use with automated tracking programs, a black top for white rodents or a white top for pigmented rodents is needed. For mice and rats, this circular top is 95 and 122 cm in diameter, respectively. US Plastics Corp, Lima, OH 42625 This is the top of the Barnes Maze and the surface that the rodent is placed upon. It can be constructed from a variety of materials (e.g., Plexiglas), but for endocrine disruptor work, polypropylene BPA-free material is optimal. One of the holes leads to the an escape cage; all other holes are blind-ending or false-bottomed. For the rat maze, small slides on the underside of the maze platform allow the escape cage and false bottoms to slide in.
2 in Polypropylene pipe plug (24)
2 in 90° Black polypropylene elbow (12)
2 in x 6 in Polypropylene pipe nipple (1)		 US Plastics Corp, Lima, OH 30724
32086
30712		 These are only necessary for the small rodent (e.g. mouse) Barnes Maze. These adaptations are either blind-ending tubes/elbows or one of the tubes is connected to the pipe nipple that then leads to the escape cage.
False bottoms for rat Barnes Maze These were custom made of ABS plastic and vacuum molded for the rat maze apparatus.
Circular aluminum wall/barrier (50 cm high) around the maze Ace Hardware, Columbia, MO In the case of small rodents (e.g., mice), this barrier prevents them from falling off the maze; the rat apparatus generally does not require this. The wall may not be needed for laboratory mice that are relatively tame.
Support stand for maze platform top US Plastics Corp, Lima, OH 42625 The stand supports the maze platform top such that it is elevated above the floor (typically, 70-100 cm) to motivate the rodent to locate the escape cage. The stand can be constructed of any material.
White noise SleepMate Sound Conditioner,
Marpac, Rocky Point, NC		 980A Background noise may be used to block out peripheral acoustic cues that may confound Barnes Maze testing across trials and animals
Light fixtures and 300-500 W bulbs encased in aluminum shells. For example, Utilitech 500 W halogen portable work lights. Ace Hardware or Lowes Bright lights provide a mildly aversive stimulus which motivate the rodent to locate the escape cage. The lights are generally suspended ~150 cm above the maze top.
Escape cage. For small rodents, this can be a polypropylene cage (27.8 cm x 7.5 cm x 13 cm). Ancare, Bellmore, NY N40 PP The rat escape cage here was custom built and has a ramp leading into the escape cage.
Opaque tube (rats only) (27 cm diameter; 23 cm height) with a piece of thick cardboard to cover the top. The tube is placed in the center of the maze and the rat is placed into the tube from the top which is covered with the cardboard. A handle on the outside of the tube allows easier lifting of the tube, which then begins the trial. The tube can be constructed of any material, but should be opaque.
High resolution video camera (e.g., Panasonic Digital Video Camera) Panasonic, Secaucus, NJ ICV19458 The video camera is positioned overhead and records trials for later analysis.
Extra- or intra-maze geometric cues made of high quality cardboard construction paper any office supply store, such as Staples These visual cues orient the animal within the maze environment, providing cues as to the spatial location of the escape cage; in rats, extra-maze cues on the walls work well, whereas in small rodents that require a wall around the maze, intra-maze cues must be used.
Black curtain to surround the maze (small rodents only) any fabric and crafts store, such as Jo-Ann Fabrics A black curtain is used in small rodents (especially wild species, e.g. Peromyscus) to maintain attention within the maze confines.
70% Ethanol Fisher Scientific BP2818-4 After each trial, the maze top and escape cage are cleaned to eliminate potential odor cues for consecutively tested rodents.
Tracking software program, such as Ethovision, and computer with appropriate video card and substantial (1 TB or more) hard-drive space. Alternatively, videos can be recorded directly to the computer for later analysis using a program such as Win TV (Hauppauge Computer Works, Inc.). Noldus (Leesburg, VA) Tracking software is required to analyze trials for latency to locate the escape cage, velocity, distance traveled, time spent resting, time spent moving, time spent in the correct versus incorrect quadrants, time spent around the escape hole, number of errors or entries into incorrect holes, and overall search strategy employed to find the escape cage.
External hard drives, such as Seagate or WD, with a minimum 1-2 TB of memory Any office supply store, such as Staples. Videorecordings should be backed up in at least one separate location.
Videorecording program, e.g. WinTV program Hauppauge Computer Works, Inc.,
Hauppauge, NY		 If tracking software is not available at the time of the testing,
the trials should be video-recorded for later analysis

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tolman, E., Gleitman, H. Studies in spatial learning: place and response learning under different degrees of motivation. J. Exp. Psychol. 39, 653-659 (1949).
  2. Olton, D. S., Papas, B. C. Spatial memory and hippocampal function. Neuropsychologia. 17, 669-682 (1979).
  3. Stewart, S., Cacucci, F., Lever, C. Which memory task for my mouse? A systematic review of spatial memory performance in the Tg2576 Alzheimer's mouse model. J. Alzheimers Dis. 26, 105-126 (2011).
  4. Sharma, S., Rakoczy, S., Brown-Borg, H. Assessment of spatial memory in mice. Life Sci. 87, 521-536 (2010).
  5. Brown, W. The effects of intra-maze tetanizing shock upon the learning and behavior of the rat in a multiple-T maze. J. Genet. Psychol. 76, 313-322 (1950).
  6. Morris, R. Development of a water-aze procedure for studying sptial learning in the rat. J. Neurosci. Methods. 11, 47-60 (1984).
  7. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J. Comp. Physiol. Psychol. 93, 74-104 (1979).
  8. Jasarevic, E., Williams, S. A., Roberts, R. M., Geary, D. C., Rosenfeld, C. S. Spatial navigation strategies in Peromyscus: a comparative study. Anim. Behav. 84, 1141-1149 (2012).
  9. Jasarevic, E., et al. Disruption of adult expression of sexually selected traits by developmental exposure to bisphenol A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 11715-11720 (2011).
  10. Williams, S. A., et al. Effects of developmental bisphenol A exposure on reproductive-related behaviors in California mice (Peromyscus californicus): A monogamous animal model. PLoS ONE. 8, (2013).
  11. Ferguson, S. A., Law, C. D., Abshire, J. S. Developmental treatment with bisphenol A causes few alterations on measures of postweaning activity and learning. Neurotoxicol. Teratol. 34, 598-606 (2012).
  12. Popovic, N., Madrid, J. A., Rol, M. A., Caballero-Bleda, M., Popovic, M. Barnes maze performance of Octodon degus is gender dependent. Behav. Brain Res. 212, 159-167 (2010).
  13. Jasarevic, E., et al. Sex and dose-dependent effects of developmental exposure to bisphenol A on anxiety and spatial learning in deer mice (Peromyscus maniculatus bairdii) offspring. Horm. Behav. 63, 180-189 (2013).
  14. Brown, S., Strausfeld, N. The effect of age on a visual learning task in the American cockroach. Learn. Mem. 16, 210-223 (2009).
  15. Holtzman, D. A., Harris, T. W., Aranguren, G., Bostock, E. Spatial learning of an escape task by young corn snakes, Elaphe guttata guttata. Anim. Behav. 57, 51-60 (1999).
  16. Ladage, L. D., Roth, T. C., Cerjanic, A. M., Sinervo, B., Pravosudov, V. V. Spatial memory: are lizards really deficient. Biol. Lett. 8, 939-941 (2012).
  17. Languille, S., Aujard, F., Pifferi, F. Effect of dietary fish oil supplementation on the exploratory activity, emotional status and spatial memory of the aged mouse lemur, a non-human primate. Behav. Brain Res. 235, 280-286 (2012).
  18. Patil, S. S., Sunyer, B., Hoger, H., Lubec, G. Evaluation of spatial memory of C57BL/6J and CD1 mice in the Barnes maze, the Multiple T-maze and in the Morris water. Behav. Brain Res. 198, 58-68 (2009).
  19. Koopmans, G., Blokland, A., van Nieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol. Behav. 79, 683-693 (2003).
  20. Holmes, A., Wrenn, C. C., Harris, A. P., Thayer, K. E., Crawley, J. N. Behavioral profiles of inbred strains on novel olfactory, spatial and emotional tests for reference memory in mice. Genes Brain Behav. 1, 55-69 (2002).
  21. Youn, J., et al. Finding the right motivation: genotype-dependent differences in effective reinforcements for spatial learning. Behav. Brain Res. 226, 397-403 (2012).
  22. Barrett, G. L., Bennie, A., Trieu, J., Ping, S., Tsafoulis, C. The chronology of age-related spatial learning impairment in two rat strains, as tested by the Barnes maze. Behav. Neurosci. 123, 533-538 (2009).
  23. Prut, L., et al. Aged APP23 mice show a delay in switching to the use of a strategy in the Barnes maze. Behav. Brain Res. 179, 107-110 (2007).
  24. Kennard, J. A., Woodruff-Pak, D. S. Age sensitivity of behavioral tests and brain substrates of normal aging in mice. Front. Aging Neurosci. 3, 9 (2011).
  25. Stouffer, E. M., Yoder, J. E. Middle-aged (12 month old) male rats show selective latent learning deficit. Neurobiol. Aging. 32, 2311-2324 (2011).
  26. Barreto, G., Huang, T. T., Giffard, R. G. Age-related defects in sensorimotor activity, spatial learning, and memory in C57BL/6 mice. J. Neurosurg. Anesthesiol. 22, 214-219 (2010).
  27. Barnes, C. A., McNaughton, B. L. An age comparison of the rates of acquisition and forgetting of spatial information in relation to long-term enhancement of hippocampal synapses. Behav. Neurosci. 99, 1040-1048 (1985).
  28. Bach, M. E., et al. Age-related defects in spatial memory are correlated with defects in the late phase of hippocampal long-term potentiation in vitro and are attenuated by drugs that enhance the cAMP signaling pathway. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96, 5280-5285 (1999).
  29. O'Leary, T. P., Brown, R. E. Visuo-spatial learning and memory deficits on the Barnes maze in the 16-month-old APPswe/PS1dE9 mouse model of Alzheimer's disease. Behav. Brain Res. 201, 120-127 (2009).
  30. Reiserer, R. S., Harrison, F. E., Syverud, D. C., McDonald, M. P. Impaired spatial learning in the APPSwe + PSEN1DeltaE9 bigenic mouse model of Alzheimer's disease. Genes Brain Behav. 6, 54-65 (2007).
  31. Yassine, N., et al. Detecting spatial memory deficits beyond blindness in tg2576 Alzheimer mice. Neurobiol. Aging. 34, 716-730 (2013).
  32. Walker, J. M., et al. Spatial learning and memory impairment and increased locomotion in a transgenic amyloid precursor protein mouse model of Alzheimer's disease. Behav. Brain Res. 222, 169-175 (2011).
  33. Banaceur, S., Banasr, S., Sakly, M., Abdelmelek, H. Whole body exposure to 2.4 GHz WIFI signals: effects on cognitive impairment in adult triple transgenic mouse models of Alzheimer's disease (3xTg-AD). Behav. Brain Res. 240, 197-201 (2013).
  34. Fedorova, I., Hussein, N., Baumann, M. H., Di Martino, C., Salem, N. An n-3 fatty acid deficiency impairs rat spatial learning in the Barnes maze. Behav. Neurosci. 123, 196-205 (2009).
  35. King, M. R., Anderson, N. J., Guernsey, L. S., Jolivalt, C. G. Glycogen synthase kinase-3 inhibition prevents learning deficits in diabetic mice. J. Neurosci. Res. 91, 506-514 (2013).
  36. Enhamre, E., et al. The expression of growth hormone receptor gene transcript in the prefrontal cortex is affected in male mice with diabetes-induced learning impairments. Neurosci. Lett. 523, 82-86 (2012).
  37. Agrawal, R., Gomez-Pinilla, F. Metabolic syndrome' in the brain: deficiency in omega-3 fatty acid exacerbates dysfunctions in insulin receptor signalling and cognition. J. Physiol. 590, 2485-2499 (2012).
  38. Li, J., Deng, J., Sheng, W., Zuo, Z. Metformin attenuates Alzheimer's disease-like neuropathology in obese, leptin-resistant mice. Pharmacol. Biochem. Behav. 101, 564-574 (2012).
  39. Teixeira, A. M., et al. Exercise affects memory acquisition, anxiety-like symptoms and activity of membrane-bound enzyme in brain of rats fed with different dietary fats: impairments of trans fat. Neuroscience. 195, 80-88 (2011).
  40. Steinman, M. Q., Crean, K. K., Trainor, B. C. Photoperiod interacts with food restriction in performance in the Barnes maze in female California mice. Eur. J. Neurosci. 33, 361-370 (2011).
  41. Walton, J. C., et al. Photoperiod-mediated impairment of long-term potention and learning and memory in male white-footed mice. Neuroscience. 175, 127-132 (2011).
  42. Wong-Goodrich, S. J., et al. Voluntary running prevents progressive memory decline and increases adult hippocampal neurogenesis and growth factor expression after whole-brain irradiation. Cancer Res. 70, 9329-9338 (2010).
  43. Holscher, C. Stress impairs performance in spatial water maze learning tasks. Behav. Brain Res. 100, 225-235 (1999).
  44. 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, 247-251 (2009).
  45. Sunyer, B., Patil, S., Hoger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in mice. Nat. Protoc. , (2007).
  46. Takeuchi, H., et al. P301S mutant human tau transgenic mice manifest early symptoms of human tauopathies with dementia and altered sensorimotor gating. PLoS ONE. 6, (2011).
  47. Mathis, C., Bott, J. B., Candusso, M. P., Simonin, F., Cassel, J. C. Impaired striatum-dependent behavior in GASP-1-knock-out mice. Genes Brain Behav. 10, 299-308 (2011).
  48. Lewejohann, L., et al. Role of a neuronal small non-messenger RNA: behavioural alterations in BC1 RNA-deleted mice. Behav. Brain Res. 154, 273-289 (2004).
  49. Raber, J., et al. Radiation-induced cognitive impairments are associated with changes in indicators of hippocampal neurogenesis. Radiat. Res. 162, 39-47 (2004).
  50. Harrison, F. E., Reiserer, R. S., Tomarken, A. J., McDonald, M. P. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learn. Mem. 13, 809-819 (2006).
  51. Vorhees, C. V. Methods for detecting long-term CNS dysfunction after prenatal exposure to neurotoxins. Drug Chem. Toxicol. 20, 387-399 (1997).
  52. Steel, R. G. Principles and Procedures of Statistics: A Biometrical Approach 3rd edn. , McGraw-Hill Higher Education. 400-428 (1996).
  53. Galea, L. A., Kavaliers, M., Ossenkopp, K. P. Sexually dimorphic spatial learning in meadow voles Microtus pennsylvanicus and deer mice Peromyscus maniculatus. J. Exp. Biol. 199, 195-200 (1996).
  54. Gubernick, D. J., Teferi, T. Adaptive significance of male parental care in a monogamous mammal. Proc. Biol. Sci. 267, 147-150 (2000).
  55. Gubernick, D. J., Alberts, J. R. The biparental care system of the California mouse, Peromyscus californicus. J. Comp. Psychol. 101, 169-177 (1987).
  56. Williams, M. T., et al. Long-term effects of neonatal methamphetamine exposure in rats on spatial learning in the Barnes maze and on cliff avoidance, corticosterone release, and neurotoxicity in adulthood. Brain Res. Dev. Brain Res. 147, 163-175 (2003).
  57. Inman-Wood, S. L., Williams, M. T., Morford, L. L., Vorhees, C. V. Effects of prenatal cocaine on Morris and Barnes maze tests of spatial learning and memory in the offspring of C57BL/6J mice. Neurotoxicol. Teratol. 22, 547-557 (2000).
  58. Pompl, P. N., Mullan, M. J., Bjugstad, K., Arendash, G. W. Adaptation of the circular platform spatial memory task for mice: use in detecting cognitive impairment in the APP(SW) transgenic mouse model for Alzheimer's disease. J. Neurosci. Methods. 87, 87-95 (1999).
  59. O'Leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. J. Neurosci. Methods. 203, 315-324 (2012).
  60. O'Leary, T. P., Brown, R. E. Optimization of apparatus design and behavioral measures for the assessment of visuo-spatial learning and memory of mice on the Barnes maze. Learn. Mem. 20, 85-96 (2013).
  61. Bredy, T. W., Lee, A. W., Meaney, M. J., Brown, R. E. Effect of neonatal handling and paternal care on offspring cognitive development in the monogamous California mouse (Peromyscus californicus). Horm. Behav. 46, 30-38 (2004).
  62. Foster, D. J., Knierim, J. J. Sequence learning and the role of the hippocampus in rodent navigation. Curr. Opin. Neurobiol. 22, 294-300 (2012).
  63. Lipton, P. A., Eichenbaum, H. Complementary roles of hippocampus and medial entorhinal cortex in episodic memory. Neural. , 258-467 (2008).
  64. Wolbers, T., Hegarty, M. What determines our navigational abilities. Trends Cogn. Sci. 14, 138-146 (2010).

Tags

התנהגות חולדות Peromyscus עכברים רמזי התוך וחוץ מבוך למידה זיכרון חביון אסטרטגיית חיפוש גיליון 84 ניווט מרחבי לברוח מוטיבציה
בארנס מבוך אסטרטגיות בדיקה עם קטן ומודלים מכרסמים גדולים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rosenfeld, C. S., Ferguson, S. A.… More

Rosenfeld, C. S., Ferguson, S. A. Barnes Maze Testing Strategies with Small and Large Rodent Models. J. Vis. Exp. (84), e51194, doi:10.3791/51194 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter