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Behavior

该拼图方块的使用作为评价环境富集的功效的一种手段

Published: December 29, 2014 doi: 10.3791/52225
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1
1Discipline of Physiology, University of Sydney, 2Bosch Animal Behavioural Facility, University of Sydney

Introduction

丰富环境（EE）可以被定义为周围提供动物与社会交往，运动活动，和更大的感官刺激比平常经历在标准实验室environment.EE增加机会已经显示出持续影响动物的行为，使左右变化，如学习和记忆的任务降低压力和焦虑有关的活动8-10，提高了性能8,11，发病初期的运动协调性和探索性的活动11，上瘾的物质变化，产妇护理8以及电阻12 15。此外，EE已经揭示改善神经退行性疾病的影响，延缓其发作和减小在亨廷顿1-4,16，帕金森氏17和阿尔茨海默氏病18的动物模型的症状的严重程度。

这些变化COR相关的解剖和分子改变EE被称为整个大脑诱发。从开发的初期阶段，丰富的环境中饲养的动物表现出无数的神经变化，包括增加大脑的重量和皮质的厚度，树突分支9,2-22和突触密度23。 EE可以改变两者的水平和生长因子表达9,24-30，这已被证明有助于感官25,26,28,29加速发展，助记符30，以及马达电路31,32的定时。

调查EE的影响时，没有考虑到不同类型的个人研究9,24,27,30中使用的动物和环境的前期工作已经揭示了次矛盾的结果。目前，还可以用来测量在不同菌株和规格不同EE范式的有效性没有一致的和简单的行为的任务动物当中。

的益智方块任务的目的是作为一个简单的测试，以确定动物的原生解决问题的能力7。放置在开放区域的动物都必须除去妨碍位于一个小开口内以便访问一个覆盖区域/住房材料。每个受试者给出三个试验具有相同的阻塞，以便评估三种不同的认知属性。一审产生的内在或本地解决问题的能力的基准指标。在第二试验中，在同一天中运行，给出了一些指示来改善，从而加强策略用于除去特定障碍物动物的能力。在第三试验中，在第二天进行的，使我们了解到受试者的保留和召回得知解决该任务的能力。

动机为解决这些“阻塞难题”，由动物可以变化，有可能唤起一种与生俱来的欲望，以避免开放的领域和寻求庇护，还有一种内在驱动探索周围的环境6,7。众多潜在行为的驱动来解决这一难题盒的愿望基本的表明，大脑的不同区域都参与调解的工作性能。以前的工作已经表明，在精神分裂症的鼠模型中，前额叶皮层以及海马中涉及采集此任务5。大鼠病变研究也揭示了大量参与益智箱的性能，包括各种丘脑核，下丘脑，小脑和边缘结构的大脑区域。总之，这些发现表明，从事这一解决问题的任务涉及的主机与认知功能相关的神经结构。

的益智方块已成功地用于评估由M展出了解决问题的小鼠的能力，以及认知缺陷精神分裂症5-7尿液车型。上的任务的性能已被证明是高度一致的，并与其他认知行为测试6的结果很好地相关。这项工作的目的是从而适应拼图方块的任务，成为确定EE的有效性的简单和可靠的手段。

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Protocol

伦理学声明：所有的程序批准了悉尼大学的动物伦理委员会，并符合国家卫生和澳大利亚的指引，医学研究委员会。程序是在其被饲养在悉尼大学的博世灭鼠设施C57 / BL6J小鼠进行。所有小鼠被安置在一个通风良好的房间21°C的环境温度在12小时光暗周期灯在0600小时的独立通风笼与自由采食获得干粮和水。女性晚期妊娠被随机分配到标准或环保丰富的住房条件。

1.房屋（浓缩度）：

  1. 获得4晚孕成年雌性小鼠。随机指派2至标准状态和他们每个人放入含有一种红色鼠标冰屋一个干净整洁的标准鼠笼（外形尺寸391 X 199×160毫米）。对于富集条件，将REMA都进不去2小鼠成一个干净的老鼠大小的笼子（外形尺寸462 X 403 X404毫米）。
  2. 进入富集笼，发生各种旨在提高感觉和运动刺激的对象（如运行车轮，视觉刺激，香味棉球，魔术贴带）。
  3. 每2至3天左右移动的笼中这些对象;刷新任何已被销毁。
  4. 在21天产后，性动物和地方断奶到男女隔离的外壳，他们提出的环境条件相一致。为富集条件确保有3至10只小鼠每笼2和5只小鼠为标准之间。开始行为测试，一旦动物达到成年（12-14周龄）。

（二）建设的益智箱

  1. 获得6个白色的丙烯酸（或其它非多孔材料）：1 750 X280毫米，2 280×250毫米，2 750×250毫米，和一个150×280毫米（ 见图1）。
  2. 获得一块黑色亚克力280×250毫米，具有40×40毫米的方形开口切入此片的一侧（ 见图1）。
  3. 组装拼图盒如下：使用750 X280毫米片作为框的底部，使用280×250毫米片作为框的端部，和750×250毫米片作为框的侧面。
  4. 测量150毫米成箱从一端，然后将黑色片的丙烯酸横跨盒子，使其分割成两个腔室（1大，1小）与所述盒的底部的开口齐平。
  5. 取150×280毫米一块白色的丙烯酸，并将其放置顶上确保其完全覆盖这个区域中，提供一个暗“目标框”室中的盒的小室中。通过铰链贴上这块丙烯酸到主箱的主体中，或将自由地在行为测试完全除去。
  6. 采取3个丙烯酸（3 4×120 MM），并加入到做一个“U-十八主编“通道。

图1
图1：拼图方块任务的示意图 。的益智方块是丙烯酸箱组成的开放式场区（600×280毫米）和庇护目标框区域（150×280毫米），测量750 X280毫米在所有。分区（灰色）分隔两个区域内的40×40毫米孔径允许动物从开放的领域进入到覆盖目标框区域。该开口阻塞与障碍物越来越难以去除的测试进展。动物经过5天的协议，由四个阻塞条件与三个试验为每个条件。

3.运行的拼图方块任务

  1. 彻底清洁益智方块用70％的酒精。重复每个动物测试的这一步。
  2. 目标盒AR内放置一个干净的红色鼠标冰屋EA的益智方块，并更换上的目标盒盖子。
  3. 如果有一个阻塞条件被测试时，将目标框的门道内的障碍物（ 见图2）。
  4. 将鼠标被测试到拼图方块的开放领域的部分，面向的目标盒，并在距离球门盒底最远。
  5. 记录进入益智箱的目标，箱型截面采取的所有四个爪子的动物的时间。
  6. 如果动物没有进入目标框，则终止试验一旦达到设定的时间限制（ 见表1）。
  7. 一旦试验完成后，从益智盒中取出的动物，并将其放置到一个单独的控股笼，直到下一次试验开始。保持试验各动物之间的60至180秒的差距。
  8. 对于每一个动物，进行每日三次试验测试五连续两天，有四个阻塞条件和各种条件的三项试验。第三个三的一个给定的阻塞状况人应该始终施用在随后一天（ 见表1）。

表1
表1：拼图方块的任务计划 。的益智方块任务运行5天，由四个阻塞的条件。有三个试验在每个第一四天，和一个在第五日。每个阻塞条件有三个试验;前两个在一天，第三一天后立即开始。的阻塞状况一审的目的是测试母语解决问题的能力，二审审查任务采集和强化，第三审判作为一种分析解决方案，保留和召回。

图2
图2：壅的益智方块任务中离子的条件。该拼图方块舞台和阻塞条件本研究中使用的示意图。（A）条件0（C0），与目前开放领域和目标框区域之间的门口内无障碍物。（B）条件1（C1 ），与开场和目标框区之间的门道内的“U形”通道存在。（C）的条件2（C2），其中所述通道被填充有干净的被褥材料。（D）的条件3（C3 ），具有“组织插头”旷场和目标框区之间的门道内本。（E）条件4（C4）的带有“泡沫塞”旷场和目标框之间的门道内本区域。竞技场的尺寸按在方法和图1列出。

4.解读数据

  1. 数据表示无论是时间采取COM完整的审判（包括空试验动物的地方没有完成规定期限内任务）或作为空试验的次数。
  2. 使用重复测量ANOVA经拼图盒中的性能评估的住房条件的影响，以阻塞型/条件（C）和任务号（T）内，主体因素和富集水平（标准相对富集的）作为因子主体间。

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Representative Results

此处所描述的结果是有代表性的样品，用来自几个队列选自不同窝的拍摄数据。所有的行为测试是0700和1100小时之间进行的，与动物的人群中随机测试顺序。在一个丰富的环境中饲养的动物（N = 14，女7例和7男）花了显著更少的时间到拼图方块比在标准环境下长大内解决阻塞任务（N = 15，女7例和8例男性）（见图3）（重复测量ANOVA与环境因子主体之间，F = 19.525，P <0.001）。的益智方块，其中丰富的小鼠需要显著少，解决每一个单独的阻塞拼图时间在单个试验中观察到EE的性能这样的效果，每个条件（单因素方差分析一审与环境之间的过程中尤为显着-subjects因素：条件1审1（C1T1），F = 4.308，P = 0.048; C1T3，F = 4.317，P = 0.047; C2T1，F = 9.466，P = 0.005; C2T2，F = 5.164，P = 0.031; C2T3，F = 7.031，P = 0.013; C3T1，F = 19.979，P = 0.000; C3T2，F = 5.788，P = 0.023; C3T3，F = 4.711，P = 0.039; C4T1，F = 5.094，P = 0.032）。性别无影响（重复测量ANOVA性别作为主体间的因素，F = 1.827，P = 0.188），也观察到（重复测量ANOVA与环境和性别的因素主体间的居住环境和性别之间的任何互动显著，环境*性别，F = 0.395，P = 0.535）。

图3
图3：环境丰富小鼠解决这一难题盒比标准安置动物快益智从出生在任何富集或标准的环境提出了成年动物的箱任务绩效，通过采取所有四个爪子的时间测量进入目标框区域。以秒为单位。动物RAISED在富集环境（红色）解决了阻碍任务的益智方块内比在标准环境下长大（蓝色）显著快（重复测量ANOVA与环境因子主体之间，F = 19.525，P <0.001）。观察中的单个阻塞拼图任务，提高性能丰富的同伙（单因素方差分析与环境因素主体间：C1T1 F = 4.308，P = 0.048; C1T3，F = 4.317，P = 0.047; C2T1，F = 9.466，P = 0.005; C2T2，F = 5.164，P = 0.031; C2T3，F = 7.031，P = 0.013; C3T1，F = 19.979，P = 0.000; C3T2，F = 5.788，P = 0.023; C3T3，F = 4.711，P = 0.039; C4T1，F = 5.094，P = 0.032）。 C0：无梗阻; C1：U形通道; C2：通道充满了铺垫材料; C3：组织插头; C4：泡沫塞。 C1T1是指条件1，试验1等（见正文）。误差线：平均值（SEM）的标准误差，丰富N = 14（7女，7男），标准的N = 15（7女8男）。 *：P <0.05，**：P＆＃60; 0.01，***：P <0.001。

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Discussion

提出的数据表明，该拼图盒可有效地用于评估EE的影响。在丰富的环境中提高小鼠持续了显著少来这套行为分析比没有内标准实验室条件下饲养的动物内解决难题阻塞时间。此外，这种差异在三四个条件测试一审最为突出，这表明EE对动物的原生解决问题的能力有较大的影响，相对于他们的能力，以加强或保留解决方案，通过任务提出的问题。

该拼图方块的主要优点是它的价格低廉的材料成本，简便的建设和执行方面，以及缺乏必要的科目训练前进行测试。此外，该方法可以适用于利用多种障碍材料和条件。例如，这里所用的协议被改编从先前的研究中所采用的益智盒，以评估在各种鼠疾病状态模型5-7认知能力。其他的研究以前使用的益智方块的变化来评估认知增强抗精神病药物33和观察学习这一测试领域的34之内的影响。因此拼图盒提供能够评估各种环境，遗传和药理操作，同时又是相对时间和成本效益的行为的任务。

这种固有的灵活性，但是，强调需要成功地实现任务的几个关键步骤。由于该方法涉及从内部测试领域的一个具体开盘物理清除障碍，初步试验，以确定哪些阻塞条件是合适的，在由动物定义的时间限制可解进行评估是非常重要的。这是特别相关的，当applyi纳克任务来确定施肥对神经退行性疾病，其运动能力可能受到严重损害1-4,16,17的动物模型中的潜在作用。此外，在不同的时间间隔多次试验都需要全面评估受试者的认知能力进行测试。虽然任务获取和保留是相关的，它们可以被认为是独立的过程35-37。如在本研究的结果揭示，在性能显著差异可以是内的评估的因素之一越大。

虽然等待时间是用来监控在这项研究中的动物的表现，因为该协议包括从事于任务中的所有小鼠的视频记录的主要量度，它也能够在测试装置内执行的行为的更详细的分析。顺便受试者丰富和标准的提高群体行为的竞技场内，包括在他们接近障碍物时EA的方式任务CH阶段可能揭示两个同伙38-43之间的性能进一步，更细微的差别。再加上调整的障碍，以适应动物被测试的容量，益智方块有潜力提供了快速而直接的洞察环境因素对一系列认知行为影响的手段。

虽然简单，功能强大，益智方块是不能代替认知功能的更透彻的分析。相反，它提供了解决问题的快速和可靠的第一通评估，以及任务采集和召回应该然后检查更彻底地利用常规的学习任务。这种方法的重要性，怎么强调也不过分。传统的学习任务，可能需要相当数量的熟悉的科目和训练，才可以产生可解释的结果，这可能本身对性能的影响44,45。因此，一个高效，可靠的获得认知功能，可以很容易地修改单个实验，如拼图方块的需求进行初步评估方法，是非常有利的。

鉴于该方法，以减轻和逆转由疾病状态转基因模型显示出的有害症状正在不断发展46,47，一个快速和可靠的评估从行为角度干预的有效性的装置是至关重要的。这里给出的数据表明，这种益智方块是一个有用的工具，使这种评估。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Black Acrylic Board 280 x 250 mm with a 40 x 40 mm "door" cut into one side
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 150 x 280 mm
White Acrylic Board
Underpass 3 pieces of 40 x 120 mm plexiglass or acrylic
Note: If unable to access acrylic board, plexiglass or similar non-porous material will suffice.
Webcam Logitech C210 Fix to roof with electrical tape. Alternatively, use a tripod.
VirtualDub v1.10.4 VirtualDub N/A  Software for recording behaviour videos. Input from webcam.
TopScan v 3.0 CleverSys Inc. N/A  Software for automated top-view tracking and analysis of mouse behaviour. Captured videos are analysed post-hoc.

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行为，94期，神经科学，鼠标，环境富集，益智方块，认知行为，行为任务，神经保护
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