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Behavior

Die Nutzung des Puzzlespiel-Kasten als Mittel zur Bewertung der Wirksamkeit von Umwelt Enrichment

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

Summary

Environmental enrichment provides a potential protective effect against neurodegenerative disorders. Currently, however, there is no easy way of determining the efficacy of enrichment procedures. This protocol describes a simple “Puzzle Box” method for assessing an animal’s cognitive function, in order to reveal the effectiveness of environmental enrichment.

Abstract

Environmental enrichment can dramatically influence the development and function of neural circuits. Further, enrichment has been shown to successfully delay the onset of symptoms in models of Huntington’s disease 1-4, suggesting environmental factors can evoke a neuroprotective effect against the progressive, cellular level damage observed in neurodegenerative disorders. The ways in which an animal can be environmentally enriched, however, can vary considerably. Further, there is no straightforward manner in which the effects of environmental enrichment can be assessed: most methods require either fairly complicated behavioral paradigms and/or postmortem anatomical/physiological analyses. This protocol describes the use of a simple and inexpensive behavioral assay, the Puzzle Box 5-7 as a robust means of determining the efficacy of increased social, sensory and motor stimulation on mice compared to cohorts raised in standard laboratory conditions. This simple problem solving task takes advantage of a rodent’s innate desire to avoid open enclosures by seeking shelter. Cognitive ability is assessed by adding increasingly complex impediments to the shelter’s entrance. The time a given subject takes to successfully remove the obstructions and enter the shelter serves as the primary metric for task performance. This method could provide a reliable means of rapidly assessing the efficacy of different enrichment protocols on cognitive function, thus paving the way for systematically determining the role specific environmental factors play in delaying the onset of neurodevelopmental and neurodegenerative disease.

Introduction

Umweltanreicherung (EE) als Umgebung, die Tiere mit einer erhöhten Chance für die soziale Interaktion, Motorik und größere sensorische Stimulation als normalerweise in einem Standard-Labor environment.EE erlebt bieten hat gezeigt, dass durchgängig auf das Verhalten der Tiere, was zu definieren Veränderungen wie Reduktion von Stress und Angst im Zusammenhang mit Aktivitäten 8-10, verbesserte Leistung bei Lern- und Gedächtnisaufgaben 8,11, frühe Beginn der motorischen Koordination und explorative Aktivität 11, Änderungen der mütterlichen Fürsorge 8 sowie Beständigkeit gegenüber Suchtmitteln 12- 15. Ferner EE offenbart worden, um die Auswirkungen von neurodegenerativen Erkrankungen zu lindern, Verzögerung des Einsetzens und Verringern der Schwere der Symptome im Tiermodell der Huntington-1-4,16, Parkinson-17 und Alzheimer 18.

Diese Veränderungen corbetreffen den anatomischen und molekularen Veränderungen EE ist bekannt, im Gehirn zu induzieren. Tiere in angereicherten Umgebungen von frühen Stadien der Entwicklung erhöht zeigen eine Vielzahl von neuronalen Veränderungen, einschließlich der erhöhten Hirngewicht und Rindendicke, dendritischen Verzweigungs 9,2-22 und Synapsendichte 23. EE kann sowohl die Höhe und den Zeitpunkt der Wachstumsfaktor Ausdruck 9,24-30, die gezeigt wurde, um zu einer beschleunigten Entwicklung von sensorischen 25,26,28,29, mnemonic 30 sowie Motorschaltungen 31,32 beitragen verändern.

Frühere Arbeiten haben manchmal widersprüchliche Ergebnisse zeigten bei der Untersuchung der Auswirkungen von EE, ohne Rücksicht auf die verschiedenen Arten von Tieren und die Umwelt in den einzelnen Studien 9,24,27,30 benutzt. Zur Zeit gibt es keine einheitliche und einfache Verhaltens Aufgabe, die verwendet werden können, um die Wirksamkeit der verschiedenen EE Paradigmen in verschiedenen Stämmen und spec messener Jahren von Tieren.

Das Puzzle Box Aufgabe wurde als einfacher Test, um festzustellen Mutter Problem eines Tieres Lösungsfähigkeit 7 konzipiert. Tiere in den offenen Bereich platziert sind erforderlich, um zu entfernen behindern Vormaterialien in eine kleine Öffnung, um einen überdachten Bereich / Unterkünfte zugreifen entfernt. Jedes Thema wird von drei Studien mit der gleichen Behinderung, um die drei verschiedenen kognitiven Eigenschaften beurteilen gegeben. Die erste Studie liefert einen Ausgangswert Anzeige des inhärenten oder native Problemlösungsfähigkeit. Die zweite Studie, am selben Tag ausgeführt wird, gibt einen Hinweis auf die Fähigkeit des Tieres, auf zu verbessern und somit für eine verstärke Strategien zur Entfernung des spezifischen Behinderung. Der dritte Versuch, am folgenden Tag durchgeführt wurde, gibt einen Einblick in die Fähigkeit des Subjekts zu behalten und erinnern an die gelernt Lösung der Aufgabe.

Die Motivation für die Lösung dieser "Obstruktion Puzzles" der Tiere können variiert werden, potentiellerinnert an eine angeborene Wunsch, offene Felder zu vermeiden und suchen Schutz, sowie einen inhärenten Antrieb zu ihrer Umgebung 6,7 erkunden. Die Vielzahl möglicher Verhaltens Fahrer den Wunsch, das Puzzle zu lösen Box zugrunde legt nahe, dass verschiedene Bereiche des Gehirns sind bei der Vermittlung Aufgabenwahrnehmung beteiligt. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass in murinen Modellen von Schizophrenie, der präfrontalen Hirnrinde und der Hippocampus werden in der Übernahme dieser Aufgabe 5 beteiligt. Eine Läsion Studie an Ratten wurde auch gezeigt, eine große Anzahl von Gehirnbereichen in Puzzle Box Leistung, einschließlich verschiedener Thalamus, Hypothalamus, Kleinhirn und limbischen Strukturen beteiligt. Zusammen zeigen diese Ergebnisse, dass die Durchführung dieser Problemlösung Aufgabe umfasst eine Vielzahl von Nervenstrukturen mit kognitiven Funktion assoziiert.

Das Puzzle Box wurde erfolgreich verwendet, um die Problemlösungsfähigkeit von Mäusen sowie kognitive Defizite durch m ausgestellt bewertenUrin-Modelle der Schizophrenie 5-7. Leistung auf der Aufgabe hat sich gezeigt, dass sehr konsistente und gut mit Ergebnissen von anderen kognitiven Verhaltenstests 6 korrelieren. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die Puzzlespiel-Kasten Aufgabe anzupassen, eine einfache und zuverlässige Mittel zur Bestimmung der Wirksamkeit der EE werden.

Protocol

Ethics Statement: Alle Verfahren wurden von der Tierethikkommission der Universität von Sydney zugelassen und entsprach National Health und Medical Research Council of Australia Richtlinien. Die Verfahren wurden auf C57 / BL6J Mäusen, die an der Universität von Sydney Bosch Nagetier Einrichtung aufgezogen wurden durchgeführt. Alle Mäuse wurden in einem ausreichend belüfteten Raum bei 21 ° C Umgebungstemperatur auf einem 12 Stunden Licht-Dunkel-Zyklus wobei das Licht um 0600 h in einzeln belüfteten Käfigen mit <…

Representative Results

Die hier beschriebenen Ergebnisse sind eine repräsentative Stichprobe, mit Daten aus mehreren Jahrgängen aus verschiedenen Würfen übernommen. Alle Verhaltenstests wurde zwischen 0700 und 1100 Stunden durchgeführt, wobei randomisierte Prüfung, um von Tieren innerhalb einer Kohorte. Tiere in einer angereicherten Umwelt erhöht (n = 14, 7 weibliche und 7 männliche) nahmen deutlich weniger Zeit, um die Behinderung Aufgaben innerhalb des Puzzlespiel-Kasten als die innerhalb einer Standardumgebung erhöht lösen (n = 1…

Discussion

Die vorgelegten Daten zeigen, dass das Puzzle Box kann effektiv verwendet werden, um die Auswirkungen von EE zu beurteilen. Mäuse in angereicherten Umgebungen erhöht konsequent nahmen deutlich weniger Zeit zum Hindernis Rätsel in diesem Verhaltenstest als getan Tiere in Standard-Laborbedingungen erhoben lösen. Darüber hinaus war dieser Unterschied am deutlichsten in der ersten Studie für drei der vier getesteten Bedingungen, was darauf hindeutet, EE hat einen größeren Einfluss auf die einheimische Problemlösung…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no acknowledgements.

Materials

Black Acrylic Board 750 x 280 mm
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 280 x 250 mm with a 40 x 40 mm "door" cut into one side
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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O’Connor, A. M., Burton, T. J., Leamey, C. A., Sawatari, A. The Use of the Puzzle Box as a Means of Assessing the Efficacy of Environmental Enrichment. J. Vis. Exp. (94), e52225, doi:10.3791/52225 (2014).
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