Introduction
El enriquecimiento ambiental (EE) se puede definir como un entorno que proporcionan los animales con mayor oportunidad para la interacción social, la actividad motora, y una mayor estimulación sensorial que por lo general con experiencia en un environment.EE estándar de laboratorio se ha demostrado que afecta sistemáticamente el comportamiento de los animales, provocando cambios tales como la reducción del estrés y la actividad relacionada con la ansiedad-8-10, la mejora de rendimiento en las tareas de aprendizaje y memoria 8,11, inicio temprano de la coordinación motora y la actividad exploratoria 11, los cambios en la atención materna 8 así como la resistencia a las sustancias adictivas 12- 15. Además, EE ha sido revelado para mejorar los efectos de los trastornos neurodegenerativos, retrasar la aparición y la disminución de la severidad de los síntomas en los modelos animales de la enfermedad de Huntington 1-4,16, 17 de Parkinson y la enfermedad de 18 Alzheimer.
Estos cambios correlacionarse con las alteraciones anatómicas y moleculares EE se sabe que induce en todo el cerebro. Los animales criados en ambientes enriquecidos de primeras etapas de desarrollo muestran una miríada de cambios neuronales, incluyendo el aumento de peso del cerebro y el espesor cortical, ramificación dendrítica 9,2-22 y la densidad sináptica 23. EE puede alterar tanto el nivel y el momento de la expresión del factor de crecimiento 9,24-30, que se ha demostrado que contribuyen al desarrollo acelerado de la sensorial 25,26,28,29, mnemónica 30, así como circuitos de motores 31,32.
Trabajos anteriores han puesto de manifiesto en las conclusiones veces contradictorias cuando se investiga el impacto de EE, sin tener en cuenta los diferentes tipos de animales y ambientes utilizados dentro de los estudios individuales 9,24,27,30. Actualmente, no hay ninguna tarea de comportamiento consistente y simple que puede ser usado para medir la efectividad de varios paradigmas de EE en diferentes cepas y specs de los animales.
La tarea Puzzle Box fue diseñado como una prueba sencilla para determinar problema nativo de un animal habilidad 7 resolver. Se requieren animales colocados en el área abierta para eliminar los materiales situados en una pequeña abertura para acceder a una región / refugio cubierto obstruir. Cada sujeto se administra tres ensayos con la misma obstrucción a fin de evaluar tres atributos cognitivos diferentes. El primer ensayo se obtiene un indicador de línea de base de la capacidad de resolución de problemas inherentes o nativo. El segundo ensayo, se ejecutan en el mismo día, le da una idea de la capacidad del animal para mejorar y así reforzar las estrategias para eliminar la obstrucción específico. El tercer ensayo, llevado a cabo en el día siguiente, da una idea de la capacidad del sujeto para retener y recordar la solución aprendido a la tarea.
La motivación de la resolución de estos rompecabezas "obstrucción" de los animales puede ser variado, potencialmenteevocando un deseo innato para evitar los campos abiertos y buscar refugio, así como un impulso inherente a explorar su entorno 6,7. La multitud de potenciales conductores de comportamiento que subyacen al deseo de resolver el Puzzle Box sugiere que varias áreas del cerebro están involucradas en la mediación de la ejecución de tareas. El trabajo previo ha mostrado que en modelos murinos de la esquizofrenia, la corteza prefrontal así como el hipocampo están implicados en la adquisición de esta tarea 5. Un estudio de la lesión en ratas también ha revelado un gran número de regiones del cerebro implicadas en el rendimiento Puzzle Box, incluyendo varios núcleos talámicos, el hipotálamo, el cerebelo, y estructuras límbicas. En conjunto, estos hallazgos indican que la participación en este problema la solución de tarea implica una serie de estructuras neurales asociados con la función cognitiva.
La caja de rompecabezas ha sido utilizado con éxito para evaluar la capacidad para resolver problemas de los ratones, así como déficits cognitivos exhibido por mmodelos de orina de la esquizofrenia 5-7. El rendimiento en la tarea se ha demostrado ser altamente consistente, y se correlacionan bien con los resultados de otras pruebas de comportamiento cognitivo 6. El objetivo de este trabajo fue así adaptar la tarea Puzzle Box para convertirse en un medio simple y confiable para determinar la eficacia de los EE.
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Protocol
Declaración de Ética: Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité de Ética Animal de la Universidad de Sydney y se ajustaba a Nacional de Salud y Consejo de Investigación Médica de directrices Australia. Los procedimientos se realizaron en ratones C57 / BL6J que fueron criados en las instalaciones de la Universidad de Sydney Bosch roedores. Todos los animales fueron alojados en una habitación individual adecuadamente ventilada en 21 ° C de temperatura ambiente en un ciclo de luz-oscuridad de 12 horas con las luces encendidas a las 0600 horas en jaulas ventiladas individualmente con acceso ad libitum al alimento seco y agua. Hembras finales del embarazo fueron asignados aleatoriamente a las condiciones de vivienda estándar o enriquecidos ambientalmente.
1. Vivienda (niveles de enriquecimiento):
- Obtenga 4 de finales del embarazo adultos ratones hembras. Aleatoriamente asignar 2 a la condición estándar y colocar cada uno de ellos en una jaula ratón estándar limpio (dimensiones 391 x 199 x 160 mm) que contiene un iglú rojo ratón. Para la condición enriquecido, coloque el remaIning 2 ratones en una sola jaula limpia tamaño de una rata (dimensiones 462 x 403 x 404 mm).
- En la jaula de enriquecimiento, coloque una variedad de objetos diseñados para aumentar la estimulación sensorial y motor (por ejemplo, ruedas de rodadura, los estímulos visuales, bolas de algodón perfumado, tiras de velcro).
- Cada 2 a 3 días se mueven estos objetos sobre dentro de la jaula; refrescar cualquier que se han destruido.
- Tras el destete a los 21 días después del parto, los animales del sexo y el lugar en el alojamiento segregado entre hombres y mujeres en consonancia con las condiciones ambientales que se criaron. Para la condición enriquecido aseguran que hay entre 3 y 10 ratones por jaula con 2 y 5 ratones para el estándar. Comenzar las pruebas de comportamiento una vez que los animales alcanzan la edad adulta (12 a 14 semanas de edad).
2. Construcción de la Caja de Puzzle
- Obtener 6 piezas de acrílico blanco (u otro material no poroso): uno 750 x 280 mm, dos 280 x 250 mm, dos 750 x 250 mm, y uno de 150 x 280 mm (véase la Figura 1).
- Obtener una pieza de acrílico negro 280 x 250 mm, con un 40 x 40 mm abertura cuadrada cortada en un lado de esta pieza (ver Figura 1).
- Montar la caja de rompecabezas de la siguiente manera: utilizar la pieza 750 mm x 280 como la parte inferior de la caja, use 280 x 250 mm piezas como los extremos de la caja, y las piezas de 750 x 250 mm como los lados de la caja.
- Medir 150 mm en la caja desde un extremo, y colocar la pieza de acrílico negro través de la caja de modo que la divide en dos compartimientos (uno grande, uno pequeño) con la abertura ras con la parte inferior de la caja.
- Tome la mm pieza de acrílico blanco 150 x 280 y colocarlo encima del compartimiento más pequeño de la caja y asegúrese de que cubre esta área por completo, proporcionando una cámara oscura "meta-box". Pegue esta pieza de acrílico para el cuerpo de la caja principal por bisagras, o dejar libre para ser eliminado completamente durante las pruebas de comportamiento.
- Tome 3 piezas de acrílico (tres 4 x 120 mm) y unirse para hacer una "u-shapcanal ed ".
Figura 1: Diagrama esquemático de la tarea Puzzle Box. El Box Puzzle es una caja de acrílico que consiste en un área de campo abierto (600 x 280 mm) y un área protegida meta-caja (150 x 280 mm), que mide 750 x 280 mm en total. Una abertura de 40 x 40 mm dentro de la partición (gris) que separa las dos zonas permite que los animales puedan acceder a la zona de meta-caja cubierta del campo abierto. Esta apertura se bloquea con obstrucciones que son cada vez más difíciles de eliminar como prueba progresa. Animales sometidos a un protocolo de cinco días, que consiste en cuatro condiciones de obstrucción con tres ensayos para cada condición.
3. Funcionamiento del Grupo de Puzzle Box
- Limpiar a fondo el Puzzle Caja con 70% de alcohol. Repita este paso entre cada animal probado.
- Coloque un iglú ratón rojo limpio dentro del ar meta-boxea de la caja de rompecabezas, y reemplazar la tapa de la caja de la meta.
- Si hay una condición de obstrucción que se prueba, coloque la obstrucción dentro de la puerta de la caja de la meta (ver Figura 2).
- Coloca el ratón está probando en la sección de campo abierto de la caja de rompecabezas, orientado hacia el área chica, y en el extremo más alejado de la caja de la meta.
- Registre el tiempo necesario para que las cuatro patas del animal para entrar en la sección de meta-caja de la caja de Puzzle.
- Si un animal no entra en el área chica, dar por terminado el juicio una vez que se alcanza el límite de tiempo establecido (ver Tabla 1).
- Una vez que el juicio ha terminado, retire al animal de la caja de rompecabezas y colocarlo en una jaula de retención separado hasta que comience el próximo juicio. Mantenga una distancia 60 a 180 segundos entre los ensayos para cada animal.
- Para cada animal, realizar tres pruebas por día durante cinco días consecutivos de pruebas, con cuatro condiciones de obstrucción y tres ensayos de cada condición. La tercera trial de una condición de obstrucción dado siempre debe administrada en un día posterior (véase la Tabla 1).
Tabla 1: Esquema de la tarea Puzzle Box. La tarea Puzzle Box está dirigido por cinco días, y consta de cuatro condiciones de obstrucción. Hay tres ensayos sobre cada uno de los primeros cuatro días, y uno en el quinto día. Cada condición de obstrucción tiene tres ensayos; los dos primeros en un día, y el tercero el día inmediatamente siguiente. El primer ensayo de una condición de obstrucción tiene como objetivo probar la capacidad de resolución de problemas nativo, el segundo ensayo examina la adquisición de tareas y refuerzo, y el tercer ensayo se utiliza como un ensayo para la retención de la solución y el recuerdo.
Figura 2: Obstruircondiciones de iones dentro de la tarea Puzzle Box. Diagramas esquemáticos de la arena Puzzle Box y las condiciones de obstrucción utilizados en este estudio. (A) Estado 0 (C0), sin obstrucción presente dentro de la puerta entre el campo abierto y las zonas meta-box. (B) Condición 1 (C1 ), con una "forma de U" canal presente dentro de la puerta entre el campo abierto y las zonas meta-box. (C) Condición 2 (C2), donde el canal se llena con material de cama limpia. (D) Condición 3 (C3 ), con un "tapón de tejido" presente dentro de la puerta entre el campo abierto y las zonas meta-box. (E) Condición 4 (C4) con un "tapón de espuma" presente dentro de la puerta entre el campo abierto y meta-box áreas. Las dimensiones de la arena son según listado en Métodos y Figura 1.
4. Interpretación de los Datos
- Representar los datos, ya sea como tiempo necesario para comcompletar el ensayo (incluyendo ensayos nulos donde los animales no completó la tarea en el plazo especificado) o como el número de juicios nulos.
- Use un ANOVA de medidas repetidas para evaluar el efecto de la condición de vivienda a los resultados dentro de la caja de rompecabezas, con el tipo de obstrucción / condición (C) y el número de tareas (T) factores intra-sujetos y el nivel de enriquecimiento (estándar versus enriquecido) como entre los sujetos del factor .
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Representative Results
Los resultados descritos aquí son una muestra representativa, con datos tomados de varias cohortes que constan de diferentes camadas. Todas las pruebas de comportamiento se llevó a cabo entre 0700 y 1100 horas, con el fin de pruebas al azar de animales dentro de una cohorte. Los animales criados en un ambiente enriquecido (n = 14, 7 mujeres y 7 hombres) tuvieron significativamente menos tiempo para resolver las tareas de obstrucción dentro de la caja del rompecabezas que los criados en un entorno estándar (n = 15, 7 mujeres y 8 hombres) (ver Figura 3) (ANOVA de medidas repetidas con el medio ambiente como factor de entre-sujetos, F = 19,525, p <0,001). Este efecto se observó de EE en el rendimiento dentro de los ensayos individuales durante el Puzzle Box, donde los ratones enriquecidos requieren mucho menos tiempo para resolver cada uno de los puzzles obstrucción individuales, y se caracterizó sobre todo durante el primer ensayo de cada condición (ANOVA univariante con el medio ambiente como entre -subjects factores: Condición 1 de Cuestiones 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). Sin efecto del género (ANOVA de medidas repetidas con el género como factor de entre sujetos, F = 1,827, p = 0,188), ni ninguna interacción significativa entre el entorno de las viviendas y el género se observó (ANOVA de medidas repetidas con el medio ambiente y el género como factores inter-sujetos, ambiente * sexo, F = 0,395, p = 0,535).
Figura 3: ratones enriquecidos ambientalmente resolver el Puzzle Box rápido que los animales normales alojado Puzzle desempeño de tareas Caja de animales adultos criados desde el nacimiento, ya sea en ambientes enriquecidos o estándar, como se mide por el tiempo necesario para que las cuatro patas para entrar en el área de caja. en segundos. Animales raised en un ambiente enriquecido (rojo) resolver las tareas de obstrucción dentro de la caja de Puzzle significativamente más rápido que las planteadas en un entorno estándar (azul) (ANOVA de medidas repetidas con el medio ambiente como factor de entre-sujetos, F = 19,525, p <0,001). Observaron una mejor rendimiento dentro de las tareas del rompecabezas obstrucción individual de cohortes enriquecidos (ANOVA univariante con el medio ambiente como entre sujetos de factores: 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: ninguna obstrucción; C1: canal en forma de U; C2: canal lleno de material de cama; C3: Enchufe de tejidos; C4: tapón de espuma. C1T1 se refiere a la condición 1, el ensayo 1, etc. (ver texto). Las barras de error: Error estándar de la media (SEM), enriquecidos n = 14 (7 mujeres, 7 hombres), de serie n = 15 (7 mujeres y 8 hombres). *: P <0,05, **: P &# 60; 0,01, ***: P <0,001.
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Discussion
Los datos presentados demuestran que la caja de rompecabezas se puede utilizar con eficacia para evaluar el impacto de los EE. Ratones criados en ambientes enriquecidos tomaron consistentemente mucho menos tiempo para resolver los puzzles de obstrucción dentro de este ensayo de conducta que hizo los animales criados en condiciones normales de laboratorio. Por otra parte, esta diferencia fue más prominente en el primer juicio por tres de las cuatro condiciones de la prueba, lo que sugiere EE tiene una mayor influencia en la capacidad de resolución de problemas nativa de un animal, en relación con su capacidad para reforzar o mantener soluciones a los problemas presentados por la tarea .
Las principales ventajas de la Caja de Puzzle son su coste barato el material, la simplicidad en términos de construcción y ejecución, así como la falta de necesidad de formación previa de los temas que se probó. Además, el método puede ser adaptado para utilizar una variedad de materiales y condiciones de obstrucción. Por ejemplo, el protocolo utilizado aquí fue adaptadaa partir de estudios anteriores que emplearon el apartado de Puzzle para evaluar la capacidad cognitiva en una variedad de modelos de estado de enfermedad murino 5-7. Otros estudios han utilizado previamente variaciones de la caja de rompecabezas para evaluar el impacto de los antipsicóticos cognitivo-33 y mejorar el aprendizaje por observación dentro de este campo de prueba 34. Por consiguiente, el Box Puzzle ofrece una tarea de comportamiento capaz de evaluar una amplia variedad de manipulaciones ambientales, genéticos y farmacológicos, siendo a la vez relativamente tiempo y rentable.
Esta flexibilidad inherente, sin embargo, pone de relieve la necesidad de varios pasos clave para implementar con éxito la tarea. A medida que el método consiste en la eliminación física de los obstáculos desde una abertura específica dentro de la arena de pruebas, ensayos preliminares para determinar qué condiciones de obstrucción son adecuados y pueden resolver dentro de los plazos definidos por los animales que deben ser evaluados es de importancia crítica. Esto es particularmente relevante cuando applying la tarea de determinar el papel potencial de enriquecimiento en modelos animales de enfermedades neurodegenerativas cuyas habilidades de motor pueden ser severamente comprometida 1-4,16,17. Por otra parte, se requieren múltiples ensayos en diferentes intervalos de tiempo para evaluar a fondo las capacidades cognitivas de los sujetos están probando. Aunque la adquisición de tareas y retención están relacionados, pueden ser consideradas como procesos separados 35-37. Como los resultados de este estudio revelan diferencias significativas en el rendimiento puede ser mayor en uno de los factores evaluados.
Aunque la latencia fue la métrica principal utilizado para controlar el rendimiento de los animales en este estudio, ya que el protocolo incluye la grabación de vídeo de todos los ratones se dedican a la tarea, también es posible llevar a cabo un análisis más detallado de la conducta dentro del aparato de ensayo. La forma en que los sujetos de los grupos enriquecidos y estándar planteadas se comportan dentro de la arena, incluyendo la forma en que se acercan a los obstáculos en each fase de la tarea puede revelar diferencias más lejos, más sutiles en el rendimiento entre las dos cohortes 38-43. Combinado con la capacidad para ajustar los obstáculos para dar cabida a los animales están probando, la Caja Puzzle tiene el potencial de proporcionar un medio rápido y sencillas de hacerse una idea de la influencia de los factores ambientales en una serie de comportamientos cognitivos.
Aunque simple y potente, el Puzzle Box no es un sustituto para un análisis más a fondo de la función cognitiva. En su lugar, proporciona una evaluación de primer paso rápido y fiable de resolución de problemas, así como la adquisición de tareas y recuerdo que entonces debe ser examinado más a fondo el uso de las tareas de aprendizaje convencionales. La importancia de un método de este tipo no puede ser exagerada. Tareas de aprendizaje tradicionales pueden requerir una cantidad considerable de familiarización y formación de los sujetos antes de que puedan dar resultados interpretables, que puede a su vez impacto en 44,45 rendimiento. Por lo tanto,un método eficaz y fiable para obtener una evaluación preliminar de la función cognitiva que puede ser fácilmente modificado para las necesidades de los experimentos individuales, como la Caja de Puzzle, es muy ventajoso.
Dado que los métodos para mitigar y revertir los síntomas nocivos exhibidas por modelos transgénicos de estados de enfermedad se están desarrollando continuamente 46,47, un medio rápido y fiable de evaluar la eficacia de las intervenciones desde una perspectiva conductual es crítica. Los datos que aquí se presenta sugiere que este Puzzle Box es una herramienta útil que permita a dichas evaluaciones.
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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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