Abstract
Rumlige kognition forskning i gnavere beskæftiger typisk anvendelse af labyrinten opgaver, hvis attributter varierer fra labyrint til den næste. Disse opgaver varierer fra deres adfærdsmæssige fleksibilitet og krævede hukommelse varighed, antallet af mål og veje, og også den overordnede opgave kompleksitet. En confounding træk i mange af disse opgaver er manglen på kontrol over den strategi, ansat af gnavere for at nå målet, f.eks allocentric (deklarative-lignende) eller egocentriske (proceduremæssige) baseret strategier. Den dobbelt-H labyrint er et nyt vand-escape hukommelse opgave, der omhandler dette emne, ved at lade forsøgslederen at lede type strategi lært under uddannelsen periode. Den dobbelt-H labyrint er en transparent enhed, som består af en central baggyden med tre arme fremspringende på begge sider, sammen med et escape platform neddykket i Enden af en af disse arme.
Rotter kan trænes ved hjælp af en allocentric strategi ved at skifte stkunst position i labyrinten på uforudsigelig måde (se protokol 1, §4.7), hvilket således kræver dem til at lære placeringen af platform baseret på de tilgængelige allothetic signaler. Alternativt kan et egocentrisk strategi læring (protokol 2; §4.8) kan anvendes ved at frigøre rotterne fra samme position under hvert forsøg, indtil de lærer det processuelle mønster kræves for at nå målet. Denne opgave har vist sig at give mulighed for dannelsen af stabile hukommelse spor.
Hukommelse kan probes efter praktikperioden i en misvisende sonde retssag, hvor startpositionen for rotter suppleanter. Efter en egocentrisk læringsbegreb rotter typisk ty til en allocentric-baseret strategi, men kun når deres oprindelige syn på ekstra labyrint signaler adskiller sig markant fra deres oprindelige position. Denne opgave er ideel til at udforske virkningerne af narkotika / forstyrrelser på allocentric / egocentrisk hukommelse ydeevne, samt samspillet mellem these to memory-systemer.
Introduction
Hos dyr er læring hovedsageligt medieret af de hippocampal- og striatale-baserede hukommelse systemer 1,2, som spiller centrale roller vedrørende sted- og proceduremæssige-hukommelse, hhv. Forholdet mellem disse to systemer er komplekse, og de er kendt for at interagere med hinanden i kooperative eller konkurrerende manerer 1,3. Desuden har undersøgelser vist, at indflydelsen af en af disse hukommelsessystemer på dyrs adfærd kan stige som følge af fravær eller beskadigelse af det andet system 4-7. Begge disse systemer er forbundet til den præfrontale cortex via thalamus.
Talrige neurologiske lidelser og neurodegenerative sygdomme kan påvirke rumlig kognition hos mennesker, der er afhængige af samspillet mellem proceduremæssige og deklarative hukommelse systemer. Eksempler indbefatter Parkinsons sygdom (PD), Huntingtons sygdom (HD) 8-10, Alzheimers sygdom (AD) 11-14, samtamyotrofisk lateral sklerose (ALS) 15. Dyremodeller, der er relevante for disse sygdomme kan induceres gennem forskellige medicinske behandlingsmetoder, der blokerer visse receptorer 16, samt gennem målrettede læsioner. Når sådanne dyr anvendes med rumlig hukommelse opgaver, kan en værdifuld indsigt opnås i de underliggende mekanismer relateret til disse lidelser, såvel som til forskellige behandlingsmuligheder.
Der er mange forskellige typer af rumlig hukommelse opgaver i gnavere, der tilsammen har til formål at vurdere specifikke aspekter af indlæring og hukommelse, såvel som virkningerne af potentielle behandlinger af forskellige lidelser 17,18. Disse opgaver kan skelnes med antallet af mål og veje, graden af adfærdsmæssige fleksibilitet i løsningen af opgaven, hukommelsen varighed eller forsinkelse, samt valg af strategi, der anvendes til at løse opgaven. En god præstation kan erhverves på grundlag af eksterne signaler eller landmærker, som anvendes til at orienteredyret mod mål (et allocentric eller sted strategi). Alternativt kan en gnaver udvikle en strategi, der bygger på kropslig retning og tidskoder med hensyn til den retning, at bevæge sig i (en egocentrisk eller proceduremæssige strategi), f.eks hvis en rotte ved, at målet er en venstresving efterfulgt af et højresving , er der stort behov for en allocentric eller sted strategi. Maze opgaver ofte variere baseret på graden af fleksibilitet til gnaver i at løse dem. For eksempel i Morris Water Maze, en tør version af sidstnævnte (fx 19) eller Barnes labyrint (f.eks, 20), der er potentielt uendelige ruter rotten kan tage for at nå målet. I Morris Water Maze, for eksempel placeringen af målet kan læres baseres på eksterne vartegn eller stikord (allocentric strategi), eller ved simpelthen at svømme i cirkler mod midten, indtil platformen er fundet (egocentric strategi) 21. Visse opgaver har flere målog en høj grad af fleksibilitet, såsom kegle-field opgave 22 eller Olton radiale labyrint 23. I den anden ende af skalaen er opgaver, som tilbyder begrænset fleksibilitet i at nå målet, f.eks Stone labyrint, eller den alternerende version af T-labyrinten. Disse opgaver giver kun én rigtig måde at nå målet, og fremme udviklingen af kognitive rutiner, som hovedsageligt er omfattet af striatale-baserede proceduremæssige hukommelse system.
Den dobbelt-H labyrint er en roman rumlig hukommelse test-enhed, der er designet til at tillade forsøgslederen at lede type strategi, der er lært af gnavere i at løse opgaven 24. Som består af tre parallelle run arme gennemskåret af en vinkelret central gyde, dobbelt-H labyrint er en vand-escape opgave, som gnavere lærer at nå en flugt platform, der er nedsænket i et af labyrinten lokationer. Under træningen kan en processuel strategi skal udvikles ved at opretholde than samme start og mål steder i hele. Alternativt kan en allocentric strategi udvikles ved skiftevis start placering i en tilfældig rækkefølge, således kræver rotten til at lære placeringen af skjulte platform baseret på miljømæssige signaler, som det har at gøre i en vand labyrint. Dette overvinder en forhindring til stede i mange forskellige labyrint opgaver, hvor forsøgslederen ellers har lidt kontrol over den type strategi, gnavere udnytte. Dette er vigtigt, når man overvejer, at virkningerne af visse kognition-styrke lægemiddelkandidater afhængige af hippocampus-baserede sted-memory-system, således at der opstår kognitive rutiner eller procedurer kan forvirre fortolkning af de adfærdsmæssige observationer, når dyr, for eksempel skifte fra allocentric til proceduremæssige hukommelse i løbet af uddannelsen. Tilsvarende kan det være ønskeligt at vurdere virkningerne af lægemidler og behandlinger på proceduremæssige hukommelse, uden indflydelse af allocentric sted-baseret hukommelse. Endelig er denne enhedkan udnyttes til at undersøge de kooperative eller konkurrencedygtige interaktioner mellem disse memory systemer, og de betingelser, hvorunder gnavere kan skifte fra et system til et andet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Generelle overvejelser
Denne protokol er godkendt af Animal Care og brug Udvalg Universitetshospital Freiburg (samme for Strasbourg). Visuel skarphed er nødvendig for præstationer i test af rumlig indlæring. Gnavere med nedsat visuelle systemer er således ikke egnede. Desuden skal belysningen være tilstrækkelig til, at rotterne at se de forskellige signaler placeret på de omgivende vægge. Det er nyttigt at anvende basale-formet (firkant, cirkel, trekant) men godt-kontrast signaler (f.eks sortmalede signaler på en hvid malet baggrund). Ligeledes alvorlige motoriske underskud er udelukkelseskriterier, fordi svømning er påkrævet for denne test, og drukning kan forekomme. Endelig kan hyper-ivrig gnavere vise en stærkt forudindtaget søgeadfærd, hvilke virkninger på performance.
2. Apparatur Opsætning
- Konstruere en dobbelt-H labyrint bestående af en 160 cm central baggyden, som er gennemskåret i begge ender og i midtenmed tre 160 cm parallelle køre arme (se figur 1). Sørg for, at den centrale gyde og dens vinkelrette arme er 20 cm bred, og er omgivet af 35 cm høje gennemsigtige plexiglas vægge. Tykkelse af plexiglas er 6 mm for alle dele.
- Fastgør væggene på plads ved hjælp af lim og skruer, og vandtæt labyrinten ved hjælp af silikone fuger på alle interne vinkler. Disse samlinger kan let udskiftes, hvis de mister deres vandtæthed. Placer en afløb for enden af et af hjørne arme (eller i midten af labyrinten) til tømning.
- Placer labyrint på en 80 cm højt bord, med tilstrækkelig plads omkring det for en), gå rundt i labyrinten, og b) anbringelse af godt kontrast signaler. Udpeg hver arm i labyrinten ved sin stilling, dvs nordvestlige (NW), nord (N), nordøst (NE), sydvest (SW), syd (S), og sydøst (SE).
- Placer en loftmonteret kamera over labyrinten for post-test analyse af dyrs adfærd, ved hjælp af enten manuel eller autOmatic (video-sporing) metoder (se §5).
3. Generelle bemærkninger
- Inden brug fylde labyrinten med vand til en omtrentlig højde på 18 cm (200 L). Dette er høj nok til at forhindre rotter i at røre bunden af labyrinten med fødderne, men lavvandet nok til at forhindre undvigelse.
- Efter præ-uddannelse, gør vandet uigennemsigtigt ved at blande 250 g skummetmælkspulver. Skift vandet dagligt for at forhindre mælken-vand bliver harsk. Holde temperaturen vand mellem 21 - 23 ° C for at give incitament til rotterne til at søge flugt platform.
BEMÆRK: Som rotter blive fortrolig med placeringen af platformen under pre-uddannelse, er dens position flyttes til en anden arm under træning. - Før brug, fordybe en 17 cm høj, 10 cm i diameter platform for enden af et af hjørne arme (NE, NW, SE eller SW). Sørg for, højde, der skal nedsænkes er 1 cm under overfladen af vandoverfladen. Træne rotterne at nåmålplatformen anvendelse af enten en allocentric eller egocentrisk læringsstrategi, som er afhængig af typen af paradigme anvendes (se §4).
4. Grundlæggende Uddannelse Protocols
BEMÆRK: Rotter er typisk forsynet med en indledende dag af præ-uddannelse, der giver dem mulighed for at blive fortrolig med labyrinten.
- For præ-træning frigive rotte fra spidsen af en af centrets arme (f.eks S armen) og placere målet platform for enden af et af hjørne arme (f.eks, NE), så giver rotterne 4 på hinanden følgende 60 sek forsøg i at nå målet platform.
- Efter at have nået flugtplatformen, tillader rotte til at vente der i 15 sekunder, så de kan hvile og iagttage deres omgivelser. Uanset startpositionen, altid blokere den modsatte arm med en gennemsigtig guillotine dør, som forhindrer adgang.
BEMÆRK: Under pre-uddannelse, forlade vandet gennemsigtige, og juster platformen hanight således at den rager 1 cm over vandoverfladen, hvilket gør det synligt for rotten. - Udføre daglig træningssession bestående af op til 4 på hinanden følgende test, adskilt af en 10 sek hul mindst (diskrete træning, dvs., med intervaller på flere minutter mellem forsøg, er et alternativ).
- Til træning, flytte platformen fra sin præ-træning position til den valgte arm (f.eks NV), og nedsænkes det på sin ekstremitet 1 cm under vandoverfladen. Nu gør vandet uigennemsigtigt ved tilsætning af mælk magt og udfører følgende uddannelse (afsnit 4).
- For rotter, der ikke når målet platform inden 60 sek, returnere dem til udgangspositionen, og forsigtigt guide dem til platformen, som forsøgslederen.
- Mål flere variable under træningen og sonde sessioner, såsom distance svømmede, latens til målet arm / platform, tid tilbragt i hver arm, samt antallet af oprindelige / gentagne fejl (se figur2). Husk på, at ventetid kan være påvirket af motoriske vanskeligheder. Skulle fald at distance og fejl vises som mere pålidelige variabler vedrørende kognitive præstationer.
- Allocentric Strategy Training:
- Dag 1 - Pre-træning:
- Tilføj ikke mælkepulver til dette trin. Placer escape platform fremspringende 1 cm over vandoverfladen i et fast sted. Tog rotter i 4 på hinanden følgende forsøg for at nå platformen.
- Dage 2 - 5 - Uddannelse:
- 250 g af skummetmælkspulver til vandet for at gøre det uigennemsigtigt. Flyt platformen til en anden arm (fx fra NE til NV) og tilsæt vand, så platformen er 1 cm under vandoverfladen. Frigivelse rotter fra enten N eller S arm i uforudsigelige sekvenser for hver session, således at begge arme anvendes dobbelt så forsøg start i en enkelt session (4 forsøg / dag, f.eks, SNNS, NSNS, se figur 3).
- Dag 6 - Probe Session:
- Fjern platform for sonden retssagen. Frigive rotter fra en anden arm til dem, der anvendes under træning (f.eks SW), og give dem mulighed for at svømme i 60 sek. Se figur 4 for repræsentative svømme spor. Analyse af den tid i mål-arm (tidligere placering af platformen) giver en indikation om, hvorvidt rotter bruge en rumlig strategi, en anden type strategi, en sekventiel kombination af forskellige strategier (se nedenfor), eller en uorganiseret søgemønster.
- Dag 1 - Pre-træning:
- Egocentrisk Strategy Training:
- Dag 1 - Pre-træning:
- Det er det samme som første skridt i allocentric strategi uddannelse (trin 4.1). Tilføj ikke mælkepulver til dette trin. Placer escape platform fremspringende 1 cm over vandoverfladen i et fast sted. Tog rotter i 4 på hinanden følgende forsøg for at nå platformen.
- Dage 2 - 5 - Uddannelse:
- 250 g afskummetmælkspulver til vandet for at gøre det uigennemsigtigt. Flytte platformen til en anden arm, og der tilsættes vand, således at platformen er 1 cm under vandoverfladen. Frigivelse rotter fra samme starte arm (S eller N; se figur 5) for hver forsøg (4 forsøg / dag).
- Dag 6 - Probe Session:
- Fjern platform for sonden retssagen. Rotter frigives fra en arm forskellig fra, hvor de blev frigivet under træningen. Tillad rotterne til at svømme i 60 sek. Blokere den modsatte arm med en gennemsigtig guillotinedør.
BEMÆRK: Ændre ovennævnte strategier uddannelse for i henhold til kravene i den særlige eksperiment, f.eks Testing Drug Effects osv.
- Fjern platform for sonden retssagen. Rotter frigives fra en arm forskellig fra, hvor de blev frigivet under træningen. Tillad rotterne til at svømme i 60 sek. Blokere den modsatte arm med en gennemsigtig guillotinedør.
- Dag 1 - Pre-træning:
- Tør rotten ud med absorberende håndklæder efter hver tur i vandet.
5. Analyse
- Udføre målinger af ventetid, indledende og repetitive fejl, første valg og respons typen manually ved at optage disse variabler fra videoerne taget fra overliggende kamera.
- Alternativt hvis tilgængelig, udnytte kommercielt tilgængelige video-tracking software og konfigureret til at registrere disse variabler automatisk.
- Statistisk Analyse:
BEMÆRK: Den konkrete implementering af statistisk analyse afhænger af undersøgelsen, som finder sted.- Udfør en en, to eller tre-vejs ANOVA'er vedrørende de indledende / gentagne fejl, ventetid til målet arm / platform, og tid brugt i målet arm; med faktorer, der omfatter testdagen og behandlingsgruppe (r).
- Hvor det er nødvendigt, skal du følge disse ANOVA'erne anvender post-hoc Newman-Keuls flere sammenligninger tests. For at sammenligne ydeevnen, skal du bruge en referenceværdi (f.eks den tid i målet arm under en sonde retssag vs. chancen niveau), og udfører t-test.
- Hvis det er nødvendigt, brug ikke parametrisk statistik i tillæg (f.eks χ², se nedenfor), eller i stedet når betingelserne for PARAMETRIC dem ikke er opfyldt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Egocentrisk Learning Strategy
En undersøgelse blev udført for at bestemme, om den valgte hukommelse strategi i rotter ændringer baseret på ændringer i deres perspektiv af eksterne miljømæssige tidskoder, efter en egocentrisk-learning paradigme 25. Rotter blev trænet over 4 dage (4 forsøg / dag) for at nå et mål arm placeret på NE, og blev efterfølgende testet på femtedagen ved hjælp af en misvisende sonde retssag, hvor starten arm var enten flyttet 60 cm til venstre (dvs. , NE starte for dyr frigivet fra N arm under træning, SW starte for dyr uddannet fra S armen), eller drejes 180 °. Under prøveforsøget blev rotter vist sig at udvikle en præference for proceduremæssig-memory-responser, når platformen blev flyttet 60 cm til venstre for sin normale position (ved 92,3% ved anvendelse af 26 rotter; se figur 6). Det var tydeligt for rotter, der blev uddannet i både N og S-arme (og efterfølgende frigivet fra NE og SW armsek i sonden-retssagen, henholdsvis). Derimod havde kun 8 ud af 25 rotter (32%), der blev udgivet fra den modsatte arm fra den, som de var blevet trænet i (dvs. en ændring fra N til S, og omvendt) viste en proceduremæssig respons, med en højere forekomst af sted responser. En χ 2-analyse viste, at forskellen i denne fordeling var stærkt signifikant (χ 2 = 19.80, p <0,001). I rotation gruppe, 5 ud af de 13 rotter, der blev udgivet fra N arm under træning, havde vist en adfærd, som ikke udgør hverken et sted eller en proceduremæssig respons (betegnet som "andet" i figur 6), som var signifikant (χ 2 = 5,77, p <0,05). For at opsummere, rotter, der var blevet frigivet i sonden forsøg med en lignende miljøperspektiv, der blev observeret under træning (60 cm sideforskydninger) havde overvejende udnyttet en egocentrisk strategi, hvorimod rotter med stor changes i deres miljømæssigt perspektiv (via 180 ° rotation) havde vist en højere forekomst af sted eller "andre" svar.
Dyb-Brain Stimulation i Dorsal-striatum - Betydning for Proces- Learning
Den proceduremæssige-learning paradigme er blevet udnyttet i rotter, der fik foretaget dybt brain stimulation (DBS) i dorsale striatum 26, i et forsøg på at forstå, hvordan det påvirker dyrenes erhvervelse, og valg af strategi i en misvisende sonde retssag. Rotter blev opdelt i tre grupper (stimulering, sham-stimulation og kontrol) og blev trænet i tre på hinanden følgende dage (4 forsøg / dag) at svømme fra startpositionen i S arm, til en flugt platform skjult i NE arm. Umiddelbart efter hver træning rotter blev indgivet DBS end 4 timer i skiftende 20 min perioder. Rotter blev efterfølgende givet en 20 sek sonde forsøg 24 timer efter den sidste træningsdag, hvor platformen var remoaba, og starten placering blev flyttet 60 cm til venstre (SW arm). Mens denne undersøgelse havde rapporteret ingen signifikante forskelle mellem stimuleringen (STIM) og sham-stimulation (SHAM) grupper under erhvervelse ydeevne, havde de vist en ændret adfærd under sonden retssagen. Udførelse af hver af de grupper af rotter i løbet prøveforsøget er vist i figur 7 Selv om hver af de tre grupper af rotter havde vist en over gennemsnittet tidsforbrug i mål-arm. (P <0,01; 2,9 sek chance niveau), Der var ingen signifikante forskelle mellem grupperne (F (2,42) = 1,4), som analyseret ved hjælp af en envejs ANOVA (Group). Chance niveau blev bestemt i dette tilfælde ved at dividere målet arm areal over hele labyrint området, og multiplicere med sonden retssagen tid (20 sek). Desuden blev der ikke observeret nogen signifikante forskelle mellem grupperne med hensyn til ventetid for at nå den tidligere platform placering (F (2,24) = 0,5). Generelt hver af grupperne afrotter, der kræves mellem 8 og 11 sek at nå armen hvor platformen var blevet placeret under uddannelsen periode med mellem 6 og 8 sek tilbragt i målet arm (~ 35% af probe-trial varighed). Dette var betydeligt bedre end chancen niveau (2,9 sek; p <0,01). First-arm valg var anderledes mellem STIM og CONT rotter også, med 42% af STIM rotter vælger N armen (hvilket indikerer en proceduremæssig hukommelse respons), 42% vælger NW (andre respons) som deres første valg, og de resterende 14 % vælger den NE arm (sted respons). Derimod 65% af CONT rotter svømmede direkte til N arm, med kun 7% vælger NW én. Forskellene mellem disse grupper var signifikant, som vurderet ved anvendelse af en χ 2 statistik (χ 2 = 4,09, p <0,05). Tilsammen bemærkningerne under sonden forsøget indikerer en ændring af processer underliggende proceduremæssige hukommelse i rotterne, der modtog deep-brain stimulation.
ProcedUral Memory Test i Rat modeller af Neurologiske
Skizofreni
Proceduremæssige indlæring og hukommelse hos rotter er blevet undersøgt ved hjælp af dyremodeller for relevans for skizofreni, ved hjælp af en egocentrisk-læringsstrategi i dobbelt-H labyrint. Lecourtier og kolleger 27 undersøgt, hvordan en neonatal ventral-hippocampus læsion (NVHL) påvirker proceduremæssige hukommelse hos rotter, ved postnatal dage 84 - 87. Efter en dag med pre-uddannelse blev rotter trænet over 3 dage i træk (4 forsøg / dag) i hvor de blev frigivet fra S arm (med N armen blokeret af en transparent guillotinedør), og platformen var placeret for enden af NE arm. På den næste dag i træk efter træningsperioden, tog en vildledende prøveforsøget sted, hvor platformen blev fjernet, og rotterne blev frigivet formular SW arm (med S armen blokeret), og fik lov til at svømme i 60 sek.
Resultater opnået i løbet af 3-dages training viser den gennemsnitlige latenstid til at nå platformen (figur 8A, øverst), og det gennemsnitlige antal fejl foretaget (figur 8A, nederst). I løbet af de 3-dages træning periode, var der en signifikant effekt af Training Day på platform latens (F (2,38) = 46.67, p = 0,0000), og antallet af fejl begået (F (2,38) = 7,06, p = 0,002), som blev afspejlet af en reduceret platform ventetid og antallet af fejl (henholdsvis), under hele uddannelsen af begge grupper af rotter. Når man sammenligner udviklingen i begge grupper af rotter, der var betydelige effekter af læsion på både platformen latency (F (1,19) = 25,81, p = 0,00006), og også på antallet af fejl begået (F (1,19 ) = 14,92, p = 0,001), i hvilket tilfælde NVHL rotter blev vist at udføre værre. Ingen signifikante interaktioner mellem Training Day og Læsion blev observeret med hensyn til ventetid for at nå målet platform (F (2,38) = 0,34, p = 0,72), eller antallet af fejl (F (2,38) = 0,18, p = 0,18 ), hvilket kan forklaresved tilstedeværelsen af en lignende tendens forbedring i ydeevne i hele træningsperioden, for begge grupper af rotter. Typiske svømme spor som er taget under starten af uddannelsen, og sonden-forsøg er afbildet i figur 9. Andelen af førstehjælpere valg, rotter anvendes under sonden-retssagen blev analyseret ved hjælp af en χ 2-test, i hvilket tilfælde sammenligninger var foretaget på grundlag af den andel af valg, der svarede til en processuel læring-baseret strategi. Mens 8/8 rotter fra sham-gruppen (100%) havde vist en processuel læring baseret valg under sonden session, havde kun 1/13 rotter fra NVHL gruppen (7,7%), vises denne adfærd, med de resterende valg at være i en arm, der ikke afspejles af enten en sted- og processuelle-strategi (figur 8B, nederst). Disse forskelle var statistisk signifikante (χ 1 2 = 17,23, p = 0,0000). Generelt disse fund fremhæver et underskud i abiheden af NVHL rotter for a) erhverver opgaven, og b) erhverver en proceduremæssig hukommelse baseret respons, sammenlignet med sham-gruppen. Sidstnævnte fund afspejler en rumlig desorientering i NVHL rotter.
Huntingtons Sygdom
Proceduremæssige indlæring og hukommelse er også blevet undersøgt i en transgen rottemodel for Huntingtons sygdom (tgHD), anvendelse af en lignende paradigme som tidligere beskrevet 28. 40 tgHD rotter (25 hanner, 5 homozygote, 15 heterozygote, 5 vildtype, og 15 hunner, 4 homozygote, 5 heterozygot, 5 vildtype) blev testet i dobbelt-H labyrint ved hjælp af en egocentrisk-learning strategi på 13 måneder . Dyr blev trænet over 4 dage med 4 forsøg pr dag (dag 1 - 4; figur 10A) efterfulgt af en enkelt probe forsøg (Probe 1, dag 5; Figur 10B). På dag 6, dyr undergik yderligere 4 forsøg med uddannelse, som derefter blev efterfulgt af en anden sonde retssag på dag 7 (Probe 2; Figur 10C </ Strong>). I hele træningsperioden alle tre grupper af rotter havde vist en gradvis forbedring i købet performance, selv om der var ingen statistisk signifikante forskelle mellem disse grupper (figur 10D, genotype F (2,43) = 2,9, p = 0,07). På trods af dette, er der en klar tendens til, at homozygote rotterne til ikke udføre samt heterozygote og vildtype-rotter under den første retssag af hver uddannelse eller sonde session, som måske er tegn på en information tilbagekaldelse underskud (figur 10D , Genotype × Trials, F (38.646) = 2,6, p <0,001).
Under både den første og anden probe-forsøg var der ingen signifikante forskelle mellem grupper af rotter vedrørende latenstiden for at nå platformen placering (Figur 10E og F, genotype, F (2,34) = 1,6 og 0,1, begge ns), eller den tid i målet arm (Figur 10G og H, Genotype, F (2,34) = 2,7 og 1,3, begge ns). Men når mængden af indledende og gentagne fejl mellem grupperne blev vurderet, blev homozygote rotter vist sig at have en signifikant øget antal oprindelige fejl (Figur 10i: genotype F (2,34) = 11,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test, homozygot tgHD> vildtype, heterozygot tgHD, p <0,05), og gentagne fejl (Figur 10J: genotype F (2,34) = 12,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test, homozygot tgHD> vildtype, heterozygote tgHD, p <0,05). Tilsammen har dette data antyder en særskilt hukommelsessvigt i tgHD rotter.
Allocentric læring og hukommelse ydeevne efter en bilateral Muscimol Inaktivering af mPFC eller DHIP
Rolle reuniens og rombeformede (ReRh) thalamiske kerner vedrørende regulering af cortico-hippocampus interaktioner blev undersøgt i et allocentric-learning paraparadigme efter det dobbelte-H labyrint og en bilateral muscimol (MSCI) inaktivering af disse hjerneområder 29. Et eksperiment i dette studie, er beskrevet her, i hvilke rotter blev trænet i løbet af 4 dage (4 forsøg / dag), med flugtplatformen var placeret for enden af NE arm. De blev frigivet fra enten N eller S arm i en randomiseret sekvens (fx S, N, N, S; se §4.7 forklaringer). To sonde forsøg fik (1) 24 timer efter de første 2 dages træning og (2) 24 timer efter 2 ekstra dages træning. Således dyr blev trænet på dag 1, 2, 4 og 5; med sonde retssager finder sted på dage 3 og 6. 30 minutter før hver probe forsøg blev rotter infunderes med 0,26 eller 0,70 nmol i 1 pi muscimol (MSCI) i den mediale præfrontale cortex (mPFC) eller dorsal hippocampus (DHIP). De resterende dyr blev infunderet med et ækvivalent volumen af phosphatbufret saltvand (PBS) som kontrol.
Under træningen (dag 1 - 2, og 4-5), enll grupper af rotter havde vist en tilsvarende præstation vedrørende den samlede distance svømmet i labyrinten (figur 11A-B). Mens afstanden svømmet havde vist at forkorte over dage (F (3.159) = 59,3, p <0,0001), var der ingen signifikant effekt af hjernen region (F (1,153) = 0,2, ns), inaktivering (F (3,53) = 0,3, ns) og ingen signifikant interaktion mellem struktur og inaktivering (F (2,53) = 0,8, ns). Tilsammen viser denne et sammenligneligt mønster af læring mellem alle grupper af rotter i løbet af de 4 kurser, var der ingen signifikante forskelle mellem dem.
Repræsentative svømme stier til sonden og træning er vist i figur 11E. Med hensyn til tid i stedet arm af hver af de grupper af rotter (figur 11C-D), blev forestillingen vist sig at være væsentligt over chance niveau for de mPFC og DHIP grupper forbehandlet med PBS på den anden sonde retssag ( p <0,05), og frem chanceniveau for mPFC-PBS-gruppen under den første probe forsøget (p <0,05). Da MSCI blev introduceret til mPFC, har den tid, som rotter i stedet arm ikke fra chance på hver sonde retssag, for enten 0,26 eller 0,70 nmol koncentration. Derimod havde DHIP-MSCI gruppen brugt betydeligt mindre tid i proceduremæssige-respons arm (end chance) for begge koncentrationer under den første probe-retssag, men deres præstationer adskilte sig ikke fra chance under den anden sonde forsøg (begge koncentrationer, igen). I den anden probe forsøg, et 2 x 2 x 2 ANOVA af tiden tilbragt i stedet armen (NE) viste signifikant struktur (F (1,53) = 11,2, p <0,01), inaktivering (F (2,53 = 17,4, p <0,001), og sonde forsøg (F (1,53) = 9,0, p <0,01) effekter. Det viser, at evnen af kontrol rotter at finde platformen arm markant forbedret efter 4 dages træning ( i modsætning til 2 dage) -. en virkning, som blev afbrudt i både mPFC og DHIP inaktivering grupper Generally set disse afbrydelser var mere udtalt i DHIP grupper, især i betragtning af at ydeevnen underskud blev observeret for både 0,26 og 0,70 nmol koncentrationer af MSCI. Derimod de mPFC-inaktiveringsprocesser underskud var mere udtalt ved højere koncentration af MSCI.
Figur 1. Dobbelt-H labyrint skematisk. Dobbelt-H Maze indtager en 1.600 x 1.600 mm firkant med en indre overfladeareal på ca. 1.084 m 2, og består af vægpaneler, guillotine døre, tværstænger og gennemsigtige dæksler i slutningen af hver arm (A). En 100 mm i diameter, 140 mm høje cylinder er placeret for enden af en af de mål arme til at tjene som en flugt platform (B). Tykkelsen af vægpaneler i hele labyrinten er 6 mm. Et fotografi af Double-H labyrint er vist (U;genoptrykt fra 24), med labyrint kanter fremhæves for klarhed. For yderligere information om labyrinten byggeri, tegninger af labyrinten er tilgængelige efter anmodning. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Layout af zoner for fejlanalyse fugleperspektiv af dobbelt-H labyrint, der viser fejl zoner (EZ1 - EZ4) i 2 forskellige positioner udgangspunkter (South - A; North - B).. De fejl zoner er fremhævet med gråt, og den lukkede arm (via guillotine dør) er fremhævet med sort. Fejl zoner bestemmes på grundlag af eventuelle afvigelser rotten kunne gøre fra den korteste vej mellem starten og målet arme. Således efter at være blevet frigivet fraS arm (A), vil en indledende højredrejning resultere i rotten ind error zone 1 (EZ1), som udgør et første fejl. Gentagne fejl tælles når dette sker mere end en gang, for hver zone. Den skraverede linie i B fremhæver et eksempel svømme vej, hvilket placerer rotten i alle 4 fejl zoner før nå målet i NW, hvilket udgør 4 indledende fejl (EZ1, EZ3, EZ2 og EZ4). Gengivet fra 24. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Protokol anvendes i allocentric strategi træning En allocentric uddannelse paradigme foregår over 3 -. Fire dage, og rotter er givet op til 4 forsøg per dag. Rotter frigives fra N (A) og S (
Figur 4. Eksempler på svømme spor fra allocentric strategi træning. Svøm spor eksempler er afbildet som skraverede linier under en sonde retssag, som blev givet efter en 1 dag forsinkelse efter 4 kursusdage (ved 4 forsøg / dag). Rotter blev frigivet fra S arm og platformen blev fjernet fra sin NW (Training) position. I A, sporet svarer til en latenstid for at nå den tidligere platform placeringen af 6,62 sek, og den tid i denne arm var 25.16 sek (chance på 8,2 sek). I B, sporet svarer til en latenstid på 14.02 sek, med en tid brugt inde i armen på 26.45 sek. Gengivet fra 24. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. Protokol Bruges i Egocentrisk Strategy Training. Under uddannelse (A), rotter blev løsladt fra N arm af dobbelt-H labyrint (hvid pil), med S arm lukket af en transparent guillotine dør. Flugten platformen blev placeret i NW armen, og rotter blev trænet til at finde denne arm over 4 dage i træk (ved 4 forsøg/ Dag). Under sonden forsøg blev flugtplatformen fjernet, og rotterne blev frigivet fra enten NE (B, hvid pil), eller S arm (C, hvid pil), med SE eller N arme lukket, henholdsvis. Sonden forsøget varede 60 sek og rotter ville gøre enten en egocentrisk svar ved hjælp af proceduremæssige hukommelse (svømme til N, for NE starte; svømme til SE, for S start), et sted respons ved brug sted hukommelse (svømme til NW), eller ingen af delene. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6. Ydelse under Probe Trial. Procentdel af svarene fra hver enkelt af de 4 grupper af rotter er vist for sonden retssagen. Uanset rotter trænes fra enten N eller S arm, en forskydning af starten arm med 60cm til venstre (Trans) resulterede overvejende proceduremæssige responser (hhv; 92,3%). De to grupper af rotter, der havde deres start arm roteret dog 180 ° (Rot) viste en større mængde sted reaktioner (sted). Dette indikerer, at subtile skift i miljøet visning (i Trans grupper) resulterede i flere rotter skifte til sted-hukommelse til at finde platformen placering. Svar, der var hverken plads eller proceduremæssige svar blev betegnet som ANDRE. Gengivet fra 25. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7. Effekt af HFS om hukommelse præstation i double-H labyrint. Rotter gennemgik en 20 sek sonde session efter 3 dages træning i en egocentrisk paradigme (4 forsøg / dag). Data er vist for sonden session, der fandt sted på den næste dag i træk, med stimulation (STIM), sham-stimulation (SHAM) og kontrol (CONT) grupper af rotter. Der var ingen signifikante forskelle observeret mellem de tre grupper af rotter vedrørende den gennemsnitlige latenstid for at nå træningsplatform placering (A), og i den mellemliggende tid tilbragt i mål-arm (B). I B, * repræsenterer en signifikant forskel i den tid i mål-arm fra tilfældigt niveau (som indikeret ved en skraveret linje; p <0,05). Vedrørende det gennemsnitlige antal fejl begået af hver gruppe i den første 20 sek blev en signifikant forskel observeret mellem STIM og CONT grupper (p <0,05). Procentdelen af proceduremæssig, sted og "andre" svar for hver gruppe er vist i (D), som hvide, grå og sorte bjælker hhv. Forskellen mellem STIM og CONT rotter vedrørende N og NW reaktioner var signifikant (χ 2 = 4,09, P <0,05), hvilket måske fremhæver en ændret brug af proceduremæssig strategi i STIM under sonden session. Gengivet fra 26. Klik her for at se en større version af dette tal.
. Figur 8. NHVL-induceret underskud proceduremæssige hukommelse Under hver af de 3 kursusdage, rotter med neonatale ventrale hippocampus læsioner (NVHL) tilbragte en betydeligt større mængde tid nå målet platform end skinopererede dyr (A, top). Også den NVHL gruppe gjort flere fejl før lokalisere målplatformen (A; nederst). Labyrinten layout under prøveforsøget er vist i B (øverst), med start arm ligger i SW, og hver af de tilgængelige våben fremhævet baseret pårotterne valgte strategi, når de frigives i labyrinten: sted respons (sted NE), proceduremæssige hukommelse (PROC, N) og hverken (ANDET, NW og SE). S arm var lukket med en guillotinedør. Under sonden retssagen NVHL rotter viste en overvægt af andre reaktioner, der tegnede sig for hverken plads eller proceduremæssige hukommelse, i modsætning til fingeret gruppe, der havde alle de viste proceduremæssige reaktioner (B, bund). Samlet forringet uddannelse ydeevne og manglen på klar strategi under sonden session i NVHL rotter demonstrere læring underskud og rumlig desorientering, hhv. Gengivet fra 27. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9. Typiske svømme spor under træning og fastholdelse. Typiske svømme spor er vist for både skinopereret (SHAM) og neonatal ventrale hippocampus læsion (NVHL) grupper, for første og fjerde forsøg i løbet af første test dag (top og midterste), og i løbet af sonden retssagen ( nederst). Under træningsfasen N arm blev lukket med en gennemsigtig guillotinedør, og rotter blev frigivet fra S armen. Under sonden session start arm, der blev anvendt under træning (S) blev lukket med en gennemsigtig guillotinedør, og rotter blev frigivet fra SW arm. Et "x" betegner det sted, hvor rotter blev taget ud af labyrinten efter 60 sek prøveperioden var udløbet. En proceduremæssig-memory respons blev talt, da rotten havde flyttet først til N armen. Gengivet fra 27. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 10. Uddannelse og fastholdelse præstationer i rotte modeller af Huntingtons sygdom. Uddannelsen (A) og sonde (BC) konfigurationer af dobbelt-H labyrint på 13 måneder, er vist, herunder start- punkter (identificeret ved en hvid pil) og aflukket arm (fremhævet med gråt). Under træningsfasen, rotter svømmede fra N armen til en platform, som var placeret ved den yderste ende af NW armen. Under proben sessioner platformen blev fjernet, og rotterne blev frigivet formular enten NE arm (probe 1, B) eller S arm (probe 2; C). I begge tilfælde en udklækket linje angiver en processuel-hukommelse baseret reaktion, mens en fast linje angiver et sted-memory respons. Latenstid til at nå platformen under træning (D), er Probe 1 (E) og Probe 2 (F) sessioner vist for tregrupper af rotter. Den tid, at rotter brugte i mål-arm (forrige platform placering) i den første (G) og andet (H) probe sessioner er også vist, med den skraverede linje repræsenterer chancen-niveau (8,25 sek). Den oprindelige (I) og repetitive (J) fejl under hver af de uddannelses- og sonde sessioner er vist for hver gruppe. Alle data er vist som middelværdi ± SEM. Gengivet fra 28. Klik her for at se en større version af dette tal.
. Figur 11. Uddannelse og fastholdelse præstation i rotter med DHIP eller mPFC Inaktivering Alle grupper af rotter blev uddannet på dag 1 - 2 og 4-5 ved hjælp af en allocentric-learning paradigme (4 forsøg / dag), med sonde sessions finder sted på dag 3 og 6. Under probe session rotter blev frigivet fra SW arm, med NE arm lukket af en transparent guillotinedør (E). Rotter modtog en bilateral infusion af enten 0,26 eller 0,70 nmol MSCI eller PBS, til enten den mediale præfrontale cortex (mPFC) eller dorsal hippocampus (DHIP) forud for hver probe session. Den gennemsnitlige afstand svømmet for mPFC (A) og DHIP (B) rotter før det når flugtplatformen er vist for hver af de træningsdage, med ingen signifikant forskel mellem grupperne. Under sonden retssagen, er den tid i målet sted-respons arm (NE) i 60 sek viste periode (CD). Typiske svømme stier er vist for hver af grupperne af rotter under sonden session (E). Alle data er vist som middelværdi ± SEM, med # indikerer en signifikant forskel sammenlignet med PBS (p <0,05), og * indikerer en signifikant forskel sammenlignet med tilfældigt (p <0,05; chance niveau vist som en skraveret linie). Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Kommentarer til Undersøgelse Design og analyse
Siden sin udformning, er den dobbelt-H labyrint blevet anvendt i en række adfærdsmæssige forsøg i rotter, der tilsammen var designet til at studere egocentriske og / eller allocentric responser hos rotter ved normalt 24,25 og ændrede 26-29 hjernetilstande. De sidstnævnte undersøgelser omfatter striatale deep-brain stimulation (DBS) 26, dyremodeller for neurologiske lidelser 27,28, samt bilaterale deaktiveringer af forskellige cortico-hippocampale hjerneregioner ved hjælp muscimol 29. Mange af de beskrevne undersøgelser udnyttes enten en allocentric- eller egocentrisk-læringsstrategi, som opsummeret i §4.7 og §4.8 henholdsvis; selv subtile variationer kernen paradigme (fx en 180 ° rotation i starten arm under en vildledende sonde forsøg 25) er lavet i givet fald til den særlige undersøgelse. Den særlige karakter af uddannelsen paradigme afhængers på studiet, som finder sted (f.eks 24-29). Tælles en indledende fejl, når rotten afviger fra den korrekte mål sti tilbage i enten påbegyndelsen arm eller ind i en ny labyrint segment, for første gang. Tælles En gentagne fejl, når det sker mere end én gang. Den korrekte mål sti er defineret som den korteste rute mellem startposition og platform / mål arm. For eksempel hvis startpositionen er i S-arm, og udslip platformen er i NW armen, de resulterende 4 fejl zoner (EZ1 - EZ4) er placeret i SW, NE og SE arme, samt den østlige del af den centrale baggyden (figur 2A). Eksemplet svømme spor i figur 2B repræsenterer 4 indledende fejl, som rotten havde besøgt hver af de 4 fejl zoner gang. Rotter kun anses for at have indgået en arm / labyrint segment, når alle 4 poter er inde i det.
Statistisk Analyse
Grund af den stramme correlation mellem latens (mellem start position og platform) og afstanden svømmet, sidstnævnte variabel er ofte udeladt. Men i rotter viser åbenlyse motoriske problemer, synes en mere pålidelig variabel afstand eller antallet af fejl. For rotter, som er blevet uddannet på en egocentrisk paradigme, deres første svømmetur valg inde i dobbelt-H labyrint under sonden forsøget udgør enten en egocentrisk, allocentric eller "andre" respons, afhængigt af hvor de svømmer til først. Dette er analyseret med et χ 2 statistik. Med hensyn til tid at rotter tilbragt i mål-arm under sonden forsøg blev chancen niveau beregnet på basis af andelen af overfladeareal i denne arm, i forhold til resten af labyrinten (13,76%). Således 13,76% x 60 sek = 8,25 sek.
Ændring af Training Strategier for f.eks Test Drug Effects etc.
Talrige tilpasninger til standard allocentric og egocentriske læringprotokoller er blevet anvendt på tværs af forskellige undersøgelser, der har afprøvet rotter i den dobbelt-H labyrint. Hyppighed og varighed af kurser kan konfigureres i henhold til en bestemt protokol. F.eks Pol-Bodetto og kolleger ændre antallet af testdage (2, 4 eller 6, samt antallet af forsøg pr dag (3 eller 4) 24. Endvidere mens de fleste undersøgelser anvender en 60 sek prøveforsøget (f.eks 24,25,27-29), Schumacher og kolleger brugte 20 sek 26. Dyr kan behandles med lægemidler, enten før træning 24 eller før sonden session 29. Endelig er placeringen af startpositionen under sonden session kan varieres til at give dyrene et lignende (f.eks Schumacher et al. 26), eller markant ændret (f.eks 24,25) indledende visning af ekstra-labyrint signaler.
Generelle overvejelser
Den dobbelt-H labyrint opgave har bevist detselv at være en simpel hukommelse opgave, som hurtigt kan erhverves af gnavere, og kræver ingen forudgående forstærkning teknikker såsom mad begrænsning. Dens grundlæggende princip involverer rotter svømning at nå en skjult escape platform, og derefter lære sin position, meget ligesom Morris Water Maze. Rotter kan trænes til en stabil præstation i så lidt som to dage (6 forsøg / dag), hvilket giver denne opgave en betydelig fordel med hensyn til tid-bevidste undersøgelser såsom prækliniske programmer og narkotika screening. Uddannelsen protokol kan skræddersys til et allocentric eller egocentrisk læringsbegreb og sonde forsøg fundet sted i hele kan give et indblik i den dynamiske balance mellem de to hukommelse systemer, der styrer disse adfærdsmønstre, herunder evnen til rotter for at skifte fra et system til Den anden. Endelig kan mange tilpasninger til standardprotokollen (f.eks, en lateral forskydning af starten arm, vs. en rotation) udføres for at styrke the brug af en særlig strategi i en vildledende sonde retssag 25.
Køb og Trace Varighed
I talrige undersøgelser efter det dobbelte-H labyrint både allocentric 24,29 og egocentriske 24-28 uddannelse paradigmer har ført til stabile hukommelse spor, selv ved tilstedeværelse af amnestiske narkotika, læsioner og højfrekvente stimulation (se nedenfor). Fortrinsvis til et allocentric protokollen (se §4.7) rotter er ikke i stand til at udvikle en rutine til løsning af opgaven, fordi startpositionen er randomiseret over forsøg (hovedsagelig N eller S; mere kan anvendes til at forøge den rumlige efterspørgsel af opgaven ). Ydeevne i hele opgaven er blevet målt ved at tælle de første og gentagne fejl (afvigelser væk fra opgaven mål), samt måling af ventetid for at nå målet arm / platform. Yderligere foranstaltninger foretaget i de vildledende sonde forsøg omfatter den tid i stedet-respons arm, samt den indledende cALG rotter lavet efter at være blevet frigivet i labyrinten. Konsekvent, i de undersøgelser, der har fundet sted indtil nu, disse variabler er set til gradvist ændre sig den relativt korte træningsperiode på en stabil måde, hvilket afspejler en performance forbedring. For eksempel i en 6 dages allocentric-learning protokol blev rotter observeret at reducere antallet af oprindelige fejl (fra ~ 2 til næsten 0) og gentagne fejl (fra ~ 0,5-0), samt deres latenstid for at nå flugtplatformen (fra ~ 35 sek til ~ 10 sek) 24. Under denne særlige undersøgelse var det klart i sonden forsøg at rotter havde lært og kunne hente placeringen af escape platform, som afsløret ved den gennemsnitlige latenstid til at indtaste målet armen er under 8 sek (i modsætning til den gennemsnitlige første forsøg latenstid på 42,8 sek). Endvidere har vist rotter for at fastholde placeringen af flugtplatformen selv ved den længste forsinkelse efter overtagelsen (18 dage) mellem den sidste træning dag og sonden session 24.. Desuden blev der ikke fundet statistisk evidens for forringelse af ydeevnen ved kortere forsinkelser (1 og 5 dage).
Skift fra sted til proceduremæssige hukommelse
Tidligere havde Packard og MCGAUGH 7 demonstreret tendensen for rotter at skifte fra et sted til en proceduremæssig reaktion, når de havde erhvervet en gentagen opgave inde i en cross labyrint. I dette forsøg blev rotter konsekvent frigivet fra samme startpunkt for at nå en fødevare belønning på et andet fast punkt. Saltvandsbehandlede rotter havde vist et svar strategi tegner sig for plads hukommelse efter 8 dages træning, og proceduremæssige hukommelse efter 16 dages træning; i vildledende sonde forsøg hvorved start arm blev flyttet til en anden placering. Dette fænomen er blevet efterfølgende demonstreret efter forlænget proceduremæssige læring i dobbelt-H labyrint 24,25, hvor rotter blev konsekvent frigivet fra samme udgangspunkt arm (ved hjælp af en egocentrisk strategy; se §4.8). I et af de første studier, som anvendte dobbelt-H labyrint, blev det konstateret, at subtile ændringer i miljømæssigt perspektiv i en vildledende sonde forsøg (en 60 cm sideforskydninger i startposition), førte til primært proceduremæssige reaktioner hos rotter, i modsætning til rotter, der havde gennemgået en 180 ° skift i starten placering og havde efterfølgende viste en langt højere forekomst af sted reaktioner 24. Denne effekt blev tilskrevet rotter udnytte en processuel funderet, når deres miljømæssigt perspektiv svarede nok til at set under træningen. Dette blev yderligere udforsket i en senere undersøgelse, som tog hensyn til udgangsposition (rotter opdelt i N og S arm startposition), hvor grupper af rotter trænet fra enten N eller S arm oplevet enten en lateral eller roterende skift, sidstnævnte hvoraf markant ændret den indledende miljøperspektiv på labyrinten 25. De fandt ikke kun lignende resultater regarding valg af strategi baseret på den indledende miljøperspektiv, men også dette valg var forholdsvis invariant af den position, hvor rotter blev oprindeligt uddannet i labyrinten. Tilsammen disse observationer viser, at justeringer af startpositionen i dobbelt-H labyrint (i løbet af de vildledende probe forsøg) kan lette et proceduremæssigt eller sted respons, afhængigt af hvor markant anderledes rotterne indledende perspektiv på miljømæssige signaler er. For store forskelle, som ses hos rotter, der starter fra den modsatte arm, hvorfra de er blevet uddannet, de ty primært at placere hukommelse. Dette er interessant, fordi det demonstrerer evne for rotter at skifte til en tidligere lært sted-hukommelse på efterspørgslen, når situationen kræver det, og også yderligere styrker tidligere resultater, der antyder, at rotter lærer en processuel respons efter at erhverve den opgave, ved hjælp af sted hukommelse 7. Dette kan være en fordel i fremtidige undersøgelser, hvor eksperimenterendeter kan ønske at vide, om en rotte kan skifte fra proceduremæssige at placere hukommelse efter en bestemt behandling.
Ydeevne Underskud i dyremodeller for hukommelsessvækkelse
Siden sin undfangelse, har dobbelt-H labyrint blevet anvendt i flere undersøgelser, som vurderede effekten af nedsat hukommelse hos gnavere, gennem selektive hippocampus læsioner 27, inaktivering af cortico-hippocampus hjerneregioner 29, striatale deep-brain stimulation (DBS) 26, samt gennem anvendelsen af forskellige systemisk administrerede lægemidler 24. Mens alle disse eksempler havde vist ydeevne forskelle i post-træning probe forsøg havde udførelsen af behandlede og kontrol rotter normaliseret mod slutningen af træningen. Dette understreger enkelhed opgaven i, at det hurtigt kan erhverves selv ved tilstedeværelse af lægemidler, der påvirker kolinerg eller glutamaterge neurotransmission 24, for jegnstance. Forskellige ændringer i ydeevnen var blevet noteret i sonden sessioner. DBS af dorsale striatum havde afsløret et væsentligt ændret fordeling af sted / proceduremæssige / andre reaktioner hos rotter (vs. kontrol rotter), som foretog en vildledende sonde-trial følgende, et egocentrisk læring paradigme 26. Dette blev foreslået at skyldes en ændring af de neurale processer, der ligger til grund proceduremæssige hukommelse, i de rotter, der havde modtaget DBS. Bilateral muscimol inaktivering af cortico-hippocampale hjerneregioner (ved 0,70 og 0,26 nmol) blev fundet at inducere store mangler i strategien forskydning, når rotter blev testet på en vildledende prøveforsøget 29. Det blev i denne undersøgelse bemærket, at disse underskud var også til stede gennem bilateral inaktivering af reuniens og rombeformede (ReRh) thalamiske kerner, der efterfølgende fremhævet sin mulige rolle i strategi flytte i opgaver, der kræver både kortikale og hippocampus informationsudveksling. Hukommelse underskud idyremodeller for neurologiske sygdomme er også blevet vurderet i dobbelt-H labyrint 27,28. Rotter med neonatale ventrale hippocampus læsioner (NVHL) havde udvist en signifikant længere latenstid for at nå målet platform (p = 0,00006) samt et øget antal fejl lige (p = 0,001), i sammenligning med kontrol rotter 29. Endvidere havde NVHL rotter viste primært svar i løbet af sonden retssag, der havde tegnede sig for hverken plads eller proceduremæssige hukommelse (i modsætning til de kontrolforanstaltninger rotter, som havde alle viste proceduremæssige reaktioner), som fremhævet en rumlig forvaltningsmæssigt. Endelig havde transgene rotte modeller af Huntingtons sygdom viste klare hukommelse underskud i løbet af sonde forsøg, efter en processuel læring paradigme 28. Tilsammen peger disse beviser en spændende rolle for dobbelt-H labyrint at blive udnyttet i studier, som vurderer neurologiske svækkelser (og potentielle behandlingsmuligheder) hos dyr, da det giver mulighed for en fin cONTROL over typen af læring og strategi, der er nødvendig til opgaven færdiggørelse.
Fordele og ulemper
For at opsummere tidligere diskussion, dobbelt-H labyrint er en enkel og hurtigt fået opgaven, hvilket kan føre til stabile hukommelse spor. Endvidere kan det gøre det muligt for forsøgslederen til at lede den type læring, der er involveret, nemlig allocentric eller egocentriske læring. Den dynamiske interaktion mellem disse to hukommelse systemer kan observeres i en sonde forsøg, og vurderes under forskellige betingelser (f.eks læsioner, narkotika, DBS), som tidligere beskrevet. I betragtning af at den dobbelte-H labyrint er en vand labyrint, et af sine primære ulemper indebærer akut stress for dyrene, når de placeres inde i vandet, som med enhver vand labyrint (fx 30). Desuden er mange af de afhængige variable i opgaven (f.eks latenstid til at målrette platform) kræver normal motorisk præstation i rotter. Dette er vigtigt, fordirotter med motoriske handicap (f.eks modeller af Parkinsons sygdom) er kendt for at svømme anderledes at kontrollere dyr, dermed længere latenstider i opgaven kan fejlagtigt tolkes som hukommelsessvækkelser. I så fald kan afstand bruges som en sidste udvej. Eftersom vandet skal gøres uigennemsigtigt ved anvendelse skummetmælkspulver, skal labyrinten tømmes og genfyldes hver dag for at forhindre vandet i at blive harsk, som selv er en tidskrævende opgave, afhængigt af opsætningen laboratorium. Mælkepulver, dog kunne erstattes af en syntetisk farvestof. Endelig, i modsætning til andre labyrint opgaver, anvendelsen af vand forhindrer brug af samtidige EEG optagelse (under anvendelse af enten et kabel tøjr eller trådløst registreringssystem), medmindre der anvendes a) et implanterbart system (som sjældent har sendeområdet at dække dobbelt- H labyrint), eller b) en indsats for at vandtæt systemet.
Fremtidige Forbedringer til denne metode
Siden sin konceptio n, har dobbelt-H labyrint været involveret i flere undersøgelser, som har hver gjort subtile tilpasninger til den standard-protokol, som beskrevet i de repræsentative resultater. Talrige andre variabler kan blive optaget som er relevante for de fremtidige undersøgelser, der finder sted, såsom det andet valg rotterne gør efter en proceduremæssig respons under en sonde session. For eksempel rotter kan skifte til placere hukommelsen, umiddelbart efter at opdage, at der mangler flugt platform (negativ feedback). Andre adfærdsmæssige foranstaltninger kan omfatte en analyse af hastigheden af svømning, samt karakteristika svømme stier truffet af rotten. Som observeret i in-house undersøgelser har rotter, der svømmer langs en bestemt side af en dobbelt-H arm har en tendens til at vende i den pågældende retning, når de når den følgende krydset. Sådan adfærd kan registreres ved hjælp af kommercielt tilgængelige video-tracking software. Endelig vedrørende den nuværende allocentric-learning-protokol, kan det ikke udelukkes, atdenne procedure kan føre rotter til udviklingen af to rutiner. Endvidere startpunktet i prøveforsøget kunne være den samme som en af de træning udgangspunkter. Således vil en mere hensigtsmæssig protokol til at træne en allocentric strategi kan bestå af at bruge 4 startende arme / dag, hvorfra rotten frigives i en uforudsigelig rækkefølge (f.eks, N, NV, SE, S, S, N, NV, SE, etc. ). En af de resterende arme ville være, hvor flugtplatformen ligger under træning (f.eks, NE), den anden er lukket under træning men anvendes som udgangsmateriale arm til prøveforsøget (f.eks SW). Mens der er ingen offentliggjorte resultater med denne protokol, har løbende eksperimenter vist, at denne protokol fungerer perfekt med meget mindre i tvivl om den rumlige karakter af læring.
Konklusion
Den dobbelt-H er en effektiv og pålidelig labyrint test, som kan anvendes til at vurdere sted og proceduremæssige indlæring hos rotter. Densrelativt korte erhvervelse gange gør den ideel til hurtige prækliniske evalueringer af lægemiddelkandidater, og manglen på forringelse af ydeevnen i løbet af næsten 3 efter overtagelsen uger fremhæver en rolle i identifikationen af de spatiotemporale dynamik fjerntliggende minder på systemniveau. Desuden giver det mulighed for undersøgelser baseret på det dynamiske samspil mellem proceduremæssige og deklarative hukommelse systemer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af universitetet i Strasbourg og Neurex-Neuroscience Øvre Rhin Network (post-doc stipendium til RP) og ved BrainLinks-BrainTools Cluster of Excellence finansieret af den tyske Research Foundation (DFG indrømme nummer EXC 1086). Vi takker Nadja Martini for ekspert teknisk bistand.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Rats or Mice | Charles River | ||
| Towels for drying | University Hospital | 1 / animal | |
| Water | ~200 L / day | ||
| Skim milk powder | Grocery store | 250 g / 200 L water | |
| Garden Hose | Hardware store | ||
| Drying rack for towels | Hardware store | ||
| Kinect camera | Kinect | ||
| PC computer | any |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built) | |||
| External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm | 2 | ||
| Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm | 8 | ||
| Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm | 4 | ||
| Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm | 6 | ||
| Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm | 3 | ||
| Extremity covers, 200 × 250 mm | 6 | ||
| Crossbars, 200 × 40 mm | 6 | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | |||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6 mm | 2 | ||
References
- Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
- Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
- Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
- Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
- McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
- Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
- Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington's disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
- Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington's disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
- Walker, F. O.
- Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
- Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
- Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
- Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer's disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
- Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
- Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
- Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
- Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
- Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
- Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
- Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
- Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
- Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
- Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. Neuroscience. 207, 110-123 (2012).
- Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington's disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
- Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
- Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).
