The Double-H labirinto: una prova comportamentale robusto per l'apprendimento e la memoria nei roditori

Abstract

Ricerca cognizione spaziale nei roditori impiega tipicamente l'uso di compiti labirinto, le cui caratteristiche variano da un labirinto all'altro. Questi compiti variano in base al loro flessibilità comportamentale e durata memoria richiesta, il numero di obiettivi e percorsi, e anche la complessità generale compito. Una caratteristica confusione in molte di queste attività è la mancanza di controllo sulla strategia adottata dai roditori per raggiungere l'obiettivo, ad esempio, allocentrica (procedurali) strategie basate (dichiarative-like) o egocentrici. Il doppio-H labirinto è un compito di memoria di acqua-escape romanzo che risolve questo problema, consentendo lo sperimentatore per dirigere il tipo di strategia appreso durante il periodo di formazione. Il doppio-H labirinto è un dispositivo trasparente, che consiste in un vicolo centrale con tre bracci sporgenti da entrambi i lati, con una piattaforma di fuga sommersa all'estremità di uno di questi bracci.

I ratti possono essere addestrati con una strategia allocentrica alternando la stposizione dell'arte nel labirinto in modo imprevedibile (vedi protocollo 1; §4.7), richiedendo così loro di conoscere la posizione della piattaforma basata sui riferimenti allothetic disponibili. In alternativa, una strategia di apprendimento egocentrica (protocollo 2; §4.8) può essere impiegato rilasciando i ratti dalla stessa posizione durante ogni prova, finché non imparano il modello procedurale necessario per raggiungere l'obiettivo. Questo compito è stato dimostrato per consentire la formazione di tracce di memoria stabili.

La memoria può essere sondato dopo il periodo di formazione in un processo sonda fuorviante, in cui la posizione di partenza per i topi alterna. A seguito di un paradigma dell'apprendimento egocentrica, ratti generalmente ricorrono ad una strategia basata allocentrica-, ma solo quando la loro vista iniziale sui riferimenti extra-labirinto si differenzia nettamente dalla loro posizione originale. Questo compito è ideale per esplorare gli effetti di farmaci / perturbazioni sulle prestazioni della memoria allocentrica / egocentrico, così come le interazioni tra °ese due sistemi di memoria.

Introduction

Negli animali, l'apprendimento è principalmente mediata dai sistemi hippocampal- e basati striatali di memoria ^1,2, che svolgono un ruolo centrale per quanto riguarda posto- e procedurale memoria, rispettivamente. Il rapporto tra questi due sistemi è complessa, e sono noti per interagire tra loro in modi cooperative o competitive ^1,3. Inoltre, studi hanno dimostrato che l'influenza di uno di questi sistemi di memoria sul comportamento animale può aumentare a seguito dell'assenza o danni dell'altro sistema ^4-7. Entrambi questi sistemi sono collegati alla corteccia prefrontale via talamo.

Numerosi disturbi neurologici e le malattie neurodegenerative possono influenzare cognizione spaziale negli esseri umani, che si basano sull'interazione tra sistemi di memoria procedurale e dichiarativa. Gli esempi includono il morbo di Parkinson (PD), la malattia di Huntington (HD) ^8-10, il morbo di Alzheimer (AD) ^11-14, nonchéLa sclerosi laterale amiotrofica (SLA) ^15. I modelli animali, che sono rilevanti per questi disturbi possono essere indotte attraverso vari trattamenti farmacologici che bloccano alcuni recettori ^16, così come attraverso le lesioni mirate. Quando tali animali vengono utilizzati con compiti di memoria spaziale, una preziosa può essere acquisita nei meccanismi sottostanti relative a questi disturbi, nonché alle varie opzioni di trattamento.

Ci sono molti diversi tipi di compiti di memoria spaziale nei roditori, che collettivamente sono progettati per valutare gli aspetti specifici di apprendimento e memoria, nonché gli effetti di potenziali trattamenti per vari disturbi ^17,18. Questi compiti possono essere distinti dal numero di obiettivi e percorsi, il grado di flessibilità comportamentale nel risolvere il compito, la durata di memoria o ritardo, così come la scelta della strategia utilizzata per risolvere il compito. Una buona prestazione possono essere acquistate in base a stimoli esterni o punti di riferimento che sono usati per orientarel'animale verso l'obiettivo (una strategia allocentrica o luogo). In alternativa, un roditore può sviluppare una strategia che si basa sulla direzione del corpo e spunti per quanto riguarda la direzione per spostarsi in (una strategia egocentrica o procedurale), ad esempio, se un topo sa che l'obiettivo è un giro sinistra seguita da una svolta a destra , allora c'è poco bisogno di una strategia allocentrico o luogo. Compiti Maze spesso variano a seconda del grado di flessibilità offerto al roditore di risolverli. Ad esempio, nel Morris water maze, una versione a secco di quest'ultimo (per esempio, ¹⁹⁾ o il labirinto Barnes (ad esempio, ^20), ci sono potenzialmente rotte infinite ratto può adottare per raggiungere l'obiettivo. Nel Morris Water Maze, ad esempio, la posizione della porta può essere appreso basato su punti di riferimento o segnali (strategia allocentrico) esterni, o semplicemente nuotare in cerchio verso il centro fino a quando la piattaforma si trova (strategia egocentrica) ^21. Alcuni compiti hanno obiettivi multiplie un alto grado di flessibilità, per esempio il task cono campo ²² o radiale di Olton labirinto ^23. All'altra estremità della scala sono compiti che offrono flessibilità limitata per raggiungere l'obiettivo, ad esempio, il labirinto di pietra, o la versione alternato del T-labirinto. Queste attività forniscono solo un modo corretto di raggiungere l'obiettivo e facilitano l'emergere di routine cognitive che sono principalmente disciplinate dal sistema di memoria procedurale basato striato-.

Il doppio-H labirinto è un dispositivo di test della memoria spaziale romanzo, che è stato progettato per consentire lo sperimentatore di dirigere il tipo di strategia che si impara dai roditori per risolvere il compito ^24. Composto da tre bracci paralleli run intersecate da un vicolo centrale perpendicolare, la doppia H labirinto è un compito d'acqua di fuga in cui i roditori imparano a raggiungere una piattaforma di fuga che è immerso in una delle posizioni labirinto. Durante l'allenamento, una strategia processuale può essere sviluppata mantenendo tlui stesso inizio e sedi in tutto obiettivo. In alternativa, una strategia allocentrica può essere sviluppato alternando la posizione iniziale in un ordine casuale, richiedendo così il ratto di apprendere la posizione della piattaforma nascosta basato su segnali ambientali come deve fare in un labirinto acquatico. Questo risolve un ostacolo presente in molte attività labirinto differenti, in cui lo sperimentatore altrimenti ha poco controllo sul tipo di strategia che utilizzano roditori. Questo è importante se si considera che gli effetti di alcuni farmaci candidati-cognizione migliorare basano sul sistema place-memoria basata ippocampale-, così l'emergere di routine o procedure cognitive può confondere l'interpretazione delle osservazioni comportamentali quando gli animali, ad esempio passare da allocentrica alla memoria procedurale durante il corso di formazione. Allo stesso modo, può essere desiderabile per valutare gli effetti dei farmaci e trattamenti su memoria procedurale, senza l'influenza della memoria posto a base allocentrica. Infine, questo dispositivopuò essere utilizzata per studiare le interazioni cooperative o competitive tra questi sistemi di memoria, e le condizioni in cui i roditori possono passare da un sistema all'altro.

Protocol

1. Considerazioni generali

Questo protocollo è approvato dalla cura e l'uso di animali Comitato University Hospital Friburgo (lo stesso per Strasburgo). L'acuità visiva è necessaria per le prestazioni nei test di apprendimento spaziale. I roditori con sistemi di visione ridotta non sono idonee. Inoltre, l'illuminazione deve essere sufficiente in modo che i topi per vedere i diversi spunti situati sulle pareti circostanti. E 'utile utilizzare spunti (quadrato, cerchio, triangolo) a forma di base ma ben contrastate (ad esempio, segnali a vernice nera su uno sfondo dipinto di bianco). Allo stesso modo, gravi deficit motorie sono criteri di esclusione, perché è necessaria nuoto per questo test e annegamento possono verificarsi. Infine, roditori iper-ansiosa in grado di visualizzare un comportamento di ricerca fortemente sbilanciata, che incide sulle prestazioni.

2. Apparato Set Up

1. Costruire un labirinto doppio H costituito da un vicolo centrale 160 cm, che si interseca ad entrambe le estremità e nel centroda tre bracci paralleli eseguire 160 centimetri (vedi Figura 1). Assicurarsi che il vicolo centrale e le sue perpendicolari braccia sono larghe 20 centimetri, e sono circondati di 35 cm di altezza pareti in plexiglass trasparente. Spessore del plexiglas è di 6 mm per tutte le parti.
2. Fissare le pareti in luogo utilizzando colla e viti, e impermeabile il labirinto con giunti in silicone a tutti gli angoli interni. Questi giunti possono essere sostituiti facilmente dovrebbero perdere la loro impermeabilità. Inserire un foro di scarico all'estremità di uno dei bracci angolari (o nel mezzo del labirinto) per lo svuotamento.
3. Posizionare il labirinto in un 80 cm di altezza tavolo, con uno spazio adeguato intorno ad esso per a) passeggiare per il labirinto, e b) il deposito di spunti ben contrastate. Designare ogni braccio nel labirinto dalla sua posizione, vale a dire, nord-ovest (NW), a nord (N), nord-est (NE), sud-ovest (SW), sud (S), e sud-est (SE).
4. Posizionare una telecamera montata a soffitto sopra il labirinto per l'analisi post-test del comportamento animale, con manuale o aut(Video-tracking) metodi OMATIC (vedi § 5).

3. Osservazioni generali

1. Prima dell'uso, riempire il labirinto con acqua ad un'altezza di circa 18 centimetri (200 L). Questo è abbastanza alta per impedire che i topi di toccare il fondo del labirinto con i piedi, ma sufficiente per evitare la fuga superficiale.
2. Dopo la pre-formazione, rendere l'opaca acqua mescolando 250 g di latte scremato in polvere. Cambiare l'acqua ogni giorno per evitare che il latte-acqua dal diventare rancido. Mantenere la temperatura dell'acqua tra 21 - 23 ° C per fornire incentivo per i topi a cercare la piattaforma di fuga.
   NOTA: Come ratti diventano conoscenza della posizione della piattaforma durante la pre-formazione, la sua posizione viene spostata ad un braccio differente durante l'allenamento.
3. Prima dell'uso, immergere un cm 10 piattaforma alto 17 cm di diametro all'estremità di uno dei bracci angolari (NE, NW, SE o SW). Garantire l'altezza per essere sommersa è di 1 cm sotto la superficie della superficie dell'acqua. Formare i ratti per raggiungerela piattaforma di destinazione utilizzando un allocentrica o strategia di apprendimento egocentrica, che dipende dal tipo di paradigma utilizzato (vedi § 4).

4. Protocolli di formazione di base

NOTA: I ratti sono in genere dotati di un primo giorno di pre-formazione, che permette loro di familiarizzare con il labirinto.

1. Per pre-formazione rilasciare il ratto dall'estremità di uno dei bracci centrali (ad esempio, il braccio S) e posizionare la piattaforma porta all'estremità di uno dei bracci angolari (ad esempio, NE), quindi invia i ratti 4 consecutive 60 sec prove in cui per raggiungere la piattaforma di destinazione.
2. Raggiunta la piattaforma di fuga, permettono il ratto di aspettare lì per 15 secondi, in modo che possano riposare e osservare l'ambiente circostante. Indipendentemente dalla posizione iniziale, bloccare sempre il braccio opposto con una porta a ghigliottina trasparente, che impedisce l'ingresso.
   NOTA: Durante la pre-formazione, lasciare l'acqua trasparente e regolare la piattaforma cheight tale che sporga 1 cm sopra la superficie dell'acqua, rendendo così visibile al ratto.
3. Eseguire allenamento quotidiano costituito da un massimo di 4 prove consecutive, separate da uno spazio 10 sec almeno (formazione discreta, cioè, con intervalli di diversi minuti tra le prove, è un'alternativa).
4. Per la formazione, riposizionare la piattaforma dalla sua posizione di pre-formazione al braccio prescelto (ad esempio, NW), e immergerla alla sua estremità 1 cm sotto la superficie dell'acqua. Ora rendere l'opaca acqua con l'aggiunta di latte di potere e di eseguire la seguente formazione (sezione 4).
5. Per i ratti che non raggiungono la piattaforma di destinazione entro 60 sec, loro ritornano alla posizione di partenza, e delicatamente li guidano alla piattaforma dallo sperimentatore.
6. Misurare diverse variabili durante le sessioni di formazione e sonda, come, distanza nuotato, latenza braccio porta / piattaforma, il tempo trascorso in ogni braccio, così come il numero di errori iniziali / ripetitive (vedere Figura2). Tenete a mente che latenze possono essere influenzati da difficoltà motorie. Se la si verificasse, la distanza e gli errori appaiono come variabili più affidabili per quanto riguarda le prestazioni cognitive.
7. Allocentrica Training Strategy:
   1. 1 ° giorno - Pre-Training:
      1. Non aggiungere il latte in polvere per questo passo. Posizionare piattaforma fuga sporgente 1 cm sopra la superficie dell'acqua in una posizione fissa. Ratti treno in 4 prove consecutive per raggiungere la piattaforma.
   2. Giorni 2-5 - Formazione:
      1. Aggiungere 250 g di latte scremato in polvere in acqua per renderla opaca. Spostare la piattaforma ad un braccio diverso (ad esempio, da NE a NW) e aggiungere acqua in modo che la piattaforma è di 1 cm sotto la superficie dell'acqua. Ratti di uscita da entrambi braccio N o S in sequenze imprevedibili per ogni sessione, in modo che entrambe le braccia sono utilizzati due volte come inizio di prova in una sola seduta (4 prove / giorno, per esempio, SNNS, NSNS; vedi figura 3).
   3. Giorno 6 - Sonda Sessione:
      1. Rimuovere la piattaforma per il processo sonda. Rilasciare ratti da un braccio di diverso a quelli utilizzati durante l'allenamento (ad esempio, SW), e permettere loro di nuotare per 60 sec. Vedere la Figura 4 per le tracce di nuoto rappresentativi. Analisi del tempo trascorso nel braccio di destinazione (ex posizione della piattaforma) fornisce un'indicazione sul fatto ratti utilizzano una strategia spaziale, un altro tipo di strategia, una combinazione sequenziale di differenti strategie (vedi sotto), o un modello di ricerca disorganizzato.
8. Training Strategy Egocentric:
   1. 1 ° giorno - Pre-Training:
      1. Questo è lo stesso come il primo passo nella formazione strategia allocentrico (passo 4.1). Non aggiungere il latte in polvere per questo passo. Posizionare piattaforma fuga sporgente 1 cm sopra la superficie dell'acqua in una posizione fissa. Ratti treno in 4 prove consecutive per raggiungere la piattaforma.
   2. Giorni 2-5 - Formazione:
      1. Aggiungere 250 g dilatte scremato in polvere in acqua per renderla opaca. Spostare la piattaforma ad un braccio diverso e aggiungere acqua in modo che la piattaforma è 1 cm sotto la superficie dell'acqua. Ratti di uscita dello stesso braccio di partenza (S o N; vedi Figura 5) per ogni prova (4 prove / giorno).
   3. Giorno 6 - Sonda Sessione:
      1. Rimuovere la piattaforma per il processo sonda. I ratti sono liberati da un braccio diverso da dove sono stati rilasciati durante la formazione. Lasciare i ratti di nuotare per 60 sec. Bloccare il braccio opposto con una porta a ghigliottina trasparente.
         NOTA: Modificare le strategie di formazione di cui sopra per in base alle esigenze del particolare esperimento, ad esempio, effetti di prova della droga, ecc.
9. Asciugare il ratto fuori con asciugamani assorbente dopo ogni sessione in acqua.

5. Analisi

1. Eseguire misure di latenze, errori iniziali e ripetitivi, prime scelte e il tipo di risposta Manually registrando queste variabili dai video ripresi dalla telecamera dall'alto.
2. In alternativa, se disponibile, utilizzare disponibile in commercio software video-monitoraggio e configurati per registrare queste variabili automaticamente.
3. Analisi Statistica:
   NOTA: La specifica implementazione di analisi statistica dipende lo studio, che si sta svolgendo.
   1. Eseguire un uno, due o tre vie ANOVA per quanto riguarda gli errori iniziali / ripetitivi, la latenza di rete del braccio / piattaforma, e il tempo trascorso nel braccio di destinazione; con fattori che includono il giorno del test, e gruppo di trattamento (s).
   2. Se necessario, procedere con ANOVA post hoc-Newman-Keuls confronti multipli prove. Per confrontare le prestazioni, utilizzare un valore di riferimento (ad esempio, il tempo trascorso nel braccio bersaglio durante una prova della sonda rispetto al livello di probabilità), ed eseguire il test t.
   3. Se necessario, utilizzare le statistiche non parametriche in aggiunta (per esempio, χ², vedi sotto) o invece quando le condizioni per parametquelli ric non sono soddisfatte.

Representative Results

Egocentric strategia di apprendimento

Uno studio è stato condotto per determinare se la strategia di memoria scelto ratti modifiche in base alle alterazioni della loro prospettiva di stimoli ambientali esterni, seguendo un paradigma egocentrica-learning ^25. I ratti sono stati formati in 4 giorni (4 prove / giorno) per raggiungere un braccio obiettivo situato a NE, e sono stati successivamente testati il quinto giorno utilizzando un processo sonda fuorviante, in cui il braccio partenza è stata spostata o 60 cm a sinistra (ie , NE inizio per gli animali liberati dal braccio N durante la formazione; SW iniziare per gli animali addestrati dal braccio S), o ruotata di 180 °. Durante il processo della sonda, i ratti sono stati mostrati per sviluppare una preferenza per le risposte procedurale di memoria quando la piattaforma è stata spostata 60 cm a sinistra della posizione normale (al 92,3% con 26 ratti; vedere Figura 6). Questo è stato evidente per i ratti che sono stati addestrati in entrambi i bracci N e S (e successivamente rilasciate dal braccio NE e SWs durante la sonda-trial, rispettivamente). Per contro, solo 8 su 25 ratti (32%) che sono stati rilasciati dal braccio opposta a quella cui erano stati formati in (cioè, un cambiamento da N a S, e vice-versa) avevano mostrato una risposta procedurale, con una maggiore presenza di luogo risposte. Un'analisi χ ² ha mostrato che la differenza in questa distribuzione era altamente significativa (χ ² = 19.80, p <0.001). Nel gruppo di rotazione, 5 dei 13 ratti, che sono stati rilasciati dal braccio N durante l'allenamento, aveva mostrato un comportamento che non rappresentano né un luogo o una risposta procedurale (designato come "ALTRO" in figura 6), che è stato significativo (χ ² = 5.77, p <0.05). Per riassumere, i ratti che erano stati rilasciati nel processo sonda con un punto di vista ambientale simile a quello osservato durante l'allenamento (60 cm lateralmente spostano) era prevalentemente utilizzato una strategia egocentrica, mentre i ratti con grande chaNGES nel loro punto di vista ambientale (tramite rotazione di 180 °) avevano mostrato una maggiore incidenza di luogo o di "altre" risposte.

Profonda-stimolazione cerebrale nel Dorsale-striato - Implicazioni per l'apprendimento procedurale

Il paradigma procedurale-learning è stato utilizzato nei ratti, che hanno subito la stimolazione cerebrale profonda (DBS) nello striato dorsale ^26, in uno sforzo per capire come influisce acquisizione degli animali, e la scelta di strategia in un processo sonda fuorviante. I ratti sono stati divisi in tre gruppi (stimolazione, sham-stimolazione e controllo) e sono stati addestrati per tre giorni consecutivi (4 prove / giorno) a nuotare dalla posizione di partenza nel braccio S, ad una piattaforma di fuga nascosto nel braccio NE. Subito dopo ogni allenamento ratti sessione sono stati somministrati DBS oltre 4 ore in alternata 20 periodi min. I ratti sono stati successivamente dato una prova sonda 20 sec 24 ore dopo l'ultimo giorno di allenamento in cui la piattaforma era removed, e la posizione di partenza è stata spostata 60 cm a sinistra (braccio SW). Anche se questo studio ha riportato differenze significative tra la stimolazione (STIM) e sham-stimolazione (sham) gruppi durante prestazioni di acquisizione, avevano mostrato un comportamento alterato durante il processo della sonda. Prestazioni di ciascuno dei gruppi di ratti durante il processo sonda è mostrato in figura 7 Sebbene ciascuno dei tre gruppi di ratti avevano dimostrato un tempo superiore alla media trascorso nel braccio di destinazione. (P <0,01; a livello casuale 2,9 sec), non vi erano differenze significative tra i gruppi (F (2,42) = 1.4), come analizzato con un one-way ANOVA (Group). Livello casuale è stato determinato in questo caso dividendo l'area di superficie del braccio porta sull'intera area labirinto, e moltiplicando per il tempo di sonda di prova (20 sec). Inoltre, non sono state osservate differenze significative tra i due gruppi per quanto riguarda la latenza per raggiungere l'antica piattaforma (F (2,24) = 0.5). In generale ognuno dei gruppi diratti richiesta tra 8 e 11 sec per raggiungere il braccio dove la piattaforma era stato localizzato durante il periodo di formazione, con tra 6 e 8 sec trascorso nel braccio di destinazione (~ 35% della durata sonda di prova). Questo è stato significativamente migliore rispetto al livello possibilità (a 2,9 sec; p <0.01). Scelta primo braccio era differente tra i ratti STIM e CONT anche, con il 42% dei ratti STIM scegliendo il braccio N (indicante una risposta memoria procedurale), 42% scegliendo NW (altra risposta) come prima scelta, e il restante 14 % scegliendo il braccio di NE (risposta posto). Per contro, il 65% dei ratti CONT nuotando direttamente al braccio N, con solo il 7% scegliendo il NW uno. Le differenze tra i gruppi sono state rilevanti, valutata utilizzando un χ ² statistica (χ ² = 4.09, p <0.05). Nel loro insieme, le osservazioni fatte durante il processo della sonda indicano una modifica dei processi di memoria procedurale sottostante nei ratti che hanno ricevuto la stimolazione cerebrale profonda.

Procedural Memory Test in modelli di ratto di Malattie Neurologiche

Schizofrenia

L'apprendimento e la memoria procedurale nei ratti è stato sondato utilizzando modelli animali di rilevanza per la schizofrenia, utilizzando una strategia egocentrica-learning nel doppio-H labirinto. Lecourtier e colleghi ²⁷ hanno studiato come una lesione neonatale ventrale-ippocampale (NVHL) colpisce la memoria procedurale nei ratti, nei giorni postnatali 84 - 87. Dopo una giornata di pre-formazione, i ratti sono stati addestrati in 3 giorni consecutivi (4 prove / giorno) in che sono stati rilasciati dal braccio S (con il braccio N bloccato da una porta a ghigliottina trasparente), e la piattaforma era situato all'estremità del braccio NE. Sul prossimo giorno consecutivo dopo il periodo di formazione, una prova sonda fuorviante ha avuto luogo in cui la piattaforma è stata rimossa, ei topi sono stati rilasciati forma il braccio SW (con il braccio bloccato S), e sono stati autorizzati a nuotare per 60 sec.

I risultati ottenuti nel corso della 3 giorni training mostrano la latenza media per raggiungere la piattaforma (Figura 8A, in alto), e il numero medio di errori (Figura 8A, in basso). Durante il periodo di formazione di 3 giorni, c'è stato un effetto significativo di Training Day sulla piattaforma di latenza (F (2,38) = 46.67, p = 0,0000) e il numero di errori commessi (F (2,38) = 7.06, p = 0,002), che è stata riflessa da una latenza ridotta piattaforma e il numero di errori (rispettivamente), nel corso della formazione da entrambi i gruppi di ratti. Quando si confrontano le prestazioni di entrambi i gruppi di ratti, vi erano effetti significativi di lesione sia sulla latenza piattaforma (F (1,19) = 25.81, p = 0,00006), e anche dal numero di errori (F (1,19 ) = 14.92, p = 0,001), nel qual caso i ratti sono stati mostrati NVHL effettuare peggio. Non sono state osservate significative interazioni tra Training Day e lesioni per quanto riguarda la latenza per raggiungere la piattaforma di destinazione (F (2,38) = 0,34, p = 0,72) o il numero di errori (F (2,38) = 0,18, p = 0,18 ), che può essere spiegatodalla presenza di un andamento simile di miglioramento delle prestazioni durante il periodo di formazione, per entrambi i gruppi di ratti. Tracce di nuoto tipici registrate durante l'avvio della formazione, e la sonda-processo sono descritte nella Figura 9. La percentuale di prime-scelte che ratti utilizzati durante la sonda-processo è stato analizzato utilizzando un test χ ^2, in cui il confronto di casi sono stati effettuata sulla base della percentuale di scelte che corrispondevano a una strategia basata su apprendimento procedurale. Mentre 8/8 ratti del gruppo sham (100%) ha mostrato una scelta a base di apprendimento procedurale durante la sessione della sonda, a soli 1/13 ratti del gruppo NVHL (7,7%) avevano mostrato questo comportamento, con le scelte rimanenti devono un braccio che non è riflesso tramite un posto- o procedurale-strategy (Figura 8B, bottom). Queste differenze erano statisticamente significative (χ ₁ ² = 17.23, p = 0,0000). In generale, questi risultati evidenziano un deficit nella abilità di ratti NVHL per a) acquisire il compito, e b) acquisire una risposta basato sulla memoria procedurale, rispetto al gruppo di farsa. Quest'ultimo dato riflette un disorientamento spaziale nei ratti NVHL.

Malattia di Huntington

Apprendimento procedurale e la memoria sono stati sondati in un modello di ratto transgenico della malattia di Huntington (tgHD), utilizzando un paradigma simile a quello precedentemente descritto ^28. 40 ratti tgHD (25 maschi, 5 omozigoti, 15 eterozigoti, 5 wild-type, e 15 femmine, 4 omozigoti, 5 eterozigote, 5 wild-type) sono stati testati in doppio-H labirinto utilizzando una strategia egocentrica-learning a 13 mesi . Gli animali sono stati addestrati in 4 giorni con 4 prove al giorno (giorni 1-4; Figura 10A) seguita da un singolo trial sonda (sonda 1, giorno 5; Figura 10B). Il giorno 6, gli animali sono stati sottoposti a un ulteriore 4 prove di formazione, che è stata poi seguita da una seconda prova sonda sul 7 ° giorno (Sonda 2; Figura 10C </ Strong>). Durante tutto il periodo di formazione tutti e tre i gruppi di ratti avevano mostrato un progressivo miglioramento delle prestazioni di acquisizione, anche se non ci sono state differenze statisticamente significative tra i gruppi (Figura 10D; Genotype, F (2,43) = 2.9, p = 0,07). A dispetto di questo, vi è una chiara tendenza per i topi omozigoti per non eseguire così come i eterozigoti e wild-type ratti durante la prima prova di ogni allenamento o sonda sessione, che è forse indicativa di un disavanzo richiamo informazioni (Figura 10D genotipo × Trials, F (38.646) = 2.6, p <0.001).

Durante entrambe la prima e la seconda sonda-prove non vi erano differenze significative tra i gruppi di ratti riguardanti la latenza per raggiungere la posizione piattaforma (Figura 10E e F, genotipo, F (2,34) = 1,6 e 0,1, entrambi ns), o il tempo trascorso nel braccio di destinazione (Figura 10G e H, Genotype, F (2,34) = 2.7 e 1.3, entrambi i ns). Tuttavia, quando la quantità di errori iniziali e ripetitivi tra i gruppi sono stati valutati, ratti omozigoti hanno mostrato di avere un aumento significativo del numero di errori iniziali (Figura 10I: Genotype, F (2,34) = 11,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test omozigote tgHD> wild-type, eterozigote tgHD, p <0,05), e ripetitivi errori (Figura 10J: Genotype, F (2,34) = 12,1, p <0,001; post hoc di Newman-Keuls prova, omozigote tgHD> wild-type, eterozigote tgHD, p <0,05). Nel loro insieme, questi dati è indicativo di un deficit di memoria distinta nei ratti tgHD.

Allocentrica apprendimento e le prestazioni della memoria in seguito ad una bilaterale Muscimol inattivazione del mPFC o dHip

Il ruolo dei reuniens e romboidale (ReRh) i nuclei del talamo per quanto riguarda la regolazione delle interazioni cortico-ippocampali è stata studiata in un para-allocentrica apprendimentoparadigma utilizzando il labirinto a doppio H e inattivazione muscimol bilaterale (MSCI) di queste regioni del cervello ^29. Un esperimento in questo studio è descritta qui, in cui i ratti sono stati formati in 4 giorni (4 prove / giorno), con la piattaforma di fuga era situato all'estremità del braccio NE. Sono stati rilasciati sia da N o S braccio in una sequenza randomizzata (ad esempio, S, N, N, S; vedi §4.7 esplicativa). Due studi della sonda sono stati dati (1) 24 ore dopo i primi due giorni di formazione e (2) 24 ore dopo 2 giorni di formazione complementare. Così gli animali sono stati addestrati nei giorni 1, 2, 4 e 5; con prove di sonda che si terrà nei giorni 3 e 6. 30 minuti prima di ogni prova della sonda, i ratti sono stati iniettati con 0,26 o 0,70 nmol in 1 ml di muscimolo (MSCI) nella corteccia mediale prefrontale (mPFC) o ippocampo dorsale (dHip). I restanti animali sono stati iniettati con un volume equivalente di soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) come controllo.

Durante le sessioni di allenamento (giorni 1-2 e 4-5), unall gruppi di ratti avevano mostrato prestazioni paragonabili per quanto riguarda la swum distanza complessiva nel labirinto (Figura 11A-B). Mentre il nuotato la distanza aveva dimostrato di ridurre più giorni (F (3159) = 59.3, p <0,0001), non vi era alcun effetto significativo di regione del cervello (F (1.153) = 0.2, ns), l'inattivazione (F (3,53) = 0,3, ns), e nessuna significativa interazione tra struttura e l'inattivazione (F (2,53) = 0,8, ns). Presi insieme, questo mostra un modello comparabile di apprendimento tra tutti i gruppi di ratti sulle 4 allenamenti, senza differenze significative tra loro.

Percorsi nuoto rappresentativi per le sessioni di sonde e di formazione sono illustrati nella Figura 11E. Per quanto riguarda il tempo trascorso nel luogo braccio da ciascuno dei gruppi di ratti (Figura 11C-D), la prestazione è stata dimostrata significativamente sul livello probabilità per i gruppi mPFC e dHip pre-trattati con PBS sul processo seconda sonda ( p <0,05), e sopra casolivello per il gruppo mPFC-PBS durante il primo processo sonda (p <0,05). Quando MSCI è stato introdotto per la mPFC, il tempo trascorso dai ratti nel posto braccio non differiva dal caso su entrambi processo sonda, sia per la concentrazione 0,26 o 0,70 nmol. Al contrario, il gruppo dHip-MSCI aveva speso molto meno tempo nel braccio procedurale-risposta (di possibilità) sia per le concentrazioni durante la prima sonda-trial, ma le loro prestazioni non diverso dal caso durante il secondo processo sonda (entrambe le concentrazioni, di nuovo). Nella seconda prova della sonda, a 2 x 2 x 2 ANOVA del tempo trascorso nel braccio posto (NE) ha mostrato la struttura significativa (F (1,53) = 11.2, p <0.01), l'inattivazione (F (2,53 = 17.4, p <0.001), e la prova della sonda (F (1,53) = 9.0, p <0,01) effetti. Questo dimostra che la capacità dei ratti di controllo per trovare il braccio piattaforma notevolmente migliorata dopo 4 giorni di formazione ( al contrario di due giorni) -. un effetto, che è stato interrotto in entrambi i gruppi di inattivazione mPFC e dHip Generally parlando, queste interruzioni sono stati più pronunciati nei gruppi dHip, soprattutto visto che i deficit di performance sono stati osservati sia per il 0,26 e il 0,70 nmol concentrazioni di MSCI. Per contro il deficit mPFC inattivazione sono stati più pronunciati a maggiore concentrazione di MSCI.

Figura 1. doppio H labirinto schematica. Il doppio H Maze occupa un quadrato mm 1.600 x 1.600 con una superficie interna di circa 1.084 m ^2, ed è costituito da pannelli di parete, porte a ghigliottina, traverse, e coperture trasparenti a fine ciascun braccio (A). A 100 mm di diametro 140 mm di altezza del cilindro è posto alla estremità di uno dei bracci obiettivo per servire come una piattaforma di fuga (B). Lo spessore dei pannelli durante il labirinto è di 6 mm. Una fotografia della doppia H Maze è mostrato (D;ristampato da ^24), con i bordi labirinto evidenziate per chiarezza. Per ulteriori informazioni sulla costruzione labirinto, progetti del labirinto sono disponibili su richiesta. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Disposizione di zone per l'analisi dell'errore Vista dall'alto del doppio-H labirinto, che mostra le zone di errore (EZ1 - EZ4) per 2 diverse posizioni di partenza (del Sud - A; North - B).. Le zone di errore sono evidenziati in grigio, e il braccio di chiusura (con porta a ghigliottina) è evidenziato in nero. Zone di errore sono determinati sulla base di eventuali scostamenti ratto potrebbe fare dal percorso più breve tra la partenza e le braccia obiettivo. Così dopo essere stato liberato dalBraccio S (A), una svolta prima a destra comporterebbe ratto entrata nella zona di errore 1 (EZ1), che costituisce un errore iniziale. Errori ripetitive sono contati quando questo accade più di una volta, per ogni zona. La linea tratteggiata in B evidenzia un percorso di nuoto esempio, che pone il topo in tutte le zone 4 errori prima di raggiungere l'obiettivo di NW, costituendo così 4 errori iniziali (EZ1, EZ3, EZ2 e EZ4). Ristampato da ^24. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3. Protocollo utilizzato nella formazione strategia allocentrica Un paradigma formazione allocentrica avviene più di 3 -. 4 giorni, e ratti sono dati fino a 4 prove al giorno. I ratti vengono rilasciati dalla N (A) e la S ( (ad esempio, NSSN, NSNS, SSNN, etc.), con il braccio opposto bloccato da una porta a ghigliottina trasparente. La piattaforma di fuga è fissato nella stessa posizione (NW in questo caso). Per il processo della sonda, la piattaforma è stata rimossa ei topi vengono rilasciati dal braccio S, e dato 60 secondi per fare il bagno all'interno del labirinto. Ristampato da ^24. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4. Esempi di tracce di nuoto dalla formazione strategia allocentrico. Nuotate esempi tracce sono rappresentate come linee tratteggiate nel corso di un processo della sonda, che è stato dato dopo un ritardo di 1 giorno dopo 4 giorni di allenamento (a 4 prove / giorno). I ratti sono stati rilasciati dal braccio S e la piattaforma è stato rimosso dal suo NW (training posizione). In A, la traccia corrisponde a una latenza per raggiungere la posizione precedente della piattaforma di 6,62 sec, e il tempo trascorso in questo braccio era 25.16 sec (possibilità di 8,2 sec). In B, la traccia corrisponde a una latenza di 14.02 sec, con un tempo di permanenza all'interno del braccio a 26.45 sec. Ristampato da ^24. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5. protocollo usato in Egocentric Training Strategy. Durante l'allenamento (A), i ratti sono stati rilasciati dal braccio N del labirinto a doppio H (freccia bianca), con il braccio S chiuso da una porta a ghigliottina trasparente. La piattaforma di fuga si trovava nel braccio NW, e ratti sono stati addestrati a localizzare questo braccio oltre 4 giorni consecutivi (a 4 prove/ Giorno). Durante il processo della sonda, la piattaforma di fuga è stato rimosso, ei topi sono stati rilasciati sia dal NE (B, freccia bianca), oppure il braccio S (C, freccia bianca), con i bracci SE o N chiusi rispettivamente. Il processo è durato sonda di 60 sec e ratti farebbe o una risposta egocentrica utilizzando la memoria procedurale (nuoto a N, per l'avvio NE, nuotare a SE, per l'avvio S), una risposta luogo utilizzando la memoria posto (nuoto a NW), o nessuno dei due. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6. prestazioni durante la sonda di prova. Percentuale di risposte fatte da ciascuno dei 4 gruppi di ratti sono indicati per la prova della sonda. Indipendentemente ratti in formazione sia dal N o il braccio S, uno spostamento del braccio partenza da 60cm verso sinistra (Trans) determinato prevalentemente risposte procedurali (RESP; 92,3%). Tuttavia i due gruppi di ratti che avevano il loro braccio dall'inizio ruotati di 180 ° (Rot) visualizzata una maggiore quantità di posto risposte (PLACE). Ciò indica che sottili cambiamenti nella vista ambientale (in gruppi trans) hanno determinato più ratti di commutazione a posto-memoria per trovare la posizione piattaforma. Le risposte che non erano né luogo, né risposte procedurali sono state designate come ALTRO. Ristampato da ^25. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 7. Effetto di HFS sulle prestazioni della memoria nella doppia-H labirinto. Ratti ha subito una sessione di 20 sec sonda dopo 3 giorni di formazione in un paradigma egocentrica (4 prove / giorno). I dati sono riportati for la sessione sonda che ha avuto luogo il prossimo giorno consecutivo, con la stimolazione (STIM), sham-stimolazione (sham) e controllo (CONT) gruppi di ratti. Non sono state osservate differenze significative tra i tre gruppi di ratti riguardanti la latenza media per raggiungere la posizione piattaforma di formazione (A), e nel frattempo trascorso nel braccio di destinazione (B). In B, * rappresenta una differenza significativa nel tempo trascorso nel braccio bersaglio da livello casuale (come indicato da una linea tratteggiata; p <0.05). Per quanto riguarda il numero medio di errori di ciascun gruppo durante il primo 20 sec, una differenza significativa è stata osservata tra i gruppi STIM e CONT (p <0,05). La percentuale di procedurale, luogo e "altre" risposte per ogni gruppo è mostrato in (D), come barre bianche, grigie e nere, rispettivamente. La differenza tra STIM e CONT ratti per quanto riguarda le risposte N e NW è stato significativo (χ ² = 4.09, P <0,05), che evidenzia forse un uso alterato di strategia procedurale nel STIM durante la sessione sonda. Ristampato da ^26. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

. Deficit della memoria procedurale Figura 8. NHVL indotta Durante ciascuno dei 3 giornate di formazione, i ratti con lesioni neonatali dell'ippocampo ventrali (NVHL) abbiamo trascorso una quantità significativamente maggiore di tempo di raggiungere la piattaforma di destinazione degli animali sham-operati (A, in alto). Inoltre, il gruppo NVHL fatto più errori prima di individuare la piattaforma di destinazione (A, in basso). Il layout labirinto durante il processo sonda è indicato in B (in alto), con il braccio di start posizionato in SW, e ciascuno dei bracci accessibili evidenziata sulla base dii ratti scelti strategia quando viene rilasciata nel labirinto: risposta luogo (luogo, NE), la memoria procedurale (PROC; N) e non (ALTRO, NO e SE). Il braccio S è stata chiusa con una porta a ghigliottina. Durante il processo della sonda ratti NVHL visualizzate una predominanza di altre risposte che hanno rappresentato né luogo, né la memoria procedurale, in contrasto con il gruppo sham che aveva tutte le risposte visualizzata procedurali (B, in basso). Nel complesso le prestazioni di formazione ridotta e la mancanza di una strategia chiara nel corso della sessione della sonda nei ratti NVHL dimostrano deficit di apprendimento e di disorientamento spaziale, rispettivamente. Ristampato da ^27. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 9. tracce di nuoto tipici durante l'allenamento e la ritenzione. tracce di nuoto tipiche sono illustrate sia per il sham-operated (sham) e neonatale ventrale lesione ippocampale (NVHL) gruppi, per la prima e la quarta prove durante il primo giorno di test (in alto e al centro), e durante il processo della sonda ( bottom). Durante la fase di formazione del braccio N era chiuso con una porta a ghigliottina trasparente, e ratti sono stati rilasciati dal braccio S. Durante la sessione della sonda al braccio inizio che è stato utilizzato durante l'allenamento (S) è stato chiuso con una porta a ghigliottina trasparente, e ratti sono stati rilasciati dal braccio SW. Una "x" indica la posizione in cui sono stati presi i topi d'uscita dal labirinto dopo la scadenza del periodo di prova di 60 sec. Una risposta procedurale memoria è stato contato quando il topo si era trasferito prima nel braccio N. Ristampato da ^27. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

ys ">
Figura 10. La formazione e le prestazioni di ritenzione in modelli di ratto della malattia di Huntington. La formazione configurazioni della doppia H labirinto a 13 mesi (A) e sonda (BC) sono riportati, tra cui i punti di partenza (identificate da una freccia bianca) e la Braccio chiuso-off (evidenziata in grigio). Durante la fase di addestramento, ratti nuotavano dal braccio N ad una piattaforma, che si trova all'estremità del braccio NW. Durante le sessioni della sonda della piattaforma è stato rimosso, e ratti sono stati rilasciati forma o il braccio di NE (Sonda 1; B) o il braccio S (Sonda 2; C). In entrambi i casi una linea tratteggiata indica una risposta basata procedurale memoria, mentre una linea continua indica una risposta luogo-memory. Latenza per raggiungere la piattaforma durante la formazione (D), sonda 1 (E) e sonda 2 (F) vengono riportate le sessioni per i tregruppi di ratti. Il tempo che i ratti trascorso nel braccio di destinazione (precedente posizione piattaforma) durante la prima (G) e secondo (H) sessioni sonde sono anche mostrato, con la linea tratteggiata rappresenta il livello possibilità (8,25 sec). L'iniziale (I) e ripetitivi (J) errori durante ciascuna delle sessioni di formazione e sonda sono indicati per ogni gruppo. Tutti i dati vengono visualizzati come media ± SEM. Ristampato da ^28. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

. Figura 11. La formazione e le prestazioni di ritenzione in ratti con dHip o mPFC inattivazione Tutti i gruppi di ratti sono stati addestrati nei giorni 1-2 e 4-5 con un paradigma allocentrica-learning (4 prove / giorno), con la sessione della sondas che si svolge nei giorni 3 e 6. Durante i ratti sessione sonda sono stati rilasciati dal braccio SW, con il braccio NE chiusa da una porta a ghigliottina trasparente (E). I ratti hanno ricevuto un'infusione di bilaterale o 0,26 o 0,70 nmol di MSCI, o PBS, in nessuna delle due la corteccia mediale prefrontale (mPFC) o ippocampo dorsale (dHip) prima di ogni sessione di sonda. Il swum distanza media per mPFC (A) e dHip (B) ratti prima di raggiungere la piattaforma di fuga sono presenti per ciascuno dei giorni di formazione, con nessuna differenza significativa tra i gruppi. Durante il processo della sonda, il tempo trascorso nel braccio di destinazione posto-risposta (NE) durante il periodo di 60 sec sono presenti (CD). Percorsi nuotata tipiche sono illustrate per ciascuno dei gruppi di ratti durante la sessione di sonda (E). Tutti i dati vengono visualizzati come media ± SEM, con # indica una differenza significativa rispetto al PBS (p <0,05), e * indica una differenza significativa rispetto al caso (p <0,05; chanclivello e mostrato come una linea tratteggiata). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Discussion

Commenti su Studio Progettazione e analisi

Fin dalla sua creazione, la doppia H labirinto è stato utilizzato in una serie di esperimenti comportamentali nei ratti, che insieme sono stati progettati per studiare le risposte egocentriche e / o allocentrica nei ratti in condizioni normali ^24,25 e alterato ^26-29 stati cerebrali. Gli ultimi studi includono striato stimolazione cerebrale profonda (DBS) ^26, modelli animali di disturbi neurologici ^27,28, così come disattivazioni bilaterali di varie regioni del cervello cortico-ippocampali utilizzando muscimolo ^29. Molti degli studi descritti utilizzati sia un allocentric- o una strategia egocentrica-learning, come riassunto in §4.7 e §4.8, rispettivamente; sebbene sottili variazioni al paradigma di base (ad esempio, una rotazione di 180 ° nel braccio inizio nel corso di un processo sonda fuorviante ²⁵⁾ sono realizzate, se del caso al particolare studio. La specificità del paradigma della formazione dipendes sullo studio, che si svolge (ad esempio, ^24-29). Un errore iniziale viene contato ogni qualvolta il ratto devia dal percorso obiettivo corrette nel sia il braccio di avvio o in un nuovo segmento labirinto, per la prima volta. Un errore di ripetitivo viene contato ogni volta che questo accade più di una volta. Il percorso obiettivo corretto è definito come il percorso più breve tra la posizione di partenza e il braccio piattaforma / obiettivo. Ad esempio se la posizione di partenza è nel braccio S, e la piattaforma di fuga è nel braccio NW, i risultanti 4 zone di errore (EZ1 - EZ4) sono situati nelle braccia SW, NE e SE, nonché la porzione est il vicolo centrale (Figura 2A). La traccia esempio nuotata nella Figura 2B rappresenta 4 errori iniziali, come il topo aveva visitato ciascuna delle zone di errore 4 una volta. I ratti sono considerati solo per aver inserito un segmento del braccio / labirinto quando tutti e 4 zampe sono al suo interno.

Analisi Statistica

Data la correlazione strettazione tra la latenza (tra la posizione iniziale e piattaforma) e la distanza nuotato, quest'ultima variabile è spesso omesso. Tuttavia, in ratti che mostrano problemi motori evidenti, la distanza o il numero di errori sembrano una variabile più affidabile. Per ratti, che sono stati formati su un paradigma egocentrica, la loro prima scelta nuotata dentro la doppia H labirinto durante il processo della sonda costituisce sia un "altro" risposta egocentrica, allocentrica o, a seconda di dove nuotano a prima. Questo viene analizzato con una statistica χ ^2. Per quanto riguarda il tempo che i ratti trascorso nel braccio di destinazione durante le prove sonda, il livello di possibilità è stato calcolato in base alla percentuale di superficie in questo braccio, rispetto al resto del labirinto (13,76%). Così 13,76% x 60 sec = 8.25 sec.

Modifica delle strategie di formazione per esempio, gli effetti della droga test etc.

Numerosi adattamenti all'apprendimento allocentrico ed egocentrica di serieprotocolli sono stati utilizzati in vari studi, che hanno testato topi nella doppia-H labirinto. La frequenza e la durata delle sessioni di formazione possono essere configurati secondo un particolare protocollo. Ad esempio, Pol-Bodetto e colleghi variano il numero di giorni di prova (2, 4 o 6, così come il numero di prove per giorno (3 o 4) ^24. Inoltre, mentre la maggior parte degli studi utilizza una sonda di prova 60 sec (ad esempio, ^{24,25,27-29),} Schumacher e colleghi hanno utilizzato 20 sec ^26. Gli animali possono essere trattati con farmaci o prima dell'allenamento ²⁴ o prima che la sessione della sonda ^29. Infine, la posizione della posizione di partenza durante la sessione sonda può essere variato per dare agli animali un simile (ad esempio, Schumacher et al. ²⁶⁾ o nettamente modificato (ad esempio, ^24,25) vista iniziale dei segnali extra-labirinto.

Considerazioni generali

Il compito labirinto doppio-H ha dimostrato chesé di essere un compito semplice memoria, che può essere rapidamente acquisita da roditori, e non richiede tecniche di rinforzo precedenti come restrizione alimentare. Il suo principio di base coinvolge ratti nuoto per raggiungere una piattaforma fuga nascosta, e, successivamente, l'apprendimento la sua posizione, proprio come il Morris water maze. I ratti possono essere addestrati a una prestazione stabile in soli due giorni (6 studi / giorno), dando a questo compito un notevole vantaggio per quanto riguarda gli studi a tempo consapevole come le applicazioni pre-cliniche e lo screening di stupefacenti. Il protocollo di formazione può essere adattata per soddisfare un paradigma di apprendimento allocentrica o egocentrica, e le prove sonda avuto luogo in tutto in grado di fornire una panoramica l'equilibrio dinamico tra i due sistemi di memoria che governano questi comportamenti, tra cui la capacità dei ratti di passare da un sistema l'altro. Infine, numerosi adattamenti al protocollo standard (ad esempio, uno spostamento laterale del braccio di inizio, contro una rotazione) possono essere effettuati per rafforzare the l'uso di una particolare strategia in un processo sonda fuorviante ^25.

Acquisizione e Trace Durata

In numerosi studi con il doppio-H labirinto, sia il allocentrico ^24,29 e egocentrici ^24-28 paradigmi di formazione hanno portato a tracce di memoria stabili, anche in presenza di farmaci amnesici, lesioni e la stimolazione ad alta frequenza (vedi sotto). In particolare in un protocollo allocentrica (vedi §4.7) ratti non sono in grado di sviluppare una routine per risolvere il compito, perché la posizione di partenza è randomizzato di tutti i processi (principalmente N o S; più può essere utilizzato per aumentare la domanda spaziale del compito ). Prestazioni tutta l'attività è stata misurata contando gli errori iniziali e ripetitive (deviazioni dalla porta compito), nonché misurando la latenza per raggiungere l'obiettivo del braccio / piattaforma. Ulteriori misure effettuate durante le prove sonda fuorvianti includono il tempo trascorso nel braccio posto-risposta, così come il c inizialeratti CELTA fatti dopo essere stato rilasciato nel labirinto. Coerentemente, negli studi che hanno avuto luogo finora, queste variabili sono stati visti a cambiare gradualmente nel corso del periodo di formazione relativamente breve in modo stabile, riflettendo così un miglioramento delle prestazioni. Ad esempio in un protocollo allocentrica-apprendimento 6 giorni, i ratti sono stati osservati per ridurre il numero di errori iniziali (da ~ 2 a quasi 0) e gli errori ripetitive (da ~ 0,5-0), così come la loro latenza per raggiungere la piattaforma di fuga (da ~ 35 sec a ~ 10 sec) ^24. Nel corso di questo studio particolare è stato evidente nelle prove sonda che i topi avevano appreso e potrebbe recuperare la posizione della piattaforma di fuga, come rivelato dalla latenza media per entrare nel braccio di target, cioè al di sotto di 8 secondi (in contrasto con la latenza media prima prova di 42,8 sec). Inoltre ratti hanno dimostrato di mantenere la posizione della piattaforma di fuga anche al massimo ritardo post-acquisizione (18 giorni) tra l'ultimo giorno di allenamento e la sessione sonda ²4. Inoltre, nessuna evidenza statistica per la degradazione delle prestazioni è stato trovato in tempi più brevi (da 1 a 5 giorni).

Passare da Place a memoria procedurale

In precedenza, Packard e McGaugh ⁷ avevano dimostrato la tendenza per i ratti di passare da un luogo a un risposta procedurale, una volta che avevano acquisito un compito ripetitivo all'interno di un labirinto croce. In questo esperimento ratti sono stati costantemente rilasciati dallo stesso punto di partenza per raggiungere un premio alimentare in un altro punto fisso. Ratti Saline trattati avevano dimostrato una strategia di risposta pari a memoria posto dopo 8 giorni di formazione, e la memoria procedurale, dopo 16 giorni di formazione; negli studi sonda fuorvianti per cui il braccio di partenza è stata spostata in una posizione diversa. Questo fenomeno è stato successivamente dimostrato seguente apprendimento procedurale estesa della doppia H-maze ^24,25, in cui i ratti sono stati costantemente rilasciati dallo stesso braccio di partenza (utilizzando un st egocentricrategy; vedi §4.8). In uno dei primi studi che utilizzavano la doppia H labirinto, si è riscontrato che le alterazioni sottili nel punto di vista ambientale in un processo sonda ingannevole (a 60 cm lateralmente spostano nella posizione di partenza), ha portato a risposte soprattutto procedurali nei ratti, in contrasto con i ratti che avevano subito un cambiamento a 180 ° nella posizione di partenza e, successivamente, aveva mostrato una maggiore incidenza di luogo risposte ^24. Questo effetto è stato attribuito a ratti utilizzando una strategia a procedurale quando il loro punto di vista ambientale è abbastanza simile a quella osservata durante le sessioni di allenamento. Ciò è stato ulteriormente esplorato in uno studio successivo, che ha tenuto conto della posizione di partenza (ratti divisi in N e S posizione del braccio di partenza), in cui gruppi di ratti addestrati sia dal braccio N o S sperimentato sia uno spostamento laterale o rotazionale, quest'ultimo dei quali notevolmente modificato il punto di vista ambientale iniziale sul labirinto ^25. Hanno trovato non solo i risultati simili regarding la scelta della strategia basata sulla prospettiva ambientale iniziale, ma anche questa scelta era relativamente invariante della posizione in cui i ratti sono stati inizialmente formati nel labirinto. Nel loro insieme, queste osservazioni dimostrano che gli aggiustamenti della posizione di partenza nel labirinto a doppio H (durante le prove della sonda fuorvianti) possono facilitare o una risposta procedurale o luogo, a seconda di come marcatamente differente i topi iniziale prospettiva su stimoli ambientali sono. Per grandi differenze, come visto in ratti che partono dal braccio opposto da cui sono stati formati, ricorrono principalmente per posizionare memoria. Questo è interessante perché dimostra la capacità per i ratti di passare a un precedentemente appreso luogo-memoria su richiesta, quando la situazione lo richiede, e anche rafforza ulteriormente precedenti risultati che suggeriscono che i ratti imparano una risposta procedurale dopo aver acquisito l'attività utilizzando memory posto ^7. Questo può essere di beneficio in studi futuri in cui i speriter può desiderare di sapere se un topo può passare da procedurale di inserire la memoria in seguito ad un trattamento particolare.

I deficit di performance in modelli animali di Memory Impairment

Fin dalla sua creazione, la doppia H labirinto è stato utilizzato in diversi studi che ha valutato gli effetti di disturbi della memoria nei roditori, attraverso lesioni dell'ippocampo selettive ^27, inattivazione di cortico-ippocampali regioni cerebrali ^29, striato stimolazione cerebrale profonda (DBS) ^26, nonché attraverso l'uso di vari farmaci somministrati per via ^{sistemica-24.} Mentre tutti questi esempi è stata già visualizzata differenze di prestazioni negli studi sonda post-formazione, le prestazioni di ratti trattati e di controllo era normalizzata, verso la fine delle sessioni di formazione. Ciò evidenzia la semplicità del compito in quanto può essere rapidamente acquisito anche in presenza di farmaci che agiscono colinergico o glutamatergica neurotrasmissione ^24, per instance. Diverse alterazioni nelle prestazioni erano state notate nelle sessioni sonda. DBS dello striato dorsale aveva rivelato una distribuzione significativamente alterato di luogo / procedurali / altre risposte nei ratti (vs ratti di controllo), che ha intrapreso una sonda-trial seguito fuorviante, un paradigma di apprendimento egocentrica ^26. Questo è stato proposto il risultato di una modificazione dei processi neurali che sottostanno memoria procedurale, nei ratti che avevano ricevuto DBS. Bilaterale muscimol inattivazione di regioni cerebrali cortico-ippocampali (a 0.70 e 0.26 nmol) è stato trovato per indurre notevoli carenze nella strategia di spostamento quando i ratti sono stati testati su un processo sonda fuorviante ^29. In questo studio si è notato che questi deficit erano presenti anche attraverso l'inattivazione bilaterale delle reuniens e romboidali (ReRh) nuclei del talamo, che successivamente hanno evidenziato il suo possibile ruolo nella strategia di spostamento in compiti che richiedono entrambi gli scambi di informazioni corticali e dell'ippocampo. I deficit di memoria amodelli animali di malattie neurologiche sono stati valutati nel doppio-H labirinto ^27,28. Ratti con neonatali lesioni ippocampali ventrale (NVHL) avevano mostrato una latenza significativamente più lungo per raggiungere la piattaforma di destinazione (p = 0,00006) e un maggior numero di errori (p = 0,001), rispetto ai ratti di controllo ^29. Inoltre, i topi NVHL avevano mostrato in primo luogo risposte durante il processo sonda che aveva rappresentato né luogo né memoria procedurale (in contrasto con i ratti di controllo che avevano tutti visualizzati risposte procedurali), che hanno evidenziato una disorganizzazione spaziale. Infine, modelli di ratto transgenici del morbo di Huntington hanno mostrato deficit di memoria chiare durante le prove della sonda, a seguito di un paradigma di apprendimento procedurale ^28. Nel loro insieme, questi dati evidenzia un ruolo interessante per il labirinto a doppio H da utilizzare in studi che valutano deficit neurologici (e potenziali opzioni di trattamento) negli animali, in quanto permette una multa control sul tipo di apprendimento e strategia che è richiesto per il completamento del compito.

Vantaggi e svantaggi

Per riassumere la discussione precedente, la doppia H labirinto è un compito semplice e rapida acquisita, che può portare a tracce di memoria stabili. Inoltre, può consentire lo sperimentatore per dirigere il tipo di apprendimento che è coinvolto, cioè allocentrica o di apprendimento egocentric. Le interazioni dinamiche tra tali due sistemi di memoria possono essere osservati in una prova della sonda, e valutati sotto una varietà di condizioni (ad esempio, lesioni, farmaci, DBS), come precedentemente descritto. Dato che la doppia H labirinto è un labirinto acquatico, uno dei suoi inconvenienti primari comporta stress acuto per gli animali quando posto dentro l'acqua, come con qualsiasi labirinto acqua (ad esempio, ^30). Inoltre, molte delle variabili dipendenti nel compito (per esempio, la latenza di piattaforma di destinazione) richiedono l'esecuzione normale del motore nei ratti. Questo è importante perchératti con difficoltà motorie (per esempio, modelli di malattia di Parkinson), sono noti a nuotare in modo diverso agli animali di controllo, quindi più latenze nel compito possono essere interpretate in modo errato come deficit di memoria. In tal caso, la distanza può essere utilizzato come ultima risorsa. Dato che l'acqua deve essere resa opaca con latte scremato in polvere, il labirinto deve essere svuotato e riempito ogni giorno per evitare che l'acqua diventi rancido, che di per sé è un compito che richiede tempo, a seconda della configurazione di laboratorio. Latte in polvere, tuttavia, potrebbe essere sostituito da un colorante sintetico. Infine, a differenza di altri compiti labirinto, l'utilizzo di acqua impedisce l'utilizzo di simultaneo EEG registrazione (utilizzando un tether cavo o sistema di registrazione wireless), a meno che non sia utilizzato a) un sistema impiantabile (che raramente hanno la portata di trasmissione per coprire il doppio H labirinto), oppure b) lo sforzo è intrapresi per impermeabilizzare il sistema.

Miglioramenti futuri a questo metodo

Fin dalla sua conception, il doppio-H labirinto è stato coinvolto in diversi studi, che hanno reso ogni adattamenti sottili per il protocollo standard, come descritto nei risultati rappresentativi. Numerose altre variabili possono essere registrati che sono rilevanti per gli studi futuri che avranno luogo, come ad esempio il secondo ratti scelta rendono a seguito di una risposta procedurale durante una sessione di sonda. Ad esempio i ratti possono passare a piazzare la memoria subito dopo aver scoperto che la piattaforma di fuga manca (feedback negativo). Altre misure comportamentali possono includere un'analisi della velocità di nuoto, così come le caratteristiche di percorsi nuotata prese dal ratto. Come osservato durante studi interni, ratti che nuotano lungo un lato particolare di un braccio a doppio H hanno la tendenza a girare in quella direzione particolare una volta raggiunta la seguente giunzione. Tali comportamenti possono essere registrate mediante disponibile in commercio software di video-monitoraggio. Infine, per quanto riguarda il protocollo allocentrico-apprendimento corrente, non si può escludere chetale procedura può comportare ratti allo sviluppo di due routine. Inoltre, il punto di partenza nel processo della sonda potrebbe essere uguale a uno dei punti di partenza di formazione. Così un protocollo più appropriato per formare una strategia allocentrica potrebbe consistere di utilizzare 4 braccia partendo / giorno da dove il ratto è rilasciato in una sequenza imprevedibile (ad esempio, N, NW, SE, S, S, N, NW, SE; etc. ). Uno dei restanti bracci sarebbe la posizione della piattaforma di fuga durante l'allenamento (ad esempio, NE), l'altro è chiuso durante la formazione, ma utilizzato come il braccio di partenza per il processo sonda (ad esempio, SW). Mentre non ci sono risultati pubblicati con questo protocollo, esperimenti in corso hanno dimostrato che questo protocollo funziona perfettamente con molto meno dubbi sulla natura spaziale dell'apprendimento.

Conclusione

Il doppio-H è un test labirinto efficiente ed affidabile, che può essere utilizzata per valutare luogo e apprendimento procedurale nei ratti. La suarelativamente brevi tempi di acquisizione rendono ideale per rapide valutazioni preclinici di farmaci candidati, e la mancanza di degrado delle prestazioni nel quasi 3 settimane post-acquisizione evidenzia un ruolo nella identificazione delle dinamiche spazio-temporali di memoria remoti a livello di sistema. Inoltre, consente di studi basati su l'interazione dinamica tra i sistemi di memoria procedurale e dichiarativa.

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