Abstract
Ruimtelijke cognitie onderzoek bij knaagdieren kenmerkend gebruik het gebruik doolhof taak, wiens kenmerken verschillen van doolhof naar de volgende. Deze taken verschillen per hun gedragsproblemen flexibiliteit en vereist geheugen duur, het aantal doelpunten en paden, en ook de algehele complexiteit van de taak. Een verwarrende functie in veel van deze taken is het gebrek aan controle over de strategie in dienst van de knaagdieren naar het doel, bijvoorbeeld, allocentric (declaratieve-achtig) of egocentrisch (procedurele) gebaseerde strategieën te bereiken. De dubbel-H doolhof is een nieuwe water-escape geheugen taak die deze kwestie behandelt, doordat de onderzoeker aan direct het type strategie geleerd tijdens de training periode. De dubbel-H doolhof is een transparante inrichting, bestaande uit een centrale steeg met drie armen uitsteekt aan beide zijden samen met een ontsnappingsplatform onder water aan het uiteinde van een van deze armen.
Ratten kunnen getraind worden met behulp van een allocentric strategie door afwisselend de stkunst positie in het doolhof in een onvoorspelbare manier (zie protocol 1, §4.7), hen waardoor het nodig om de locatie van het platform op basis van de beschikbare allothetic signalen te leren. Als alternatief, een egocentrische leerstrategie (protocol 2; §4.8) kan worden gebruikt door het vrijgeven van de ratten uit dezelfde positie tijdens elke proef, totdat ze leren de procedurele patroon die nodig is om het doel te bereiken. Deze taak is bewezen te staan voor de vorming van een stabiele geheugen sporen.
Het geheugen kan worden onderzocht na de stage in een misleidende sonde proef, waarin de uitgangspositie voor de ratten plaatsvervangers. Na een egocentrische leren paradigma, ratten meestal hun toevlucht tot een allocentric-based strategie, maar alleen als hun eerste zicht op de extra-doolhof signalen verschilt sterk van hun oorspronkelijke positie. Deze taak is bij uitstek geschikt om de effecten van drugs / verstoringen op allocentric / egocentrisch geheugenprestaties alsook de interactie tussen th staandese twee geheugen systemen.
Introduction
Bij dieren, wordt het leren hoofdzakelijk gemedieerd door de hippocampal- en striatum gebaseerde geheugen systemen 1,2, die een centrale rol ten aanzien van plaats- en procedurele-geheugen te spelen, respectievelijk. De relatie tussen deze twee systemen is complex, en ze zijn bekend om te interageren met elkaar in coöperatieve of competitieve omgangsvormen 1,3. Bovendien hebben studies aangetoond dat de invloed van een van deze geheugensystemen op diergedrag kan verhogen na de afwezigheid of beschadiging van het andere systeem 4-7. Beide systemen zijn verbonden met de prefrontale cortex via de thalamus.
Tal van neurologische aandoeningen en neurodegeneratieve ziekten kunnen ruimtelijke cognitie beïnvloeden bij de mens, die een beroep doen op de wisselwerking tussen procedurele en declaratief geheugen systemen. Voorbeelden zijn de ziekte van Parkinson (PD), de ziekte van Huntington (HD) 10/08, ziekte van Alzheimer (AD) 11-14, enamyotrofe laterale sclerose (ALS) 15. Diermodellen, die relevant zijn voor deze aandoeningen kunnen worden geïnduceerd door middel van verschillende medicamenteuze behandelingen waarbij bepaalde receptoren 16 blokkeren, en via gerichte laesies. Wanneer de dieren worden gebruikt met ruimtelijk geheugen taken kan een waardevol inzicht te krijgen in de onderliggende mechanismen gerelateerd aan deze aandoeningen, evenals diverse behandelingen.
Er zijn veel verschillende soorten ruimtelijk geheugen taken knaagdieren, die collectief zijn in specifieke aspecten van leren en geheugen, evenals de effecten van mogelijke behandelingen voor verschillende aandoeningen 17,18 beoordelen. Deze taken kunnen worden onderscheiden door het aantal doelen en paden, de mate van buigzaamheid gedrags oplossing van de taak, de opslagduur of vertraging, evenals de keuze van de strategie toegepast bij het oplossen van de taak. Een goede prestatie kan worden verkregen op basis van externe stimuli of monumenten die worden gebruikt voor het oriënterenhet dier naar het doel (een allocentric of plaats strategie). Alternatief kan een knaagdier een strategie die is gebaseerd op fysieke richting en signalen met betrekking tot de richting bewegen (een egocentrische of procedurele strategie), bijv ontwikkelen als een rat weet dat het doel is een linksaf gevolgd door een bocht naar rechts , dan is er weinig behoefte aan een allocentric of plaats strategie. Maze voeren taken verschillen, afhankelijk van de mate van flexibiliteit die het knaagdier lossen. Bijvoorbeeld, in de Morris Water Maze, een droge versie van de laatste (bijvoorbeeld 19) of Barnes maze (bijvoorbeeld 20), er potentieel oneindige routes de rat kan nemen om het doel te bereiken. In de Morris Water Maze, bijvoorbeeld de locatie van het doel kunnen worden geleerd berusten op externe of monumenten cues (allocentric strategie), of door eenvoudigweg zwemmen in cirkels naar het midden totdat het platform gevonden (egocentrisch strategie) 21. Bepaalde taken hebben meerdere doelenen een hoge mate van flexibiliteit, zoals de conus-taakveld 22 of Olton de radiale doolhof 23. Aan het andere eind van de schaal zijn taken die beperkte flexibiliteit in het bereiken van het doel, bijvoorbeeld het stenen labyrint of de afwisselende versie van de T-labyrint. Deze taken geven slechts één juiste manier van het bereiken van het doel en de opkomst van cognitieve routines die voornamelijk worden beheerst door het striatum gebaseerde procedureel geheugen te vergemakkelijken.
De dubbel-H doolhof is een nieuw ruimtelijk geheugen testen apparaat, die werd ontworpen om de experimentator aan direct het type strategie die wordt geleerd door knaagdieren in het oplossen van de taak 24. Bestaande uit drie parallel run armen doorsneden door een loodrechte centrale steegje, de dubbel-H doolhof is een water-escape taak waarin knaagdieren leren om een ontsnapping platform dat is ondergedompeld in een van de doolhof locaties te bereiken. Tijdens de training, kan een procedurele strategie worden ontwikkeld door het handhaven van thij dezelfde start en het doel locaties in. Als alternatief kan een allocentric strategie ontwikkeld worden door afwisselend de startlocatie in een willekeurige volgorde, waardoor het nodig de rat naar de locatie van de verborgen platform op basis van milieu-signalen te leren als het te maken heeft in een water doolhof. Dit overwint een obstakel in verschillende doolhof taak, waarbij de experimentator anderszins weinig controle over het type strategie die knaagdieren gebruiken. Dit is belangrijk bij het overwegen van dat de effecten van bepaalde-cognitie verbeteren drug kandidaten rekenen op de hippocampus-based place-geheugen-systeem, waardoor de opkomst van cognitieve routines of procedures kunnen de interpretatie van de gedragsobservaties beschamen bij dieren, bijvoorbeeld omschakeling van allocentric procedurele geheugen in de loop van de opleiding. Evenzo kan het gewenst zijn de effecten van geneesmiddelen en behandelingen procedureel geheugen inschatten, zonder de invloed van allocentric plaatsgebonden geheugen. Tenslotte, deze inrichtingkan worden gebruikt om de coöperatie of competitieve interacties tussen deze geheugen systemen, en de voorwaarden waaronder knaagdieren kunnen overstappen van het ene systeem naar het andere te bestuderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Algemene overwegingen
Dit protocol wordt goedgekeurd door de Animal Care en gebruik Comite van het Universitair Ziekenhuis Freiburg (hetzelfde voor Straatsburg). Gezichtsscherpte is noodzakelijk voor de prestaties in het testen van de ruimtelijke leren. Knaagdieren met verminderde visuele systemen zijn dus niet geschikt. Ook moet voldoende verlichting zijn opdat de ratten voor de verschillende signalen op de omringende wanden zien. Het is nuttig om eenvoudige vorm (vierkant, cirkel, driehoek) maar goed contrast signalen te gebruiken (bijvoorbeeld zwart-geschilderd signalen op een wit geschilderde achtergrond). Evenzo ernstige motorische tekorten uitsluitingscriteria omdat zwemmen is vereist voor deze test en verdrinken optreden. Tenslotte kan hyper-angstig knaagdieren sterk bevooroordeeld zoekgedrag, die invloed op de prestaties te geven.
2. Apparaat instellen
- Construct a double-H doolhof bestaat uit een 160 cm centrale gang, die wordt doorsneden aan beide uiteinden en in het middendrie 160 cm parallel armen (zie Figuur 1). Zorg ervoor dat de centrale steegje en de loodrechte armen zijn 20 cm breed en worden omringd door 35 cm hoog transparant plexiglas muren. De dikte van het plexiglas is 6 mm voor alle onderdelen.
- Bevestig de muren in plaats met behulp van lijm en schroeven, en waterdicht het doolhof met behulp van siliconen gewrichten op alle interne hoeken. Deze verbindingen kunnen gemakkelijk worden vervangen, moeten zij hun waterdichtheid verloren. Plaats een afvoer aan het uiteinde van een van de armen hoek (of in het midden van het labyrint) te legen.
- Plaats het doolhof op een 80 cm hoge tafel, met voldoende ruimte er omheen voor een) lopen rond het doolhof, en b) de plaatsing van een goed contrast cues. Wijzen elke arm in het doolhof van zijn positie, dat wil zeggen, ten noordwesten (NW), het noorden (N), ten noordoosten (NE), zuidwesten (SW), zuid (S), en zuidoosten (SE).
- Plaats een plafond gemonteerde camera boven het doolhof voor post-test analyse van het gedrag van dieren, met behulp van handmatige of automatic (video tracking) methoden (zie § 5).
3. Algemene opmerkingen
- Voorafgaand aan gebruik vullen het doolhof met water tot een hoogte van ongeveer 18 cm (200 L). Dit is hoog genoeg om te voorkomen dat ratten niet tegen de bodem van het doolhof met hun voeten, maar ondiep genoeg om ontsnapping te voorkomen.
- Na de pre-training, maken het water ondoorzichtig door het mengen van 250 g magere melkpoeder. Ververs het water op een dagelijkse basis om de melk-water voorkomen ranzig. Houd de temperatuur van het water tussen de 21-23 ° C tot stimulans voor de ratten om de ontsnapping platform zoeken.
LET OP: Als ratten vertrouwd te raken met de positie van het platform tijdens de pre-training, is haar positie naar een andere arm bewoog tijdens de training. - Voor gebruik dompelen een 17 cm hoog, 10 cm diameter platform aan het uiteinde van een van de hoek armen (NE, NW, SE en SW). Zorg ervoor dat de hoogte ondergedompeld is 1 cm onder het oppervlak van het wateroppervlak. Train de ratten te bereikenhet doelplatform met behulp van een allocentric of egocentrisch leerstrategie, die afhankelijk is van het soort paradigma gebruikt (zie §4).
4. Basic Training Protocollen
OPMERKING: Ratten zijn meestal voorzien van een eerste dag van de pre-opleiding, die hen in staat stelt om vertrouwd te raken met het doolhof geworden.
- Voor pre-training laat de rat vanaf het uiteinde van een van het centrum armen (bijvoorbeeld S arm) en zet het doel platform aan het uiteinde van een van de hoek armen (bijvoorbeeld NE), dan geeft de ratten 4 opeenvolgende 60 sec studies waarin om het doel platform.
- Bij het bereiken ontsnappingsplatform, zodat de rat om daar te wachten op 15 sec, zodat zij kunnen rusten en de omgeving te observeren. Ongeacht de startpositie, altijd blokkeren de andere arm met een transparante guillotinedeur, die verhindert dat.
LET OP: Tijdens de pre-training, laat het water transparant, en stel het platform hijechts zodanig dat het uitsteekt 1 cm boven het wateroppervlak, waardoor het zichtbaar voor de rat. - Voer dagelijks training bestaat uit maximaal 4 opeenvolgende proeven gescheiden door een 10 seconden spleet minimaal (discrete training, dat wil zeggen, met tussenpozen van enkele minuten tussen de proeven, is een alternatief).
- Voor training, verplaatsen van het platform van de vooraf trainingspositie de gekozen arm (bijvoorbeeld NW), en onderdompelen aan zijn uiteinde 1 cm onder het wateroppervlak. Nu maken het water ondoorzichtig door toevoeging van melk macht en voert u de volgende training (hoofdstuk 4).
- Voor ratten die niet het doel platform binnen 60 sec niet bereiken, ze terug naar de startpositie, en zachtjes begeleiden ze naar het platform door de experimentator.
- Meet meerdere variabelen tijdens de training en probe te registreren, zoals, afstand zwommen latency doel arm / platform, tijd doorgebracht in elke arm, alsmede het aantal initiële / herhalend fouten (zie figuur2). Houd in gedachten dat wachttijden kunnen worden beïnvloed door motorische problemen. In voorkomend geval, de afstand en fouten verschijnen als betrouwbaarder variabelen over cognitieve prestaties.
- Allocentric Strategie Training:
- Dag 1 - Pre-Training:
- Laat melkpoeder niet toevoegen voor deze stap. Plaats ontsnapping platform uitsteekt 1 cm boven het wateroppervlak op een vaste locatie. Trein ratten in 4 opeenvolgende proeven om het platform te bereiken.
- Dagen 2-5 - Training:
- Voeg 250 g magere melkpoeder aan het water om het ondoorzichtig maken. Verplaats het platform naar een andere arm (bijvoorbeeld van NE naar NW) en voeg water toe zodat het platform is 1 cm onder het wateroppervlak. Vrijgeven ratten ofwel het N of S arm onvoorspelbare sequenties voor elke sessie, zodat beide armen dubbel worden gebruikt als proefgebieden start in een enkele zitting (4 trials / dag, bijvoorbeeld SNNS, NSNS; zie figuur 3).
- Dag 6 - Probe Sessie:
- Verwijder platform voor de sonde proef. Laat ratten een andere arm die tijdens training (bv SW) en laat ze zwemmen 60 sec. Zie figuur 4 voor representatieve zwemmen tracks. Analyse van de tijd doorgebracht op het doel arm (voormalige locatie van het platform) geeft een indicatie over of ratten gebruikt een ruimtelijke strategie, een dergelijke strategie, een sequentiële combinatie van verschillende strategieën (zie hieronder), of een ongeorganiseerde zoekpatroon.
- Dag 1 - Pre-Training:
- Egocentrische Strategie Training:
- Dag 1 - Pre-Training:
- Dit is hetzelfde als de eerste stap in de allocentric strategietraining (stap 4.1). Laat melkpoeder niet toevoegen voor deze stap. Plaats ontsnapping platform uitsteekt 1 cm boven het wateroppervlak op een vaste locatie. Trein ratten in 4 opeenvolgende proeven om het platform te bereiken.
- Dagen 2-5 - Training:
- Voeg 250 gmagere melkpoeder aan het water om het ondoorzichtig maken. Beweeg het platform naar een andere arm en voeg water zodat het platform 1 cm onder het wateroppervlak. Vrijgeven ratten van dezelfde start arm (S of N; zie figuur 5) voor elke proef (proeven 4 / dag).
- Dag 6 - Probe Sessie:
- Verwijder platform voor de sonde proef. Ratten worden vrijgemaakt uit een arm anders waar tijdens de training vrijgegeven. Laat de ratten zwemmen 60 sec. Blokkeer de andere arm met een transparante guillotinedeur.
OPMERKING: Wijzig de bovenstaande training strategieën volgens de eisen van het betreffende experiment, bijvoorbeeld, testen Drug Effects etc.
- Verwijder platform voor de sonde proef. Ratten worden vrijgemaakt uit een arm anders waar tijdens de training vrijgegeven. Laat de ratten zwemmen 60 sec. Blokkeer de andere arm met een transparante guillotinedeur.
- Dag 1 - Pre-Training:
- Droog de rat met absorberende handdoeken na elke sessie in het water.
5. Analyse
- Voer metingen van latencies, de initiële en herhaalde fouten, de eerste keuzes en het type reactie toestlly door het opnemen van deze variabelen van de video uit de overhead camera.
- Anderzijds indien beschikbaar, gebruik commercieel verkrijgbare video tracking software en geconfigureerd voor deze variabelen automatisch opnemen.
- Statistische Analyse:
NB: De specifieke implementatie van de statistische analyse is afhankelijk van de studie, die plaatsvindt.- Voer een één, twee of drie-weg ANOVA's met betrekking tot de initiële / repetitieve fouten, latency tot doel arm / platform, en de tijd doorgebracht in het doel arm; met factoren die de testdag en behandelingsgroep (s) bevatten.
- Waar nodig, volgt u deze ANOVA met post-hoc Newman-Keuls meerdere vergelijkingen testen. Om prestaties te vergelijken, gebruikt een referentiewaarde (bijvoorbeeld de tijd doorgebracht op het doel arm tijdens een probe proef versus kansniveau) regelen en t-test.
- Indien nodig, gebruik maken van niet parametrische statistiek in aanvulling (bijv χ², zie hieronder) of in plaats wanneer de omstandigheden voor PARAMETric degenen die niet zijn vervuld.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Egocentric Learning Strategy
Een studie werd uitgevoerd om te bepalen of de gekozen geheugen strategie bij ratten veranderingen gebaseerd op veranderingen van hun perspectief van externe omgevingsfactoren, na een egocentrisch-learning paradigma 25. Ratten werden getraind in 4 dagen (4 trials / dag) om een doel arm zich op NE bereiken en werden vervolgens getest op de vijfde dag met een misleidende probe proces, waarbij de start arm was ofwel verplaatst 60 cm naar links (dat wil zeggen , NE starten om de dieren vrijgelaten uit de N arm tijdens training; SW starten om de dieren getraind de S arm) of 180 ° gedraaid. Tijdens de probe proef werden de ratten blijkt de voorkeur te procedureel geheugen responsen ontwikkelen wanneer het platform verschoven 60 cm links van zijn normale positie (op 92,3% via 26 ratten; zie Figuur 6). Dit was duidelijk voor de ratten die werden opgeleid in zowel de N en S armen (en vervolgens vrijgelaten uit de NE en SW arms tijdens de sonde-proces, respectievelijk). Daarentegen, slechts 8 van 25 ratten (32%) die zijn uitgebracht vanaf de andere arm van wat zij zijn opgeleid in (dat wil zeggen, een verandering van N naar S, en vice-versa) had een procedureel reactie weergegeven met een hogere aanwezigheid van plaats reacties. Een χ 2 toonde aan dat het verschil in deze verdeling was zeer significant (χ 2 = 19,80, p <0.001). In de rotatiegroep, 5 van de 13 ratten die werden vrijgemaakt uit de N arm tijdens training, voor een gedrag dat niet goed zijn voor ofwel een plaats of procedurele response (aangeduid als "OTHER" in figuur 6) getoond waarin was significant (χ 2 = 5,77, p <0,05). Om samen te vatten, ratten die waren uitgebracht in de sonde proef met een soortgelijke milieu-perspectief die waargenomen tijdens de training (60 cm zijdelings verschuiven) had voornamelijk gebruikt een egocentrische strategie, terwijl ratten met grote change's in hun milieu-oogpunt (via 180 ° rotatie) had een hogere incidentie van plaats of "ANDERE" reacties weergegeven.
Deep-Brain Stimulation in de dorsale-Striatum - Gevolgen voor Procedurele Learning
De procedurele-learning paradigma is gebruikt bij ratten, die diepe hersenstimulatie (DBS) in het dorsale striatum 26 onderging, in een poging om te begrijpen hoe het invloed op de dieren 'overname, en de keuze van de strategie in een misleidende probe trial. De ratten werden verdeeld in drie groepen (stimulatie, sham-stimulatie en controle) en werden getraind gedurende drie opeenvolgende dagen (4 trials / dag) zwemmen vanaf de startpositie van de arm, een ontsnappingsplatform verborgen in de NE arm. Onmiddellijk na elke trainingssessie ratten werden toegediend DBS meer dan 4 uur in afwisselende periodes 20 min. De ratten werden vervolgens gegeven op 20 sec sonde proef 24 uur na de laatste trainingsdag waar het platform was removed, en de start locatie werd verschoven van 60 cm naar links (SW arm). Hoewel dit onderzoek geen significante verschillen tussen de stimulatie (STIM) en sham-stimulatie (SHAM) groepen tijdens de overname prestaties had gemeld, hadden ze een veranderde gedrag tijdens de sonde proef getoond. Prestaties van elk van de groepen ratten gedurende de probe proces wordt getoond in figuur 7 Hoewel elk van de drie groepen ratten een meer dan gemiddelde tijd doorgebracht op het doel arm heeft aangetoond. (P <0,01; 2,9 sec kansniveau), Er waren geen significante verschillen tussen de groepen (F (2,42) = 1,4), als geanalyseerd met een one-way ANOVA (Group). Chance-niveau werd in dit geval bepaald door de oppervlakte doel arm gebied verdelen over het totale doolhof gebied, en vermenigvuldigen met de sonde-proces tijd (20 sec). Verder werden geen significante verschillen waargenomen tussen de groepen met betrekking tot de latency aan de voormalige platform locatie te bereiken (F (2,24) = 0,5). In het algemeen elk van de groepen vanratten nodig tussen 8 en 11 sec op de arm, waar het platform was gelokaliseerd in de trainingsperiode bereikt, met tussen de 6 en 8 sec doorgebracht op het doel arm (~ 35% van de probe-proef duration). Dit was significant beter dan de kansniveau (2,9 sec; p <0,01). Eerste arm kiezen verschilde tussen STIM en CONT ratten ook met 42% van de ratten STIM keuze van N arm (hetgeen een procedureel geheugen respons), 42% kiezen NW (andere respons) als de eerste keuze, en de resterende 14 % keuze van de NE-arm (plaats respons). Daarentegen, 65% van de CONT ratten zwommen direct naar N arm, slechts 7% bij de keuze van een NW. De verschillen tussen deze groepen waren significant, zoals bepaald met een χ 2 statistiek (χ 2 = 4,09, p <0,05). Tezamen de opmerkingen tijdens de sonde proef duiden op een wijziging van de processen onderliggende procedureel geheugen in de ratten die deep-brain stimulation ontvangen.
Procedural Memory Testing in Rat Modellen voor Neurologische Aandoeningen
Schizofrenie
Procedurele leren en geheugen bij ratten werd onderzocht met behulp van dierlijke modellen van relevantie voor schizofrenie, met behulp van een egocentrische-leerstrategie in de dubbele-H doolhof. Lecourtier en collega's 27 bestudeerden hoe een neonatale ventrale-hippocampus laesie (NVHL) beïnvloedt procedureel geheugen in ratten bij postnatale dagen 84 - 87. Na een dag van pre-training, ratten werden opgeleid meer dan 3 opeenvolgende dagen (4 proeven / dag) in waarin zij zijn afgegeven uit de S arm (met N arm geblokkeerd door een doorzichtige guillotinedeur) en het platform bevond zich aan het uiteinde van de arm NE. De volgende opeenvolgende dag na de trainingsperiode een misleidende probe proces vond plaats waar het platform werd verwijderd en de ratten werden vrijgegeven vormen de SW arm (de arm geblokkeerd), en mochten zwemmen 60 sec.
De resultaten verkregen tijdens de 3-daagse training tonen de gemiddelde latentie om het platform (figuur 8A, bovenkant) te bereiken, en het gemiddelde aantal fouten (figuur 8A, onder). Over de 3-daagse training periode was er een significant effect van Training Day op platform latency (F (2,38) = 46.67, p = 0,0000) en het aantal fouten gemaakt (F (2,38) = 7,06, p = 0,002), hetgeen tot uiting door een verminderde latentie platform en het aantal fouten (respectievelijk), in de loop van de training door beide groepen ratten. Bij vergelijking van de prestaties van beide groepen ratten waren er significante effecten van Lesion zowel het platform latency (F (1,19) = 25,81, p = 0,00006), en ook het aantal fouten (F (1,19 ) = 14,92, p = 0,001), waarbij de NVHL ratten kregen slechter presteren. Geen significante interacties tussen Opleidingsdag en Lesion waargenomen over de latentie om het doel platform (F (2,38) = 0,34, p = 0,72) en het aantal fouten (F (2,38) = 0,18, p = 0,18 ), wat kan worden verklaardDoor de aanwezigheid van een soortgelijke trend waarmee de prestatie gedurende de trainingsperiode beide groepen ratten. Typische swim tracks die bij het begin van de training en de probe-proef zijn weergegeven in Figuur 9. Het aandeel van de eerste keuzes die ratten tijdens de probe-onderzoek werd geanalyseerd met een χ 2 test, waarbij vergelijkingen gemaakt op basis van het aandeel van de keuzes die overeenkwam met een procedurele-learning-based strategie. Terwijl 8/8 ratten uit de sham-groep (100%) had een procedureel-learning gebaseerde keuze weergegeven tijdens de sonde sessie, had slechts 1/13 ratten uit de NVHL groep (7,7%) dit gedrag weergegeven, waarbij de resterende opties zijn in een arm die niet wordt gereflecteerd door ofwel een plaats- of procedurele-strategie (figuur 8B, onderaan). Deze verschillen waren statistisch significant (1 χ 2 = 17,23, p = 0,0000). Over het algemeen zijn deze bevindingen benadrukken een tekort in de abibaarheid van NVHL ratten a) verwerven van de opdracht, en b) het verwerven van een procedureel geheugen- respons, vergeleken met de placebo groep. Deze laatste bevinding geeft een ruimtelijke desoriëntatie in de NVHL ratten.
Ziekte van Huntington
Procedurele leren en geheugen zijn ook gesondeerd in een transgeen ratmodel van de ziekte van Huntington (tgHD), onder toepassing van een soortgelijke paradigma zoals dat hiervoor beschreven 28. 40 tgHD ratten (25 mannen; 5 homozygoot, 15 heterozygoot, 5 wild-type, en 15 vrouwen; 4 homozygote, 5 heterozygote, 5 wild-type) werden getest in de dubbele H doolhof met behulp van een egocentrisch-learning strategie op 13 maanden . Dieren werden opgeleid in 4 dagen 4 beproevingen per dag (dagen 1-4 Figuur 10A), gevolgd door een enkele probe trial (Probe 1, dag 5 Figuur 10B). Op dag 6, dieren ondergingen een extra 4 proeven van training, die vervolgens werd gevolgd door een tweede probe proef op dag 7 (Probe 2 Figuur 10C </ Strong>). Gedurende de training periode alle drie groepen ratten een geleidelijke verbetering in de prestaties overname had getoond, al waren er geen statistisch significante verschillen tussen deze groepen (figuur 10D; Genotype, F (2,43) = 2,9, p = 0,07). Desondanks is er een duidelijke neiging van de homozygote ratten niet zo goed presteren als de heterozygote en wildtype ratten tijdens de eerste proef van elke training of probe-sessie, die misschien wijzen op een reproduceren van informatie deficit (Figuur 10D , Genotype × Trials, F (38646) = 2,6, p <0.001).
Tijdens zowel de eerste en tweede probe-onderzoek waren er geen significante verschillen tussen de groepen ratten over de latentie om het platform te bereiken locatie (figuur 10E en F, genotype, F (2,34) = 1,6 en 0,1, beide ns), of de tijd doorgebracht op het doel arm (Figuur 10G en H, Genotype, F (2,34) = 2.7 en 1.3, beide ns). Wanneer echter de hoeveelheid aanvankelijke en herhaalde fouten tussen de groepen werden beoordeeld, homozygote ratten kregen een significant verhoogd aantal initiële fouten (figuur 10I zijn: Genotype, F (2,34) = 11,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test, homozygote tgHD> wild-type, heterozygote tgHD, p <0,05) en repetitieve fouten (Figuur 10J: Genotype, F (2,34) = 12,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test, homozygote tgHD> wild-type, heterozygote tgHD, p <0,05). Bij elkaar genomen, deze gegevens wijzen op een duidelijke herinnering tekort in de tgHD ratten.
Allocentric leren en geheugen optreden na een bilaterale muscimol inactivatie van het mPFC of dHip
De rol van de reuniens en ruitvormige (ReRh) thalamuskernen met betrekking tot de regulering van corticohippocampale interacties werd bestudeerd in een allocentric-learning paradigm met behulp van de dubbel-H doolhof en een bilateraal muscimol (MSCI) inactivatie van deze hersengebieden 29. Een experiment in deze studie beschreven, waarbij ratten werden getraind in 4 dagen (4 trials / dag), met het ontsnappingsplatform is gelegen aan het uiteinde van de arm NE. Ze werden vrijgelaten uit hetzij N of S arm in een gerandomiseerde volgorde (bijvoorbeeld, S, N, N, S; zie voor een toelichting §4.7). Twee probe trials kregen (1) 24 uur na de eerste 2 dagen van de opleiding en (2) 24 uur na 2 extra dagen van de opleiding. Aldus werden de dieren getraind op dagen 1, 2, 4 en 5; met sonde onderzoeken plaats op dagen 3 en 6. 30 min voorafgaand aan elke sonde proef werden ratten doordrenkt met 0,26 of 0,70 nmol in 1 pl muscimol (MSCI) in de mediale prefrontale cortex (mPFC) of dorsale hippocampus (dHip). De overblijvende dieren werden geïnfuseerd met een equivalent volume fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) als controle.
Tijdens de trainingen (Dagen 1-2 en 4-5), eenll groepen ratten had een vergelijkbare prestaties met betrekking tot de totale afstand gezwommen in het doolhof (figuur 11A-B) getoond. Terwijl de afstand gezwommen had aangetoond verkorten loop dagen (F (3,159) = 59,3, p <0,0001), was er geen significant effect van hersengebied (F (1,153) = 0,2, ns), inactivering (F (3,53) = 0,3, ns), en er geen significante interactie tussen structuur en inactivatie (F (2,53) = 0,8, ns). Samengevat, toont dit een vergelijkbaar patroon leren tussen alle groepen ratten in de 4 trainingssessies, zonder significante verschillen.
Vertegenwoordiger zwemmen paden voor de sonde en trainingen zijn weergegeven in figuur 11E. Wat betreft de tijd doorgebracht in de plaats-arm door elk van de groepen ratten (Figuur 11C-D), werd de prestatie aangetoond dat aanzienlijk boven kansniveau voor mPFC en dHip groepen voorbehandeld met PBS op de tweede probe studie ( p <0,05), en hoger kansniveau de mPFC-PBS groep tijdens de eerste probe proef (p <0,05). Toen MSCI werd ingevoerd om de mPFC, had de tijd die ratten in de plaats-arm niet verschillen van de kans op beide proef sonde, voor zowel de 0,26 en 0,70 nmol concentratie. Daarentegen had de dHip-MSCI significant minder tijd in de eerste probe-proces doorgebracht in de procedurele-respons arm (dan kans) voor beide concentraties, maar hun prestaties verschilden niet van kans in de tweede probe trial (beide concentraties, weer). In de tweede probe proef, een 2 x 2 x 2 ANOVA van de tijd in plaats arm (NE) significante structuur (F (1,53) = 11,2, p <0,01), inactivering (F (2,53 = 17.4, p <0.001), en probe trial (F (1,53) = 9,0, p <0,01) effecten. Dit toont aan dat het vermogen van de controleratten naar het platform arm voorbeeld duidelijke verbetering na 4 dagen van de training ( in plaats van 2 dagen). - een effect dat werd verstoord in zowel de mPFC en dHip inactivering groepen Generally spreken, deze verstoringen waren meer uitgesproken in de dHip groepen, met name gezien het feit dat de prestaties tekorten werden waargenomen voor zowel de 0,26 en de 0,70 nmol concentraties van MSCI. Daarentegen de mPFC-inactivatie tekorten waren meer uitgesproken bij de hogere concentratie van MSCI.
Figuur 1. Double-H maze schema. De Double-H Maze heeft een vierkante mm 1600 x 1600 met een inwendig oppervlak van ongeveer 1.084 m 2 en bestaat uit wandpanelen, guillotine deuren, traversen en transparante deksels eind elke arm (A). Een 100 mm diameter, 140 mm hoog cylinder is geplaatst aan het einde van een van de armen doel te dienen als een ontsnappingsplatform (B). De dikte van de wandpanelen gehele doolhof is 6 mm. Een foto van de Double-H Maze wordt getoond (D;overgenomen uit 24), met het doolhof randen gemarkeerde duidelijkheid. Voor meer informatie over het doolhof bouw, blauwdrukken van het doolhof zijn op aanvraag beschikbaar. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Lay-out van de zones voor fouten analyse vogelvlucht van de dubbele-H labyrint, waarin de fout zones (EZ1 - EZ4) voor 2 verschillende uitgangsposities (Zuid - A; Noord - B).. De fout zones zijn gemarkeerd in grijs, en de gesloten arm (via guillotine deur) is gemarkeerd in het zwart. Error zones worden bepaald op basis van eventuele afwijkingen van de rat zou kunnen maken van de kortste weg tussen de start en het doel armen. Dus na te zijn vrijgegeven uit deS arm (A), zou een aanvankelijke rechts resulteren in de rat invoeren fout zone 1 (EZ1), waarbij een eerste fout gaat. Repetitieve fouten worden geteld als dit gebeurt meer dan eens per zone. De gearceerde lijn in B belicht een voorbeeld zwemmen pad, dat de rat plaatst in alle 4 fout zones voorafgaand aan het bereiken van het doel in NW, dus vormen 4 initiële fouten (EZ1, EZ3, EZ2 en EZ4). Overgenomen van 24. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. Protocol gebruikt in allocentric strategie training Een allocentric training paradigma vindt plaats over. 3 - 4 dagen, en ratten worden gegeven tot 4 proeven per dag. Ratten worden vrijgesteld van de N (A) en S (
Figuur 4. Voorbeelden van zwemmen tracks van allocentric strategie training. Zwem spoor voorbeelden worden afgeschilderd als uitgebroed lijnen tijdens een sonde proef, die werd gegeven na een 1 dag vertraging na 4 dagen training (4 trials / dag). Ratten werden vrijgelaten uit de S arm en het platform werd verwijderd uit de NW (training) positie. In A, het spoor overeen met een vertraging aan de voormalige platformlocatie van 6,62 sec te bereiken en de tijd doorgebracht in deze arm was 25,16 sec (kans op 8.2 sec). In B, de baan komt overeen met een latency van 14.02 sec, met een tijd doorgebracht in de arm in 26.45 sec. Overgenomen van 24. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5. Protocol Gebruikt in Egocentric Strategietraining. Tijdens de training (A), ratten werden vrijgemaakt uit de N arm van een dubbele-H maze (witte pijl) met de S arm afgesloten door een transparante guillotinedeur. De ontsnapping platform bevond zich in de NW arm en ratten werden getraind om deze arm over 4 opeenvolgende dagen (te vinden op 4 trials/ Dag). Tijdens de proef probe, werd het ontsnappingsplatform verwijderd, en de ratten werden vrijgemaakt uit hetzij NO (B, witte pijl), of S arm (C, witte pijl) met de SE of N armen afgesloten resp. De sonde proces duurde 60 seconden en ratten zou maken, hetzij een egocentrische reactie met procedureel geheugen (zwemmen naar N, voor NE start; zwemmen naar SE, voor S start), een plaats reactie met plaats geheugen (zwemmen naar NW), of geen van beide. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6. prestaties tijdens de Probe Trial. Percentage van de reacties die door elk van de 4 groepen ratten worden getoond voor de sonde proef. Ongeacht ratten opgeleid van de N of S arm, een verschuiving van het begin arm met 60cm naar links (Trans) resulteerde overwegend procedurele reacties (RESP; 92,3%). Maar de twee groepen ratten die hun start arm had 180 ° gedraaid (Rot) toonde een hoger bedrag van plaats reacties (PLACE). Dit geeft aan dat subtiele veranderingen in de omgevingsaanzicht (in het Trans groepen) resulteerde in meer ratten overschakelen naar geheugen te plaatsen om het platform plaats vinden. Reacties die noch plaats waren noch procedureel reacties werden aangewezen als ANDERE. Overgenomen van 25. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7. Effect van HFS op het geheugen prestaties in de double-H doolhof. Rats onderging een 20 sec sonde zitting na 3 dagen van de opleiding in een egocentrische paradigma (4 proeven / dag). De gegevens worden getoond for de sonde sessie die vond plaats op de volgende opeenvolgende dag, met de stimulatie (STIM), sham-stimulatie (SHAM) en controle (cont) groepen ratten. Er waren geen significante verschillen waargenomen tussen de drie groepen ratten over de gemiddelde latentie om de training platformlocatie (A) bereiken, en ondertussen doorgebracht op het doel arm (B). In B * is een significant verschil in de tijd doorgebracht op het doel arm van kansniveau (zoals aangegeven door een gearceerde lijn; p <0,05). Wat betreft het gemiddelde aantal fouten van elke groep gedurende de eerste 20 seconden, werd een significant verschil waargenomen tussen de STIM en CONT groepen (p <0,05). Het percentage van het procesrecht, plaats en "ANDERE" antwoorden voor elke groep wordt weergegeven in (D), als witte, grijze en zwarte balken, respectievelijk. Het verschil tussen STIM en CONT ratten over de N- en NW respons was significant (χ 2 = 4,09, P <0,05), die misschien belicht een veranderd gebruik van procedures strategie in de STIM tijdens de probe sessie. Overgenomen van 26. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
. Figuur 8. NHVL-geïnduceerde tekorten van procedureel geheugen Tijdens elk van de 3 trainingsdagen, ratten met neonatale ventrale hippocampus laesies (NVHL) bracht een aanzienlijk grotere hoeveelheid tijd het bereiken van het doel platform dan schijn-geopereerde dieren (A, boven). Ook de NVHL groep maakte meer fouten voorafgaand aan het lokaliseren van de doelgroep platform (A; onderaan). Het doolhof indeling in de probe proef is getoond in B (boven), de start arm in SW, en elk van de toegankelijke armen gemarkeerd basis vande ratten gekozen strategie bij het vrijkomen in het doolhof: plaats respons (PLAATS, NE), procedureel geheugen (PROC; N) en noch (ANDERE; NW en SE). De S arm werd afgesloten met een guillotine deur. Tijdens de sonde proef weergegeven NVHL ratten een overwicht van ANDERE reacties die verantwoord noch plaats noch procedureel geheugen, in tegenstelling tot de sham groep, die hadden allemaal weergegeven procedurele reacties (B; onderaan). Over het algemeen de verminderde training prestaties en het ontbreken van een duidelijke strategie tijdens de sonde sessie in de NVHL ratten tonen leren tekorten en ruimtelijke desoriëntatie, respectievelijk. Overgenomen van 27. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 9. Typische zwemmen tracks tijdens de training en retentie. Typische swim sporen ook zowel de schijn-geopereerde (SHAM) en neonatale ventrale hippocampus laesie (NVHL) groepen, de eerste en vierde tests tijdens de eerste testdag (boven en midden), en tijdens de probe trial ( onder). Tijdens de training fase werd de N arm afgesloten met een transparante guillotine deur, en ratten werden vrijgelaten uit de S arm. Tijdens de sonde sessie de start arm die werd gebruikt tijdens de training (S) werd afgesloten met een transparante guillotine deur, en ratten werden vrijgelaten uit de SW arm. Een "x" geeft de locatie waar de ratten werden genomen uit het doolhof nadat de 60 sec proefperiode was verstreken. Een procedureel geheugen respons werd geteld bij de rat eerst in de N-arm was verhuisd. Overgenomen van 27. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 10. Vorming en retentiewerking in ratmodellen van de ziekte van Huntington. De training (A) en probe (BC) configuraties van een dubbele-H maze bij 13 maanden zijn vertegenwoordigd, inclusief de beginpunten (aangeduid door een witte pijl) en de afgesloten arm (grijs gemarkeerd). Tijdens de trainingsfase, ratten zwommen vanaf de N arm een platform, dat zich aan het uiteinde van de NW arm. Tijdens de sonde sessies werd het platform verwijderd, en ratten werden vrijgelaten vorm ofwel de NE arm (Probe 1, B) of de S-arm (Probe 2; C). In beide gevallen is een gearceerde lijn geeft een procedureel geheugen gebaseerde respons, terwijl een stevige lijn geeft een plaats-geheugen respons. Latentie om het platform te bereiken gedurende training (D) worden Probe 1 (E) en Probe 2 (F) sessies weergegeven voor de driegroepen ratten. De tijd dat ratten doorgebracht op het doel arm (voorgaande locatieplatform) tijdens de eerste (G) en tweede (H) probe sessies worden ook getoond met de gearceerde lijn die de kans-level (8,25 sec). De eerste (I) en repetitieve (J) fouten tijdens elk van de opleiding en sonde sessies worden getoond voor elke groep. Alle gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SEM. Overgenomen van 28. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
. Figuur 11. Training en prestaties retentie in ratten met dHip of mPFC Inactivatie Alle groepen ratten werden getraind op dagen 1-2 en 4-5 met behulp van een allocentric-learning paradigma (4 proeven / dag), met sonde sessies plaatsvindt op dagen 3 en 6. Tijdens de probe sessie ratten werden vrijgemaakt uit de SW arm, de arm NE afgesloten door een transparante guillotinedeur (E). Ratten kregen een bilateraal infuus van ofwel 0,26 of 0,70 nmol van MSCI of PBS, ofwel in de mediale prefrontale cortex (mPFC) of dorsale hippocampus (dHip) voorafgaand aan elke sonde sessie. De gemiddelde afstand gezwommen voor mPFC (A) en dHip (B) ratten voorafgaand aan het bereiken van het ontsnappingsplatform getoond voor elk van de trainingsdagen, zonder significant verschil tussen de groepen. Tijdens de proef probe, de tijd in de doelplaats-response arm (NE) tijdens de 60 seconden periode getoond (CD). Typische swim paden worden getoond voor elke groep ratten tijdens de probe zitting (E). Alle gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SEM, met # hetgeen een significant verschil met PBS (p <0,05), en * duidt op een significant verschil met kans (p <0,05; chance weergegeven als een gearceerd lijnniveau). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Reacties op Study Design and Analysis
Sinds opzet, heeft een dubbele-H doolhof is gebruikt in een aantal gedragsexperimenten bij ratten die gezamenlijk zijn ontworpen egocentrische en / of allocentric respons studie in ratten onder normale 24,25 en veranderde 26-29 hersentoestanden. Deze laatste studies omvatten striatale deep-hersenstimulatie (DBS) 26, diermodellen van neurologische aandoeningen 27,28, en bilaterale deactivaties verschillende corticohippocampale hersengebieden middels muscimol 29. Veel van de studies beschreven gebruikt ofwel een allocentric- of egocentrisch-leerstrategie, zoals samengevat in §4.7 en §4.8, respectievelijk; hoewel subtiele variaties op de kern paradigma (bijvoorbeeld een 180 ° rotatie in de start arm tijdens een misleidende sonde proef 25) worden in voorkomend geval aan de specifieke studie gemaakt. Het specifieke karakter van de training paradigma hangens op de studie, die plaatsvindt (bijvoorbeeld 24-29). Een eerste fout gerekend als de rat afwijkt van de correcte doel pad terug in ofwel de start arm of een nieuw segment labyrint voor het eerst. Een repetitieve fout wordt geteld wanneer dit gebeurt meer dan eens. Het juiste doel pad wordt gedefinieerd als de kortste afstand tussen de startpositie en platform / doel arm. Bijvoorbeeld als de uitgangspositie is in de arm, en het ontsnappingsplatform is in de NW arm, de resulterende fout 4 zones (EZ1 - EZ4) bevinden zich in de SW, NO en SE armen, en de oostengedeelte van de centrale steeg (figuur 2A). Het voorbeeld zwemmen spoor in figuur 2B vertegenwoordigt 4 aanvankelijke fouten, zoals de rat elk van de 4 fout zones keer had bezocht. Ratten worden slechts beschouwd als een arm / doolhof segment te zijn ingevoerd wanneer alle 4 poten zijn erin.
Statistische Analyse
Gezien de strakke correlatietie tussen de latency (tussen startpositie en platform) en de afstand gezwommen, de laatste variabele wordt vaak weggelaten. In ratten tonen duidelijk motorische problemen, de afstand of het aantal fouten lijkt betrouwbaarder variabele. Voor ratten, die zijn getraind op een egocentrische paradigma, hun eerste duik keuze in het dubbel-H doolhof tijdens de sonde proef vormt ofwel een egocentrische, allocentric of "ANDERE" reactie, afhankelijk van waar ze zwemmen naar eerste. Dit wordt geanalyseerd met een χ 2 statistiek. Met betrekking tot de tijd dat ratten doorgebracht op het doel arm tijdens de probe studies werd de kans niveau berekend op basis van het percentage oppervlak in deze arm ten opzichte van de rest van het doolhof (13.76%). Zo 13.76% x 60 sec = 8.25 sec.
Wijziging van opleiding Strategieën voor bv Testing Drug Effects etc.
Tal van aanpassingen aan de standaard allocentric en egocentrisch lerenprotocollen werden gebruikt in verschillende studies, die in een dubbele-H maze ratten getest. De frequentie en duur van trainingssessies worden gevormd volgens een bepaald protocol. Bijvoorbeeld, Pol-Bodetto en collega variëren het aantal testdagen (2, 4 of 6, alsmede het aantal pogingen per dag (3 of 4) 24. Bovendien, terwijl de meeste studies gebruikt een 60 sec probe studie (bijvoorbeeld 24,25,27-29), Schumacher en collega's gebruikt 20 sec 26. Dieren kunnen worden behandeld met geneesmiddelen ofwel voor training of 24 voordat de probe zitting 29. Ten slotte is de locatie van de uitgangspositie in de probe meizitting gevarieerd worden de dieren een vergelijkbare (bijv Schumacher et al. 26) of sterk veranderd (bijvoorbeeld 24,25) de eerste uitzicht op de extra-doolhof signalen te geven.
Algemene overwegingen
De dubbel-H doolhof taak heeft bewezenzelf een eenvoudige geheugen taak, die snel kan worden overgenomen door knaagdieren, en vereist geen voorafgaande versterking technieken zoals voedsel beperking. Het basisprincipe impliceert ratten zwemmen tot een verborgen ontsnappen platform, en vervolgens het leren zijn positie, net als de Morris Water Maze. Ratten kunnen worden opgeleid om een stabiele prestaties in zo weinig als 2 dagen (6 proeven / dag), het geven van deze taak een aanzienlijk voordeel met betrekking tot de tijd-bewuste studies zoals pre-klinische toepassingen en drug discovery. De training protocol kan worden aangepast aan een allocentric of egocentrisch leren paradigma passen, en probe trials in heel plaatsgevonden kan een inzicht geven in de dynamische balans tussen de twee geheugen systemen die deze gedragingen, waaronder het vermogen van ratten om over te schakelen van het ene systeem om te regeren de andere. Tenslotte kunnen vele aanpassingen van het standaard protocol (bijvoorbeeld een zijdelingse verplaatsing van de start arm, vs. a rotatie) worden uitgevoerd th versterkene gebruik van een bepaalde strategie op een misleidende sonde proef 25.
Verwerving en Trace Duur
In talrijke studies met een dubbele-H labyrint, zowel allocentric 24,29 egocentrische 24-28 Training modellen hebben geleid tot stabiele geheugen sporen, zelfs in de aanwezigheid van amnestische medicijnen, letsels en hoogfrequente stimulatie (zie hieronder). Met name in een allocentric protocol (zie §4.7) ratten niet in staat een routine te ontwikkelen voor het oplossen van de opgave, omdat de startpositie gerandomiseerd over de trials (vooral N of S, meer kan worden gebruikt om de ruimtevraag van de taak verhogen ). Gedurende de gehele opdracht is gemeten door telling van het eerste en repetitieve fouten (afwijkingen weg van de taak doel), en meten van de latentie om het doel arm / platform. Aanvullende maatregelen tijdens de misleidende probe trials verstaan tijd doorgebracht in de plaats-respons arm, evenals de initiële cEUZE ratten opgemaakt bij vrijkomen in het doolhof. Consequent, in de studies die tot dusver zijn genomen, deze variabelen zijn gezien geleidelijk veranderen in de relatief korte stage op een stabiele wijze, hetgeen aansluit bij een prestatieverbetering. Bijvoorbeeld in 6 dagen allocentric-learning protocol werden de ratten waargenomen dat het aantal initiële fouten (van ~ 2 tot vrijwel 0) en repetitieve fouten (van ~ 0,5-0), evenals hun latentie te reduceren om zo lekkage platform (bij ~ 35 sec tot ~ 10 sec) 24. Tijdens dit onderzoek was duidelijk in de probe trials dat ratten hadden geleerd, kan de locatie van het ontsnappingsplatform halen, zoals blijkt uit de gemiddelde latentie om het doel arm voert niet lager dan 8 seconden (in tegenstelling tot de eerste proef gemiddelde wachttijd van 42,8 sec). Verder ratten is aangetoond dat de locatie van het ontsnappingsplatform gehandhaafd, zelfs bij de langste vertraging na de verwerving (18 dagen) tussen de laatste trainingsdag en de probe sessie 24. Bovendien zijn er geen statistisch bewijs voor prestatievermindering gevonden bij kortere vertragingen (1 en 5 dagen).
Overschakelen van Place to procedureel geheugen
Voorheen Packard en McGaugh 7 had de tendens aangetoond voor ratten te schakelen van een plek om een procedureel antwoord, als ze eenmaal een repetitieve taak in een kruis doolhof had verworven. In dit experiment werden de ratten consequent vrijgelaten uit hetzelfde beginpunt om een voedselbeloning bereiken op een vast punt. -Zoutoplossing behandelde ratten hadden een respons strategie goed voor plaats geheugen na 8 dagen van de opleiding, en procedureel geheugen na 16 dagen van de opleiding aangetoond; misleidende probe trials waarbij de start arm werd verplaatst naar een andere locatie. Dit fenomeen is vervolgens aangetoond na uitgebreide procedurele leren in de double-H doolhof 24,25, waarbij ratten consequent werden vrijgelaten uit hetzelfde uitgangspunt arm (met behulp van een egocentrische strategy; zie §4.8). In één van de eerste onderzoeken die een dubbele-H maze gebruikt, bleek dat subtiele veranderingen in milieuoogpunt misleidende probe proef (a 60 cm zijdelings verschuiven in de startpositie), leidde hoofdzakelijk procedurele respons bij ratten, in tegenstelling tot ratten die een 180 ° verschuiving in de startlocatie had ondergaan en waren vervolgens vertoonden een veel hogere incidentie van reacties 24 plaats. Dit effect werd toegeschreven aan ratten met behulp van een procedure op basis van de strategie als hun milieu-oogpunt was vergelijkbaar genoeg om dat gezien tijdens de trainingen. Dit werd verder onderzocht in een latere studie waarin de startpositie in aanmerking genomen (ratten verdeeld in N en S arm startpositie), waarin groepen ratten getraind van ofwel het N of S-arm of een laterale verschuiving of rotatie, laatstgenoemde waarvan duidelijk de initiële milieu-perspectief op het doolhof 25 gewijzigd. Ze hebben niet alleen dezelfde resultaten regarding de keuze van de strategie op basis van de eerste milieu-oogpunt, maar ook deze keuze was relatief invariant van de positie waarin ratten werden aanvankelijk getraind in het doolhof. Tezamen bieden deze waarnemingen tonen aan dat de aanpassingen van de uitgangspositie in de dubbele-H maze (tijdens de misleidende probe trials) ofwel een procedurele of plaats reactie kan faciliteren, afhankelijk van hoe sterk verschillende ratten initiële perspectief op omgevingsfactoren zijn. Voor grote verschillen gezien bij ratten die starten vanaf de andere arm waaraan zij zijn opgeleid, nemen zij vooral geheugen te plaatsen. Dit is interessant omdat het aantoont een mogelijkheid voor de ratten om te schakelen naar een eerder geleerde plaats-geheugen op de vraag, wanneer de situatie daarom vraagt, en ook verder versterkt eerdere bevindingen die suggereren dat ratten leren een procedurele reactie na het verwerven van de opdracht met behulp van plaats geheugen 7. Dit kan van nut zijn bij toekomstige studies waarin de Experimenter wenst te weten of een rat kan overschakelen van procedureel geheugen te plaatsen na een bepaalde behandeling.
Prestaties Tekorten in diermodellen van geheugenstoornissen
Sinds opzet, heeft een dubbele-H doolhof is gebruikt in verscheidene studies die de effecten van geheugenstoornissen beoordeeld in knaagdieren, via selectieve hippocampale lesies 27, inactivering van corticohippocampale hersengebieden 29, striatale deep-hersenstimulatie (DBS) 26, alsmede door het gebruik van verschillende systemisch toegediende geneesmiddelen 24. Hoewel al deze voorbeelden prestaties verschillen in de post-training probe studies hadden aangegeven, was de prestatie van de behandelde en controleratten genormaliseerd tegen het einde van de training. Hieruit blijkt de eenvoud van de taak die het snel zelfs worden verkregen bij aanwezigheid van geneesmiddelen beïnvloeden cholinergische of glutamaterge neurotransmissie 24, voor instance. Diverse wijzigingen in de prestaties werd opgemerkt in de sonde sessies. DBS van de dorsale striatum had een significant veranderd verdeling van plaats / procedurele / andere reacties in ratten (versus controle ratten) dat een misleidende sonde-proces volgt, een egocentrische leren paradigma 26 ondernam onthuld. Dit werd voorgesteld het resultaat is van een modificatie van de neurale processen die ten grondslag liggen procedureel geheugen, in de ratten die DBS had ontvangen. Bilaterale muscimol inactivatie van corticohippocampale hersengebieden (bij 0,70 en 0,26 nmol) bleek grote hiaten induceren strategie verschuiven bij ratten werden getest op een misleidende probe proef 29. In deze studie werd opgemerkt dat deze tekorten waren ook aanwezig door middel van bilaterale inactivatie van het reuniens en ruitvormige (ReRh) thalamuskernen, die vervolgens gemarkeerd zijn mogelijke rol in de strategie verschuiving in taken die zowel corticale en hippocampus informatie-uitwisseling nodig. Het geheugen tekorten indiermodellen van neurologische aandoeningen zijn ook beoordeeld in het dubbel-H doolhof 27,28. Ratten neonatale ventrale hippocampus laesies (NVHL) hadden een significant langere latentietijd het doelplatform (p = 0,00006) en een verhoogd aantal fouten (p = 0,001) te bereiken weergegeven, vergeleken met ratten 29 besturen. Bovendien had NVHL ratten vooral reacties tijdens de probe proef die was verwerkt noch place of procedureel geheugen (in tegenstelling tot de controleratten die allemaal weergegeven procedurele reacties), waarbij een ruimtelijke wanorde gemarkeerd weergegeven. Tenslotte had transgene rat modellen van de ziekte van Huntington duidelijke tekorten geheugen tijdens de sonde onderzoeken, na een procedureel leren paradigma 28 getoond. Bij elkaar genomen, dit bewijsmateriaal wijst op een intrigerende rol voor de double-H doolhof te worden gebruikt in studies die neurologische stoornissen (en mogelijke behandeling opties) bij dieren te beoordelen, omdat het zorgt voor een fijne control via type leren en strategie die nodig is voor de voltooiing van de taak.
Voordelen en nadelen
Naar vorige discussie samen te vatten, de dubbel-H doolhof is een eenvoudig en snel verworven taak, die kan leiden tot een stabiele geheugen sporen. Bovendien kan het de onderzoeker in staat te stellen direct het type van leren die is betrokken, namelijk allocentric of egocentrisch leren. De dynamische interacties tussen beide geheugensystemen kunnen worden waargenomen in een probe proces, en beoordeeld onder verschillende omstandigheden (bijvoorbeeld laesies, drugs, DBS), zoals eerder beschreven. Gezien het feit dat de dubbele-H doolhof is een water doolhof, een van de belangrijkste nadelen betreft acute stress voor de dieren wanneer geplaatst in het water, zoals bij elke water maze (bijvoorbeeld 30). Bovendien zijn veel van de afhankelijke variabelen bij de taak (bijvoorbeeld latentie om het platform te richten) noodzakelijk normale motorische bij ratten. Dit is belangrijk omdatratten met motorische stoornissen (bijvoorbeeld van de ziekte van Parkinson) daar anders zwemmen controledieren, waardoor langere latenties in de taak kan foutief worden geïnterpreteerd als geheugenstoornissen. In een dergelijk geval kan de afstand worden gebruikt als een laatste redmiddel. Aangezien het water ondoorzichtig worden gemaakt middels afgeroomde melkpoeder, moet het doolhof geledigd en opnieuw dagelijks om het water te voorkomen ranzig, dat zelf een tijdrovende bezigheid, afhankelijk van de laboratoriumopstelling. Melkpoeder echter worden vervangen door een synthetische kleurstof. Tenslotte, in tegenstelling tot andere maze taken, het gebruik van water gaat het gebruik van simultane EEG opname (via een kabel of draadloos verankering opnamesysteem), tenzij a) een implanteerbaar systeem wordt gebruikt (die zelden het zendbereik de dubbele dekken H doolhof), of b) poging wordt ondernomen om het systeem waterdicht.
Toekomstige Verbeteringen aan deze methode
Sinds haar conception heeft een dubbele-H maze betrokken bij verschillende studies, die elk zijn gemaakt subtiele aanpassingen aan het standaard protocol, zoals beschreven in de representatieve resultaten. Talloze andere variabelen worden opgenomen dat voor het toekomstige studies zal plaatsvinden, zoals de tweede keuze ratten relevant zijn maken na procedureel respons tijdens een probe sessie. Bijvoorbeeld ratten kunnen overstappen naar het geheugen te plaatsen direct na de ontdekking dat de ontsnapping platform ontbreekt (negatieve feedback). Andere gedragsmetingen kan een analyse van de snelheid van het zwemmen, alsmede de kenmerken van zwemt paden door de rat. Zoals waargenomen bij in-house studies, ratten die zwemmen langs een bepaalde kant van een dubbele-H arm hebben de neiging om te draaien in die bepaalde richting zodra ze de volgende kruising. Dergelijke problemen kunnen worden opgenomen met behulp van commercieel beschikbare video tracking software. Ten slotte de huidige allocentric-learning protocol, kan niet worden uitgesloten datdergelijke procedure ratten leiden tot de ontwikkeling van twee routines. Verder is het startpunt in de probe proces kan hetzelfde zijn als één van de training uitgangspunten. Dus een meer geschikte protocol om een allocentric strategie trainen zou kunnen bestaan uit het gebruik van 4 starten armen / dag van waar de rat wordt uitgebracht in een onvoorspelbare volgorde (bijvoorbeeld N, NW, SE, S, S, N, NW, SE; etc. ). Eén van de resterende armen zou zijn waar het ontsnappingsplatform zich tijdens trainingssessies (bijvoorbeeld NE), de andere door training gesloten maar als startpunt arm van de probe trial (bv SW). Hoewel er geen gepubliceerde resultaten met dit protocol, zijn lopende experimenten aangetoond dat dit protocol werkt perfect met veel minder twijfels over de ruimtelijke karakter van het leren.
Conclusie
De dubbel-H is een efficiënte en betrouwbare maze test, die kan worden gebruikt om plaats en procedurele leren bij ratten te evalueren. Zijnrelatief korte overname tijden maken het ideaal voor een snelle evaluatie van preklinische kandidaat-geneesmiddelen, en het ontbreken van prestatieverlies over bijna 3 post-acquisitie weken wijst op een rol in de identificatie van de spatiotemporele dynamiek van externe geheugens op systeemniveau. Bovendien maakt studies op basis van de dynamische wisselwerking tussen procedurele en declaratieve geheugensystemen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door de Universiteit van Straatsburg en Neurex-Neuroscience Bovenrijn Network (post-doc fellowship aan RP) en BrainLinks-BrainTools Cluster of Excellence gefinancierd door de Duitse Research Foundation (DFG verlenen aantal EXC 1086). Wij danken Nadja Martini voor deskundige technische bijstand.
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. Huntington's disease. Lancet. 369 (9557), 218-228 (2007).
- 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).
