डबल-एच भूलभुलैया: कृन्तकों में एक मजबूत व्यवहार सीखने के लिए टेस्ट और मेमोरी
Summary
The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.
Abstract
कृन्तकों में स्थानिक अनुभूति अनुसंधान आमतौर पर जिसका विशेषताओं एक भूलभुलैया से अगले करने के लिए अलग-अलग हो भूलभुलैया कार्यों के उपयोग कार्यरत हैं। इन कार्यों उनके व्यवहार में लचीलापन और आवश्यक स्मृति अवधि, लक्ष्य और रास्ते की संख्या और भी समग्र कार्य जटिलता से बदलती हैं। इन कार्यों में से कई में एक confounding सुविधा लक्ष्य है, उदाहरण के लिए, allocentric (-कथात्मक) की तरह या अहंकारपूर्ण (प्रक्रियात्मक) आधारित रणनीतियों तक पहुँचने के लिए कृन्तकों द्वारा नियोजित रणनीति पर नियंत्रण की कमी है। डबल-एच भूलभुलैया प्रशिक्षण अवधि के दौरान सीखा रणनीति के प्रकार निर्देशित करने के लिए प्रयोगकर्ता की अनुमति देकर, इस मुद्दे को संबोधित एक उपन्यास है कि पानी के भागने की स्मृति काम है। डबल-एच भूलभुलैया तीन हथियार इन हथियारों में से एक के छोर पर जलमग्न एक भागने मंच के साथ-साथ दोनों पक्षों पर फैला हुआ है के साथ एक केंद्रीय गली के होते हैं, जो एक पारदर्शी डिवाइस है।
चूहे सेंट बारी से एक allocentric रणनीति का उपयोग कर प्रशिक्षित किया जा सकता हैएक अप्रत्याशित ढंग से भूलभुलैया में कला की स्थिति (प्रोटोकॉल 1 देखें; §4.7), इस प्रकार उपलब्ध allothetic संकेतों के आधार पर मंच के स्थान जानने के लिए उन्हें जरूरत पड़ेगी। वैकल्पिक रूप से, एक अहंकारपूर्ण सीखने की रणनीति, वे लक्ष्य तक पहुँचने के लिए आवश्यक प्रक्रियात्मक पैटर्न जानने के लिए जब तक (प्रोटोकॉल 2 §4.8), प्रत्येक परीक्षण के दौरान एक ही स्थिति से चूहों को रिहा द्वारा नियोजित किया जा सकता है। इस कार्य को स्थिर स्मृति निशान के गठन के लिए अनुमति देने के लिए सिद्ध किया गया है।
मेमोरी एक भ्रामक जांच परीक्षण में प्रशिक्षण अवधि, निम्न जांच किया जा सकता है जिसमें चूहों विकल्पों के लिए शुरू करने की स्थिति। एक अहंकारपूर्ण सीखने प्रतिमान के बाद, चूहों आम तौर पर एक allocentric आधारित रणनीति का सहारा है, लेकिन अतिरिक्त भूलभुलैया cues पर अपने शुरुआती दृश्य उनके मूल स्थान से स्पष्ट रूप से अलग है केवल जब। इस कार्य को आदर्श allocentric / अहंकारपूर्ण स्मृति प्रदर्शन पर दवाओं / perturbations से प्रभाव है, साथ ही वें के बीच बातचीत का पता लगाने के लिए अनुकूल हैदो स्मृति सिस्टम ese।
Introduction
पशुओं में, सीखने की मुख्य क्रमशः, जगह और प्रक्रियात्मक स्मृति के बारे में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं जो hippocampal- और striatal आधारित स्मृति सिस्टम 1,2, द्वारा मध्यस्थता है। इन दोनों प्रणालियों के बीच संबंध जटिल है, और वे सहकारी या प्रतिस्पर्धी शिष्टाचार 1,3 में एक दूसरे के साथ बातचीत करने के लिए जाना जाता है। इसके अलावा, पढ़ाई पशुओं के व्यवहार पर इन स्मृति प्रणालियों में से किसी के प्रभाव के अभाव या अन्य व्यवस्था 4-7 की क्षति निम्न वृद्धि कर सकते हैं कि पता चला है। इन प्रणालियों के दोनों चेतक के माध्यम से प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स से जुड़े हैं।
कई मस्तिष्क संबंधी बीमारियों और neurodegenerative रोगों प्रक्रियात्मक और घोषणात्मक स्मृति प्रणालियों के बीच परस्पर क्रिया पर भरोसा करते हैं, जो मनुष्यों में स्थानिक अनुभूति को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के रूप में अच्छी तरह से पार्किंसंस रोग (पीडी), हंटिंग्टन रोग (एचडी) 8-10, अल्जाइमर रोग (ई) 11-14, शामिलपेशीशोषी पार्श्व काठिन्य (ए एल एस) 15। इन विकारों के लिए प्रासंगिक हैं जो पशु मॉडल, कुछ रिसेप्टर्स 16 ब्लॉक, जो विभिन्न दवा उपचार, साथ ही साथ के माध्यम से लक्षित घावों के माध्यम से प्रेरित किया जा सकता है। इस तरह के जानवरों स्थानिक स्मृति कार्यों के साथ उपयोग किया जाता है, एक महत्वपूर्ण जानकारी इन विकारों, साथ ही विभिन्न उपचार के विकल्प से संबंधित अंतर्निहित तंत्र में प्राप्त की जा सकती है।
सामूहिक रूप से विशिष्ट सीखने और स्मृति के पहलुओं, साथ ही विभिन्न विकारों 17,18 के लिए संभावित उपचार के प्रभाव का आकलन करने के लिए तैयार कर रहे हैं जो कृन्तकों में स्थानिक स्मृति कार्यों के कई अलग अलग प्रकार के होते हैं। इन कार्यों के लक्ष्यों और रास्ते, कार्य, स्मृति अवधि या देरी है, साथ ही कार्य को हल करने में उपयोग की गई रणनीति के चुनाव को सुलझाने में व्यवहार लचीलेपन की डिग्री की संख्या से प्रतिष्ठित किया जा सकता है। अच्छे प्रदर्शन को मालूम करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं जो बाहरी संकेतों या स्थलों के आधार पर प्राप्त किया जा सकता हैलक्ष्य की दिशा में पशु (एक allocentric या जगह रणनीति)। एक चूहे लक्ष्य एक सही बारी द्वारा पीछा एक ही छोड़ दिया बारी जानता है कि अगर वैकल्पिक रूप से, एक कृंतक, उदा में स्थानांतरित करने के लिए दिशा करने का संबंध है (एक अहंकारपूर्ण या प्रक्रियात्मक रणनीति), के साथ शारीरिक दिशा और संकेतों पर आधारित है, जो एक रणनीति विकसित कर सकते हैं , तो एक allocentric या जगह की रणनीति के लिए बहुत कम जरूरत नहीं है। भूलभुलैया कार्यों अक्सर उन्हें सुलझाने में कृंतक करने की पेशकश लचीलापन की डिग्री के आधार पर अलग। उदाहरण के लिए, मॉरिस पानी की भूलभुलैया, बाद (उदाहरण के लिए, 19) या बार्न्स भूलभुलैया की एक सूखी संस्करण में (उदाहरण के लिए, 20), चूहे लक्ष्य तक पहुँचने के लिए ले जा सकते हैं अनंत मार्गों संभावित कर रहे हैं। मॉरिस पानी की भूलभुलैया में, उदाहरण के लिए, लक्ष्य के स्थान बाहरी स्थलों या संकेतों (allocentric रणनीति) के आधार पर सीखा है, या मंच (अहंकारपूर्ण रणनीति) 21 पाया जाता है जब तक बस केंद्र की ओर हलकों में तैर द्वारा किया जा सकता है। कुछ कार्यों के लिए कई लक्ष्य हैऔर लचीलेपन का एक उच्च डिग्री, इस तरह के कोन-क्षेत्र कार्य 22 या Olton के रेडियल के रूप में 23 भूलभुलैया। पैमाने के दूसरे छोर पर जैसे लक्ष्य, पत्थर भूलभुलैया, या टी भूलभुलैया की बारी संस्करण तक पहुँचने में सीमित लचीलापन प्रदान करते हैं, जो कार्य, कर रहे हैं। इन कार्यों के लक्ष्य तक पहुंचने का केवल एक सही तरीका प्रदान करते हैं और मुख्य striatal आधारित प्रक्रियात्मक स्मृति प्रणाली द्वारा संचालित कर रहे हैं कि संज्ञानात्मक दिनचर्या के उद्भव की सुविधा।
डबल-एच भूलभुलैया प्रयोगकर्ता कार्य 24 सुलझाने में कृन्तकों से सीखा है कि रणनीति के प्रकार निर्देशित करने के लिए अनुमति देने के लिए डिजाइन किया गया था जो एक उपन्यास स्थानिक स्मृति परीक्षण उपकरण, है। एक सीधा केंद्रीय पगडंडी द्वारा intersected तीन समानांतर रन हथियारों से मिलकर, डबल-एच भूलभुलैया कृन्तकों भूलभुलैया स्थानों में से एक में डूब जाता है कि एक भागने मंच तक पहुँचने के लिए सीख है जिसमें एक पानी बच काम है। प्रशिक्षण के दौरान, एक प्रक्रियात्मक रणनीति टी बनाए रखने के द्वारा विकसित किया जा सकतावह एक ही शुरू करते हैं और पूरे लक्ष्य स्थानों। वैकल्पिक रूप से, एक allocentric रणनीति इस प्रकार यह एक पानी की भूलभुलैया में क्या करना है के रूप में पर्यावरण संकेतों के आधार पर छिपा मंच के स्थान जानने के लिए चूहे की आवश्यकता होती है, एक यादृच्छिक क्रम में शुरू होने वाले पांच बारी से विकसित किया जा सकता है। यह प्रयोगकर्ता अन्यथा कृन्तकों का उपयोग उस रणनीति के प्रकार पर उनका नियंत्रण नहीं है, जिसमें कई अलग अलग भूलभुलैया कार्यों में मौजूद एक बाधा है, पर काबू। इस प्रकार संज्ञानात्मक दिनचर्या या प्रक्रियाओं के उद्भव के व्यवहार टिप्पणियों की व्याख्या उलझाना सकता है, कुछ अनुभूति बढ़ाने दवा उम्मीदवारों के प्रभाव हिप्पोकैम्पस आधारित जगह-स्मृति प्रणाली पर भरोसा विचार है कि यह महत्वपूर्ण है जब जब allocentric से उदाहरण स्विच करने के लिए पशुओं, प्रशिक्षण के दौरान प्रक्रियात्मक स्मृति करने के लिए। इसी प्रकार, यह allocentric जगह-आधारित स्मृति के प्रभाव के बिना, दवाओं और प्रक्रियात्मक स्मृति पर उपचार के प्रभाव का आकलन करने के लिए वांछनीय हो सकता है। अंत में, इस उपकरणइन स्मृति प्रणालियों के बीच सहकारी या प्रतिस्पर्धी बातचीत, और कृन्तकों दूसरे करने के लिए एक प्रणाली से स्विच कर सकते हैं जिन स्थितियों का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
अध्ययन डिजाइन और विश्लेषण पर टिप्पणियाँ
अपनी अवधारणा के बाद से, डबल-एच भूलभुलैया सामूहिक रूप से सामान्य 24,25 के तहत चूहों में अहंकारपूर्ण और / या allocentric प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए बन?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम (संख्या EXC 1086 अनुदान, DFG) स्ट्रासबर्ग और Neurex-न्यूरोसाइंस अपर राइन नेटवर्क (आरपी करने के बाद डॉक्टर फैलोशिप) विश्वविद्यालय द्वारा और जर्मन रिसर्च फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित BrainLinks-BrainTools उत्कृष्टता क्लस्टर के द्वारा समर्थित किया गया। हम विशेषज्ञ तकनीकी सहायता के लिए नाड्जा मार्टिनी धन्यवाद।
Materials
| 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 | ||
| [header] | |||
| 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 | ||
| [header] | |||
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) | Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | ||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6mm | 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).
