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.
Romlig erkjennelse forskning i gnagere vanligvis sysselsetter bruk av labyrinten oppgaver, hvis attributter varierer fra en labyrint til den neste. Disse oppgavene varierer etter deres atferdsmessige fleksibilitet og nødvendig minne varighet, antall mål og stier, og også den generelle oppgaven kompleksitet. En confounding funksjon i mange av disse oppgavene er mangelen på kontroll over strategi ansatt i gnagere for å nå målet, f.eks allocentric (deklarative-lignende) eller egosentriske (prosedyre) basert strategier. Den doble-H labyrint er en ny vann flukt minne oppgave som løser dette problemet, ved at eksperimentator å dirigere type strategi lært i løpet av kursperioden. Den doble-H labyrint er en transparent enhet, som består av en sentral alleyway med tre armer som stikker ut på begge sider, sammen med en fluktplattformen senkes ved enden av en av disse armer.
Rotter kan trenes ved hjelp av en allocentric strategi ved å alternere start posisjon i labyrinten på en uforutsigbar måte (se protokoll 1; §4.7), og dermed krever dem til å lære plasseringen av plattform basert på de tilgjengelige allothetic signaler. Alternativt en egosentrisk læringsstrategi (protokoll 2; §4.8) kan benyttes ved å frigjøre rotter fra samme posisjon under hvert forsøk, før de lærer det prosessuelle mønster som kreves for å nå målet. Denne oppgaven har vist seg å muliggjøre dannelse av stabile minne spor.
Minnet kan analysert etter opplæringsperioden på en misvisende probe rettssak, der startposisjon for rotter varamedlemmer. Etter en egosentrisk læring paradigme, rotter ofte ty til en allocentric-basert strategi, men bare når deres første visningen på ekstra-labyrint pekepinner skiller seg markant fra sin opprinnelige posisjon. Denne oppgaven er ideell for å utforske effekten av narkotika / perturbasjoner på allocentric / egosentriske minneytelse, samt samspillet mellom these to minnesystemer.
Hos dyr er læring hovedsakelig mediert av de hippocampal- og striatale basert minne systemer 1,2, som spiller sentrale roller angå sted- og prosessuelle-minne, henholdsvis. Forholdet mellom disse to systemene er komplekse, og de er kjent for å samhandle med hverandre i samarbeids eller konkurrerende oppførsel 1,3. I tillegg har studier vist at påvirkningen av hver av disse hukommelsessystemer på dyrs oppførsel kan øke som følge av fravær eller skade av det andre systemet 4-7. Begge disse systemene er forbundet med den prefrontale cortex via thalamus.
Mange nevrologiske lidelser og nevrodegenerative sykdommer kan påvirke romlig erkjennelse hos mennesker som er avhengige av samspillet mellom prosessuelle og deklarativ minne systemer. Eksempler inkluderer Parkinsons sykdom (PD), Huntingtons sykdom (HD) 8-10, Alzheimers sykdom (AD) 11-14, samtamyotrofisk lateral sklerose (ALS) 15. Dyremodeller, som er relevant for disse lidelsene kan induseres gjennom ulike medikamentelle behandlinger som blokkerer visse reseptorer 16, samt gjennom målrettede lesjoner. Når slike dyr brukes med romlige hukommelsesoppgaver, kan en verdifull innsikt oppnås i de underliggende mekanismene knyttet til disse lidelsene, samt til ulike behandlingstilbud.
Det finnes mange forskjellige typer av romlig hukommelsesoppgaver i gnagere, som samlet er konstruert for å vurdere bestemte aspekter av læring og hukommelse, så vel som effekten av mulige behandlinger for forskjellige forstyrrelser 17,18. Disse oppgavene kan være preget av antall mål og veier, graden av atferds fleksibilitet i å løse oppgaven, minnet varighet eller forsinkelse, samt valg av strategi som brukes for å løse oppgaven. En god prestasjon kan erverves basert på eksterne signaler eller landemerker som brukes til å orienteredyret mot mål (en allocentric eller sted strategi). Alternativt kan en gnager utvikle en strategi som er basert på kroppslige retning og signaler med hensyn til retning for å bevege seg i (en egosentrisk eller prosedyre strategi), f.eks hvis en rotte vet at målet er en venstresving etterfulgt av en høyresving , så er det lite behov for en allocentric eller sted strategi. Maze oppgaver ofte variere basert på graden av fleksibilitet tilbys til gnager i å løse dem. For eksempel, i Morris Water Maze, en tørr versjon av sistnevnte (f.eks, 19) eller Barnes labyrinten (f.eks, 20), er det potensielt uendelig ruter rat kan ta for å nå målet. I Morris Water Maze, for eksempel plasseringen av målet kan læres basert på eksterne landemerker eller signaler (allocentric strategi), eller ved å svømme i sirkler mot sentrum inntil plattformen er funnet (egosentriske strategi) 21. Enkelte oppgaver har flere målog en høy grad av fleksibilitet, slik som kjegle feltet oppgave 22 eller Olton største radial labyrint 23. I den andre enden av skalaen er oppgaver, som gir begrenset fleksibilitet i å nå målet, for eksempel, steinen labyrinten, eller vekslende versjonen av T-labyrint. Disse oppgavene gir bare én riktig måte å nå målet, og legge til rette for fremveksten av kognitive rutiner som er i hovedsak styrt av striatum-baserte saksbehandlingsminnesystem.
Den doble-H labyrint er en ny romlig hukommelse testeapparat, som ble utformet for å tillate experimenter å lede den type strategi som er lært av gnagere i å løse oppgaven 24. Bestående av tre parallelle kjøre armer som krysses av en vinkelrett sentral alleyway, er dobbelt-H labyrint en vann-flukt oppgave som gnagere lære å oppnå en fluktplattform som er nedsenket i en av labyrinten steder. Under trening, kan en prosessuell strategi skal utvikles ved å opprettholde than samme start og mål steder over hele. Alternativt kan en allocentric strategi skal utvikles ved å endre startstedet i tilfeldig rekkefølge, og dermed krever rotte å lære plasseringen av skjult plattform basert på miljømessige signaler som det har å gjøre i et vann labyrint. Dette overvinner en hindring er tilstede i mange forskjellige labyrint oppgaver, hvor experimenter ellers har liten kontroll over den type strategi som gnagere utnytte. Dette er viktig når man vurderer at effekten av visse kognisjonsforøkende legemiddelkandidater er avhengige av hippocampus-baserte sted-minnesystem, og dermed fremveksten av kognitive rutiner eller prosedyrer kan forvirre tolkningen av de atferdsmessige observasjoner når dyr, for eksempel overgang fra allocentric til prosessuelle minne i løpet av treningen. Tilsvarende kan det være ønskelig å vurdere virkningene av medikamenter og behandlinger på prosessuelle minne, uten påvirkning av allocentric sted basert minne. Til slutt, denne enhetenkan benyttes til å studere samarbeids eller konkurrerende interaksjoner mellom disse minnesystemer, og under hvilke vilkår gnagere kan bytte fra ett system til et annet.
Kommentarer til studiedesign og analyse
Siden oppfatning har det doble-H labyrint blitt benyttet i en rekke av atferdsmessige eksperimenter i rotter, som kollektivt ble utformet for å studere egosentriske og / eller allocentric responser hos rotter under normale 24,25 og endrede 26-29 hjernen stater. De sistnevnte studiene inkluderer striatal dyp hjernestimulering (DBS) 26, dyremodeller av nevrologiske lidelser 27,28, samt bilaterale deaktivering av …
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av Universitetet i Strasbourg og Neurex-Neuroscience Upper Rhine Network (post-doc til RP) og ved BrainLinks-BrainTools Cluster of Excellence finansiert av den tyske Research Foundation (DFG, gi nummer EXC 1086). Vi takker Nadja Martini for sakkyndig teknisk assistanse.
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 |