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.
Rumslig kognition forskning hos gnagare använder typiskt användningen av labyrintuppgifter, vars attribut varierar från en labyrint till nästa. Dessa uppgifter varierar beroende på deras beteende flexibilitet och önskad minnes varaktighet, antalet mål och vägar, och även den övergripande uppgiften komplexitet. En confounding inslag i många av dessa uppgifter är bristen på kontroll över den strategi som används av gnagare för att nå målet, t.ex. allocentric (deklarativa liknande) eller egocentriska (processuella) baserade strategier. Den dubbel H labyrint är en ny vatten flykt minne uppgift som behandlar denna fråga, genom att låta försöksledaren att styra vilken typ av strategi lärt sig under utbildningstiden. Den dubbla-H-labyrint är en transparent anordning, som består av ett centralt gränden med tre armar som skjuter ut på båda sidor, tillsammans med en flyktplattform nedsänkt i änden på en av dessa armar.
Råttor kan tränas med hjälp av en allocentric strategi genom att växla stkonst ställning i labyrinten på ett oförutsägbart sätt (se protokoll 1, §4.7), vilket kräver dem att lära sig placeringen av plattform som bygger på de tillgängliga allothetic ledtrådar. Alternativt kan en egocentrisk lärande strategi (protokoll 2, §4.8) kan användas genom att släppa råttorna från samma position under varje försök, tills de lär sig den processuella mönster krävs för att nå målet. Denna uppgift har visat att möjliggöra bildandet av stabila minnesspår.
Minnet kan sonderas efter utbildningsperioden på ett vilseledande sond rättegång, där utgångsläget för råttor suppleanter. Efter en egocentrisk lärande paradigm, råttor gripa typiskt en allocentric baserad strategi, men bara när deras första uppfattning om extra labyrint signaler skiljer sig markant från sin ursprungliga plats. Denna uppgift är idealiskt för att utforska effekterna av droger / störningar på allocentric / egocentrisk minnesprestanda, liksom samspelet mellan these två minnessystem.
Hos djur lärande medieras huvudsakligen av hippocampal- och striatala baserade minnessystem 1,2, som spelar centrala roller när det gäller plats-och procedur-minne, respektive. Förhållandet mellan dessa två system är komplexa, och de är kända för att interagera med varandra i kooperativ eller konkurrerande sätt 1,3. Dessutom har studier visat att påverkan av endera av dessa minnessystem på djurens beteende kan öka till följd av avsaknad av eller skada på det andra systemet 4-7. Båda dessa system är anslutna till prefrontala cortex via thalamus.
Många neurologiska störningar och neurodegenerativa sjukdomar kan påverka rumslig kognition hos människor, som förlitar sig på samspelet mellan formella och deklarativa minnessystem. Exempel innefattar Parkinsons sjukdom (PS), Huntingtons sjukdom (HD) 8-10, Alzheimers sjukdom (AD) 11-14, samtamyotrofisk lateralskleros (ALS) 15. Djurmodeller, som är relevanta för dessa sjukdomar kan framkallas genom olika läkemedelsbehandlingar som blockerar vissa receptorer 16, samt genom riktade skador. När sådana djur används med rumsliga minnesuppgifter, kan en värdefull insikt vinnas i de underliggande mekanismerna i samband med dessa sjukdomar, samt olika behandlingsalternativ.
Det finns många olika typer av rumsliga minnesuppgifter hos gnagare, som tillsammans är utformade för att utvärdera specifika aspekter av inlärning och minne, samt effekterna av potentiella behandlingar för olika sjukdomar 17,18. Dessa uppgifter kan kännetecknas av antalet mål och vägar, graden av beteende flexibilitet för att lösa uppgiften, minnes varaktighet eller försening, liksom valet av strategi som används för att lösa uppgiften. Ett bra resultat kan förvärvas på grundval av externa signaler eller landmärken som används för att orienteradjuret mot målet (en allocentric eller plats strategi). Alternativt kan en gnagare utveckla en strategi som bygger på kroppsliga riktning och ledtrådar med avseende på riktningen för att flytta in (en egocentrisk eller formella strategi), t.ex. om en råtta vet att målet är en vänstersväng, följt av en högersväng , då finns det lite behov av en allocentric eller plats strategi. Maze uppgifter ofta variera beroende på graden av flexibilitet som erbjuds till gnagare lösa dem. Till exempel i Morris Water Maze, en torr version av den senare (t.ex. 19) eller Barnes labyrint (t.ex. 20), finns det potentiellt oändliga vägar råttan kan vidta för att nå målet. I Morris Water Maze, till exempel placeringen av målet kan läras baserat på externa landmärken eller ledtrådar (allocentric strategi), eller genom att helt enkelt simma i cirklar mot mitten tills plattformen hittas (egocentrisk strategi) 21. Vissa uppgifter har flera måloch en hög grad av flexibilitet, såsom kon-fältövning 22 eller Olton radiella labyrint 23. I andra änden av skalan finns uppgifter, som erbjuder begränsad flexibilitet för att nå målet, t.ex. Stone labyrint, eller alternerande version av T-labyrinten. Dessa uppgifter ger endast en rätt sätt att nå målet och underlätta framväxten av kognitiva rutiner som främst styrs av striatum baserade procedurminnessystem.
Den dubbel H labyrint är en ny rumslig minne testa apparat, som designades för att låta försöksledaren att styra vilken typ av strategi som lärt av gnagare för att lösa uppgiften 24. Bestående av tre parallella run armar som skärs av en vinkelrät central korridor och är den dubbla-H-labyrinten en vatten flykt uppgift där gnagare lär sig att nå en flyktplattform som är nedsänkt i ett av labyrinten platser. Under utbildningen kan en procedur strategi tas fram genom att upprätthålla than samma start och mål platser i hela. Alternativt kan en allocentric strategi tas fram genom att växla startplatsen i en slumpmässig ordning, vilket kräver råttan att lära placeringen av dolda plattform som bygger på miljö signaler som den har att göra i en vattenlabyrint. Detta övervinner ett hinder finns i många olika labyrint uppgifter, i vilken laboratoriet har annars lite kontroll över den typ av strategi som gnagare utnyttja. Detta är viktigt med tanke på att effekterna av vissa kognitionsförstärkande läkemedelskandidater är beroende av hippocampus baserade plats-minnessystem, vilket således uppkomsten av kognitiva rutiner eller procedurer kan förväxla tolkningen av beteendeobservationer när djur, exempelvis övergång från allocentric till procedurminnet under utbildning. På liknande sätt kan det vara önskvärt att utvärdera effekterna av läkemedel och behandlingar på procedurminnet, utan påverkan av allocentric platsbaserade minne. Slutligen denna anordningkan användas för att studera kooperativ eller konkurrerande interaktioner mellan dessa minnessystem, och under vilka förutsättningar gnagare kan växla från ett system till ett annat.
Kommentarer till studie Design och analys
Sedan dess utformning, har dubbel-H labyrint använts i ett antal beteendeförsök på råttor, som tillsammans var avsedda att studera egocentriska och / eller allocentric svar hos råttor under normala 24,25 och förändrade 26-29 hjärntillstånd. De senare studierna ingår striatal djuphjärnstimulering (DBS) 26, djurmodeller av neurologiska sjukdomar 27,28, samt bilaterala inaktiveringar av olika Cortico-…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av universitetet i Strasbourg och Neurex-neurovetenskap Rhin Network (post-doc stipendium till RP) och BrainLinks-BrainTools Cluster of Excellence finansieras av det tyska Research Foundation (DFG, bevilja EXC 1086). Vi tackar Nadja Martini för teknisk experthjälp.
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 |