Summary
Open-feltet Tower Maze (OFTM) er en labyrint skabt til at studere de adfærdsmæssige og neurale mekanismer i rumlig indlæring (f.eks sted- eller respons-læring) i rotter. Denne labyrint er især nyttigt for eksperimentatorer der ønsker at bruge en ikke-stressende labyrint paradigme til at undersøge rumlige læring i deres forskning.
Abstract
Denne protokol beskriver, hvordan Open-feltet Tower Maze (OFTM) paradigme bruges til at studere rumlig indlæring hos gnavere. Denne labyrint er især nyttig til at undersøge, hvordan rotter lære at bruge en sted- eller respons-learning til at navigere i et åbent-felt arena. Desuden er denne protokol beskriver, hvordan OFTM adskiller sig fra andre adfærdsmæssige labyrint paradigmer, der almindeligvis anvendes til at studere rumlig indlæring hos gnavere. Beskrevet i denne artikel OFTM blev tilpasset fra tidligere beskrevet af Cole, Clipperton og Walt (2007) en. Konkret blev OFTM skabt til at teste rumlig indlæring hos gnavere uden forsøgslederen at skulle overveje, hvordan "stress" kan spille en rolle som confounding variabel. Forsøg har vist, at stress-alone kan have stor indflydelse den kognitive funktion 1. Det repræsentative resultater afsnit indeholder data fra et eksperiment, der brugte OFTM at undersøge effekten af østradiol behandling på sted- og svar-learning i voksne Sprague Dawley rotter 2. Fremtidige undersøgelser vil blive designet til at undersøge, hvilken rolle hippocampus og striatum i sted- og respons-læring på OFTM.
Introduction
Den åbne felt tårn labyrint (OFTM) kan bruges til at undersøge de adfærdsmæssige og neurobiologiske mekanismer i rumlig indlæring hos gnavere. Vigtigere er det, OFTM tillader forskerne at studere både "sted-baserede" og "respons-baserede" learning-typer. Under plads-learning et dyr navigerer gennem en labyrint ved hjælp af de rumlige stikord i det omgivende miljø (f.eks er en fødevare belønning ligger ved siden af en høj beacon). Under respons-learning dyret gør en konkret turn respons uanset dens position i forhold til rumlige informationer (fx lave en højre eller venstre tur til at finde en fødevare belønning). Det er tidligere blevet rapporteret, at respons-læring og sted-learning stole på to forskellige hukommelsessystemer 3, 4 og kortlægge deres neurale mekanismer har været en igangværende videnskabelige stræben 2, 5-7. Udformningen af OFTM blev tilpasset fra en tidligere beskrevet 8.
Åbentfield paradigmer (en komponent af OFTM) er almindeligt anvendt til at undersøge angst hos gnavere 9. I løbet af de typiske åbne felt angst test rotter, der tilbringer mere tid i midten af en åben mark har lavere stress og angst niveauer end rotter, der tilbringer mere tid nær omkredsen. I OFTM, skal en rotte ind i midten af labyrinten for at finde den foderbelønning. , Korrekt navigation i OFTM indikerer derfor, at disse rotter er ikke-stressede. En af grundene til rotterne ikke-stressede under træningen er, fordi i modsætning til standard open-feltforsøg af angst træne OFTM kræver pre-træning fase, hvor rotten er på forhånd udsat for labyrinten over en lang periode. Desuden opstår træning i et svagt belyst miljø yderligere at reducere angstfremkaldende aspekt af et åbent felt, som typisk er stærkt belyst
En anden unik funktion af OFTM, sammenlignet med nogle andre labyrinter, er, hvordan læring måles. Eksperimentatorer ved hjælp afMorris Water Maze eller Barnes Maze typisk måle læring ved at analysere hastighed og / eller vejlængde en rotte bevæger at nå sit mål placering. Disse afhængige foranstaltninger kan påvirkes af ikke-learning faktorer, såsom ændringer i en rotte generelle motorisk aktivitet. De OFTM foranstaltninger læring ved hjælp af procent af første-valg rigtige svar en rotte gør dog at finde fødevarer belønning. Denne afhængige foranstaltning ikke sårbar over for ændringer i motorydelse, og derfor mere præcist vurderer læring end målinger af hastighed og distance. Ikke desto mindre kan forsøgslederen også måle en rotte hastighed og distance i OFTM ved hjælp af video tracking software.
Andre labyrint-typer, såsom T-labyrinten, kan Morris Water Maze og Barnes Maze bruges til at studere sted- og respons-læring. Men OFTM er enestående i et par bemærkelsesværdige måder. For det første er OFTM er en mere følsom adfærdsmæssige assay end T-labyrint, fordi OFTM har en chance forestillie på 25%, mens T-labyrinten har en chance ydelse på 50%. For det andet kan en rotte kun vende på en af to måder i T-labyrinten, men har ubegrænset rute muligheder, når du navigerer i OFTM. For det tredje, i modsætning til de Morris Water Maze og Barnes Maze opgaver (der drager rute muligheder ligesom OFTM), forsøg under anvendelse af OFTM kræver ikke rotter til at navigere gennem et afskrækningsmiddel situation. Rotter bliver motivet til at navigere i Morris Water Maze at undslippe svømning i vand, og de er motiverede for at navigere i Barnes Maze at undgå at blive i et åbent, lyst-lit miljø. Det er blevet påvist, at eksponering for Morris Water Maze eller Barnes Maze inducerer frigivelse af stress hormon (dvs. corticosteron) hos gnavere 10. Men rotter navigere i OFTM fordi de er motiverede for at finde en fødevare belønning og træningen gennemføres med dim omgivende belysning. Således OFTM er en ikke-generende appetitforstyrrelser opgave. Resultater fra forsøg, der bruger en stressende mAze paradigme til at undersøge virkningerne af manipulationer såsom narkotika, hormon, motion, eller kost på indlæring og hukommelse mekanismer kan være svært at tolke, fordi "stress" i sig selv kan påvirke den kognitive funktion 11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokol er godkendt af Institutional Animal Care og brug Udvalg Christopher Newport University.
1. Konstruktion af OFTM Apparatur
- Konstruere afgrænsningsvæggen (40 cm høj og 183 cm i diameter) fra tre stykker hvidt laminat. Konstruere den cirkulære labyrint gulv (183 cm i diameter) fra sort laminat og lim det til en plastik bordplade. Fastgør grænsen væggen til kanten af bordet med skruer og lim.
- Dekorere den indvendige overflade af grænsen væg: Lad en fjerdedel konstant hvidt; Mal en fjerdedel solid sort; Mal en fjerdedel med sorte striber; Mal en fjerdedel med sorte cirkler.
- Byg fire "fødevarer tårne" (8 cm x 8 cm x 20 cm; figur 1A) skåret fra en firkantet hvid PVC indlæg. Lim et stykke sort laminat (8 cm x 8 cm) til toppen af hvert tårn. Sikre dem til labyrinten gulvet med skøre lim 54 cm fra hinanden.
- Build tre "pre-træning slæbERS "(5 cm, 10 cm og 15 cm høje henholdsvis figur 1B) fra en firkantet hvid PVC stolpe. Lim et stykke sort laminat (8 cm x 8 cm) til toppen af hvert tårn. Disse tårne er tapede til labyrinten gulvet kun i den præ-uddannelse fase (beskrevet nedenfor).
- Lim en sort uigennemsigtig plastik mad kop med en skrue-top låg (= en klar plast perle container malet sort, 1,75 cm høj og 3,75 cm i diameter) til toppen af hver mad tårn. Bore tre små udluftningshullerne (3 mm diameter) i hvert låg. Hullerne sikrer, at rotten ikke kan finde den "rigtige" fødevarer tårn ved hjælp af olfaktoriske stikord. Højden af uddannelse tårne sikrer, at rotten ikke kan finde den "rigtige" tårn ved hjælp af ikke-reducerede mad kop som en visuel cue.
Figur 1. Fotografier af Open-feltet Tower Maze (OFTM). (A) Rotten er i stand til at finde og hente en fødevare belønning fra kun en belønning-agn "træning tårn" under erhvervelse, samt alle efterfølgende træning og test. (B) Tre "pre-uddannelse tårne" er placeret i midten af labyrinten arena under præ-træning. Klik her for at se en større version af dette tal.
2. OFTM Maze Room
- Brug en lampe med en 60 W pære (Lumens: 800) til svagt belyse labyrinten værelse. Lampen er placeret 3 ft over gulvet og 2 fod til den side af labyrinten, vender mod loftet. Spil hvid støj i baggrunden (~ 70 dB) med en forsvarlig maskine.
- Monter et digitalt videokamera til loftet over labyrinten for at overføre video til en computer. Hæng en uigennemsigtig gardin at adskille labyrinten fra computeren overvågningområde.
3. Rotte Håndtering, Mad Begrænsning & Ejendomme
- Lad hver forsøgslederen håndtere alle rotter i syv dage (4 min pr dag) før pre-træning.
- Placer rotter på en fødevare begrænset kost (1 time af gratis-fodring om dagen). Denne diæt sikrer, at rotterne bliver motiveret til at hente belønninger under uddannelsen, og samtidig opretholde en sund vægt (~ 90% af gratis-fodring vægt).
- Dobbelt-house rotter (hvis du bruger kvinder) under hele forsøget. Pair-opstaldet hunrotter er mindre bekymrede end single-opstaldet hunrotter 12.
4. Pre-uddannelse Procedurer
- Bait hver reducerede mad kop på de syv tårne med en fødevare belønning (fx ét stykke frugt korn) indeni.
- Placer en rotte i labyrinten i en tilfældig placering, indtil den finder og bruger alle syv fødevarer belønninger, før det er fjernet.
- Hvis rotten ikke hente alle de fødevarer belønninger inden for 10min, derefter fjerne det fra labyrinten og giver pre-træning procedurer igen den følgende dag. Bemærk: nogle rotter vil tage længere tid end andre til at lære at oprindeligt hente fødevarer belønninger fra toppen af tårnene.
- Hvis en rotte ikke hente og forbruge alle syv fødevarer belønninger fra tårnene inden for de første to dage af præ-træning, giver det yderligere 30 min sessioner i OFTM indtil fødevarer belønninger hentes. Typisk vil rotten finde og forbruge alle fødevarer belønninger efter en eller to af disse 30 min sessioner.
5. Placer-uddannelse & Svar-træning Procedurer
- Tildel hver rotte to af fire startsteder. Modvægt følgende: start placering frigivelse punkt inden for og mellem hver træningsdag; typen af læring (sted vs respons); den "rigtige tårn" for alle sted elever; og turn hvert svar-elev er uddannet til at gøre (højre vs venstre).
- Ved begyndelsen af hvertræningsdag tur på støj maskine og åbn videooptagelse program. Bait alle fire tårne og dækker tre af de fire fødevarer kopper, forlader foderbelønning på "rigtige" tårn udsat.
- På hver given retssag, starter videooptagelse (se producentens brugervejledning for instruktioner), derefter placere rotte i labyrinten på sin tildelte starten placering. Gå derefter bag forhænget for at observere rottens adfærd på en computerskærm. Fjern rotten fra labyrinten umiddelbart efter den henter belønning eller efter 3 min er gået, og stoppe videooptagelse.
- Til sted-learning rotter, altid bruge den samme "rigtige" mad tårn, og placere rotten i en af to start- steder. Et sted-elev løser OFTM ved at finde et bestemt sted ved hjælp af de rumlige stikord leveres i labyrinten. For eksempel, agn tårn D (= den "rigtige" tårn), og slip rotten fra start placering '2' eller '3217; (faste pile i figur 2A, til venstre), eller lokkemad tårn A og frigive en rotte fra start placering '1' eller '4' (stiplede pile i figur 2A, venstre).
- For respons-learning rotter, skifte den "rigtige" fødevarer tårn afhængigt start placering. Respons-elever løser OFTM ved at lære at lave en bestemt tur (f.eks, altid drej til højre), uanset dens start placering i labyrinten. For eksempel, agn tårn D og slip rotten fra start placering '3', eller lokkemad tårn B og frigivelse, at samme rotte fra en start placering '2' (faste pile i figur 2B, venstre). For en anden rotte, agn tårn B og slip rotten fra sted '1', eller lokkemad tårn A og slip, at rotten fra sted '4' (stiplet pile i figur 2B, til venstre).
- Giv alle rotter i alt 48 uddannelser forsøg på tværs af 12 dage (fire forsøg pr da y).
Figur 2. Overhead Skematisk Viser Place- og reaktion-Uddannelse & prøvningsprocedurer. Denne figur viser placeringen start- og mad belønning til uddannelse sted-elever (A, Venstre) og respons elever (B, Venstre), og også starten og belønning steder anvendes under start placering switch test for sted-elever (A, højre) og respons elever (B, højre). Tal angiver en rottens start placering; grå firkanter repræsenterer fødevarer tårne; faste og stiplede linier peger på agn fødevarer tårnet. Start placeringer opvejes inden for hver uddannelse tilstand. Klik her for at se en større version af dette tal.
- Efter alle de rotterne udføre på deres asymptotiske niveau (~ 80% af korrekt første valg svarer) foretage en "Start Location Skift Test 'for at teste vedvarende den lærde adfærd.
- Opveje de hidtil ukendte startsteder (dvs. de startsteder, som ikke tidligere har været anvendt til rotter).
- Følg procedurerne for hver uddannelse forsøg beskrevet i protokol afsnit 5 med den nye start placeringer.
- For et sted-learning rotte, der oprindeligt blev udgivet fra sted '2' eller '3' og havde tårn D som sin "rigtige" tårn, placere rotten i en af den nye start placering '1' eller '4', mens den stadig lokkemad tower D (figur 2A, højre).
- For en respons-learning rotte, der oprindeligt blev udgivet fra sted »2« eller »3« og lærte at dreje til højre til at modtage belønningen (på tårne Bog D), placeres rotten i en af den nye start placering '1' eller '4' og agn enten tårn A eller C, henholdsvis (som stadig ville kræve rotten til at dreje til højre, for at finde fødevarer belønning) Figur 2B, højre.
- Administrer alle rotter otte start- placering switch test forsøg på tværs af to dage (fire forsøg om dagen).
7. Dataanalyse
- Har en eksperimentator, der ikke har trænet rotter og ved ikke behandlingen af hver rotte score video-tapede forsøg ved at tælle antallet af svar en rotte gør at finde den "rigtige" tårn på hvert forsøg (angivet med rotten opdræt op over foderskålen).
- Beregn procent af gange, en rotte finder belønningen på sit første valg (% af første valg korrekte svar) inden for hver træningsdag. Konstruere læring kurver ved hjælp af procent af første valg korrekte svar på tværs af uddannelsesdage. Brug procent af fFØRSTE valg rigtige svar for den statistiske analyse.
- Beregn antallet af forsøg det tog rotten at nå den a priori sæt kriterium for at erhverve opgaven (dvs. første valg korrekt svare på 8 ud af 10 på hinanden følgende forsøg). Udeluk rotter fra analyse, der ikke når den a priori kriterium.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De repræsentative resultater beskrevet her tidligere har været offentliggjort i neurobiologi for Læring & Hukommelse, Elsevier 2. I dette eksperiment blev OFTM anvendt til at teste virkningerne af kroniske og cykling estradiol behandlinger på sted-og respons-learning i Sprague-Dawley-rotter (250 - 300 g; N = 48). Der var to vigtige grunde til, at OFTM blev anvendt til at gennemføre dette eksperiment. For det første har estradiol blevet vist at inducere differentielle effekter på sted-og reaktion-learning 7. For det andet, var det nødvendigt at teste effekten af østradiol på læring i et ikke-stressende miljø, fordi gonadale hormoner har forskellige virkninger hos mennesker, der udsættes for stressende situationer 13. I de Lipatova et al. (2014) eksperimentere ovariektomerede hunrotter blev administreret daglige subkutane injektioner af estradiol (10 ug / kg) eller vehikel-opløsning (jordnøddeolie). Rotter i "Continuous" tilstand modtagesdaglige injektioner af estradiol og rotter i "køretøj" tilstand modtog daglige injektioner af køretøjets løsning. Rotter i "Cycling" tilstand fik injektioner af estradiol hver 4. dag og køretøjets løsning på de andre dage. Halvdelen af rotter i hver betingelse blev trænet med plads-træning procedurer og halvdelen blev trænet med respons-træning procedurer. Seks rotter nåede ikke a priori erhvervelse til kriterium og derfor ikke medtaget i analysen. De endelige grupper var: Køretøj-Place (Vehicle-P, n = 9), Køretøjs-respons (Vehicle-R; n = 6), Continuous-P (n = 7), Continuous-R (n = 7), Cykling -P (n = 7) og cykling-R (n = 6).
Erhvervelse til kriterium: Sted-Træning vs respons-Træning
Efter præ-træning, blev hver rotte fik 48 erhvervelse forsøg på OFTM. En 2 x 3 (uddannelse typen x behandling) ANOVA blev udført ved hjælp af antallet af forsøg rotterne tog to nå a priori erhvervelse kriterium, som viste en signifikant hovedvirkning for behandling [F (2, 36) = 5,6, p <0,01] og uddannelse typen [F (1, 36) = 5.09, p <0,04]. En opfølgende test (HSD) viste, at rotter, der fik cykling østradiol-erstatning tog færre forsøg for at nå frem til kriteriet for plads-learning erhvervelse end rotter, der fik cykling injektioner eller køretøjer injektioner, p <0,01. Estradiolbehandling havde ingen virkning på antallet af forsøg det tog rotterne at nå kriteriet for respons læring (figur 3) erhvervelsen.
Figur 3. Forsøg til kriterium for Place- og reaktion-uddannelse. Denne graf viser det gennemsnitlige antal forsøg for rotter givet sted (sorte søjler) og respons (hvide søjler) uddannelse er nødvendig for at nå 8 ud af 10 på hinanden følgende første valg korrekte svar. Hunrotter givet cykling estradiol genplaceringent kræves færre forsøg for at nå kriterium for plads-læring end rotter, der fik kontinuerlig estradiol udskiftning og bærerbehandlede rotter. Der var ingen signifikant forskel i erhvervelse af svar læring på tværs af de forskellige behandlingsmetoder betingelser. [Modificeret fra Lipatova et al. 2014 og genoptrykt med tilladelse fra Elsevier] Klik her for at se en større version af dette tal.
Erhvervelse i Place-lærende
Figur 4 viser erhvervelse kurver for køretøjet og østradiol-behandlede rotter, som blev givet sted-træning. A 3 x 12 (behandling x trial blok) gentagne-foranstaltninger ANOVA viste en signifikant inden-emne effekt af retssagen blok [F (11, 220) = 22,47, p <0,01], hvilket indikerer, at forbedredes under træning. Derudover analyserne afslørede en signifikant mellem-emne effekt of behandling [F (1,20) = 3,76, p <0,05] (figur 4). En opfølgende test (HSD) viste, at rotter, der fik cykling estradiol behandling (Cykling-P) havde højere procentdele af 1. valg korrekte forsøg end køretøj (Vehicle-P) og kontinuerligt (Continuous-P) estradiol behandlede rotter, p <0,02. Der var ingen forskel i procent af 1. valg korrekte svar mellem køretøjet-P og Continuous-P-gruppen. Disse resultater viste, at cykling estradiol behandling forbedret erhvervelse af plads-læring.
Figur 4. Erhvervelse Pris pr Place-Learning. Denne graf viser antallet af erhvervelsen for rotter givet sted-uddannelse baseret på den procentdel af første valg korrekte svar foretaget inden blokke af fire forsøg. Efter 48 forsøg alle rotter nået ~ 80% første valg korrekt at reagere. Cykling estradiol replacement rotter (Cykling-P, hvide trekanter) erhvervede sted-learning betydeligt hurtigere end kontinuerte estradiol udskiftning rotter (Continuous-P, hvide firkanter) og køretøjer behandlede rotter (Vehicle-P, hvide cirkler). [Modificeret fra Lipatova et al. 2014 og genoptrykt med tilladelse fra Elsevier] Klik her for at se en større version af dette tal.
Erhvervelse Som reaktion Learners
Figur 5 viser erhvervelse kurver for køretøjet og østradiol-behandlede rotter givet respons-træning. A 3 x 12 (behandling x trial blok) gentagne-foranstaltninger ANOVA viste en inden-emne effekt af retssagen blok [F (11, 176) = 12,59, p <0,01], der viser, at ydeevnen forbedres i hele uddannelsen. Men behandling typen havde ingen signifikant virkning på forekomsten af læring respons.
Figur 5. Erhvervelse Pris pr respons-læring. Denne graf viser antallet af erhvervelsen for rotter givne uddannelse respons baseret på procentdelen af første valg korrekte svar foretaget inden blokke af fire forsøg. Efter 48 forsøg med at træne alle rotter nået ~ 80% første valg korrekt at reagere. Der var ingen signifikant forskel i købet sats på tværs af de forskellige behandlingsmetoder forhold (Cykling-p; sorte trekanter vs Continuous-p; sorte firkanter vs Køretøjs-P, sorte cirkler). [Modificeret fra Lipatova et al. 2014 og genoptrykt med tilladelse fra Elsevier] Klik her for at se en større version af dette tal.
Start Beliggenhed Skift i Place-lærende
Place-elever blev oprindeligt forringet, når starten lokation blev skiftet, uanset behandling. En 2 x 3 (sidste forsøg blok på den oprindelige starten placering vs den første retssag blok på kontakten starten placering test x behandling) gentagne foranstaltninger ANOVA viste en signifikant effekt af starten sted [F (1,18) = 9,68, p < 0,01] (figur 6). Der var ingen signifikant interaktion eller mellem-individer virkning. Imidlertid har tidligere resultater vist, at bærerbehandlede sted-elever er mindre svækket end østradiol-behandlede rotter under en start placering switch test 14. Derfor blev parvise sammenligninger udført for at sammenligne procent af 1 st Choice reaktioner mellem hver gruppes sidste blok på den oprindelige begyndelse placering og den første retssag blok på kontakten starten placering. Estradiol-behandlede rotter havde lavere 1 m valg respons procenter under kontakten starten testen i forhold til deres oprindelige starten placering, p <0,05. Som tidligere rapporteret, var der ingen signifikant faldt!e i ydeevne fundet for vehikelbehandlede rotter. Forskellen i ydelse mellem vehikelbehandlede og østradiol-behandlede rotter blev større på det andet forsøg blok af kontakten startplacering (figur 6). En 2 x 3 (sidste blok på den oprindelige starten placering vs det andet forsøg blok på kontakten starten placering x behandling) gentagne foranstaltninger ANOVA viste en signifikant effekt af starten sted [F (1,18) = 20,69, p <0,01] (figur 6), hvilket viser, at kvaliteten på vehikelbehandlede rotter på den anden blok af kontakten startplacering test var den samme som deres resultater på den oprindelige startposition og østradiol-behandlede rotter viste en forlænget underskud. Parvise sammenligninger viste, at kontinuerlig-P og Cykling-P rotter væsentligt havde reduceret ydeevne på andendagen af den nye start placering i forhold til deres resultater under den sidste dag i originale start placering, p <0,01. Alle rotter vendte tilbage til før Testknapfunktion niveauer af PErformance da de blev senere uddannet på deres oprindelige begyndelse placering (figur 6). Dette fund blev bekræftet med en 2 x 3 (originale start placering før afbryder vs originale start placering efter switch x behandling) gentagne målinger ANOVA, der viste ingen signifikant inden-emne eller mellem-fag effekt.
Figur 6. Start Beliggenhed Switch Test for Place-lærende. Denne graf viser procentdelen af første valg korrekte svar i fire-forsøg blokke til sted-elever på den sidste dag før starten placering kontakten (venstre panel), under start placering kontakten test (midterste panel) og tilbage til den oprindelige startposition (højre panel). Estradiol-behandlede rotter (hvide firkanter og hvide trekanter) havde generelt lavere procentdele af 1. valg korrektresponser end vehikelbehandlede rotter (hvide cirkler). [Modificeret fra Lipatova et al. 2014 og genoptrykt med tilladelse fra Elsevier] Klik her for at se en større version af dette tal.
Start Beliggenhed Swit ch Som reaktion Learners
Respons-elever blev forringet, når det gives kontakten starten placering test. En 2 x 3 (sidste blok af den oprindelige starten placering vs. første retssag blok af den nye start placering x behandling) gentagne foranstaltninger ANOVA viste en signifikant effekt af starten sted [F (1,16) = 10,28, p <0,01], men ingen interaktion eller væsentligste effekt af behandlingen. Derfor er faldet i ydeevne under den første blok af kontakten starte testen svarede på tværs hver behandling tilstand (figur 7). Men i modsætning til i tilfælde af sted-elever, parvise sammenligninger afslørede, at performance i østradiol-behandlede respons-elever genvundet at pre-switch test præstationsniveau på det andet forsøg blok af kontakten begyndelse placering test, mens bærerbehandlede rotter viste fortsat forringet ydeevne, p <0,04. Derfor vehikelbehandlede respons-elever var mere svækket på kontakten starten placering test end østradiol-behandlede respons-elever. Alle rotter vendte tilbage til før Testknapfunktion niveauer af ydeevne, når de senere blev testet med deres oprindelige startposition (figur 7). Dette fund blev bekræftet med en 2 x 3 (originale start placering, før kontakten test vs originale start placering efter kontakten test x behandling) gentagne målinger ANOVA viste ingen signifikante indenfor-emne eller mellem-fag effekter.
Figur 7. Start Placering Switch Test for Response-lærende. Denne graf viser procentdelen af første valg korrekte svar i blokke på fire forsøg for respons elever på den sidste dag før starten placering kontakten (venstre panel), under start placering switch test (midterste panel) og tilbage med originale start placering (højre panel). Estradiol-behandlede rotter (sorte firkanter og sorte trekanter) generelt havde højere procentdele af 1. valg korrekte svar end bærerbehandlede rotter (sorte cirkler). [Modificeret fra Lipatova et al. 2014 og genoptrykt med tilladelse fra Elsevier] Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Talrige paradigmer kan bruges til at undersøge indlæring og hukommelse hos gnavere, og hver har vigtige skridt, som eksperimentatorer skal følge. I OFTM, er det vigtigt, labyrint (f.eks, placering af labyrinten, intra- og ekstra-labyrint signaler, dæmpet belysning og baggrundsstøj niveau, daglig tid uddannelse) holdes konstant under hele forsøget. Det er også nødvendigt for at minimere stress i rotte fag for at sikre kontinuerlig præstation i OFTM. Stress kan holdes på et minimum i hunrotter ved pair-boliger dem og også gennem rutinemæssig håndtering af eksperimentatorer før træning. For nøjagtigt at score en rottes ydeevne under træning og test (dvs. når en rotte laver en korrekt eller ukorrekt tårn valg), er det vigtigt at bruge fødevarer tårne, der er høj nok, så rotten skal "kravle op" tårnet og bag over maden koppen til at hente en belønning. Låget foderskålen ikke er synlig for rottenindtil den "klatrer" tårnet. Fødevarer tårn, rotten vælger derfor er utvetydig og kan måles pålideligt scoret af forsøgslederen. Labyrinten gulv skal være konstrueret af materiale, der har høj kontrast i forhold til rottens farve, hvis forsøgslederen ønsker at analysere rottens hastighed, distance og / eller tid tilbragt i en bestemt del af labyrinten ved hjælp af video tracking software.
Langtidshukommelsen fastholdelse af plads og læring respons kunne undersøges ved hjælp af OFTM opgave. Efter afslutningen af 48 uddannelse forsøg, kan alle rotter tilbringe 21 dage i deres hjem bure uden nogen håndtering. Denne 21-dages interval er almindeligt anvendt til at teste for tilbageholdelse af et langtidshukommelse 15-17. Rotterne kunne tages af mad begrænsning i begyndelsen af denne hukommelse opbevaringsperiode og efterfølgende vendte tilbage til mad begrænsning en uge før test. Alle rotter så kunne modtage 12 generhvervelse forsøg på tværs af tre dage (fire forsøg pr dag) uddannelse (i de generhvervelse forsøg, skal du følge protokollen beskrevet i dette manuskript). Hvis en eksperimentatoren skal vurdere langtidshukommelse opbevaring, så rotter bør ikke håndteres under opbevaring interval, fordi hentning signaler, såsom håndtering, tilbøjelige til at blokere langsigtet glemmer 18, 19. Eksperimenter, der kræver håndtering under opbevaring interval bør være designet til at omfatte en fastholdelse interval længere end 21 dage for at undgå denne forvirre. Ud over at teste for langtidshukommelse opbevaring kan OFTM også anvendes til at undersøge rottens evne til at lære en ny labyrint regel (f.eks tilbageførsel learning).
Den OFTM er designet til specifikt at vurdere geografiske læring (f.eks sted- og respons-learning i gnavere, men kun voksne Sprague-Dawley rotter er blevet brugt i egentlige eksperimenter med denne labyrint. Det er dog helt sikkert muligt at anvende andre typer af gnavere i OFTM, såsom anden rottestammer og mus. Det er også muligt at teste gnavere i forskellige aldre i OFTM, selvom det kan være nødvendigt at skalere maze dimensioner op eller ned afhængigt af størrelsen af den testede emne. Den OFTM er i øjeblikket ikke købes på det åbne marked, så eksperimentatorer bliver nødt til at konstruere deres egen labyrint. Det er usandsynligt, at mindre forskelle i byggematerialer (f.eks, tekstur og / eller farve) eller labyrint størrelse afviger fra OFTM beskrevet i denne protokol i væsentlig grad vil påvirke, hvordan en rotte udfører i labyrinten; imidlertid har denne hypotese ikke blevet testet. Det anbefales også, at eksperimentatorer udføre pilot arbejde, før de begynder et eksperiment.
Der er et par bemærkelsesværdige grunde til OFTM er en nyttig paradigme til at studere de adfærdsmæssige og neurobiologiske mekanismer i rumlig indlæring. Den OFTM ligner i kompleksitet til Morris Water Maze; imidlertid rotten ikke er tvunget til at svømme i denne opgave. Således OFTMkan anvendes til at vurdere læring i en ikke-stressende situation, i modsætning til Morris Water Maze som i sagens natur fremkalder en stressreaktion hos gnavere 10. Derudover er sandsynligheden for en rotte at foretage en korrekt respons tilfældigt er 25% lavere i OFTM end i en T-labyrint. Også, i stedet for at blive tvunget til at foretage et valg fra et begrænset antal forudbestemte baner (som det kræves i nogle rumlige paradigmer), er rottens stien ikke begrænset i OFTM.
Tidligere undersøgelser har vist, at stedet-læring afhænger af hippocampus og respons-læring afhænger af striatum (revideret i 5). Denne hjerne-region skelnen mellem sted- og reaktion-learning er fundet ved hjælp af T-labyrint-apparatet 4, en radial-arm opgave 20, samt Morris Water Maze 3, 21. Fremtidige eksperimenter vil blive udført for at teste, om hippocampus og striatum er nødvendige for sted- og respons-læring på OFTM. Jegf dette er tilfældet, vil yderligere eksperimenter kunne trygt teste de virkninger, hormoner, medicin, kost, osv har på hippocampal- vs. striatale-afhængige læringsforløb i en ikke-stressende miljø.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| OFTM construction supplies | |||
| Safety Glasses, Clear, Uncoated | Grainger | 4EY97 | Used for general eye protection during maze construction |
| Masking Tape, Beige, 18 mm x 55 m | Grainger | 15F739 | General supply |
| Wiss All-purpose Scissor | Home Depot | 37103278647 | General supply |
| Lancaster 6 foot Round Folding table - Heavy Duty white granite plastic - 29" | www.webstaurantstore.com | 384YCZ72RND | Used as base of the maze |
| Laminate Countertop sheet in White Matte Finish (48 x 96 x 0.039) | Home Depot | 1573603504896 | Used as walls for the maze |
| Laminate Countertop sheet in Black Matte Finish (48 x 96 x 0.039) | Home Depot | 1595603504896 | Used as floor of the maze |
| Adhesive, Spray, 24 oz, 17.6 oz Net. 3M | Grainger | 3MA16 | Used to adhere the laminate floor to the table top and pieces of laminate to each other |
| 16.6 oz #90 hi-strength S | Lowe's | 193252 | Used to adhere the laminate floor to the table top |
| Superflex RTV, Silicone Adhesive Sealant, Loctile | VWR | 300040-068 | Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze) |
| Industrial Sealant; 10.1 oz | Grainger | 4UH06 | Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze) |
| Painter's Masking Tape; Shurtape; 2 in x 60 yd | Grainger | 6FET7 | Used to mark out visual patterns on maze walls |
| Mini/Trim paint tray | ACE Hardware | 1365105 | Used to hold paint |
| Foam mini roller 4" 6 pk | ACE Hardware | 1494871 | Used for painting patterns |
| Val Sample Set Nbase paint | ACE Hardware | 1505031 | Used as paint for pattern on the walls of the maze |
| HP Paint Black | Walmart | 72450405005 | Used to paint pattern on the walls of the maze |
| Brush | Walmart | 81773801110 | Used to paint pattern on the walls of the maze |
| Duct Tape, 2 in x 60 yd, 10.5 mil. Black | Grainger | 15F767 | Used to wrap the exterior of the maze |
| 4x4 8 ft PT pine Vinyl-CTD Post W/Cap | Home Depot | 40933070541 | Used to build towers for the maze |
| 20 gram Pro Super Glue | Lowe's | 125870 | Used to glue tower tops, towers to the floor of the maze and food cups to the tower tops |
| Bead Containers 9 - 1/2 | Michaels | 652695766978 | Used as food cups on top of towers |
| Spray Paint, Black, 12 oz | Grainger | 6KP22 | Used to paint food cups & covers |
| Room prepration | |||
| Conair SU1W Sound Machine; 10 Sounds | Home Depot | 204493600 | Used for background noise |
| Lamp | Walmart | 5027698392 | Used for dim lighting of maze room |
| ES 14 W DayLight Spiral Bulb 4 pk | Home Depot | 762148208433 | Used for dim lighting of maze room |
| Shower Curtain | Walmart | 3429910901 | Used for separation between the maze and the experimenter |
| Curtain Rod | Bed Bath & Beyond | 76598645104 | Used for separation between the maze and the experimenter |
| Froot Loops Cereal | Walmart | 3800039122 | Used as reward |
| Recording equipment | |||
| Media Recorder 3:4 video | Noldus | NMR4-0200 | Used to record training trials |
| Monochrome GigE Camera | Noldus | XCFW-BG62 | Used to record training trials |
| Precision M4800 Laptop | Dell | N/A | Used to run video software |
References
- Luine, V., et al. Repeated stress causes reversible impairments of spatial memory performance. Brain Res. 639 (1), 167-170 (1994).
- Lipatova, O., et al. Effects of continuous vs. cycling estrogen replacement on the acquisition, retention and expression of place- and response-learning in the open-field tower maze. Neurobiol Learn Mem. 114, 81-89 (2014).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Double dissociation of fornix and caudate nucleus lesions on acquisition of two water maze tasks: further evidence for multiple memory systems. Behav Neurosci. 106 (3), 439-446 (1992).
- 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).
- Poldrack, R. A., Packard, M. G. Competition among multiple memory systems: converging evidence from animal and human brain studies. Neuropsychologia. 41 (3), 245-251 (2003).
- Quinlan, M. G., Hussain, D., Brake, W. G. Use of cognitive strategies in rats: the role of estradiol and its interaction with dopamine. Horm Behav. 53 (1), 185-191 (2008).
- Korol, D. L. Role of estrogen in balancing contributions from multiple memory systems. Neurobiol Learn Mem. 82, 309-323 (2004).
- Cole, M. R., Clipperton, A., Walt, C. Place versus response learning in rats. Learn Behav. 35 (4), 214-224 (2007).
- Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmaco. 463 (1-3), 3-33 (2003).
- Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
- Bowman, R. E., Beck, K. D., Luine, V. N. Chronic stress effects on memory: sex differences in performance and monoaminergic activity. Horm Behav. 43 (1), 48-59 (2003).
- Lunga, P., Herbert, J. 17Beta-oestradiol modulates glucocorticoid, neural and behavioural adaptations to repeated restraint stress in female rats. J Neuroendocrinol. 16 (9), 776-7785 (2004).
- Newhouse, P. A., et al. Estrogen treatment impairs cognitive performance after psychosocial stress and monoamine depletion in postmenopausal women. Menopause. 17 (4), 860-873 (2010).
- Lipatova, O., Toufexis, D. J. Estrogen enhances the retention of spatial reference memory in the open field tower task, but disrupts the expression of spatial memory following a novel start position. Neurobiol Learn Mem. 99, 50-58 (2012).
- Lipatova, O., et al. Recency-to-primacy shift in cue competition. J Exp Psychol Anim Behav Process. 32 (4), 396-406 (2006).
- De La Casa, L. G., Timberlake, W. Effects of preexposure and retention interval placement on latent inhibition and perceptual learning in a choice-maze discrimination task. Learn Behav. 34 (2), 193-201 (2006).
- Liang, K. C., et al. Buspirone impaired acquisition and retention in avoidance tasks: involvement of the hippocampus. Chin J Physiol. 41 (1), 33-44 (1998).
- Gisquet-Verrier, P., Alexinsky, T. Does contextual change determine long-term forgetting. Animal Learning and Behavior. 14 (4), 349-358 (1986).
- Gisquet-Verrier, P., et al. Exposure to retrieval cues improves retention performance and induces changes in ACTH and corticosterone release. Psychoneuroendocrinology. 29 (4), 529-556 (2004).
- Packard, M. G., Hirsh, R., White, N. M. Differential effects of fornix and caudate nucleus lesions on two radial maze tasks: evidence for multiple memory systems. J Neurosci. 9 (5), 1465-1472 (1989).
- Devan, B. D., McDonald, R. J., White, N. M. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 100 (1-2), 5-14 (1999).
