Summary
De Open-veld Tower Maze (OFTM) is een doolhof gemaakt om de gedrags-en neurale mechanismen van ruimtelijke leren (bv, plaats- of de reactie-learning) bij ratten te bestuderen. Dit labyrint is vooral nuttig voor onderzoekers die willen een niet-stressvolle doolhof paradigma om ruimtelijke leren onderzoeken hun onderzoek.
Abstract
Dit protocol beschrijft hoe de Open-veld Tower Maze (OFTM) paradigma wordt gebruikt om de ruimtelijke leren studeren in knaagdieren. Dit doolhof is vooral handig voor het onderzoeken hoe ratten leren om een plaats- of de reactie-learning te gebruiken om succesvol te navigeren in een open veld arena. Bovendien, dit protocol beschrijft hoe de OFTM verschilt van andere gedragsproblemen doolhof paradigma's die vaak worden gebruikt om de ruimtelijke leren studeren in knaagdieren. De in dit artikel beschreven OFTM werd aangepast van de ene eerder beschreven door Cole, Clipperton en Walt (2007). Met name de OFTM werd opgericht om de ruimtelijke leren in knaagdieren te testen zonder de experimentator te hoeven nadenken over hoe 'stress' kan een rol spelen als een verstorende variabele. Experimenten hebben aangetoond dat stress staande kunnen beïnvloeden cognitieve functie 1. De representatieve resultaten sectie bevat gegevens van een experiment dat OFTM gebruikt om de effecten van estradiol behandeling op plaats- en respons onderzocht-learning in volwassen vrouwelijke Sprague Dawley ratten 2. Toekomstig onderzoek zal worden ontworpen om de rol van de hippocampus en striatum in plaats- en reactie-leren in de OFTM onderzoeken.
Introduction
De open veld tower maze (OFTM) kan worden gebruikt om de gedrags- en neurobiologische mechanismen van ruimtelijk leren bij knaagdieren onderzoeken. Belangrijk is dat de OFTM stelt onderzoekers zowel "plaatsgebonden" en "response based" leertypes bestuderen. Tijdens plaats-leren een dier navigeert door een doolhof met behulp van de ruimtelijke signalen in de omgeving (bijvoorbeeld een voedsel beloning ligt naast een lange baken). Tijdens de reactie-learning het dier maakt een bepaalde bocht respons ongeacht zijn positie ten opzichte van ruimtelijke signalen (bijvoorbeeld, maak een links of rechts aan een levensmiddel beloning te vinden). Er werd eerder gemeld dat response-learning en plaats-leren vertrouwen op twee verschillende geheugensystemen 3, 4 en het in kaart brengen van hun neurale mechanismen heeft een doorlopend wetenschappelijk streven naar 2, 5-7 geweest. Het ontwerp van de OFTM werd aangepast van de eerder beschreven 8.
Openveld paradigma (een component van de OFTM) worden gewoonlijk gebruikt om angst bij knaagdieren 9 onderzoeken. Tijdens de typische open veld angst-test ratten die meer tijd doorbrengen in het centrum van een open veld hebben minder stress en angst niveaus dan ratten die meer tijd doorbrengen in de buurt van de omtrek. In de OFTM moet een rat het midden van het labyrint invoeren om de voedselbeloning vinden. Daarom juiste navigatie in het OFTM geeft aan dat deze ratten zijn niet gestresst. Een reden waarom de ratten spanningsvrije tijdens de training is omdat in tegenstelling tot standaard open-veldtesten van angst trainen van de OFTM vereist pre-trainingsfase waarin de rat wordt vooraf blootgesteld aan het doolhof gedurende een lange periode. Bovendien, de training plaatsvindt in een slecht verlichte omgeving verder te verminderen een onzekere aspect van een open gebied dat typisch helder verlicht
Een ander uniek kenmerk van de OFTM, in vergelijking met enkele andere labyrinten, hoe leren gemeten. Onderzoekers met deMorris Water Maze of Barnes Maze meten kenmerkend leren door analyse van de snelheid en / of padlengte een rat zich naar de doellocatie bereiken. Deze afhankelijke maatregelen kunnen worden beïnvloed door niet-learning factoren, zoals veranderingen in de algemene motorische activiteit van een rat. Echter, de OFTM maatregelen leren met behulp van het percentage van de eerste keus juiste reactie van een rat maakt om het voedsel beloning te vinden. Dit afhankelijk maatregel is niet kwetsbaar voor veranderingen in de motorische prestaties en dus nauwkeuriger beoordeelt leren dan metingen van snelheid en afstand. Toch kan de onderzoeker ook meten de snelheid en de afstand van een rat reisde in de OFTM het gebruik van video tracking software.
Andere labyrint-types, zoals de T-doolhof, kan Morris Water Maze en Barnes Maze worden gebruikt plaats- en reactie-learning studie. De OFTM uniek in een paar opmerkelijke manieren. Ten eerste, de OFTM een gevoeliger assay gedrags dan de T-doolhof omdat OFTM een kans performance van 25%, terwijl de T-doolhof heeft een kans van 50% optreden. Ten tweede, kan een rat slechts draaien op twee manieren in het T-doolhof, maar heeft onbeperkte mogelijkheden route bij de navigatie naar het OFTM. Ten derde, in tegenstelling tot de Morris Water Maze en Barnes Maze taken (die onbeperkt route mogelijkheden zoals de OFTM hebben), experimenten met behulp van de OFTM niet ratten nodig om te navigeren door een aversieve situatie. Ratten zijn motived om te navigeren in de Morris Water Maze te zwemmen in water ontsnappen en ze gemotiveerd zijn om te navigeren in de Barnes Maze om te voorkomen dat in een open, helder verlichte omgeving. Het is aangetoond dat blootstelling aan de Morris Water Maze of Barnes Maze induceert de afgifte van stresshormoon (dwz corticosteron) bij knaagdieren 10. Echter, ratten navigeren in de OFTM omdat ze gemotiveerd zijn om een levensmiddel beloning te vinden en training wordt uitgevoerd met dim sfeerverlichting. Dus de OFTM een niet-aversieve appetitive taak. Resultaten van experimenten die een stressvolle m gebruikenAze paradigma de effecten van manipulaties zoals geneesmiddelen, hormonen, lichaamsbeweging of dieet op leren en geheugen mechanismen onderzocht kunnen moeilijk te interpreteren zijn vanwege "spanning", op zichzelf, kan de cognitieve functie 11 beïnvloeden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dit protocol wordt goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite van Christopher Newport University.
1. De bouw van de OFTM Apparatus
- De bouw van de ringmuur (40 cm hoog en 183 cm diameter) uit drie stukken van wit laminaat. De bouw van de cirkelvormige doolhof verdieping (183 cm diameter) van zwart laminaat en lijm het een plastic tafel top. Bevestig de begrenzingswand aan de rand van de tafel met schroeven en lijm.
- Sieren het interieur oppervlak van de ringmuur: Laat een kwart massief wit; Verf een kwart effen zwart; Verf een kwart met zwarte strepen; Verf een kwart met zwarte cirkels.
- Build vier "food towers" (8 cm x 8 cm x 20 cm; figuur 1A) gesneden uit een vierkante witte PVC bericht. Lijm een stuk zwart laminaat (8 cm x 8 cm) aan de bovenkant van elke toren. Bevestig ze aan het doolhof vloer met gekke lijm 54 cm van elkaar.
- Bouwen drie "pre-training sleeptouwers "(5 cm, 10 cm en 15 cm hoog, respectievelijk Figuur 1B) van een vierkante witte PVC bericht. Lijm een stuk zwart laminaat (8 cm x 8 cm) aan de bovenkant van elke toren. De torens zijn vastgebonden aan het doolhof vloer alleen tijdens de pre-trainingsfase (hieronder beschreven).
- Lijm één zwarte ondoorzichtige plastic voedsel beker met een schroefdop (= een doorzichtige plastic kraal container zwart geverfd; 1,75 cm hoog en 3,75 cm diameter) naar de top van elk voedsel toren. Boor drie kleine ventilatiegaten (3 mm diameter) in elk deksel. De gaten zorgen ervoor dat de rat het "juiste" voedsel toren niet kunt vinden met behulp van olfactorische signalen. De hoogte van de torens training zorgt ervoor dat de rat het "juiste" toren niet kunt vinden met behulp van de niet-afgetopte eten beker als een visuele cue.
Figuur 1. Foto's van de Open-veld Toren MaZe (OFTM). (A) De rat kan vinden en een voedselbeloning van slechts een beloning aas "training tower" tijdens acquisitie te halen, alsmede alle verdere training en testen. (B) Drie "pre-training torens" worden geplaatst in het midden van het doolhof arena tijdens de pre-training. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
2. De OFTM Maze Room
- Gebruik een lamp met een 60 W gloeilamp (Lumens: 800) te vaag verlichten het doolhof kamer. De lamp bevindt zich 3 voet boven de grond en 2 ft aan de zijkant van het labyrint, de richting van het plafond. Speel witte ruis op de achtergrond (~ 70 dB) met een geluid machine.
- Monteer een digitale videocamera aan het plafond boven de doolhof video verzenden naar een computer. Hang een ondoorzichtig gordijn om het doolhof te scheiden van de computer monitoringarea.
3. Rat Handling, Eten Restriction & Housing
- Laat elke experimentator behandelen alle ratten gedurende zeven dagen (4 min per dag), voorafgaand aan de pre-training.
- Plaats ratten op een dieet food (1 hr vrij geeft per dag). Dit dieet zorgt ervoor dat ratten zullen worden gemotiveerd om beloningen te halen tijdens de training, met behoud van een gezond gewicht (~ 90% van de vrije-feeding gewicht).
- Double-house ratten (indien gebruikt vrouwen) gedurende de duur van het experiment. -Pair gehuisvest vrouwelijke ratten zijn minder angstig dan single-gehuisvest vrouwelijke ratten 12.
4. Pre-training Procedures
- Aas elke afgetopte eten kop op de zeven torens met een voedsel beloning (bijvoorbeeld een stuk fruit ontbijtgranen) binnen.
- Plaats een rat in het doolhof in willekeurige locatie totdat het vindt en verbruikt alle zeven voedsel beloningen voordat het wordt verwijderd.
- Als de rat niet al het eten beloningen binnen 10 komt ophalenmin, verwijder het dan uit de doolhof en geven pre-training procedures opnieuw op de volgende dag. Opmerking: sommige ratten langer dan andere aanvankelijk leren om het voedsel beloningen van de top van de toren te halen.
- Indien een rat niet ophalen en consumeren alle zeven voedsel beloningen van de toren binnen de eerste twee dagen van pre-training geven aanvullende 30 min sessies in de OFTM tot het eten beloningen opgehaald. Typisch zal de rat te consumeren en al het voedsel beloning na één of twee van deze 30 min sessies.
5. Plaats-training & Response-opleiding Procedures
- Wijs elke rat twee van de vier start locaties. Tegenwicht het volgende: de startlocatie lossingsplaats binnen en tussen elke trainingsdag; het type van het leren (plaats vs respons); de "juiste toren" voor alle leerlingen van de plaats; en de turn elk antwoord-leerling is opgeleid om (rechts vs links).
- Aan het begin van elketrainingsdag afslag op de ruis machine en open de video-opname programma. Aas alle vier torens en hebben betrekking op drie van de vier voedsel bekers, waardoor het voedsel beloning op de "juiste" toren blootgelegd.
- Op elk gegeven proef, start video-opname (zie handleiding van de fabrikant voor instructies), plaats dan de rat in het doolhof op zijn toegewezen startlocatie. Ga dan achter het gordijn om het gedrag van de rat waarnemen op een computerscherm. Haal de rat uit het doolhof onmiddellijk nadat het haalt de beloning of na 3 minuten zijn verstreken en stop video-opname.
- Voor plaats-leren ratten, altijd dezelfde "juiste" voedsel toren, en plaats de rat in een van de twee start locaties. Een plaats-leerling lost het OFTM door het vinden van een specifieke locatie met behulp van de ruimtelijke signalen die in de doolhof. Bijvoorbeeld, aas toren D (= de "juiste" tower) en laat de rat van begin locatie '2' of '3217; (stevige pijlen in figuur 2A, links), of aas toren A en laat een rat van begin locatie '1' of '4' (gestippelde pijlen in figuur 2A, links).
- Voor de reactie-learning ratten, schakelt de "juiste" voedsel toren, afhankelijk van de startlocatie. Response-leerlingen het oplossen van de OFTM door te leren om een bepaalde bocht te maken (bijvoorbeeld altijd rechts), ongeacht de startlocatie in het doolhof. Bijvoorbeeld, aas toren D en laat de rat van begin locatie '3', of aas toren B en laat diezelfde rat uit een startlocatie '2' (stevige pijlen in figuur 2B, links). Voor een andere rat, aas toren B en laat de rat vanaf '1', of aas toren A en laat die rat vanaf '4' (gestippelde pijlen in figuur 2B, links).
- Geef alle ratten een totaal van 48 trainingen proeven in 12 dagen (vier proeven per da y).
Figuur 2. Overhead schematische weergave Place- en Response-Training & Testing Procedures. Deze figuur toont het begin en het eten beloning locaties voor training plaats-leerlingen (A, links) en respons leerlingen (B, Links), en ook de start en de beloning locaties gebruikt tijdens de startlocatie switch test voor place-leerlingen (A, rechts) en de reactie van de leerlingen (B, rechts). Getallen geven een rat startlocatie; grijze vierkanten vertegenwoordigen voedsel torens; solide en onderbroken lijnen wijzen op de aas eten toren. Begin locaties worden gecompenseerd binnen elke training staat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Nadat alle ratten presteren op hun asymptotische niveau (~ 80% van de juiste eerste keus reageren) uitvoeren van een "Startlocatie Schakel Test" om het voortbestaan van het aangeleerd gedrag te testen.
- Tegenwicht de roman start locaties (dat wil zeggen, de start locaties die niet eerder zijn gebruikt voor de rat).
- Volg de procedures voor elke training proces in protocol hoofdstuk 5 beschreven met de nieuwe start locaties.
- Een plek-learning rat die oorspronkelijk werd vrijgegeven vanaf "2" of "3" en had toren D als "correct" tower, plaats de rat in een van de nieuwe startlocatie "1" of "4", terwijl lokken toren D (Figuur 2A, rechts).
- Voor een antwoord-learning rat die oorspronkelijk werd vrijgelaten uit de locatie '2' of '3' en leerde naar rechts om de beloning te ontvangen (op torens B zettenen D respectievelijk), plaatst de rat in een van de nieuwe startlocatie "1" of "4" en aas ofwel toren A en C respectievelijk (die nog zou vereisen rat naar rechts om de voedselbeloning te draaien) Figuur 2B, rechts.
- Dien alle ratten acht startlocatie switch test proeven over twee dagen (vier proeven per dag).
7. Data Analysis
- Heb je al een onderzoeker die niet heeft getraind ratten en kent niet de behandeling van elke rat score video-opnames proeven door het tellen van het aantal reacties een rat maakt om de "juiste" toren op elke proef vinden (aangegeven door de rat steigeren over de food cup).
- Bereken het percentage van de keren dat een rat vindt de beloning op zijn eerste keus (% van de eerste keus juiste antwoorden) binnen elke trainingsdag. Construct leercurves met het percentage van de eerste keus juiste antwoorden over trainingsdagen. Gebruik de procent van first keuze juist antwoord voor de statistische analyse.
- Bereken het aantal proeven nam de rat aan de a priori set criterium om de taak (dat wil zeggen, de eerste keuze juist reageert op 8 van de 10 opeenvolgende trials) verwerven bereiken. Uitsluiten ratten uit de analyse dat niet a priori criterium niet bereiken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representatieve resultaten beschreven zijn eerder gepubliceerd in de Neurobiologie van leren en geheugen, Elsevier 2. In dit experiment werd de OFTM gebruikt om de effecten van chronische fietsen estradiol behandelingen plaats- en reactie-learning bij vrouwelijke Sprague-Dawley-ratten te testen (250 - 300 g; N = 48). Er zijn twee belangrijke redenen waarom de OFTM werd gebruikt om dit experiment. Ten eerste is estradiol is aangetoond dat verschillende effecten op plaats- en reactie-learning 7 induceren. Ten tweede moeten de effecten van estradiol te testen op het leren in een niet-stressvolle omgeving was, omdat gonadale hormonen differentiële effecten bij mensen blootgesteld aan stressvolle situaties 13. In het Lipatova et al. (2014) experiment ovariëctomie vrouwelijke ratten dagelijks subcutane injectie toegediend oestradiol (10 ug / kg) of vehikel oplossing (pindaolie). Ratten in de "Continuous" staat ontvangendagelijkse injecties van estradiol en ratten in de "Auto" staat ontvangen dagelijkse injecties van het voertuig oplossing. Ratten in de "Fietsen" conditie kregen injecties van estradiol elke 4e dag en het voertuig oplossing op de andere dagen. De helft van de ratten in elke conditie werden opgeleid met plaats-training procedures en de helft werden getraind met response-training procedures. Zes ratten niet de a priori overname criterium niet bereiken en dus werden niet opgenomen in de analyse. De laatste groepen waren: Voertuig-Place (Vehicle-P, n = 9), Vehicle-Response (Vehicle-R; n = 6), Continu-P (n = 7), Continu-R (n = 7), Fietsen -P (n = 7) en Fiets-R (n = 6).
Acquisitie naar criterium: Place-Training vs. Response-Training
Na pre-training werd elke rat gegeven 48 overname proeven op het OFTM. Een 2 x 3 (type training x behandeling) ANOVA werd uitgevoerd met behulp van het aantal pogingen de ratten nam to bereikt de a priori overname criterium, dat een significant belangrijkste effect van de behandeling is gebleken [F (2, 36) = 5.6, p <0,01] en training soort [F (1, 36) = 5.09, p <0.04]. Een follow-up-test (HSD) toonde aan dat ratten die fietsen estradiol-vervanger nam minder proeven aan de overname criterium voor de plaats-leren te bereiken dan ratten die fietsen injecties of voertuig injecties, p <0,01. Estradiol behandeling had geen effect op het aantal pogingen zij van ratten voor de verkrijging criterium respons leren (figuur 3) te bereiken.
Figuur 3. Trials tot het derde criterium voor Place- en Response-training. Deze grafiek toont het gemiddelde aantal proeven voor ratten die plaats (zwarte balken) en respons (witte balken) training die nodig is om 8 van de 10 opeenvolgende eerste keus juiste antwoorden te komen. Vrouwtjesratten die fietsen estradiol replacement vereist minder proeven om criterium bereiken voor plaats-leren dan ratten die continu estradiol vervanging en het voertuig behandelde ratten. Er was geen significant verschil in de overname van de reactie van het leren over de verschillende behandeling van aandoeningen. [Modified van Lipatova et al., 2014 en herdrukt met toestemming van Elsevier] Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Overname in Place-Learners
Figuur 4 toont verkrijging curves voor het voertuig en estradiol behandelde ratten die werden gegeven plaats-training. Een 3 x 12 (behandeling x proef blok) herhaalde metingen ANOVA toonde een significant binnen-subject effect van de proef blok [F (11, 220) = 22.47, p <0,01], wat aangeeft dat de prestaties verbeterd tijdens de training. Bovendien, de analyses bleek een significante tussen-subject effect of behandeling [F (1,20) = 3,76, p <0,05] (figuur 4). Een follow-up-test (HSD) toonde aan dat ratten die fietsen estradiol behandeling (Fietsen-P) hadden hogere percentages van de 1 ste keuze juist proeven dan voertuig (Vehicle-P) en continu (Continuous-P) estradiol behandelde ratten, p <0,02. Er was geen verschil in het percentage van de 1 ste keuze juiste antwoorden tussen de Vehicle-P en Continuous-P-groep. Deze resultaten toonden aan dat fietsen estradiol behandeling verbeterde overname van plaats-leren.
Figuur 4. Acquisitie Prijs voor Place-Learning. Deze grafiek toont het percentage van de overname voor de ratten die plaats-training op basis van het percentage van de eerste keus juiste antwoorden gemaakt in blokken van vier proeven. Na 48 proeven bereikte alle ratten ~ 80% eerste keuze juist reageert. Fietsen estradiol replacement ratten (Fietsen-P, witte driehoekjes) verworven plaats-leren aanzienlijk sneller dan continu estradiol vervanging ratten (Continuous-P, witte vierkantjes) en het voertuig behandelde ratten (Vehicle-P, witte cirkels). [Modified van Lipatova et al., 2014 en herdrukt met toestemming van Elsevier] Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Acquisitie in Response Leerlingen
Figuur 5 toont krommen verkrijging van het voertuig en-estradiol behandelde ratten reactie-training. Een 3 x 12 (behandeling x proef blok) herhaalde metingen ANOVA toonde een binnen-subject effect van de proef blok [F (11, 176) = 12.59, p <0,01], waaruit blijkt dat de prestaties verbeterd hele training. Echter, het type behandeling had geen significant effect op de snelheid van de reactie van het leren.
Figuur 5. Acquisitie tarief voor Response-Learning. Deze grafiek toont het percentage van de overname voor de ratten die reactie training op basis van het percentage van de eerste keus juiste antwoorden gemaakt in blokken van vier proeven. Na 48 proeven van de opleiding van alle ratten bereikte ~ 80% eerste keuze juist reageert. Er was geen significant verschil in de overname tarief over de verschillende behandeling van aandoeningen (Fietsen-P; zwarte driehoeken vs. Continu-P; zwarte vierkantjes vs. Vehicle-P, zwarte cirkels). [Modified van Lipatova et al., 2014 en herdrukt met toestemming van Elsevier] Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Startlocatie Switch in Place-Learners
Place-leerlingen werden aanvankelijk verstoord wanneer de start lokation was ingeschakeld, onafhankelijk van de behandeling. Een 2 x 3 (laatste proef blok op de originele startlocatie versus de eerste proef blok op de schakelaar startlocatie-test x behandeling) herhaalde metingen ANOVA bleek een significant effect van de start plaats [F (1,18) = 9,68, p < 0,01] (Figuur 6). Er was geen significant interactie of tussen-proefpersonen effect. Echter, eerdere bevindingen blijkt dat het voertuig behandeld place-leerlingen zijn minder verstoorde dan de estradiol behandelde ratten gedurende een startlocatie switch test 14. Daarom werden paarsgewijze vergelijkingen uitgevoerd om procent van de 1 ste keuze reacties tussen laatste blok van elke groep te vergelijken op de originele startlocatie en de eerste proef blok op de schakelaar startlocatie. -Estradiol behandelde ratten hadden een lagere 1e keuze respons percentages tijdens de schakelaar start-test in vergelijking met hun oorspronkelijke startlocatie, p <0,05. Zoals eerder gerapporteerd, was er geen significant daalde prestaties gevonden met hulpmiddel behandelde ratten. Het verschil in prestaties tussen met drager behandelde en-estradiol behandelde ratten groter werden op de tweede proef blok van de schakelaar startlocatie proef (figuur 6). Een 2 x 3 (laatste blok op de originele startlocatie versus de tweede proef blok op de schakelaar startlocatie x behandeling) herhaalde metingen ANOVA bleek een significant effect van de start plaats [F (1,18) = 20.69, p <0,01] (Figuur 6), blijkt dat de prestaties op-drager behandelde ratten op het tweede blok van de schakelaar startlocatie test was hetzelfde als hun prestaties op het oorspronkelijke startlocatie en-estradiol behandelde ratten toonde een langdurige tekort. Paarsgewijze vergelijkingen toonden aan dat Continu-P & Fietsen-P ratten had aanzienlijk verminderde prestaties op de tweede dag van de nieuwe startlocatie in vergelijking met hun prestaties tijdens de laatste dag van de oorspronkelijke start locatie, p <0,01. Alle ratten terug te testen niveaus van pe-switch prerformance toen zij later werden getraind op hun oorspronkelijke beginpositie (figuur 6). Deze bevinding werd bevestigd met een 2 x 3 (originele startlocatie voordat switch vs. originele startlocatie na switch x behandeling) herhaalde metingen ANOVA dat er geen significante binnen-onderwerp of tussen-proefpersonen effect onthuld.
Figuur 6. Start Locatie Switch Test voor Place-leerlingen. Deze grafiek toont het percentage van de eerste keus juiste antwoorden in vier-studie blokken voor het plaats-leerlingen op de laatste dag voor de start locatie schakelaar (linker paneel), tijdens de start locatie schakelaar Test (middelste paneel) en terug met de originele startlocatie (rechter paneel). -Estradiol behandelde ratten (witte vierkantjes en witte driehoeken) hadden algehele lagere percentages van 1 ste keuze juistrespons dan voertuig behandelde ratten (witte cirkels). [Modified van Lipatova et al., 2014 en herdrukt met toestemming van Elsevier] Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Startlocatie Swit ch in Response Leerlingen
Response-leerlingen werden verstoord wanneer gezien de schakelaar startlocatie testen. Een 2 x 3 (laatste blok van de oorspronkelijke startlocatie vs. eerste proef blok van de nieuwe startlocatie x behandeling) herhaalde metingen ANOVA bleek een significant effect van de start plaats [F (1,16) = 10.28, p <0,01], maar geen interactie of belangrijkste effect van de behandeling. Daarom is de daling van de prestaties tijdens het eerste blok van de schakelaar start test was gelijk over elke behandeling conditie (figuur 7). Echter, in tegenstelling tot in het geval van de plaats-leerlingen, paarsgewijze vergelijkingen bleek dat performance in-estradiol behandelde response-leerlingen hersteld voor een pre-switch test prestatieniveau op de tweede proef blok van de schakelaar startlocatie test, terwijl het voertuig behandelde ratten bleven verminderde prestaties, p <0.04 tonen. Daarom is het voertuig behandeld response-leerlingen waren meer gestoorde op de schakelaar startlocatie testen dan estradiol behandeld response-leerlingen. Alle ratten terug naar proef prestatieniveaus-switch pre toen ze werden vervolgens getest met de oorspronkelijke beginpositie (figuur 7). Deze bevinding werd bevestigd met een 2 x 3 (originele startlocatie voor de switch test vs. originele startlocatie na de switch test x behandeling) herhaalde metingen ANOVA leverde geen significante binnen-onderwerp of tussen-proefpersonen effecten te onthullen.
Figuur 7. Start Locatie Schakelaar test voor ResPonse-leerlingen. Deze grafiek tonen het percentage van de eerste keus juiste antwoorden in vier-studie blokken voor het antwoord leerlingen op de laatste dag voor de start locatie schakelaar (linker paneel), tijdens de start locatie switch test (middelste paneel) en terug met de originele startlocatie (rechter paneel). -Estradiol behandelde ratten (zwarte vierkantjes en zwarte driehoeken) algemeen hadden hogere percentages van de 1 ste keuze juiste antwoorden dan voertuig behandelde ratten (zwarte cirkels). [Modified van Lipatova et al., 2014 en herdrukt met toestemming van Elsevier] Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Tal van paradigma's kunnen worden gebruikt voor leren en geheugen bij knaagdieren onderzoeken, en elk heeft belangrijke stappen die onderzoekers moeten volgen. In de OFTM, is het belangrijk dat doolhof voorwaarden (bv, de positie van de doolhof, intra- en extra-doolhof signalen, weinig licht en de achtergrond geluidsniveau, dagelijkse tijd opleiding) zijn constant gedurende de looptijd van het experiment gehouden. Ook moet om stress bij personen rat minimaliseren continue prestaties in de OFTM waarborgen. Stress kan tot een minimum bij vrouwelijke ratten worden gehouden door pair huisvesting hen en ook door middel van routinematige behandeling door onderzoekers voor de training. Om de prestaties van een rat nauwkeurig score tijdens training en testen (wanneer een rat met een correct of incorrect tower kaart), is het belangrijk om voedsel torens die hoog genoeg zijn te gebruiken, zodat de rat moet "beklimmen" de toren en achterste over het eten beker om een beloning te halen. Het deksel van de voedselkop niet zichtbaar voor de rattotdat het "beklimt" de toren. Het eten toren die de rat kiest daarom eenduidig en betrouwbaar kan worden gemaakt door de experimentator. De doolhof vloer moet worden opgebouwd uit materiaal dat hoog contrast ten opzichte van de kleur van de rat als de experimentator wil snelheid van de rat geanalyseerd heeft, afgelegde afstand en / of de tijd doorgebracht in een bepaald gedeelte van het labyrint met behulp van video tracking software.
Lange-termijn geheugen behoud van de plaats en de respons leren kunnen worden onderzocht met behulp van de OFTM taak. Na afloop van 48 training proeven kunnen alle ratten 21 dagen in hun kooien te brengen zonder enige behandeling. Deze 21-dagen interval wordt gewoonlijk gebruikt om te testen voor het bewaren van een lange-termijngeheugen 15-17. De ratten kon worden afgenomen voedselrestrictie begin deze aanhoudperiode geheugen en vervolgens teruggestuurd naar voedselrestrictie een week voorafgaand aan het testen. Alle ratten dan kon ontvangen 12 herovering studies over drie dagen (vier proeven per dag) van de opleiding (tijdens de herovering proeven, volg dan de in dit manuscript beschreven protocol). Als een onderzoeker moet langdurig geheugen bewaren beoordelen, dan ratten niet worden tijdens het bewaren interval omdat retrieval signalen, zoals handling behandeld, vaak langdurige blokkeren vergeten 18, 19. Experimenten die vereisen behandeling tijdens de bewaring interval moet worden ontworpen om een retentie interval langer dan 21 dagen onder deze verwarren voorkomen. Naast het testen op lange termijn geheugen vasthouden, kan het OFTM ook worden gebruikt om het vermogen rat in nieuw doolhof regel (bijvoorbeeld reversal learning) leren onderzoeken.
De OFTM is ontworpen ruimtelijk leren specifiek bepalen (hebben bijvoorbeeld plaats- en reactie-learning in knaagdieren, maar alleen volwassen Sprague-Dawley ratten werden gebruikt in feitelijke experimenten met doolhof. Het is echter zeker mogelijk om andere soorten knaagdieren gebruiken in de OFTM zoals andere ratstammen en muizen. Het is ook mogelijk om knaagdieren van verschillende leeftijden in de OFTM testen, hoewel het noodzakelijk de doolhof afmetingen omhoog of omlaag schalen, afhankelijk van de grootte van het onderwerp geteste kan zijn. De OFTM is momenteel niet beschikbaar voor aankoop op de open markt, zodat onderzoekers moeten hun eigen doolhof te bouwen. Het is onwaarschijnlijk dat kleine verschillen in de bouw materialen (bv, de textuur en / of kleur) of doolhof grootte afwijkt van de in dit protocol beschreven OFTM aanzienlijk zal beïnvloeden hoe een rat presteert in het doolhof; echter is deze hypothese niet getest. Ook wordt aanbevolen dat de onderzoekers voeren proefprojecten voordat ze beginnen met een experiment.
Er zijn een paar opmerkelijke redenen waarom de OFTM is een bruikbaar model voor het bestuderen van de gedrags- en neurobiologische mechanismen van ruimtelijk leren. De OFTM is qua complexiteit de Morris Water Maze; echter, is de rat niet gedwongen om te zwemmen in deze taak. Dus de OFTMkan worden gebruikt om het leren beoordelen in een niet-stressvolle situatie anders dan de Morris Water Maze die inherent roept een stressrespons bij knaagdieren 10. Daarnaast is de kans op een rat op een juiste reactie toevallig maken is in de OFTM 25% lager dan in een T-labyrint. Ook, in plaats van gedwongen om een keuze te maken uit een beperkt aantal vooraf bepaalde banen (zoals vereist in bepaalde ruimtelijke paradigma), wordt de rat navigatiepad niet beperkt het OFTM.
Voorafgaande studies hebben aangetoond dat plaats-learning afhankelijk van de hippocampus en reactie-learning afhankelijk van het striatum (besproken in 5). Deze brain-gebied onderscheid tussen plaats- en reactie-learning werd gevonden met de T-doolhof inrichting 4, een radiale arm 20 taak, alsmede de Morris Water Maze 3, 21. Toekomstige experimenten zullen worden uitgevoerd om te testen of de hippocampus en striatum zijn nodig voor plaats- en reactie-leren in de OFTM. Ikf dit het geval is, zullen aanvullende experimenten kunnen vertrouwen test de effecten die hormonen, geneesmiddelen, voeding, etc. hebben op hippocampal- vs. striatum-afhankelijke leertrajecten in een niet-stressvolle omgeving.
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.
- 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).
