Summary
Öppna-fältet Tower Maze (OFTM) är en labyrint som skapats för att studera beteendemässiga och neurala mekanismer spatial inlärning (t.ex. plats- eller respons-learning) hos råttor. Denna labyrint är speciellt användbar för praktiker som vill använda en icke-stressande labyrint paradigm för att undersöka spatial inlärning i sin forskning.
Abstract
Detta protokoll beskriver hur Open-fältet Tower Maze (OFTM) paradigm används för att studera spatial inlärning hos gnagare. Denna labyrint är speciellt användbar för att undersöka hur råttor lär sig att använda en plats- eller svar-learning för att framgångsrikt navigera i ett öppet fält arena. Dessutom beskriver detta protokoll hur OFTM skiljer sig från andra beteende labyrint paradigm som vanligen används för att studera spatial inlärning hos gnagare. Den OFTM beskrivs i denna artikel har anpassats från en tidigare beskrivits av Cole, Clipperton och Walt (2007). Specifikt var OFTM skapats för att testa spatial inlärning hos gnagare utan att försöks behöva överväga hur "stress" kan spela en roll som confounding variabel. Experiment har visat att stress-alone kan väsentligt påverka den kognitiva funktionen 1. Resultaten avsnitt representativa innehåller data från ett experiment som använde OFTM att undersöka effekterna av estradiol behandling på plats- och svar-learning i vuxen Sprague Dawley 2. Framtida studier kommer att utformas för att undersöka betydelsen av hippocampus och striatum i plats- och svar-learning i OFTM.
Introduction
Den öppna fält torn labyrint (OFTM) kan användas för att undersöka beteende och neurobiologiska mekanismer för spatial inlärning i gnagare. Viktigt tillåter OFTM forskare att studera både "platsbaserade" och "svarsbaserad" lärande typer. Under plats-learning ett djur navigerar genom en labyrint med hjälp av ledljud i den omgivande miljön (t.ex. är ett livsmedel belöning ligger bredvid en hög fyr). Under svar-learning djuret gör en specifik sväng svar oavsett dess position i förhållande till ledljud (t.ex. gör en vänster eller höger för att hitta ett livsmedel belöning). Det har tidigare rapporterats att respons-lärande och plats-learning är beroende av två olika minnessystem 3, 4 och kartlägga deras neurala mekanismer har varit en pågående vetenskaplig strävan 2, 5-7. Utformningen av OFTM anpassades från en tidigare beskrivna åtta.
Öppenfält paradigm (en komponent i OFTM) används ofta för att undersöka ångest hos gnagare 9. Under de typiska öppna fält ångest prov råttor som tillbringar mer tid i mitten av ett öppet fält har lägre stress och ångest nivåer än råttor som tillbringar mer tid nära omkrets. I OFTM måste en råtta gå in i mitten av labyrinten att hitta mat belöning. Därför korrekt navigering i OFTM tyder på att dessa råttor är icke-stressade. En anledning till att råttorna inte stressade under utbildningen beror till skillnad från standardtester frilands av ångest utbilda OFTM kräver förberedande utbildning under vilken råttan förexponerades till labyrinten under en lång tid. Dessutom sker utbildning i ett svagt upplyst miljö ytterligare minska ångestframkallande aspekt av ett öppet fält som är typiskt starkt upplyst
En annan unik egenskap hos OFTM, jämfört med vissa andra labyrinter, är hur lärandet mäts. Praktiker som använderMorris vatten Maze eller Barnes Maze mäter typiskt lära genom att analysera hastighet och / eller våglängd en råtta reser för att nå sitt mål plats. Dessa beroende åtgärder kan påverkas av icke-learning faktorer, såsom förändringar i en råtta allmänna motorik. De OFTM åtgärder lärande med hjälp av procent av förstahands rätta svaret en råtta gör att hitta mat belöning. Detta beroende åtgärd är inte sårbara för förändringar i motorprestanda och därför mer exakt utvärderar lärande än mätningar av hastighet och avstånd. Ändå kan försöksledaren även mäta en råtta hastighet och tillryggalagd sträcka i OFTM med hjälp av videospårningsprogram.
Andra maze typer, såsom T-labyrinten, kan Morris Water Maze och Barnes Maze användas för att studera plats- och svar-learning. Emellertid är OFTM unik i några anmärkningsvärda sätt. För det första är OFTM en känsligare beteendeanalys än T-labyrinten eftersom OFTM har en chans trädane från 25%, under det att T-labyrinten har en chans prestanda 50%. För det andra, kan en råtta endast vända på två sätt i T-labyrinten, men har obegränsad ruttmöjligheter när du navigerar i OFTM. För det tredje, till skillnad från Morris Water Maze och Barnes Maze uppgifter (som har obegränsad ruttmöjligheter såsom OFTM), experiment använder OFTM kräver inte råttor för att navigera genom en obehaglig situation. Råttor är motived att navigera i Morris Water Maze fly simma i vatten och de är motiverade att navigera i Barnes Maze att undvika att i ett öppet, ljust upplyst miljö. Det har visats att exponering för Morris Water Maze eller Barnes Maze inducerar frisättningen av stresshormon (dvs, kortikosteron) hos gnagare 10. Men råttor navigera i OFTM eftersom de är motiverade att hitta ett livsmedel belöning och utbildningen sker med svag omgivande belysning. Således är den OFTM en icke-aversiv appetitive uppgift. Resultat från experiment som använder en stressig mAze paradigm för att undersöka effekterna av manipulationer, såsom läkemedel, hormon, motion, eller diet på inlärnings- och minnesmekanismer kan vara svåra att tolka eftersom "stress" i sig kan påverka den kognitiva funktionen 11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Detta protokoll har godkänts av Institutional Animal Care och användning kommittén av Christopher Newport University.
1. Konstruktion av OFTM Apparatus
- Konstruera gränsväggen (40 cm hög och 183 cm i diameter) från tre bitar av vitt laminat. Konstruera cirkulär labyrint våningen (183 cm diameter) från svart laminat och limma det på en plastskiva. Säkra gränsväggen till kanten av bordet med skruvar och lim.
- Dekorera insidan av gränsväggen: Lämna en fjärdedel fast vitt; Måla en fjärdedel fast svart; Måla en fjärdedel med svarta ränder; Måla en fjärdedel med svarta cirklar.
- Build fyra "livsmedelstorn" (8 cm X 8 cm X 20 cm; Figur 1A) skurna från en fyrkantig vit PVC ställena. Limma en bit svart laminat (8 cm X 8 cm) till toppen av varje torn. Säkra dem till labyrinten golvet med galna lim 54 cm avstånd från varandra.
- Bygga tre "förberedande utbildning bogseraers "(5 cm, 10 cm och 15 cm hög respektive; Figur 1B) från en fyrkantig vit PVC ställena. Limma en bit svart laminat (8 cm X 8 cm) till toppen av varje torn. Dessa torn är tejpade till labyrinten våningen bara under den förberedande utbildning fas (beskrivs nedan).
- Limma en svart ogenomskinlig plast mat kopp med lock skruvlock (= en tydlig plastpärlor behållare svartmålad, 1,75 cm hög och 3,75 cm i diameter) till toppen av varje livsmedels torn. Borra tre små ventilationshålen (3 mm diameter) i varje lock. Hålen att råttan inte kan hitta "rätt" mat torn med hjälp av doftsignaler. Höjden av utbildnings tornen säkerställer att råttan inte kan hitta "rätt" torn med hjälp av icke-begränsade mat cup som en visuell.
Figur 1. Fotografier av Open-fältet Tower Maze (OFTM). (A) Råttan kan hitta och hämta ett livsmedel belöning från endast en belöning betade "utbildning torn" under förvärvet, liksom alla efterföljande utbildning och testning. (B) Tre "pre-utbildning towers" placeras i centrum av labyrinten arenan under förberedande utbildning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. OFTM labyrint rummet
- Använd en lampa med en 60 W glödlampa (lumen: 800) till svagt belysa labyrinten rummet. Lampan ligger 3 ft över golvet och 2 fot vid sidan av labyrinten, vänd mot taket. Spela vitt brus i bakgrunden (~ 70 dB) med en bra maskin.
- Montera en digital videokamera till taket ovanför labyrinten för att överföra video till en dator. Häng en ogenomskinlig gardin att skilja labyrinten från datorn övervakningområde.
3. Rat Hantering, mat begränsning & Housing
- Låt varje försöks hantera alla råttor under sju dagar (4 min per dag) före pre-utbildning.
- Placera råttor på ett livsmedel begränsad diet (1 timme av fri-matning per dag). Denna diet säkerställer att råttor kommer att vara motiverade för att hämta belöningar under träningen, och samtidigt behålla en hälsosam vikt (~ 90% av fri-matningsvikt).
- Dubbel hus råttor (om använder honor) under hela försökets varaktighet. Som hålls i par honråttor är mindre ängsliga än enkel inrymt honråttor 12.
4. Pre-utbildning Rutiner
- Bete varje oskyddad mat kopp på de sju torn med ett livsmedel belöning (t ex en bit av frukt spannmål) inuti.
- Placera en råtta i labyrinten i en slumpmässig plats tills den hittar och förbrukar alla sju livsmedels belöningar innan den tas bort.
- Om råttan inte hämta alla livsmedel belöningar inom 10min, sedan bort den från labyrinten och ge förfaranden förberedande utbildning igen följande dag. Obs: vissa råttor tar längre tid än andra att inledningsvis lära sig att hämta mat belöningar från toppen av tornen.
- Om en råtta inte hämta och konsumera alla sju livsmedels belöningar från tornen i de två första dagarna av pre-utbildning, ge det ytterligare 30 min sessioner i OFTM tills matbelöningar hämtas. Vanligtvis kommer råttan hitta och konsumera all mat belöningar efter en eller två av dessa 30 min sessioner.
5. plats-utbildning och Response-utbildning Rutiner
- Tilldela varje råtta två av fyra startplatser. Motvikt följande: startplatsen frigör punkt inom och mellan varje utbildningsdag; typ av lärande (plats vs svar); "rätt tornet" för alla plats elever; och turn varje svar-elev är utbildad för att göra (höger mot vänster).
- Vid början av varjeutbildningsdag slå på brus maskin och öppna videon inspelningsprogrammet. Bete alla fyra torn och omfattar tre av de fyra livsmedels koppar, lämnar maten belöning på "rätt" torn exponeras.
- Vid varje givet prov, börjar videoinspelning (se tillverkarens bruksanvisning för instruktioner), placera sedan råtta i labyrinten vid sin tilldelade startplats. Sedan gå bakom gardinen att observera råttans beteende på en datorskärm. Ta råttan från labyrinten omedelbart efter att den hämtar belöningen eller efter 3 minuter har gått och stoppa videoinspelning.
- För plats lärande råttor, alltid använda samma "rätt" mat torn och placera råttan i en av två startplatser. En plats-eleven löser OFTM genom att hitta en viss plats med hjälp av ledljud som i labyrinten. Till exempel, bete torn D (= "rätt" torn) och lossa råttan från start läge "2" eller "3217; (heldragna pilar i figur 2A, vänster), eller bete torn A och släpper en råtta från startplats "1" eller "4" (streckade pilar i figur 2A, vänster).
- För svars-lärande råttor, växla "rätt" mat torn beroende på startplatsen. Response-elever löser OFTM genom att lära sig att göra en specifik sväng (t.ex. alltid sväng höger), oberoende av dess startpunkt i labyrinten. Till exempel, bete torn D och släpp råtta från start läge "3", eller bete torn B och släpp samma råtta från en startplats "2" (heldragna pilar i figur 2B, vänster). För en annan råtta, bete torn B och släpp råtta från plats '1', eller bete torn A och släpp den råtta från plats "4" (streckad pilar i figur 2B, vänster).
- Ge alla råttor totalt 48 träningsförsök över 12 dagar (fyra försök per da y).
Figur 2. Overhead schema som visar plats- och Response-Utbildning & testprocedurer. Denna figur visar start- och mat belöning platser för utbildning plats-elever (A, vänster) och svars elever (B, Vänster), och även start- och belöning platser som används under startplatsen switch test för plats-elever (A, Höger) och svars elever (B, Höger). Siffrorna anger en råtta startplats; grå rutor representerar livsmedels torn; heldragna och streckade linjer pekar på agnade livsmedels tornet. Börja platser uppvägs inom varje träningstillstånd. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Efter alla råttorna göra sitt asymptotiska nivå (~ 80% av korrekt förstahandsval svarar) genomföra en "Start plats Switch Test" för att testa varaktigheten av inlärt beteende.
- Uppväga de nya startplatser (dvs start platser som inte tidigare har använts för råtta).
- Följ anvisningarna för varje tränings försök som beskrivs i protokollet avsnitt 5 med nya startplatser.
- För en plats-learning råtta som ursprungligen släpptes från plats "2" eller "3" och hade torn D som sin "rätt" torn, placera råttan i någon av den nya startplatsen '1' eller '4', samtidigt bete torn D (figur 2A, till höger).
- För ett svar-learning råtta som ursprungligen släpptes från plats "2" eller "3" och lärde sig att vända rätt att erhålla belöningen (på torn Boch D, respektive), placera råttan i någon av den nya startplatsen "1" eller "4" och bete antingen torn A eller C, respektive (som fortfarande kräver råttan att svänga till höger för att hitta mat belöning) Figur 2B, höger.
- Administrera alla råttor åtta startplats switch prov, över två dagar (fyra försök per dag).
7. Data Analysis
- Har en försöks som inte har tränat råttor och vet inte behandlingen av varje råtta poäng video tejpade försök genom att räkna antalet svar en råtta gör att hitta "rätt" torn vid varje försök (indikeras med råttan uppfödning upp över mat cup).
- Beräkna procent gånger som en råtta finner belöningen på sin förstahandsval (% av första val korrekta svar) i varje träningsdag. Konstruera lärande kurvor med hjälp av procent av första val korrekta svar över utbildningsdagar. Använd procent av fFÖRSTA val korrekt svar för den statistiska analysen.
- Beräkna antalet försök tog råttan att nå på förhand inställda kriterium för att få uppgiften (dvs första valet korrekt svara på 8 av 10 i följd prövningar). Uteslut råttor från analys som inte når a priori kriterium.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representativa resultat som beskrivs här har tidigare publicerats i Neurobiology of Learning & Minne, Elsevier 2. I detta experiment OFTM användes för att testa effekterna av kroniska och cykling östradiol behandlingar på plats-och svar-lärande i Sprague-Dawley (250-300 g, N = 48). Det fanns två viktiga skäl till varför OFTM användes för att utföra detta experiment. För det första har östradiol visat sig inducera differentiella effekter på plats- och svar-lärande 7. För det andra, var det nödvändigt att testa effekterna av estradiol på lärande i en icke-stressande miljö, eftersom könshormoner har differentiella effekter på människor som utsätts för stressande situationer 13. I Lipatova et al., (2014) experimentera ovariektomiserade honråttor administrerade dagliga subkutana injektioner av östradiol (10 ng / kg) eller vehikel-lösning (jordnötsolja). Råttor i "Continuous" tillstånd mottagendagliga injektioner av östradiol och råttor i "Fordon" -tillstånd erhöll dagliga injektioner av vehikellösningen. Råttor i "Cycling" tillstånd gavs injektioner av estradiol var 4: e dag och fordon lösningen på de andra dagarna. Hälften av råttorna i varje tillstånd utbildades förfaranden plats-utbildning och hälften utbildades förfaranden respons-utbildning. Sex råttor nådde inte a priori förvärvet kriterium och således inte ingår i analysen. De slutliga grupperna var: Fordons Place (Vehicle-P, n = 9), Vehicle-Response (Vehicle-R, n = 6), Continuous-P (n = 7), Continuous-R (n = 7), Cykling -P (n = 7) och Cykel-R (n = 6).
Förvärv kriterium: Placera-utbildning kontra Response-utbildning
Efter förberedande utbildning, varje råtta ges 48 förvärvsförsök på OFTM. En 2 x 3 (träningstyp x behandling) ANOVA utfördes med hjälp av antalet försök råttorna tog to nå a priori förvärvs kriterium som visade en signifikant huvudeffekt av behandlingen [F (2, 36) = 5,6, p <0,01] och utbildning typ [F (1, 36) = 5,09, p <0,04]. En uppföljning test (HSD) visade att råttor som fått cykling estradiol-byte tog färre försök att nå förvärvet kriteriet för plats-learning än råttor som fått cykel injektioner eller vehikelinjektioner, p <0,01. Estradiolbehandling hade ingen effekt på antalet försök det tog råttorna att nå förvärvet kriteriet för respons inlärning (Figur 3).
Figur 3. Försök att kriterium för placering och Response-utbildning. Detta diagram visar den genomsnittliga antalet försök för råttor given plats (svarta staplar) och svars (vita staplar) utbildning som behövs för att nå 8 av 10 på varandra följande första val korrekta svar. Honråttor som fick cykla estradiol replacement krävs färre försök att nå kriterium för plats-learning än råttor som fått kontinuerlig estradiol ersättning och vehikelbehandlade råttor. Det fanns ingen signifikant skillnad i förvärv av svar lärande mellan olika behandlingsbetingelser. [Modifierad från et al. Lipatova 2014 och återges med tillstånd från Elsevier] Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Förvärv i Place-Eleverna
Figur 4 visar förvärvskurvor för fordonet och östradiol råttor som fick plats-utbildning. A 3 x 12 (behandling x provblocket) upprepade-åtgärder ANOVA visade en signifikant inom individer effekten av rättegången blocket [F (11, 220) = 22,47, p <0,01], vilket tyder på att prestanda förbättrats under träningen. Dessutom, analyserna visade en signifikant mellan individer effekt of behandling [F (1,20) = 3,76, p <0,05] (Figur 4). En uppföljning test (HSD) visade att råttor som fått cykling estradiol behandling (Cykel-P) hade högre halter av 1: a val korrekta rättegångar än fordon (Vehicle-P) och kontinuerligt (Continuous-P) estradiol råttor, p <0,02. Det fanns ingen skillnad i procent av en st val korrekta responser mellan fordonet-P och kontinuerlig-P-gruppen. Dessa resultat visar att cykling estradiol behandling förbättrad förvärv av plats-learning.
Figur 4. Förvärv Pris Place-Learning. Detta diagram visar graden av förvärv för råttor som fått plats-utbildning som bygger på andelen förstahands korrekta svar som görs inom block av fyra försök. Efter 48 försök samtliga råttor nådde ~ 80% första val korrekt svar. Cykling östradiol ersätement råttor (Cykel-P, vita trianglar) förvärvade rum-learning betydligt snabbare än kontinuerliga estradiol ersättnings råttor (Continuous-P, vita kvadrater) och fordons behandlade råttor (Vehicle-P, vita cirklar). [Modifierad från et al. Lipatova 2014 och återges med tillstånd från Elsevier] Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Förvärv i Response Learners
Figur 5 visar förvärvskurvor för fordonet och östradiol råttor givet svar-utbildning. A 3 x 12 (behandling x provblocket) upprepade-åtgärder ANOVA visade en inom-ämne effekten av rättegången blocket [F (11, 176) = 12,59, p <0,01], som visar att prestanda förbättras under träning. Men behandling typ hade ingen signifikant effekt på hastigheten för svars lärande.
Figur 5. Förvärv Pris Response-Learning. Detta diagram visar graden av förvärv för råttor som fått svar utbildning som bygger på andelen förstahands korrekta svar som görs inom block av fyra försök. Efter 48 försök att utbilda samtliga råttor nådde ~ 80% första val korrekt svar. Det fanns ingen signifikant skillnad i förvärvstakt mellan de olika behandlingsbetingelser (Cykel-P, svarta trianglar vs Kontinuerlig P, svarta fyrkanter vs. Fordons P, svarta cirklar). [Modifierad från et al. Lipatova 2014 och återges med tillstånd från Elsevier] Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Startplats Switch i Place-Eleverna
Plats-elever initialt försämras när start loningen stängdes, oavsett behandling. En 2 x 3 (sista provblocket på den ursprungliga startplatsen mot den första rättegången blocket på switchen startplatsen prov x behandling) upprepade mätningar ANOVA visade en signifikant effekt av startplats [F (1,18) = 9.68, p < 0,01] (Figur 6). Det fanns ingen signifikant interaktion eller mellan-ämnen effekt. Emellertid har tidigare fynd visat att vehikelbehandlade plats-elever är mindre nedsatt än östradiol råttor under en startplats switch-test 14. Därför har parvisa jämförelser för att jämföra procent av 1 st val svar mellan varje grupps sista blocket på den ursprungliga startplatsen och den första rättegången blocket på switchen startplats. Östradiol råttor hade lägre 1 st val svarsprocent under omkopplaren startsprovning i förhållande till sin ursprungliga startplats, p <0,05. Som tidigare rapporterats, fanns det ingen signifikant dekline prestanda hittades för vehikelbehandlade råttor. Skillnaden i prestanda mellan vehikelbehandlade och östradiol-behandlade råttorna blev större på den andra provblocket hos omkopplaren startplats test (Figur 6). En 2 x 3 (sista blocket på den ursprungliga startplatsen mot den andra rättegången blocket på switchen startplatsen x behandling) upprepade mätningar ANOVA visade en signifikant effekt av startplats [F (1,18) = 20,69, p <0,01] (Figur 6), vilket visar att prestanda i vehikelbehandlade råttor på det andra blocket hos omkopplaren startplats testet var samma som deras resultat på den ursprungliga start lokalisering och östradiol-behandlade råttor uppvisade en förlängd underskott. Parvisa jämförelser visade att kontinuerlig P och Cykling-P råttor hade signifikant reducerad prestanda på den andra dagen av den nya startplatsen i förhållande till deras prestation under den sista dagen av original startplats, p <0,01. Alla råttor återvänt till före switch testnivåer av performance när de senare utbildade på sin ursprungliga startplatsen (Figur 6). Denna slutsats bekräftas med en 2 x 3 (original startplats innan avstängning vs. ursprungliga start plats efter switch x behandling) upprepade mätningar ANOVA som visade någon signifikant inom individer eller mellan-ämnen effekt.
Figur 6. Startplats Switch test för Place-Eleverna. Diagrammet visar andelen första val korrekta svar i fyra rättegång block för plats-elever på den sista dagen innan platsen brytaren (till vänster), under startplats switch test (mitten panel) och tillbaka med den ursprungliga startplatsen (högra panelen). Östradiol råttor (vita fyrkanter och vita trianglar) hade totalt sett lägre procenttal av 1: a val korrektsvar än vehikelbehandlade råttor (vita cirklar). [Modifierad från et al. Lipatova 2014 och återges med tillstånd från Elsevier] Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Börja Läge Swit lm i Response Learners
Response-elever fick försämras när de får omkopplaren startplats test. En 2 x 3 (sista blocket i den ursprungliga start plats jämfört med första rättegången block av den nya startplatsen x behandling) upprepade mätningar ANOVA visade en signifikant effekt av startplats [F (1,16) = 10,28, p <0,01] men ingen interaktion eller huvudsakliga effekten av behandlingen. Därför nedgången i prestanda under det första blocket av omkopplaren startsprovning var motsvarande över varje behandlingsbetingelse (Figur 7). Men till skillnad från i fallet med place-elever, parvisa jämförelser avslöjade att performance i östradiol behandlade svar-elever återhämtade sig före switch testa prestanda nivå på den andra rättegången block av omkopplaren startplats testet, medan fordons råttor fortsatte att visa försämrade prestanda, p <0,04. Därför vehikelbehandlade svar-elever var mer nedsatt på switchen startplatsen test än östradiol behandlade svar-elever. Alla råttor återvänt till före switch testa prestanda när de testades därefter med sin ursprungliga startplatsen (figur 7). Denna slutsats bekräftas med en 2 x 3 (original startplats före bytet testet vs. ursprungliga start plats efter övergången testet x behandling) upprepade mätningar ANOVA visade inte några betydande inomindividuella eller mellan-ämnen effekter.
Figur 7. Startplats Switch test för ResPonse-Eleverna. Detta diagram visar andelen första val korrekta svar i fyra rättegång block för svars elever på den sista dagen innan platsen brytaren (till vänster), under startplatsen omkopplaren test (mitten panel) och tillbaka med ursprungliga start läge (högra panelen). Östradiol råttor (svarta fyrkanter och svarta trianglar) övergripande hade högre halter av 1: a val korrekta svar än vehikelbehandlade råttor (svarta cirklar). [Modifierad från et al. Lipatova 2014 och återges med tillstånd från Elsevier] Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Många paradigm kan användas för att undersöka inlärning och minne hos gnagare, och alla har viktiga steg som experimenterar bör följa. I OFTM, är det viktigt att labyrint förhållanden (t.ex. position labyrint, inom och utanför labyrint ledtrådar, svag belysning och bakgrundsbrusnivån, daglig tid för utbildning) hålls konstanta under hela experimentet. Det är också nödvändigt att minimera stress i rått ämnen för att säkerställa kontinuerlig prestanda i OFTM. Stress kan hållas till ett minimum i honråttor av par-bostäder dem och även genom rutin hantering av praktiker före träning. För att noggrant poäng en råtta prestation under träning och testning (det vill säga när en råtta gör rätt eller fel torn val), är det viktigt att använda livsmedels torn som är lång nog så råttan måste "klättra upp" tornet och bak över maten kopp för att hämta en belöning. Locket på maten koppen inte är synlig för råttatills den "klättrar" tornet. Maten torn som råttan väljer därför är entydig och tillförlitligt kan scored av försöksledaren. Labyrinten golv måste vara konstruerade av material som har hög kontrast i förhållande till råttans färg om försöksledaren vill analysera råttans hastighet, reste distans och / eller tid i en specifik del av labyrinten med hjälp av videospårningsprogram.
Långtids minne lagring av plats och svars lärande skulle kunna undersökas med hjälp av OFTM uppgiften. Efter slutförandet av 48 träningsförsök, kan alla råttor tillbringa 21 dagar i deras hem burar utan någon hantering. Denna 21-dagars intervall används ofta för att testa för att kvarhålla en långtidsminne 15-17. Råttorna kunde tas bort mat begränsning i början av detta minne lagringstiden och därefter återvänt till mat begränsning en vecka före testning. Alla råttor då kunde ta emot 12 Reacquisition försök på tre dagar (fyra försök per dag) utbildning (under återförvärvningsförsök, följer det protokoll som beskrivs i detta manuskript). Om en försöks behöver för att bedöma långtidsminnet retention, då råttor bör inte hanteras under djurhållningsintervallet eftersom hämtning ledtrådar, såsom hantering, tenderar att blockera långsiktiga glömmer 18, 19. Experiment som kräver hantering under djurhållningsintervallet bör utformas för att innefatta en kvarhållande intervall längre än 21 dagar för att undvika detta FÖRBRYLLA. Förutom att testa för långtidsminnet retention, kan OFTM också användas för att undersöka råttans förmåga att lära sig ett nytt labyrint regel (t.ex. återföring lärande).
Den OFTM designades för att specifikt bedöma rumslig lärande (t ex, plats- och svar-learning hos gnagare, men endast vuxna Sprague-Dawley råttor har använts i verkliga experiment med denna labyrint. Men är det verkligen möjligt att använda andra typer av gnagare i OFTM, såsom andra råttastammar och möss. Det är också möjligt att testa gnagare av olika åldrar i OFTM, även om det kan vara nödvändigt att skala maze dimensioner upp eller ner beroende på storleken för den testade patienten. Den OFTM är för närvarande inte tillgänglig för inköp på den öppna marknaden, så praktiker måste bygga sin egen labyrint. Det är osannolikt att mindre skillnader i byggmaterial (t.ex. struktur och / eller färg) eller labyrint storlek avviker från OFTM som beskrivs i det nuvarande protokollet avsevärt kommer att påverka hur en råtta utför i labyrinten; har dock denna hypotes inte testats. Det rekommenderas också att experimenterar bedriva pilotarbete innan de börjar ett experiment.
Det finns några anmärkningsvärda skäl till varför OFTM är ett användbart paradigm för att studera beteendemässiga och neurobiologiska mekanismer spatial inlärning. Den OFTM liknar i komplexitet till Morris Water Maze; emellertid är råttan inte tvingas simma i denna uppgift. Således OFTMkan användas för att bedöma lärande i en icke-stressande situation, till skillnad från Morris Water Maze som i sig framkallar en stressreaktion hos gnagare 10. Dessutom är sannolikheten för en råtta för att göra ett korrekt svar av en slump 25% lägre i OFTM än i en T-labyrint. Dessutom, i stället för att tvingas göra ett val från ett begränsat antal förutbestämda banor (som krävs i vissa spatiala paradigm) är råttans sökvägen inte begränsad i OFTM.
Tidigare studier har visat att plats-lärande är beroende av hippocampus och respons-lärande är beroende av striatum (översikt i 5). Har funnit denna hjärnregion åtskillnad mellan plats- och svar-learning med hjälp av T-labyrinten apparaten 4, en radiell arm uppgift 20, liksom Morris Water Maze 3, 21. Framtida experiment kommer att genomföras för att testa om hippocampus och striatum är nödvändiga för plats- och svar-learning i OFTM. Jagf detta är fallet kommer ytterligare experiment att kunna tryggt testa effekter som hormoner, droger, kost, etc. har på hippocampal- vs. striatal beroende utbildningsvägar i en icke-stressande miljö.
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).
