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Behavior

Zeigen and Response Learning in der Open-field-Turm Maze

Published: October 28, 2015 doi: 10.3791/53227
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Psychology, Christopher Newport University, 2Department of Psychological Science, University of Vermont

Summary

Die Open-field-Turm Maze (OFTM) ist ein Labyrinth geschaffen, um die Verhaltens- und neuronalen Mechanismen der räumlichen Lernen (zB Platzierung oder Antwort-Learning) in Ratten untersucht werden. Dieses Labyrinth ist besonders nützlich für Experimentatoren, die eine nicht-belastenden Labyrinth Paradigma verwenden, um das räumliche Lernen in ihrer Forschung zu untersuchen möchten.

Abstract

Dieses Protokoll beschreibt, wie die Open-field-Turm Maze (OFTM) Paradigma wird verwendet, um das räumliche Lernen bei Nagetieren zu studieren. Dieses Labyrinth ist besonders nützlich für die Prüfung, wie Ratten lernen, eine Platzierung oder Antwort-Learning nutzen, um erfolgreich in einem offenen Feld Arena navigieren. Zusätzlich beschreibt dieses Protokoll, wie die OFTM unterscheidet sich von anderen Verhaltens Labyrinth Paradigmen, die häufig verwendet werden, um das räumliche Lernen bei Nagetieren zu studieren. Die in diesem Artikel beschriebene OFTM wurde aus dem vorher von Cole, Clipperton und Walt (2007) beschriebenen angepasst. Insbesondere wurde die OFTM zum räumlichen Lernen bei Nagetieren, ohne den Experimentator mit zu prüfen, wie "Stress" könnte eine Rolle als eine verwirrende Variable spielen testen erstellt. Experimente haben gezeigt, dass Stress-alone deutlich kognitive Funktion 1 beeinflussen kann. Der repräsentative Abschnitt Ergebnisse aus einem Experiment, das die OFTM verwendet, um die Wirkungen von Östradiol-Behandlung auf orts- und Antwort überprüft Daten enthält-Learning in erwachsenen weiblichen Sprague Dawley Ratten 2. Zukünftige Studien werden entwickelt werden, um die Rolle des Hippocampus und Striatum in orts- und Antwort-Learning in der OFTM zu untersuchen.

Introduction

Die Freilandturm Labyrinth (OFTM) kann verwendet werden, um die Verhaltens-und neurobiologischen Mechanismen der räumlichen Lernens bei Nagetieren zu untersuchen. Wichtig ist, ermöglicht es dem OFTM Forscher sowohl "place-based" und "Antwort-basierte" Lerntypen zu untersuchen. Während Ort-Learning ein Tier navigiert durch ein Labyrinth mit den räumlichen Informationen in die Umgebung (zB wird eine Futterbelohnung neben einem Hoch Beacon befindet). Während Antwort-Learning das Tier macht eine spezifische Reaktion wiederum unabhängig von seiner Position im Verhältnis zu räumlichen Informationen (zB einen links oder rechts, um eine Futterbelohnung zu finden). Es wurde bereits berichtet, dass die Antwort-Learning und Platz-Learning stützen sich auf zwei verschiedene Speichersysteme 3, 4 und Abbildung ihrer neuronalen Mechanismen wurde eine laufende wissenschaftliche Streben 2, 5-7. Das Design des OFTM wurde von dem einen zuvor beschriebenen 8 angepasst.

GeöffnetFeld Paradigmen (eine Komponente des OFTM) werden häufig verwendet, um Angst bei Nagern 9 zu untersuchen. Während die typischen offenen Feld Angsttest Ratten, die mehr Zeit in der Mitte von einem offenen Feld zu verbringen haben niedrigere Stress und Angst Ebenen als Ratten, die mehr Zeit in der Nähe des Umfangs zu verbringen. Im OFTM muss eine Ratte die Mitte des Irrgartens eingeben, um die Futterbelohnung zu finden. Daher korrekte Navigation im OFTM zeigt an, dass diese Ratten sind nicht gestresst. Ein Grund, warum die Ratten während des Trainings nicht belasteten, weil im Gegensatz zu Standard-Open-Feldtests von Angst Ausbildung der OFTM erfordert vorgeTrainingsPhase, während der die Ratten an das Labyrinth über eine lange Zeitspanne vorbelichtet. Darüber hinaus erfolgt die Ausbildung in einem schwach beleuchteten Umgebung die beunruhigenden Aspekt ein offenes Feld, das in der Regel hell erleuchtet ist, weiter reduziert

Ein weiteres einzigartiges Merkmal des OFTM, im Vergleich zu einigen anderen Labyrinthe, ist, wie das Lernen wird gemessen. Experimentatoren mit derMorris Water Maze oder Barnes Maze messen typischerweise das Lernen durch die Analyse der Geschwindigkeit und / oder Wegstrecke einer Ratte fährt seine Zielposition erreichen. Diese abhängigen Maßnahmen können durch nicht-Lern Faktoren wie Änderungen der allgemeinen Motorik einer Ratte beeinflusst werden. Die OFTM Maßnahmen mit der Lernen Prozent der ersten Wahl richtige Antwort eine Ratte macht jedoch die Futterbelohnung zu finden. Diese abhängigen Maß ist nicht anfällig für Änderungen der Motorleistung und daher genauer beurteilt Lernen als Messungen von Geschwindigkeit und Distanz. Nichtsdestotrotz kann der Versuchsleiter auch zu messen, in der OFTM mit Hilfe von Video-Tracking-Software Geschwindigkeit und Entfernung einer Ratte gereist.

Andere Labyrinth-Arten, wie beispielsweise die T-Labyrinth kann Morris Wasser-Labyrinth und Barnes Maze verwendet, um orts- und Antwort-Learning zu studieren. Jedoch ist die OFTM in einigen bemerkenswerten Hinsicht einzigartig. Erstens ist die OFTM eine empfindlichere Verhaltenstest als das T-Labyrinth, weil die OFTM eine Chance hat performance von 25%, wohingegen die T-Labyrinth besteht eine Chance, die Leistung von 50%. Zweitens kann eine Ratte nur in einem von zwei Wegen in das T-Labyrinth zu drehen, aber zur Routen Möglichkeiten uneingeschränkt bei der Navigation in der OFTM. Drittens, im Gegensatz zu den Morris Wasser-Labyrinth und Barnes Maze Aufgaben (die uneingeschränkte Route Möglichkeiten wie die OFTM haben), Experimente mit dem OFTM benötigen keine Ratten, die durch einen unangenehmen Situation zu navigieren. Ratten sind motived im Morris Wasser-Labyrinth navigieren Sie zum Schwimmen im Wasser zu entkommen, und sie motiviert, um in der Barnes-Labyrinth zu navigieren, um nicht in eine offene, helle Umwelt. Es wurde nachgewiesen, dass die Verabreichung der Morris Water Maze oder Barnes Maze induziert die Freisetzung von Stresshormonen (dh, Corticosteron) in Nagetieren 10. Navigieren Sie in der OFTM jedoch Ratten, weil sie motiviert sind, um eine Futterbelohnung zu finden und Ausbildung ist mit dim Umgebungsbeleuchtung durchgeführt. Somit ist die OFTM ein nicht aversive appetitive Aufgabe. Die Ergebnisse von Experimenten, die einen stressigen m verwendenAze Paradigma, um die Effekte von Manipulationen wie Drogen, Hormon, Bewegung, oder Diät auf Lern- und Gedächtnismechanismen untersuchen können schwer zu interpretieren sein, weil "Stress", von selbst, kann die kognitive Funktion 11 zu beeinflussen.

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Protocol

Dieses Protokoll wird von der Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss der Christopher Newport University zugelassen.

1. Konstruktion des OFTM Vorrichtung

  1. Konstruieren Sie die Begrenzungswand (40 cm hoch und 183 cm Durchmesser) von drei Stücke von weißem Laminat. Konstruieren Sie die kreisförmige Labyrinth Stock (183 cm Durchmesser) aus schwarzem Laminat und kleben Sie es auf eine Kunststofftischplatte. Sichern die Begrenzungswand an der Kante des Tisches mit Schrauben und Leim.
  2. Dekorieren Sie die Innenfläche der Begrenzungswand: Lassen Sie ein Viertel solid weiß; Malen Sie ein Viertel solid black; Malen Sie ein Viertel mit schwarzen Streifen; Malen Sie ein Viertel mit schwarzen Kreisen.
  3. Baue vier "Nahrung Türme" (8 cm x 8 cm x 20 cm; 1A) aus einem quadratischen weißen PVC Beitrag geschnitten. Kleben Sie ein Stück schwarzes Laminat (8 cm x 8 cm) mit der Spitze jedes Turms. Sichern Sie sie, um das Labyrinth Stock mit Crazy Glue 54 cm voneinander entfernt.
  4. Erstellen Sie drei "pre-Trainings Schlepptauers "(5 cm, 10 cm und 15 cm hoch sind; 1B) aus einem quadratischen weißen PVC-Post. Kleben Sie ein Stück schwarzes Laminat (8 cm x 8 cm) mit der Spitze jedes Turms. Diese Türme sind nur während der Pre-Trainingsphase (unten beschrieben), um das Labyrinth Boden geklebt.
  5. Kleben Sie eine schwarze undurchsichtige Kunststoff-Lebensmittel-Tasse mit einem Schraubdeckel (= eine klare Kunststoff-Kügelchen Behälter schwarz lackiert; 1,75 cm hoch und 3,75 cm Durchmesser) an die Spitze der einzelnen Lebensmittel Turm. Bohren Sie drei kleine Entlüftungslöcher (3 mm Durchmesser) in jedem Deckel. Die Löcher sorgen dafür, dass die Ratte nicht finden kann "richtigen" Lebensmittelturm mit olfaktorischen Signale. Die Höhe der Ausbildungstürme sorgt dafür, dass die Ratte nicht finden kann "richtige" Turm mit der nicht begrenzten Nahrungsmittelbecher als visuellen Hinweis.

Abbildung 1
Abbildung 1. Photographs des Open-field-Turm Maze (OFTM). (A) Die Ratte ist in der Lage zu finden und zurückzuholen eine Futterbelohnung von nur einer Lohn-Köder "Trainingsturm" während der Akquisition, sowie alle nachfolgenden Ausbildung und Prüfung. (B) Drei "vor dem Training Türme" sind in der Mitte des Labyrinths Arena während vorbereitende Ausbildung gelegt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

2. Die OFTM Maze Zimmer

  1. Verwenden Sie eine Lampe mit einer 60-W-Glühlampe (Lumen: 800), um an schwach beleuchten das Labyrinth Raum. Die Lampe 3 ft oberhalb des Bodens und 2 ft zur Seite des Labyrinths, gegenüber zu der Decke. Spielen Sie weißes Rauschen im Hintergrund (~ 70 dB) mit einem Sound-Maschine.
  2. Montieren Sie eine digitale Videokamera an der Decke über dem Labyrinth, um Video auf einen Computer zu übertragen. Hängen Sie einen undurchsichtigen Vorhang, um das Labyrinth vom Computer zu trennen ÜberwachungBereich.

3. Rat Handhabung, Essen Restriction & Housing

  1. Lassen Sie jeden Experimentator behandeln alle Ratten für sieben Tage (4 min pro Tag) vor der Pre-Training.
  2. Platzieren Ratten auf einem Nahrungsmittel Diät (1 h freiZufuhr pro Tag). Diese Diät wird sichergestellt, dass Ratten, werden motiviert, um Belohnungen beim Training abzurufen, während die Aufrechterhaltung einer gesunden Gewicht (~ 90% der Free-Fütterung Gewicht).
  3. Doppelhausratten (bei Verwendung von weiblichen Tieren) während der gesamten Dauer des Experiments. Paarhaltung weiblichen Ratten sind weniger ängstlich als einzeln untergebracht weiblichen Ratten 12.

4. Pre-Trainingsverfahren

  1. Bait jedes uncapped Food Tasse auf den sieben Türmen mit einer Futterbelohnung (zB ein Stück Obst Getreide) im Inneren.
  2. Legen Sie eine Ratte in das Labyrinth in einem zufälligen Ort, bis er feststellt, und verbraucht alle sieben Futterbelohnungen, bevor sie entfernt wird.
    1. Wenn die Ratte nicht innerhalb von 10 Abrufen aller Lebensmittel Belohnungenmin, dann entfernen Sie sie aus dem Labyrinth und geben Sie vor dem Training Verfahren wieder am folgenden Tag. Hinweis: Einige Ratten wird länger dauern als andere, zunächst lernen, die Lebensmittel Belohnungen von der Oberseite der Türme abzurufen.
    2. Wenn eine Ratte nicht abrufen und verbrauchen alle sieben Futterbelohnungen von den Türmen in den ersten beiden Tagen der Pre-Workout, gib es weitere 30 Minuten-Sitzungen in der OFTM, bis die Futterbelohnungen abgerufen werden. Typischerweise wird die Ratte zu finden und zu konsumieren alle Lebensmittel Belohnungen nach ein oder zwei dieser 30 Minuten-Sitzungen.

5. Setzen-training & Antwort-Trainingsverfahren

  1. Weisen Sie jeder Ratte zwei von vier Startpositionen. Gegengewicht zu der folgende: Die Startposition Freigabepunkt innerhalb und zwischen jedem Trainingstag; die Art des Lernens (Ort vs Antwort); die "richtige Turm" für alle Platz Lernende; und die wiederum jede Antwort-Lernende ausgebildet, um zu machen (rechts vs. links).
  2. Zu Beginn jedesTrainingstag wiederum auf dem Rauschen Maschine und öffnen Sie die Video-Aufnahme-Programm. Bait alle vier Türme und decken drei der vier Lebensmittelschalen, so dass die Futterbelohnung auf der "richtigen" Turm ausgesetzt.
  3. Auf jeder gegebenen Studie, starten Video-Aufzeichnung (siehe Bedienungsanleitung des Herstellers für Anweisungen), dann die Ratte im Labyrinth an seinem zugewiesenen Startposition. Dann, hinter dem Vorhang zu gehen, um das Verhalten der Ratte auf einem Computermonitor zu beobachten. Entfernen Sie die Ratte aus dem Labyrinth unmittelbar nachdem sie die Belohnung ruft oder nach 3 Minuten sind vergangen, und stoppen Videoaufzeichnung.
    1. Für Platz-Learning-Ratten, immer die gleiche "richtigen" Lebensmittelturm, und legen Sie die Ratte in einer von zwei Startpositionen. Ein Ort-Lernenden löst das OFTM von der Suche nach einem bestimmten Ort unter Verwendung der räumlichen Informationen in das Labyrinth vorgesehen. Zum Beispiel Köderturm D (= die "richtige" Turm) und lassen Sie die Ratte von Startposition "2" oder "3217; (durchgezogene Pfeile in 2A, links) oder Köderturm A und lassen Sie eine Ratte aus Startposition "1" oder "4" (gestrichelten Pfeile in 2A, links).
    2. Bei Antwort-Learning-Ratten, schalten Sie den "richtigen" Lebensmittelturm in Abhängigkeit von der Startposition. Antwort-Lernenden lösen das OFTM durch das Lernen, um eine bestimmte Wendung zu machen (zB immer rechts), unabhängig von ihrer Ausgangsposition in das Labyrinth. Zum Beispiel Köderturm D und lassen Sie die Ratte von Startposition "3" oder Köderturm B und lassen Sie das gleiche Ratte aus einer Startposition "2" (durchgezogene Pfeile in 2B, links). Für eine andere Ratte, Köder Turm B und lassen Sie die Ratte vom Standort '1' oder Köderturm A und lassen Sie diese Ratte vom Standort '4' (gestrichelte Pfeile in 2B, links).
  4. Geben Sie allen Ratten insgesamt 48 Trainingsversuche über 12 Tage (vier Studien pro da y).

Figur 2
Abbildung 2. Overhead-Schema, das Place- and Response-Training & Testverfahren. Diese Abbildung zeigt die Start- und Futterbelohnung Standorte für Ausbildungsplatz-Lernende (A, links) und Antwortlernende (B, links), und auch die Start- und Belohnung Standorte in der Startposition Schaltertest für Platz-Lerner verwendet (A, rechts) und Antwortlernende (B, rechts). Die Zahlen zeigen die Startposition einer Ratte; graue Quadrate stellen Nahrung Türme; solide und gestrichelte Linien weisen auf die Köder Essen Turm. Startpositionen sind innerhalb eines jeden Trainingszustand ausgeglichen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

e "> 6. Starten Sie Standort Schalten Prüfverfahren

  1. Nachdem alle Ratten durchführen zu ihrem asymptotischen Pegel (~ 80% der richtige erste Wahl reagiert) Durchführung einer "Startort Schalten Test", um die Persistenz des erlerntes Verhalten zu testen.
  2. Gegengewicht zu den neuen Startpositionen (dh die Startpositionen, die zuvor nicht für die Ratte genutzt haben).
  3. Befolgen Sie die Anweisungen für jeden im Protokoll Abschnitt 5 mit den neuen Startpositionen beschriebenen Trainings Studie.
    1. Für einen Ort-Learning-Ratte, die ursprünglich vom Standort '2' oder '3' Turm D als "richtige" Turm veröffentlicht und hatte, legen Sie die Ratte in einer von der neuen Startposition "1" oder "4", während immer noch Hetze Turm D (2A, rechts).
    2. Eine Antwort-Learning-Ratte, die ursprünglich aus dem Ort "2" oder "3" veröffentlicht wurde und erfuhr, nach rechts, um die Belohnung auf Türmen erhalten (B drehenbzw. D), stellen Sie den Ratten entweder in der neuen Startposition "1" oder "4" und Köder entweder Turm A bzw. C (die noch erfordern würde, die Ratte nach rechts, um die Futterbelohnung zu finden drehen) 2B, richtig.
    3. Verwalten Sie alle Ratten acht Startposition Schaltertest Studien über zwei Tage (vier Versuche pro Tag).

7. Datenanalyse

  1. Haben ein Experimentator, der nicht trainiert hat Ratten und kennt nicht die Behandlung von jeder Ratte Punktzahl Video aufgezeichnet Studien durch Zählen der Anzahl der Antworten eine Ratte macht, um die "richtige" Turm auf jeden Versuch zu finden (von der Ratte Aufzucht bis auf die angegebene Essen Tasse).
  2. Berechnen Sie den Prozentsatz der Zeit, die eine Ratte findet die Belohnung auf seiner ersten Wahl (% der ersten Wahl richtige Antworten) innerhalb jeder Trainingstag. Construct Lernkurven mit dem Prozent der ersten Wahl richtigen Antworten für Trainingstage. Verwenden Sie das Prozent der first Wahl richtige Antwort für die statistische Analyse.
  3. Berechnen Sie die Anzahl der Versuche fand die Ratte, die a priori-Set-Kriterium, um die Aufgabe (dh erste Wahl richtige Reaktion auf 8 von 10 aufeinander folgenden Studien) erwerben, zu erreichen. Ratten von der Analyse, die die a-priori-Kriterium nicht erreichen auszuschließen.

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Representative Results

Die hier beschriebenen repräsentativen Ergebnisse wurden zuvor in der Neurobiologie der Learning & Arbeitsspeicher, Elsevier 2 veröffentlicht. In diesem Experiment wurde die OFTM wurde verwendet, um die Wirkungen einer chronischen und Radfahren Estradiol Behandlungen auf orts- und Antwort-Learning in weiblichen Sprague-Dawley-Ratten-Test (250 bis 300 g; n = 48). Es gab zwei wichtige Gründe, warum die OFTM wurde verwendet, um dieses Experiment durchzuführen. Erste, Estradiol hat sich gezeigt, unterschiedliche Auswirkungen auf orts- und Antwort-Lern 7 induzieren. Zweitens war es notwendig, die Wirkungen von Estradiol auf das Lernen in einer nicht stressigen Umgebung zu testen, weil Gonadenhormone haben unterschiedliche Wirkungen beim Menschen zu Stresssituationen 13 ausgesetzt ist. In den Lipatova et al. (2014) Versuchs ovarektomierten weiblichen Ratten verabreicht wurden täglich subkutane Injektionen von Östradiol (10 & mgr; g / kg) oder Vehikel-Lösung (Erdnussöl). Ratten in der "Continuous" Zustand erhaltentägliche Injektionen von Estradiol und Ratten in den Zustand "Fahrzeug" erhielten tägliche Injektionen des Fahrzeugs Lösung. Ratten in der "Radfahren" Zustand wurden Injektionen von Estradiol gegebenen jeden 4. Tag und Fahrzeug-Lösung an den anderen Tagen. Die Hälfte der Ratten in jeder Bedingung wurden mit Ort-Training geschult und die Hälfte wurden mit Antwort-Trainingsverfahren geschult. Sechs Ratten erreichte nicht die a priori Akquisition Kriterium und damit nicht in die Analyse einbezogen. Die letzten Gruppen waren: Fahrzeug-Place (Vehicle-P; n = 9), Fahrzeug-Response (Vehicle-R, n = 6), Continuous-P (n = 7), Continuous-R (n = 7), Radfahren -P (n = 7) und Cycling-R (n = 6).

Erwerb zu Kriterium: Platz-Ausbildung vs. Antwort-Schulung

Nach der Vorausbildung wurde jede Ratte 48 Erwerb Studien auf der OFTM gegeben. A 2 x 3 (Trainingstyp x-Behandlung) ANOVA wurde unter Verwendung der Anzahl von Versuchen die Ratten nahmen to die apriorische Akquisition Kriterium, das einen signifikanten Haupteffekt der Behandlung ergab, erreichen [F (2, 36) = 5,6; p <0,01] und Ausbildungstyp [F (1, 36) = 5,09, p <0,04]. Eine Follow-up-Test (HSD) hat gezeigt, dass Ratten, die Fahrrad Estradiol-Ersatz nahm weniger Versuche, die Übernahme Kriterium für Ort-Learning als Ratten, die Fahrrad Injektionen oder Fahrzeug Injektionen, p <0,01 zu erreichen. Estradiol Behandlung hatte keine Auswirkung auf die Anzahl der Versuche dauerte die Ratten, die Akquisition Kriterium zur Reaktion Lernen (3) zu erreichen.

Figur 3
Abbildung 3. Trials für Place- and Response-Schulungs Kriterium. Diese Grafik zeigt die durchschnittliche Anzahl der Versuche für Ratten, die Stelle (schwarze Balken) und der Reaktion (weiße Balken) Ausbildung benötigt, um 8 von 10 aufeinanderfolgenden ersten Wahl richtigen Antworten erreichen. Weibliche Ratten, die Fahrrad Estradiol replacement benötigt weniger Studien zur Kriterium für Ort-Learning als Ratten, die kontinuierliche Estradiol Ersatz- und Vehikel-behandelten Ratten zu erreichen. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Erfassung der Antwort Lernen in den verschiedenen Behandlungsbedingungen. [Geändert von Lipatova et al. 2014 und mit Genehmigung von Elsevier nachgedruckt] Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Akquisition in Place-Learners

Abbildung 4 zeigt Akquisitionskurven für das Fahrzeug und Estradiol behandelten Ratten, die Platz-Ausbildung erhalten haben. A 3 x 12 (Behandlung x Versuchsblock) wiederholter ANOVA-Messungen zeigten eine signifikante intraindividuelle Wirkung der Versuchsblock [F (11, 220) = 22.47, p <0,01], was darauf hinweist, dass die Leistung im Training verbessert. Darüber hinaus ergab die Analyse eine erhebliche interindividuelle Wirkung of-Behandlung [F (1,20) = 3,76, p <0,05] (Abbildung 4). Eine Follow-up-Test (HSD) hat gezeigt, dass Ratten, die Fahrrad Estradiol Behandlung (Cycling-P) hatten höhere Prozentsätze der 1. Wahl richtigen Studien als Fahrzeug (Vehicle-P) und kontinuierlich (Continuous-P) Estradiol behandelten Ratten, p <0,02. Es gab keinen Unterschied in der Prozent der 1. Wahl richtiger Antworten zwischen dem Fahrzeug-P und Continuous-P-Gruppe. Diese Ergebnisse zeigten, dass der Radsport Estradiol Behandlung verbesserte Übernahme von Platz-Learning.

Figur 4
Abbildung 4. Erfassungsrate für Platz-Learning. Diese Grafik zeigt die Rate der Übernahme für die Ratten, die Ort-Schulung auf der Grundlage der Anteil der ersten Wahl richtigen Antworten in Blöcken von vier Studien gemacht. Nach 48 Versuchen alle Ratten erreicht ~ 80% erste Wahl richtig reagiert. Radfahren Estradiol Replacement Ratten (Cycling-P; weiße Dreiecke) erworben Ort-Learning deutlich schneller als kontinuierliche Estradiol Ersatz Ratten (Continuous-P; weiße Quadrate) und Vehikel behandelten Ratten (Vehicle-P; weiße Kreise). [Geändert von Lipatova et al. 2014 und mit Genehmigung von Elsevier nachgedruckt] Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Akquisition im Antwortlernende

Figur 5 zeigt Kurven Erfassung für das Fahrzeug und Estradiol-behandelten Ratten, die Antwort-Ausbildung. A 3 x 12 (Behandlung x Versuchsblock) wiederholter ANOVA-Messungen zeigten eine intraindividuelle Wirkung der Versuchsblock [F (11, 176) = 12.59, p <0,01], die zeigen, dass die Leistung im gesamten Training verbessert. Allerdings hatte Behandlungsart keine signifikante Auswirkung auf die Geschwindigkeit der Reaktion Lernen.


Abbildung 5. Erfassungsrate für die Antwort-Learning. Diese Grafik zeigt die Rate der Übernahme für die Ratten, die Reaktionstraining auf der Basis des Prozentsatzes der ersten Wahl richtigen Antworten in Blöcken von vier Studien gemacht. Nach 48 Studien der Ausbildung alle Ratten erreicht ~ 80% erste Wahl richtig reagiert. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Erfassungsrate zwischen den verschiedenen Behandlungsbedingungen (Cycling-P; schwarze Dreiecke vs. Continuous-P; schwarze Quadrate vs. Fahrzeug-P; schwarze Kreise). [Geändert von Lipatova et al. 2014 und mit Genehmigung von Elsevier nachgedruckt] Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Startgebiet Schalter in Place-Learners

Platz-Lernenden wurden zunächst beeinträchtigt, wenn der Start loKationen geschaltet wurde, unabhängig von der Behandlung. A 2 x 3 (letzte Versuchsblock auf der ursprünglichen Startposition gegenüber dem ersten Versuchsblock auf dem Schalter Startposition x Testbehandlung) ANOVA mit wiederholten Messungen ergab eine signifikante Wirkung der Startposition [F (1,18) = 9,68, p < 0,01] (6). Es gab keine signifikante Wechselwirkung oder Zwischensubjekteffekt. Allerdings haben frühere Ergebnisse zeigen, dass Träger behandelten Ort-Lernenden weniger beeinträchtigt als die Estradiol behandelten Ratten während einer Startposition Schaltertest 14. Daher wurden paarweise Vergleiche durchgeführt, um auf der ursprünglichen Startposition und der ersten Versuchsblock auf dem Schalter Startposition zu vergleichen Prozent der 1. Wahl Antworten zwischen letzten Block jeder Gruppe. Estradiol behandelten Ratten hatten niedrigere 1. Wahl Antwortprozentsätze während der Schalter Startprüfung im Vergleich zu ihrer ursprünglichen Startposition, p <0,05. Wie bereits berichtet, es gab keinen signifikanten Decline in der Leistung gefunden für Fahrzeug-behandelten Ratten. Der Leistungsunterschied zwischen den Vehikel-behandelten und Estradiol behandelten Ratten wurde größer auf der zweiten Versuchsblock des Schaltstartpunkt-Test (Abbildung 6). A 2 x 3 (letzte Block auf der ursprünglichen Startposition gegenüber dem zweiten Versuchsblock auf dem Schalter Startposition x Behandlung) ANOVA mit wiederholten Messungen ergab eine signifikante Wirkung der Startposition [F (1,18) = 20.69, p <0,01] (Figur 6), was zeigt, dass die Leistung in Vehikel-behandelten Ratten am zweiten Block des Schalters Startort Test war die gleiche wie ihre Leistung auf dem ursprünglichen Startposition und Estradiol-behandelten Ratten zeigten eine verlängerte Defizits. Paarweise Vergleiche zeigten, dass Continuous-P und Radfahren-P Ratten war signifikant am zweiten Tag des neuen Startposition im Vergleich zu ihrer Leistung während der letzten Tage der ursprünglichen Startposition, p <0.01 Leistungsminderung. Alle Ratten wieder in Teststufen pe-Schalter vor,rformance wenn sie wurden anschließend auf ihre ursprüngliche Startposition (Figur 6) ausgebildet. Diese Feststellung wurde mit einer 2 x 3 (ursprüngliche Startposition vor dem Schalter vs. ursprünglichen Startposition nach dem Einschalten x Behandlung) bestätigt ANOVA mit wiederholten Messungen, die keine signifikante intraindividuelle oder Zwischensubjekteffekt ergab.

Figur 6
6. Starten Ort Schaltertest für Platz-Lernenden. Diese Grafik zeigt den Prozentsatz der ersten Wahl richtigen Antworten in vier Untersuchungsbausteine ​​für Ort-Lerner am letzten Tag vor Beginn Ort-Schalter (links), während der Startposition Schalter Test (Mitte) und wieder zurück mit dem ursprünglichen Startposition (rechtes Bild). Estradiol behandelten Ratten (weiße Quadrate & weiße Dreiecke) hatten insgesamt niedrigere Prozentsätze der 1. Wahl richtigAntworten als Vehikel-behandelten Ratten (weiße Kreise). [Geändert von Lipatova et al. 2014 und mit Genehmigung von Elsevier nachgedruckt] Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Startgebiet Swit ch in Reaktion Learners

Antwort-Lernenden wurden beeinträchtigt, wenn angesichts der Schalter Startposition Test. A 2 x 3 (letzte Block der ursprünglichen Startposition vs. ersten Versuchsblock der neuen Startposition x Behandlung) ANOVA mit wiederholten Messungen ergab eine signifikante Wirkung der Startposition [F (1,16) = 10.28, p <0,01], aber keine Interaktion oder Haupteffekt der Behandlung. Daher ist der Rückgang in der Leistung während des ersten Blocks des Schalters Starttest entsprach in jeder Behandlungsbedingung (Abbildung 7). Doch anders als im Fall der Ort-Lernende, ergab, dass die paarweisen Vergleiche performance in Estradiol behandelten Antwort-Lerner gewonnen vor, eine Schaltertest Leistungsniveau in der zweiten Versuchsblock des Schalters Startort Test, während Träger behandelten Ratten weiterhin eingeschränkter Leistung, p <0,04 zeigen. Daher waren Träger behandelten Antwort-Lernenden mehr beeinträchtigt am Schalter Startposition Test als Estradiol behandelten Antwort-Lernenden. Alle Ratten wieder in Testleistungsstufen-Schalter vor, wenn sie anschließend mit ihrer ursprünglichen Startposition (Abbildung 7) getestet. Diese Feststellung wurde mit einer 2 x 3 (ursprüngliche Startposition vor der Schaltertest vs. ursprünglichen Startposition nach der Schaltertest x Behandlung) bestätigt ANOVA mit wiederholten Messungen wurden keine signifikanten intraindividuelle oder Zwischensubjekteffekte nicht verraten.

Figur 7
7. Starten Sie Standort Schalten Test für Response-Lernenden. Diese Grafik zeigt den Prozentsatz der ersten Wahl richtigen Antworten in vier Untersuchungsbausteine ​​für Antwortlernende am letzten Tag vor Beginn Ort-Schalter (links), während der Startposition Schaltertest (Mitte) und zurück mit der Original-Startposition (rechtes Bild). Estradiol behandelten Ratten (schwarze Quadrate & schwarze Dreiecke) Gesamt hatten höhere Prozentsätze der 1. Wahl richtiger Antworten als Vehikel-behandelten Ratten (schwarze Kreise). [Geändert von Lipatova et al. 2014 und mit Genehmigung von Elsevier nachgedruckt] Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

Zahlreiche Paradigmen verwendet werden, um Lernen und Gedächtnis bei Nagetieren zu untersuchen, und jeder hat wichtige Schritte, die Experimentatoren sollten folgen. Im OFTM, ist es wichtig, dass Labyrinth Bedingungen (zB Position des Labyrinths, intra- und extra Labyrinth Cues, gedämpfte Beleuchtung und Hintergrundrauschpegel, tägliche Zeit des Trainings) konstant während der gesamten Dauer des Experiments gehalten. Es ist auch notwendig, um Stress in Ratten Probanden zu minimieren, um kontinuierliche Leistung im OFTM gewährleisten. Stress kann auf ein Minimum bei weiblichen Ratten durch paar sind Stallungen und auch durch Routinehandhabung von Experimentatoren vor Ausbildung gehalten werden. Um die Leistung einer Ratte genau ein Tor während der Ausbildung und Prüfung (dh, wenn eine Ratte macht ein richtig oder falsch Turm Wahl), ist es wichtig, Nahrungs Türme, die groß genug sind, zu verwenden, so die Ratte muss "erklimmen" den Turm und hinten über die Nahrungsmittelbecher, um eine Belohnung zu erhalten. Der Deckel des Futternapf nicht sichtbar ist der Rattebis es "klettert" den Turm. Das Essen Turm, der Ratte wählt daher ist eindeutig und zuverlässig durch den Versuchsleiter erzielt werden. Das Labyrinth Boden muss aus Material, das einen hohen Kontrast in Bezug auf Farbe der Ratte, wenn der Experimentator will Geschwindigkeit der Ratte analysiert hat gebaut werden, zurückgelegte Strecke und / oder der Zeit in einem bestimmten Teil des Labyrinths mit Hilfe von Video-Tracking-Software ausgegeben.

Langzeitgedächtnis Eigentums Ort und Antwortlern konnte mit Hilfe der OFTM Aufgabe untersucht werden. Nach Abschluss der 48 Trainingsversuche können alle Ratten 21 Tage ihre Käfige ohne Handling zu verbringen. Diese 21-Tage-Intervall wird üblicherweise verwendet, um für die Beibehaltung eines Langzeitspeicher 15-17 zu testen. Die Ratten konnte sie Nahrungsmittelbeschränkung zu Beginn dieses Speicheraufbewahrungszeitraums getroffen werden und anschließend vor dem Test wieder auf Nahrungsmittelbeschränkung pro Woche. Alle Ratten dann 12 reacquisition Studien in drei Tagen erhalten könnte (vier Versuche pro Tag) der Ausbildung (in den Rückerwerb Studien, befolgen Sie die in diesem Manuskript beschriebenen Protokoll). Wenn ein Experimentator muss langfristigen Gedächtnisleistung zu bewerten, dann Ratten sollte nicht während der Retentionsintervall weil Abruf Cues, wie Handling behandelt werden, sind in der Regel langfristige blockieren zu vergessen 18, 19. Die Experimente, die während der Retentionsintervall Handhabung erfordern, sollten entworfen werden, um eine Rückhalteintervall länger als 21 Tage sind, um dieses verwechseln zu vermeiden. Zusätzlich zu den Tests für die Langzeitgedächtnisleistung kann der OFTM auch verwendet, um die Fähigkeit der Ratte, ein neues Labyrinth der Regel (zB Umkehr Lernen) lernen zu untersuchen.

Die OFTM wurde entwickelt, um speziell zu bewerten räumlichen Lernen (zB orts- und Antwort-Learning in Nagetieren, aber nur erwachsenen Sprague-Dawley Ratten wurden in tatsächlichen Experimenten mit diesem Labyrinth eingesetzt. Es ist jedoch durchaus möglich, andere Arten von Nagetieren verwenden im OFTM, wie anderen RatteStämme und Mäuse. Es ist auch möglich, um Nagetiere unterschiedlichen Alters im OFTM zu testen, obwohl es notwendig, um das Labyrinth Abmessungen nach oben oder unten zu skalieren, je nach Größe des Objekts geprüft werden. Die OFTM ist derzeit nicht zum Kauf auf dem freien Markt zur Verfügung, so Experimentatoren müssen ihre eigenen Labyrinth zu bauen. Es ist unwahrscheinlich, dass kleine Unterschiede in Baustoffen (zB Textur und / oder Farbe) oder Labyrinth Größe Abweichend von der in diesem Protokoll bezeichneten OFTM erheblich beeinflussen, wie eine Ratte im Labyrinth führt; Allerdings hat diese Hypothese nicht geprüft. Es wird auch empfohlen, dass Experimentatoren durchzuführen Pilot Arbeit, bevor sie ein Experiment zu beginnen.

Es gibt einige Gründe, warum die bemerkenswerte OFTM ist ein nützliches Paradigma für die Untersuchung der Verhaltens- und neurobiologischen Mechanismen der räumlichen Lernen. Die OFTM ist ähnlich in die Komplexität des Morris Water Maze; jedoch wird die Ratte nicht gezwungen, bei dieser Aufgabe zu schwimmen. Somit ist die OFTMkann verwendet werden, um das Lernen in einer nicht-belastenden Situation zu bewerten, im Gegensatz zu den Morris Wasser-Labyrinth, die von Natur beschwört eine Stress-Reaktion bei Nagern 10 werden. Darüber hinaus ist die Wahrscheinlichkeit für eine Ratte, eine richtige Antwort durch Zufall zu machen in der OFTM 25% niedriger als in einem T-Labyrinth. Auch können, anstelle gezwungen zu sein, eine Auswahl aus einer begrenzten Anzahl von vorbestimmten Bahnen zu machen (wie in einigen räumlichen Paradigmen erforderlich ist), wird die Navigation Pfad der Ratte nicht in der OFTM beschränkt.

Frühere Studien haben gezeigt, dass Ort-Learning hängt von der Hippocampus und die Antwort-Learning hängt vom Striatum (in 5 überprüft). Diese Gehirnregion zwischen orts- und Antwort-Learning wurde mit dem T-Labyrinth Vorrichtung 4, einen radialen Arm Aufgabe 20, sowie die Morris Water Maze 3, 21 gefunden. Zukünftige Experimente werden durchgeführt, um zu testen, ob sein die Hippocampus und Striatum sind orts- und Antwort-Learning in der OFTM notwendig. ichf dies der Fall ist, werden weitere Versuche in der Lage, die Auswirkungen, die Hormone, Drogen, Ernährung, etc. auf hippocampal- vs. Striatum-abhängige Lernwege in einem nicht-belastenden Umwelt selbstbewusst zu testen.

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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

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References

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Verhalten Heft 104 Platz-Learning Antwort-Learning das räumliche Lernen Gedächtnis der experimentellen Psychologie Behavioral Neuroscience Ratte Hippocampus Striatum Freilandturm Labyrinth Stress
Zeigen and Response Learning in der Open-field-Turm Maze
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Lipatova, O., Campolattaro, M. M.,… More

Lipatova, O., Campolattaro, M. M., Toufexis, D. J., Mabry, E. A. Place and Response Learning in the Open-field Tower Maze. J. Vis. Exp. (104), e53227, doi:10.3791/53227 (2015).

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