Summary
The Open-feltet Tower Maze (OFTM) er en labyrint opprettet for å studere de atferdsmessige og nevrale mekanismer for romfølelse (f.eks sted- eller respons-læring) i rotter. Denne labyrinten er spesielt nyttig for forskere som ønsker å bruke et ikke-stressende labyrint paradigme for å undersøke romfølelse i sin forskning.
Abstract
Denne protokollen beskriver hvordan Open-feltet Tower Maze (OFTM) paradigme blir brukt til å studere romlig læring hos gnagere. Denne labyrinten er spesielt nyttig for å undersøke hvordan rotter lære å bruke et sted- eller respons-læring for å kunne navigere i et åpent felt arena. I tillegg beskrives protokollen hvordan OFTM skiller seg fra andre atferds labyrint paradigmer som ofte brukes til å studere romlig læring hos gnagere. Den OFTM beskrevet i denne artikkelen ble tilpasset fra den ene tidligere beskrevet av Cole, Clipperton, og Walt (2007). Spesielt ble OFTM opprettet for å teste romfølelse i gnagere uten eksperimentator å måtte vurdere hvordan "stress" kan spille en rolle som en konfunderende variabel. Forsøk har vist at stress-alene kan påvirke kognitiv funksjon 1. Representanten resultater delen inneholder data fra et eksperiment som brukte OFTM å undersøke effekten av østradiol behandling på sted- og svar-learning i voksen hunn Sprague Dawley rotter 2. Fremtidige studier vil bli designet for å undersøke hvilken rolle hippocampus og striatum i sted- og svar-læring i OFTM.
Introduction
Den åpne felt tårn labyrint (OFTM) kan brukes for å undersøke de atferdsmessige og nevrobiologiske mekanismer for romlig læring hos gnagere. Viktigere, lar OFTM forskere å studere både "place-baserte" og "responsbaserte" læringstyper. Under sted-lærings et dyr navigerer gjennom en labyrint ved hjelp av romlig og i omgivelsene (f.eks, er en mat belønning som ligger ved siden av en høy beacon). Under respons-lærings dyret gjør en bestemt sving respons uavhengig av sin posisjon i forhold til romlig (f.eks, gjør en sving til venstre eller høyre for å finne en mat belønning). Det har tidligere blitt rapportert at responsen-læring og sted-læring er avhengig av to forskjellige minnesystemer 3, 4 og kartlegge deres nevrale mekanismer har vært en pågående vitenskapelig jakten 2, 5-7. Utformingen av OFTM ble tilpasset fra en tidligere er beskrevet åtte.
Åpentfelt paradigmer (en komponent av OFTM) blir ofte brukt til å undersøke angst hos gnagere 9. I løpet av de typiske åpne feltet angst test rotter som tilbringer mer tid i sentrum av et åpent felt har lavere stress og angst nivåer enn rotter som tilbringer mer tid nær omkrets. I OFTM, må en rotte gå inn i midten av labyrinten for å finne mat belønning. Derfor riktig navigasjon i OFTM indikerer at disse rottene er ikke-stresset. En grunn til at rottene ikke-stresset under treningen er fordi i motsetning til luft-felttester av angst trening OFTM krever pre-treningsfase under hvilken rotten er pre-eksponert for labyrinten over en lang tidsperiode. I tillegg oppstår det opplæring i et svakt opplyst miljø som ytterligere reduserer angst-induserende aspekt av et åpent felt som er typisk sterkt opplyst
En annen unik funksjon i OFTM, sammenlignet med noen andre labyrinter, er hvordan læring måles. Forskere brukerMorris Water Maze eller Barnes Maze typisk måle læring ved å analysere hastigheten og / eller veilengden en rotte reiser for å nå målet sitt sted. Disse avhengige tiltak kan bli påvirket av non-lærings faktorer, for eksempel endringer i en rotte generell motorisk aktivitet. Men OFTM tiltak læring ved hjelp av prosent av førstevalget riktig svar en rotte gjør for å finne maten belønning. Dette avhenger tiltaket er ikke sårbar for endringer i motorytelse og derfor mer presist vurderer de å lære enn målinger av fart og avstand. Likevel kan eksperimentator også måle en rotte hastighet og distanse i OFTM bruke video sporing programvare.
Andre labyrint-typer, som for eksempel T-labyrint, kan Morris Water Maze og Barnes Maze brukes til å studere sted- og svar-læring. Imidlertid er OFTM unik i noen bemerkelsesverdige måter. For det første er det OFTM en mer sensitiv analyse atferds enn T-labyrint fordi OFTM har en sjanse performance på 25%, mens T-labyrint har en sjanse til ytelse på 50%. For det andre kan en rotte bare skru på en av to måter i T-labyrint, men har ubegrenset rutemuligheter når du navigerer i OFTM. Tredje, i motsetning til Morris Water Maze og Barnes Maze oppgaver (som har ubegrenset rutemuligheter som OFTM), eksperimenter med den OFTM ikke krever rotter til å navigere gjennom en motvilje situasjon. Rotter er motived å navigere i Morris Water Maze å flykte bading i vann, og de er motivert til å navigere i Barnes Maze å unngå å være i et åpent, sterkt opplyst miljø. Det har blitt demonstrert at eksponering for Morris Water Maze eller Barnes Maze induserer frigjøring av stress hormon (dvs. kortikosteron) hos gnagere 10. Men rotter navigere i OFTM fordi de er motivert til å finne en mat belønning og opplæring er gjennomført med dim omgivelsesbelysning. Således er OFTM en ikke-motvilje appetitive oppgave. Resultater fra eksperimenter som bruker en stressende mAze paradigme for å undersøke effekten av manipuleringer som legemiddel, hormon, trening, eller diett på læring og hukommelse mekanismer kan være vanskelige å tolke på grunn av "stress", i seg selv kan påvirke 11 kognitiv funksjon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokollen er godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité Christopher Newport University.
1. Byggingen av OFTM Apparatus
- Konstruer grensen veggen (40 cm høy og 183 cm diameter) fra tre stykker av hvit laminat. Konstruer den sirkulære labyrinten etasje (183 cm diameter) fra svart laminat og lim den til en plast bordplaten. Fest grensen veggen til kanten av bordet med skruer og lim.
- Dekorere interiøret overflaten av muren: La en fjerdedel solid hvitt; Male en fjerdedel solid black; Male en fjerdedel med sorte striper; Male en fjerdedel med svarte sirkler.
- Bygge fire "mat tårn" (8 cm x 8 cm x 20 cm, Figur 1a) kuttet fra en firkantet hvit PVC innlegg. Lim et stykke svart laminat (8 cm x 8 cm) til toppen av hvert tårn. Fest dem til labyrinten gulvet med sprø lim 54 cm fra hverandre.
- Bygge tre "pre-trening slepers "(5 cm, henholdsvis 10 cm og 15 cm høye, Figur 1b) fra en firkantet hvit PVC innlegg. Lim et stykke svart laminat (8 cm x 8 cm) til toppen av hvert tårn. Disse tårnene blir tapet til labyrinten etasje bare under pre-treningsfase (beskrevet nedenfor).
- Lim én svart ugjennomsiktig plast mat koppen med en skrue-top lokk (= en klar plast perle container malt svart, 1,75 cm høy og 3,75 cm diameter) til toppen av hver mat tårnet. Bore tre små luftehull (3 mm diameter) i hvert lokk. Hullene sikre at rotta ikke finner "riktig" mat tårnet med olfactory signaler. Høyden på trening tårnene sikrer at rotta ikke finner den "riktige" tower bruker Uncapped mat cup som et blikkfang.
Figur 1. Fotografier av Open-feltet Tower Maze (OFTM). (A) Rotta er i stand til å finne og hente en mat belønning fra bare en belønning-agnet "trening tårn" under oppkjøpet, samt all videre opplæring og testing. (B) Tre "pre-trening tårn" er plassert i sentrum av labyrinten arena under pre-trening. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
2. OFTM Maze Room
- Bruk en lampe med en 60 W lyspære (Lumens: 800) til svakt belyse labyrinten rommet. Lampen ligger 3 fot over gulvet og 2 fot til siden av labyrinten, som vender mot taket. Spill av hvit støy i bakgrunnen (~ 70 dB) ved hjelp av en lyd maskin.
- Montere et digitalt videokamera til taket over labyrinten for å overføre video til en datamaskin. Heng en ugjennomsiktig gardin å skille labyrinten fra datamaskinen overvåkingområde.
3. Rat Handling, Mat Restriction & Housing
- La hver eksperimentator håndtere alle rotter i syv dager (4 min per dag) før pre-trening.
- Plasser rotter på en begrenset diett mat (1 time av fri-mating per dag). Denne dietten sikrer at rotter vil bli motivert til å hente belønning under trening, og samtidig opprettholde en sunn vekt (~ 90% av fri-fôring vekt).
- Dobbelt huset rotter (hvis du bruker kvinner) gjennom hele varigheten av forsøket. Pair-huset hunnrotter er mindre engstelig enn single-huset hunnrotter 12.
4. Pre-trening Prosedyrer
- Agn hver uncapped mat cup på de sju tårn med mat belønning (for eksempel ett stykke frukt frokostblanding) på innsiden.
- Plasser en rotte i labyrinten i et tilfeldig sted til den finner og bruker alle sju mat belønninger før den fjernes.
- Hvis rotta ikke hente alle de mat belønninger innen 10min, deretter fjerne den fra labyrinten og gi pre-trening rutiner igjen neste dag. Obs: Enkelte rotter vil ta lengre tid enn andre til å begynne å lære å hente mat belønninger fra toppen av tårnene.
- Hvis en rotte ikke hente og gjøre ende på alle sju mat belønninger fra tårnene i de to første dagene av pre-trening, gir det ytterligere 30 min økter i OFTM inntil mat belønninger skal hentes. Vanligvis vil rotta finne og konsumere alle mat belønninger etter en eller to av disse 30 min økter.
5. Place-trening & Response-trening Prosedyrer
- Gi hver rotte to av fire startstedene. Motvekt følgende: start plassering utgivelsen punkt innenfor og mellom hver treningsdag; den type læring (sted vs respons); "riktig tårnet" for alle sted elever; og turn hver respons-elev er opplært til å gjøre (høyre vs venstre).
- Ved starten av hverttreningsdag sving på støy maskinen og åpne videoopptak program. Agn alle fire tårn og dekker tre av de fire mat kopper, forlater mat belønning på den "riktige" tower utsatt.
- På hver bestemt prøvetid, starte videoopptak (se produsentens brukerveiledning for instruksjoner), deretter plassere rotte i labyrinten på sitt tildelte startsted. Deretter går bak forhenget å observere rotte atferd på en dataskjerm. Fjern rotte fra labyrinten umiddelbart etter at den henter belønning eller etter 3 minutter har gått og stoppe videoopptak.
- For place-læring rotter, alltid bruke samme "riktig" mat tårn, og plasser rotte i en av to startstedene. Et sted-elev løser OFTM ved å finne et bestemt sted ved hjelp av romlig og leveres i labyrinten. For eksempel agn tårn D (= "riktig" tårn) og slipp rotte fra start beliggenhet '2' eller '3217; (heltrukne piler i figur 2A, til venstre), eller agn tårn A og slipper en rotte fra start beliggenhet '1' eller '4' (stiplede piler i figur 2A, til venstre).
- For respons-læring rotter, slå om "riktig" mat tårn avhengig av startsted. Response-elever løse OFTM ved å lære å lage en bestemt sving (f.eks alltid ta til høyre), uavhengig av startposisjonen i labyrinten. For eksempel agn tårn D og slipp rotte fra start beliggenhet '3', eller agn tårn B og slipper den samme rotte fra et startsted "2" (heltrukne pilene i figur 2B, venstre). For en annen rotte, agn tårn B og slipp rotte fra sted '1', eller agn tårn A og slipp som rotte fra sted '4' (stiplede piler i figur 2B, venstre).
- Gi alle rottene totalt 48 treningsforsøk over 12 dager (fire forsøk pr da y).
Figur 2. Vippe Skjematisk Viser sted- og Response-Training & Testing Prosedyrer. Viser dette tallet start- og mat belønning steder for opplæring sted-elever (A, Venstre) og respons elever (B, Venstre), og også start- og belønning steder brukt under startsted switch test for stedsnavn-elever (A, Høyre) og respons elever (B, Høyre). Tallene indikerer en rotte starter plassering; grå firkanter representerer mat tårn; solid og stiplede linjer peke på agnet mat tårnet. Begynner steder er motvekts innenfor hver treningstilstand. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Etter at alle rottene yte sitt asymptotisk nivå (~ 80% av riktig førstevalg reagerer) gjennomføre en "Start Location Switch Test" for å teste utholdenhet av lært atferd.
- Motvekt romanen startstedene (dvs. start- steder som ikke tidligere har blitt brukt til rotte).
- Følg prosedyrene for hver trening rettssaken beskrevet i protokollen § 5 med den nye startstedene.
- For et sted-lærings rotte som opprinnelig ble utgitt fra sted '2' eller '3' og hadde tårn D som sin "riktig" tårn, plassere rotte i en av den nye startsted '1' eller '4', mens de fortsatt baiting tårn D (Figur 2A, høyre).
- For en respons-lærings rotte som opprinnelig ble utgitt fra sted '2' eller '3' og lært å ta til høyre for å få belønning (på tårnene Bog D, henholdsvis), plasserer rotte i en av den nye startsted '1' eller '4' og agn enten tårn A eller C, henholdsvis (som fortsatt vil kreve rotte å svinge til høyre for å finne mat belønning) Figur 2B, ikke sant.
- Administrere alle rotter åtte start plassering brytertestforsøk over to dager (fire studier per dag).
7. Data Analysis
- Har du en eksperimentator som ikke har trent rotter og vet ikke behandling av hver rotte rille video-tapet prøvelser ved å telle antall svar en rotte gjør for å finne den "riktige" tårn på hvert forsøk (indikert av rotte stell opp over mat cup).
- Beregn prosentandelen av tid som en rotte finner belønningen på sin første valg (% av første valg riktige svar) innenfor hver trening dag. Konstruer læring kurver ved hjelp av prosent av førstevalg riktige svar på tvers av treningsdager. Bruk prosent av first valg riktig respons for den statistiske analysen.
- Beregne antall forsøk det tok rotta å nå a priori sett kriterium for å skaffe seg oppgaven (dvs. førstevalg riktig å svare på 8 av 10 påfølgende forsøk). Ekskluder rotter fra analysen som ikke når den a priori kriterium.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representative resultatene beskrives her, er tidligere publisert i nevrobiologi of Learning & Memory, Elsevier to. I dette forsøket var OFTM ble anvendt for å teste effekten av kronisk og sykkel østradiol behandlinger på sted- og respons-læring i hunn Sprague-Dawley rotter (250 - 300 g; N = 48). Det var to viktige grunner til at OFTM ble brukt for å utføre dette forsøket. For det første har estradiol vist å indusere forskjellige effekter på plass-og respons-læring 7. For det andre, var det nødvendig å teste effekten av østradiol på læring i et ikke stressende miljø, fordi gonadale hormoner har differensielle effekter hos mennesker som er utsatt for stressende situasjoner 13. I Lipatova et al. (2014) eksperiment ovarieektomiserte hunnrotter ble gitt daglige subkutane injeksjoner av østradiol (10 ug / kg) eller bæreroppløsning (jordnøttolje). Rotter i "Continuous" tilstand mottattdaglige injeksjoner av østradiol og rotter i "Vehicle" -tilstand fikk daglig injeksjoner av bæreroppløsning. Rotter i "Cycling" tilstand fikk injeksjoner av østradiol hver 4. dag og kjøretøy løsning på de andre dagene. Halvparten av rotter i hver tilstand ble trent med plass-trening prosedyrer og halvparten ble trent med respons-trening prosedyrer. Seks rotter nådde ikke a priori oppkjøpet til Criterion og dermed ble ikke inkludert i analysen. De endelige gruppene var: Vehicle-Place (Vehicle-P; n = 9), Bruktbil Response (Vehicle-R; n = 6), Kontinuerlig-P (n = 7), Kontinuerlig-R (n = 7), Sykling -P (n = 7) og Cycling-R (n = 6).
Oppkjøp til Criterion: Place-trening vs. Response-trening
Etter pre-trening, ble hver rotte gitt 48 oppkjøpsforsøk på OFTM. En 2 x 3 (treningstype x behandling) ANOVA ble utført ved hjelp av antallet forsøk rottene tok to når a priori anskaffelse kriterium, noe som viste en signifikant hovedeffekt av behandlingen [F (2, 36) = 5,6, p <0,01] og trening type [F (1, 36) = 5,09, p <0,04]. En oppfølging test (HSD) viste at rotter som fikk sykling østradiol-erstatning tok færre forsøk å nå oppkjøpet kriterium for sted-læring enn rotter som fikk sykkel injeksjoner eller kjøretøy injeksjoner, p <0,01. Østradiol behandlingen hadde ingen virkning på antallet forsøk tok rottene for å oppnå anskaffelse kriteriet for respons læring (figur 3).
Figur 3. Trials til kriterium for Place- og Response-trening. Denne grafen viser gjennomsnittlig antall forsøk for rotter gitt sted (svarte striper) og respons (hvite søyler) opplæring som trengs for å nå 8 av 10 sammenhengende førstevalg riktige svar. Hunnrotter som fikk sykling estradiol replacement kreves færre forsøk å nå kriterium for sted-læring enn rotter som fikk kontinuerlig østradiol erstatning og vehikkelbehandlede rotter. Det var ingen signifikant forskjell i oppkjøpet av respons læring på tvers av ulike behandlingsforhold. [Modifisert fra Lipatova et al. 2014 og gjengitt med tillatelse fra Elsevier] Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Oppkjøpet i Place-elever
Figur 4 viser oppkjøps kurver for kjøretøyet og østradiol-behandlede rotter som fikk plass-trening. A 3 x 12 (behandling x prøveblokk) gjentatte-tiltak ANOVA viste en signifikant innen-individ effekten av prøveblokk [F (11, 220) = 22,47, p <0,01], noe som indikerer at ytelsen forbedret under trening. I tillegg viser analysene viste en signifikant mellom-faget effekt of behandlings [F (1,20) = 3,76, p <0,05] (figur 4). En oppfølging test (HSD) viste at rotter som fikk sykling østradiol behandling (Cycling-P) hadde høyere prosenter av 1 st choice riktige prøvelser enn kjøretøy (Vehicle-P) og kontinuerlig (Continuous-P) østradiol behandlede rotter, p <0,02. Det var ingen forskjell i prosent av en st choice riktige svar mellom Vehicle-P og Continuous-P-gruppen. Resultatene viste at sykling østradiol behandling forbedret oppkjøpet av sted-læring.
Figur 4. Erverv Rate for Place-læring. Denne grafen viser frekvensen av oppkjøpet for rotter som fikk plass-trening basert på prosentandelen av første valg riktige svar som gjøres innen blokker på fire forsøk. Etter 48 forsøk alle rottene nådde ~ 80% førstevalg riktig å reagere. Sykling estradiol fortrengtement rotter (Cycling-P, hvite trekanter) kjøpte stedet-lærings betydelig raskere enn kontinuerlige østradiol erstatning rotter (Continuous-P, hvite firkanter) og kjøretøy behandlede rotter (Vehicle-P, hvite sirkler). [Modifisert fra Lipatova et al. 2014 og gjengitt med tillatelse fra Elsevier] Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Oppkjøpet i Response Learners
Figur 5 viser oppkjøps kurver for kjøretøyet og østradiol-behandlede rotter gitt respons-trening. A 3 x 12 (behandling x prøveblokk) gjentatte-tiltak ANOVA viste en innen-individ effekten av prøveblokk [F (11, 176) = 12.59, p <0,01], som viser at ytelsen forbedret gjennom trening. Men hadde behandlingstypen ingen signifikant effekt på graden av respons læring.
Figur 5. Oppkjøp Rate for Response-læring. Denne grafen viser frekvensen av oppkjøpet for rotter som fikk respons opplæring basert på prosentandelen av første valg riktige svar som gjøres innen blokker på fire forsøk. Etter 48 forsøk med opplæring av alle rottene nådd ~ 80% førstevalg riktig å reagere. Det var ingen signifikant forskjell i oppkjøpet hastighet på tvers av de ulike behandlingsforhold (Cycling-P, svart trekanter vs. Kontinuerlig-P, svart kvadrater vs Vehicle-P, svart sirkler). [Modifisert fra Lipatova et al. 2014 og gjengitt med tillatelse fra Elsevier] Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Begynn Beliggenhet bryter i stedet-elever
Plasser-elever var i utgangspunktet svekket når starten lokation var slått, uavhengig av behandling. En 2 x 3 (siste prøveblokk på den opprinnelige startsted vs. den første rettssaken blokken på bryteren startsted test x behandling) gjentatt tiltak ANOVA viste en signifikant effekt av start stedet [F (1,18) = 9,68, p < 0,01] (figur 6). Det var ingen signifikant interaksjon eller mellom-fag effekt. Imidlertid har tidligere funn vist at vehikkelbehandlede sted-elever er mindre svekket enn østradiol-behandlede rotter ved et startsted bryter test 14. Derfor ble parvise sammenligninger utført for å sammenligne prosent av 1st Choice respons mellom hver gruppe siste blokk på den opprinnelige startsted, og den første prøveblokk på bryteren startsted. Østradiol-behandlede rotter hadde lavere 1 mx valg svarprosenter under bryteren start test i forhold til deres opprinnelige start plassering, p <0,05. Som tidligere rapportert, var det ingen signifikant decaline i ytelse funnet for vehikkelbehandlede rotter. Forskjellen i ytelse mellom vehikkelbehandlede og østradiol-behandlede rotter ble større på den andre prøveblokk av bryteren startsted test (figur 6). En 2 x 3 (siste blokk på den opprinnelige startsted vs. den andre rettssaken blokk på bryteren startsted x behandling) gjentatt tiltak ANOVA viste en signifikant effekt av start stedet [F (1,18) = 20,69, p <0,01] (Figur 6), som viser at ytelsen i vehikkelbehandlede rotter på den andre blokken av bryteren startsted test var det samme som deres opptreden på den opprinnelige startsted og østradiol-behandlede rotter viste en forlenget underskudd. Parvise sammenligninger viste at Kontinuerlig-P og Cycling-P rottene hadde betydelig redusert ytelse på den andre dagen av den nye startsted i forhold til deres prestasjoner i løpet av den siste dagen av opprinnelige start plassering, p <0,01. Alle rottene tilbake til pre-switch test nivåer av performance når de senere ble trent på sin opprinnelige startposisjon (figur 6). Dette funnet ble bekreftet med en 2 x 3 (original startsted før bryteren vs. opprinnelige startsted etter bryteren x behandling) gjentatte tiltak ANOVA som avslørte ingen signifikant innen-faget eller mellom-fag effekt.
Figur 6. Begynn Beliggenhet Switch Test for Place-elever. Denne grafen viser hvor stor andel av førstevalg riktige svar i fire-prøvesteiner for sted-elever på den siste dagen før starten plassering bryteren (venstre panel), under starten plassering bryteren test (midtre panelet) og tilbake med den opprinnelige startsted (høyre panel). Østradiol-behandlede rotter (hvite firkanter og hvite trekanter) hadde samlet lavere prosenter av en st valg riktigsvar enn vehikkelbehandlede rotter (hvite sirkler). [Modifisert fra Lipatova et al. 2014 og gjengitt med tillatelse fra Elsevier] Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Begynn Beliggenhet Swit ch i Response Learners
Response-elever ble svekket når gitt bryteren startsted test. En 2 x 3 (siste blokk av den opprinnelige startsted vs. første prøveblokk av den nye startsted x-behandling) repeterte målinger ANOVA viste en signifikant effekt av startsted [F (1,16) = 10,28, p <0,01], men ingen interaksjon eller hovedeffekt av behandlingen. Derfor nedgangen i ytelse i løpet av første kvartal av bryteren start testen var tilsvarende på tvers av hver behandling tilstand (figur 7). Men i motsetning til i tilfellet med plass-elever, parvise sammenligninger viste at performance i østradiol behandlet respons-elever restituert til pre-switch test prestasjonsnivå på den andre rettssaken blokk av bryteren start plassering test, mens vehikkelbehandlede rotter fortsatte å vise nedsatt ytelse, p <0,04. Derfor vehikkelbehandlede respons-elever var mer svekket på bryteren startsted test enn østradiol behandlet respons-elever. Alle rottene tilbake til pre-switch test nivåer av ytelse når de ble deretter testet med sine opprinnelige startsted (figur 7). Dette funnet ble bekreftet med en 2 x 3 (original startsted før bryteren test vs. opprinnelige startsted etter at bryteren test x behandling) gjentatte tiltak ANOVA ikke avsløre noen vesentlige innenfor-fag eller mellom-fag effekter.
Figur 7. Begynn Beliggenhet Switch Test for Response-elever. Denne grafen viser prosentandelen av første valg riktige svar i fire-prøvesteiner for respons elever på den siste dagen før starten plassering bryteren (venstre panel), i løpet av startsted bryteren test (midtre panelet) og tilbake med opprinnelige start plassering (høyre panel). Østradiol-behandlede rotter (svarte firkantene og svarte trekanter) hadde samlet høyere prosentandeler av 1 st choice riktige svar enn vehikkelbehandlede rotter (svarte sirkler). [Modifisert fra Lipatova et al. 2014 og gjengitt med tillatelse fra Elsevier] Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mange paradigmer kan brukes til å undersøke læring og hukommelse hos gnagere, og alle har viktige skritt som forskere bør følge. I OFTM, er det viktig at labyrint forhold (for eksempel, plassering av labyrinten, intra- og ekstra-labyrint signaler, svak belysning og bakgrunnsstøynivået, daglig tid for trening) holdes konstant gjennom hele varigheten av forsøket. Det er også nødvendig for å minske stress i rotte fag for å sikre kontinuerlig ytelse i OFTM. Stress kan holdes til et minimum i hunnrotter ved pair-boliger dem og også gjennom rutine håndtering av forskere før trening. For nøyaktig score en rotte ytelse under trening og testing (dvs. når en rotte gjør et riktig eller feil tårn valg), er det viktig å bruke mat tårnene som er høye nok til at rotta må "klatre opp" tårnet og bak over maten cup for å hente en belønning. Lokket av maten cup er ikke synlig for det rottetil det "klatrer" tårnet. Maten tårnet at rotta velger derfor er entydig og kan bli pålitelig scoret av eksperimentator. Labyrinten Gulvet må være konstruert av materiale som har høy kontrast i forhold til rotte farge hvis eksperimentator ønsker å analysere rotte hastighet, distanse og / eller tid tilbrakt i en bestemt del av labyrinten ved hjelp av video sporing programvare.
Langsiktig minne oppbevaring av sted og respons læring kan bli undersøkt ved hjelp av OFTM oppgaven. Etter gjennomføringen av 48 treningsforsøk, kan alle rottene tilbringe 21 dager i hjem bur uten håndtering. Denne 21-dagers intervall er vanlig å teste for oppbevaring av en langtidshukommelsen 15-17. Rottene kan bli tatt av mat begrensning i begynnelsen av denne minnelagringsperiode, og deretter returnert til mat begrensning en uke før testing. Alle rottene da kunne motta 12 reacquisition studier over tre dager (fire forsøk per dag) med trening (i løpet av de reacquisition prøvelser, følger protokollen som er beskrevet i dette manuskriptet). Hvis en eksperimentator må vurdere langsiktige minne oppbevaring, da rotter bør ikke håndteres under lagringsintervallet fordi henting signaler, for eksempel håndtering, pleier å blokkere langsiktig glemme 18 19. Eksperimenter som krever håndtering under lagringsintervallet bør være konstruert for å inkludere en retensjon intervall enn 21 dager for å unngå dette forvirre. I tillegg til testing for langtidshukommelsen oppbevaring, kan den OFTM også brukes til å undersøke rotte evne til å lære en ny labyrint regel (f.eks reversering læring).
Den OFTM er designet for å vurdere spesielt romlig læring (f.eks sted- og respons-læring i gnagere, men bare voksne Sprague-Dawley hannrotter ble brukt i eksperimenter med denne labyrinten. Imidlertid er det absolutt mulig å anvende andre typer av gnagere i OFTM, slik som andre rottestammer og mus. Det er også mulig å teste gnagere i ulike aldre i OFTM, selv om det kan være nødvendig å skalere de labyrintiske dimensjonene opp eller ned avhengig av størrelsen på emnet testet. Den OFTM er for øyeblikket ikke tilgjengelig for kjøp på det åpne markedet, så forskere må konstruere sin egen labyrint. Det er lite sannsynlig at små forskjeller i byggematerialer (f.eks, tekstur og / eller farge) eller labyrint størrelse avviker fra den OFTM beskrevet i denne protokoll vil vesentlig påvirke hvordan en rotte utfører i labyrinten; Imidlertid har denne hypotese ikke testet. Det anbefales også at forskere gjennomføre pilotarbeidet før de begynner et eksperiment.
Det er noen bemerkelsesverdige grunner til at OFTM er et nyttig paradigme for å studere de atferdsmessige og nevrobiologiske mekanismer for romfølelse. Den OFTM er lik i kompleksitet til Morris Water Maze; imidlertid rotten ikke tvunget til å svømme i denne oppgaven. Dermed blir OFTMkan brukes til å vurdere læring i et ikke-stressende situasjon, i motsetning til Morris Water Maze som i seg selv fremkaller en stressrespons hos gnagere 10. I tillegg, er sannsynligheten for en rotte å foreta et korrekt svar ved en tilfeldighet er 25% lavere i OFTM enn i en T-labyrint. Også, i stedet for å bli tvunget til å foreta et valg blant et begrenset antall av forutbestemte baner (slik det er nødvendig i noen romlig paradigmer), blir rottens navigeringsbane ikke er begrenset i OFTM.
Tidligere undersøkelser har vist at stedet lærende avhenger av hippocampus, og responsen-læring avhenger av striatum (oversikt i 5). Dette hjerneregion skille mellom sted- og respons-læring har blitt funnet ved hjelp av T-labyrint anordning 4, en radial arm oppgave 20, samt Morris Water Maze 3, 21. Fremtidige eksperimenter vil bli utført for å teste hvorvidt hippocampus og striatum er nødvendig for sted- og svar-læring i OFTM. Jegf dette er tilfelle, vil ytterligere eksperimenter kunne trygt teste effekten at hormoner, medikamenter, diett, etc. har på hippocampal- vs. striatal-avhengige lærings baner i et ikke-stressende miljø.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| OFTM construction supplies | |||
| Safety Glasses, Clear, Uncoated | Grainger | 4EY97 | Used for general eye protection during maze construction |
| Masking Tape, Beige, 18 mm x 55 m | Grainger | 15F739 | General supply |
| Wiss All-purpose Scissor | Home Depot | 37103278647 | General supply |
| Lancaster 6 foot Round Folding table - Heavy Duty white granite plastic - 29" | www.webstaurantstore.com | 384YCZ72RND | Used as base of the maze |
| Laminate Countertop sheet in White Matte Finish (48 x 96 x 0.039) | Home Depot | 1573603504896 | Used as walls for the maze |
| Laminate Countertop sheet in Black Matte Finish (48 x 96 x 0.039) | Home Depot | 1595603504896 | Used as floor of the maze |
| Adhesive, Spray, 24 oz, 17.6 oz Net. 3M | Grainger | 3MA16 | Used to adhere the laminate floor to the table top and pieces of laminate to each other |
| 16.6 oz #90 hi-strength S | Lowe's | 193252 | Used to adhere the laminate floor to the table top |
| Superflex RTV, Silicone Adhesive Sealant, Loctile | VWR | 300040-068 | Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze) |
| Industrial Sealant; 10.1 oz | Grainger | 4UH06 | Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze) |
| Painter's Masking Tape; Shurtape; 2 in x 60 yd | Grainger | 6FET7 | Used to mark out visual patterns on maze walls |
| Mini/Trim paint tray | ACE Hardware | 1365105 | Used to hold paint |
| Foam mini roller 4" 6 pk | ACE Hardware | 1494871 | Used for painting patterns |
| Val Sample Set Nbase paint | ACE Hardware | 1505031 | Used as paint for pattern on the walls of the maze |
| HP Paint Black | Walmart | 72450405005 | Used to paint pattern on the walls of the maze |
| Brush | Walmart | 81773801110 | Used to paint pattern on the walls of the maze |
| Duct Tape, 2 in x 60 yd, 10.5 mil. Black | Grainger | 15F767 | Used to wrap the exterior of the maze |
| 4x4 8 ft PT pine Vinyl-CTD Post W/Cap | Home Depot | 40933070541 | Used to build towers for the maze |
| 20 gram Pro Super Glue | Lowe's | 125870 | Used to glue tower tops, towers to the floor of the maze and food cups to the tower tops |
| Bead Containers 9 - 1/2 | Michaels | 652695766978 | Used as food cups on top of towers |
| Spray Paint, Black, 12 oz | Grainger | 6KP22 | Used to paint food cups & covers |
| Room prepration | |||
| Conair SU1W Sound Machine; 10 Sounds | Home Depot | 204493600 | Used for background noise |
| Lamp | Walmart | 5027698392 | Used for dim lighting of maze room |
| ES 14 W DayLight Spiral Bulb 4 pk | Home Depot | 762148208433 | Used for dim lighting of maze room |
| Shower Curtain | Walmart | 3429910901 | Used for separation between the maze and the experimenter |
| Curtain Rod | Bed Bath & Beyond | 76598645104 | Used for separation between the maze and the experimenter |
| Froot Loops Cereal | Walmart | 3800039122 | Used as reward |
| Recording equipment | |||
| Media Recorder 3:4 video | Noldus | NMR4-0200 | Used to record training trials |
| Monochrome GigE Camera | Noldus | XCFW-BG62 | Used to record training trials |
| Precision M4800 Laptop | Dell | N/A | Used to run video software |
References
- Luine, V., et al. Repeated stress causes reversible impairments of spatial memory performance. Brain Res. 639 (1), 167-170 (1994).
- Lipatova, O., et al. Effects of continuous vs. cycling estrogen replacement on the acquisition, retention and expression of place- and response-learning in the open-field tower maze. Neurobiol Learn Mem. 114, 81-89 (2014).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Double dissociation of fornix and caudate nucleus lesions on acquisition of two water maze tasks: further evidence for multiple memory systems. Behav Neurosci. 106 (3), 439-446 (1992).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
- Poldrack, R. A., Packard, M. G. Competition among multiple memory systems: converging evidence from animal and human brain studies. Neuropsychologia. 41 (3), 245-251 (2003).
- Quinlan, M. G., Hussain, D., Brake, W. G. Use of cognitive strategies in rats: the role of estradiol and its interaction with dopamine. Horm Behav. 53 (1), 185-191 (2008).
- Korol, D. L. Role of estrogen in balancing contributions from multiple memory systems. Neurobiol Learn Mem. 82, 309-323 (2004).
- Cole, M. R., Clipperton, A., Walt, C. Place versus response learning in rats. Learn Behav. 35 (4), 214-224 (2007).
- Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmaco. 463 (1-3), 3-33 (2003).
- Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
- Bowman, R. E., Beck, K. D., Luine, V. N. Chronic stress effects on memory: sex differences in performance and monoaminergic activity. Horm Behav. 43 (1), 48-59 (2003).
- Lunga, P., Herbert, J. 17Beta-oestradiol modulates glucocorticoid, neural and behavioural adaptations to repeated restraint stress in female rats. J Neuroendocrinol. 16 (9), 776-7785 (2004).
- Newhouse, P. A., et al. Estrogen treatment impairs cognitive performance after psychosocial stress and monoamine depletion in postmenopausal women. Menopause. 17 (4), 860-873 (2010).
- Lipatova, O., Toufexis, D. J. Estrogen enhances the retention of spatial reference memory in the open field tower task, but disrupts the expression of spatial memory following a novel start position. Neurobiol Learn Mem. 99, 50-58 (2012).
- Lipatova, O., et al. Recency-to-primacy shift in cue competition. J Exp Psychol Anim Behav Process. 32 (4), 396-406 (2006).
- De La Casa, L. G., Timberlake, W. Effects of preexposure and retention interval placement on latent inhibition and perceptual learning in a choice-maze discrimination task. Learn Behav. 34 (2), 193-201 (2006).
- Liang, K. C., et al. Buspirone impaired acquisition and retention in avoidance tasks: involvement of the hippocampus. Chin J Physiol. 41 (1), 33-44 (1998).
- Gisquet-Verrier, P., Alexinsky, T. Does contextual change determine long-term forgetting. Animal Learning and Behavior. 14 (4), 349-358 (1986).
- Gisquet-Verrier, P., et al. Exposure to retrieval cues improves retention performance and induces changes in ACTH and corticosterone release. Psychoneuroendocrinology. 29 (4), 529-556 (2004).
- Packard, M. G., Hirsh, R., White, N. M. Differential effects of fornix and caudate nucleus lesions on two radial maze tasks: evidence for multiple memory systems. J Neurosci. 9 (5), 1465-1472 (1989).
- Devan, B. D., McDonald, R. J., White, N. M. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 100 (1-2), 5-14 (1999).
