Summary
Cardiovasculaire oefening en het stimuleren van ervaringen in een complexe omgeving hebben positieve voordelen op meerdere maatregelen van neuroplasticiteit in de knaagdieren hersenen. Dit artikel zal de implementatie van deze interventies te bespreken als een "superintervention" die wiel draait en ecologische complexiteit combineert en zal de beperkingen van deze interventies aan te pakken.
Abstract
Aerobic oefening (bv wiel lopen (WR) op grote schaal gebruikt in proefdieronderzoek) een positieve invloed veel maatregelen van neuroplastic potentieel in de hersenen, zoals de tarieven van de volwassen neurogenese, angiogenese, en de expressie van neurotrofe factoren bij knaagdieren. Deze ingreep is ook aangetoond gedrags- en neuroanatomische aspecten van de negatieve effecten van teratogens (dwz ontwikkelingsstoornissen blootstelling aan alcohol) en leeftijdsgebonden neurodegeneratie bij knaagdieren beperken. Omgevingscomplexiteit (EC) is aangetoond dat vele voordelen neuroplastic corticale en subcorticale structuren te produceren en kan worden gekoppeld wiel draait om de proliferatie en overleving van nieuwe cellen in de volwassen hippocampus verhogen. De combinatie van deze twee maatregelen verschaft een robuuste "superintervention" (WR-EC) die in verschillende knaagdiermodellen van neurologische stoornissen kunnen worden toegepast. Wij zullen de uitvoering van WR / EG en haar in te besprekenterventions voor gebruik als een krachtigere therapie in ratten met behulp van het diermodel van prenatale blootstelling aan alcohol bij de mens. We zullen ook bespreken welke elementen van de procedures zijn absoluut noodzakelijk zijn voor de interventies en welke kan worden gewijzigd afhankelijk van de vraag of faciliteiten van de experimentator.
Introduction
Kippen in verschillende omgevingen is lang bekend dat veranderingen in verschillende maatregelen van neurologische wellness veroorzaken. Veel studies kijken naar de positieve effecten van het grootbrengen in een complexe omgeving (EG) te beginnen met baanbrekend onderzoek van Diamond en Rosenzweig (bv 1, 2) en Greenough (Bijvoorbeeld 3, 4). EG is aangetoond dat een onmiskenbaar positief effect op synaptische en cellulaire veranderingen in de hersenen 5, 6, 7 hebben. EG kan een veelvoud aan hersengebieden beïnvloeden zoals de hippocampus 8, 9 en visuele cortex 10, 11, ventrale striatum 12, 13, enals brain-breed neuro-functie (beoordeeld in 14). Bijzondere belangstelling heeft zich ontwikkeld van de studies hippocampus toen werd aangetoond dat EG de overleving van volwassen geboren granule cellen van de dentate gyrus kan verhogen door dendritische plasticiteit 9, 13. Dit laatste punt is er veel belangstelling verzameld als gevolg van de groeiende hoeveelheid literatuur die aangeeft dat cardiovasculaire training bevordert volwassen neurogenese in zowel de gezonde en beschadigde hersenen 15, 16, 17, 18. Wiel draait (WR) is een eenvoudig te implementeren op vrijwillige basis cardiovasculaire activiteit die is gebleken bij diermodellen van neurologische aandoeningen of veroudering 17, 19, 20 te zijn. WR beïnvloedt de expressie van groeifactoren in zowel het centrale als perifere zenuwstelsel 21, 22, 23.
De combinatie van (later) WR en EC in een "superintervention" (WR-EC) (dat wil zeggen 12 dagen van WR, gevolgd door 30 dagen in de EG) biedt een robuuste stijging van de hippocampus volwassen neurogenese en verhoogde overleving van de pas verspreidden cellen 8, de blijkt dat in het diermodel van FASD niet wordt bereikt door individuele componenten (zie hieronder). Aangezien beide onderdelen van de WR-EC gevolgen hebben voor een divers scala aan structuren binnen de hersenen 13 (WR beoordeeld in 22, EC beoordeeld in 24), de implementatie van deze interventie kan eenvoudig worden toegepast op knaagdieren modellen van zowel de ontwikkelings- en het latere leven ontstaan modellen van neurologische nierfunctie (bv neonatale blootstelling aan alcohol, vergrijzing, vroege leven stress).
nt "> Integratie van WR-EC in de adolescentie en vroege volwassen periode (dat wil zeggen, postnatale dagen 30-72) kan een aantal van de negatieve effecten van een rat model van foetale alcohol spectrum stoornissen (FASDs) te verbeteren 8 Een verzameling van studies hebben. aangetoond dat knaagdieren blootgesteld aan alcohol van postnatale dag (PD) 4 tot 9 tonen grote tekortkomingen neuroanatomical maatregelen zoals dendritische complexiteit 25, cerebellaire ontwikkeling 26, 27 en neuroimmune responsiviteit 28 en manifestaties van verminderde leren en geheugen 29, 30, 31 . Zelfs een verminderde hoeveelheid alcohol blootstelling binnen dit tijdvenster (dwz PD 7 tot en met 9) kan leiden tot tekorten in het leren en het geheugen bij adolescente en volwassen ratten 32, terwijl sommige structuren niet meer zien sigcante neuroanatomische impairment 27. Veel van deze tekorten - in aanvulling op gedrags impairments in hippocampus-afhankelijke taken - zijn verzacht na blootstelling aan deze WR-EC paradigma 8, 33 of WR alleen 25, 31. Hoewel WR staan een veelgebruikt interventie is de combinatie van WR-EC nog niet toegepast in de literatuur, ondanks het vermogen om de voordelen van WR 8 relatief korte termijn te ondersteunen. Dit artikel zal de uitvoering van de WR-EG-interventie tijdens de adolescentie te bespreken. Hoewel dit paradigma wordt gebruikt in de context van vroege postnatale blootstelling aan alcohol kan worden ingevoerd om verschillende knaagdiermodellen te hersenpotentiaal van neuroplasticiteit van modellen van hersenaandoeningen beoordelen.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Ethiek Verklaring: Het volgende protocol werd goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC) van de Universiteit van Delaware.
1. Developmental Exposure (of Model van Binge-achtige Ethanol Exposure)
- Op PD3, bepalen het geslacht van elk dier en cross-bevorderen elke dieren zo nodig te worpgrootte (8 dieren) en geslacht distributie (4 reuen: 4 vrouwen) te houden in overeenstemming binnen elk nest.
NB: Het is belangrijk om worpgrootte en geslacht distributie zo consistent mogelijk te houden om experimentele verwart vermijden. Hoewel dit protocol maakt gebruik van 8 pups (4 reuen en 4 teven) per worp, kunnen alternatieve strooisel maten of seks uitkeringen worden afgestemd op de behoeften van de experimentele opzet. - Subcutaan injecteren van een kleine hoeveelheid zwarte inkt in India de poten om dieren binnen elk nest identificeren.
- Pseudo-willekeurig nesten experimentele (met 50% alcohol blootgestelde (AE) en 50% sham control geïntubeerd toewijzen (SI) pups) of zogen control (SC) (dieren die geen intubatie, staart knippen, of scheiding protocollen van PD 4 ondergaan - 9, met uitzondering van de dagelijkse wegen en oor-ponsen).
- Consistente grootte van de groep te behouden, te wijzen twee keer zoveel experimentele nesten als SC nesten.
- Weeg elk dier dan terug naar zijn kooi. Dierweging moeten dagelijks optreden tijdens de intubatie periode (PD 4-9).
- Verwijder de hele nest van de dam.
- Plaats pups op verwarmde pad.
- Noteer het gewicht van elk individu pup.
- Op PD4 na afweging elk dier berekent de benodigde hoeveelheid alcohol voor een totaal van 5,25 g / kg / dag per elk dier (gebaseerd op jonggewicht van stap 1,4) 8.
- Dien alcohol 11,9% ethanol-in-melkvervanger (vol / vol).
- Vanaf 09:00, verwijder dan één nest van pups van de moeder tegelijk.
- Dien de ethanol-in-melk aan elke AE pup
- Sham-intuberen elk SI pup 8.
- Herhaal stap 1.5. door middel van 1.8. voor elke experimentele nest.
- Twee uur na de eerste dosis, herhaalt u de dosering procedure (stappen 1.5 tot 1.8) voor een tweede dosis alcohol.
- Anderhalf uur na de tweede dosis alcohol (het punt waarop de piek dagelijkse bloedalcoholgehalte is bereikt), verzamelen en centrifuge bloed uit de AE en SI pups via staart knippen voor toekomstige bloedalcoholgehalte analyse 35.
- Verzamel 60 ul van bloed.
- Plaats bloed in een 1 ml microcentrifugebuis. Centrifugeer bloed 1.5 xg gedurende 25 min.
- zorgvuldig verzamelen supernatant serum van de centrifugebuis en sparen voor de toekomst bloedalcoholgehalte analyse.
- Herhaal de dosering procedure (stappen 1.5 tot 1.8) met behulp van melk in plaats van ethanol-in-melk om de voedingswaarde tekorten van verpleging onvermogen in AE te voorkomenpups.
- Voer een totaal van 2 extra melk doses 2 uur apart op PD 4.
- Herhaal stap 1.4 tot 1.12 (behalve voor stap 1.11) op de PD 5-9.
- Naar aanleiding van de laatste aanvullende melk dosis op PD9, oor punch alle pups voor identificatie in het EG-kooi.
- Coördineren geponst oor met een zekere mate van zwerfafval nummer of identifier (bijv zou oneven nesten binnen een cohort hun linkeroor krijgen geslagen, terwijl dieren uit zelfs genummerde nesten zou krijgen hun recht oren geslagen). Dit zal het gemakkelijker maken om de dieren te identificeren in de EG kooi moet meerdere dieren uit verschillende nesten hebben hetzelfde pawmark patroon.
2. spenen
- Op PD 23, huis alle dieren in kooien van 2-3.
- Zorg ervoor dat alle dieren gehuisvest in dezelfde kooi zijn hetzelfde geslacht.
- Omvatten één SC, een SI, en één AE dier per kooi wanneer mogelijk.
- Minimaliseer het aantal kooi mates thop zijn uit hetzelfde nest.
- Of alle dieren in staat toegang voedsel en water.
3. Wiel Running
- Op PD30, wijzen de helft van de kooien met dieren WR. Huis deze dieren in kooien met een gratis toegang tot de bijgevoegde RVS loopwiel.
- Zorgen dat wielen een teller het aantal omwentelingen beoordelen.
- Weeg alle dieren op PD 30 en PD 36.
- Controleer het aantal omwentelingen van elk wiel bij 09:00 elke dag.
- Laat de dieren in hun respectievelijke woningen voorwaarde voor 12 dagen.
4. Milieu Complexiteit
- Bereid de EG kooi vóór 09:00 op de dag die overeenstemt met PD 42 voor proefdieren.
- Hier krijg je een 30 "x 18" x 36 "verzinkt stalen kooi.
OPMERKING: De kooi moet meerdere niveaus, in staat is het gewicht van meervoudige ratten worden gevuld met standaardbeddengoed, en hebben meerdere locaties om flessen water en voedsel dispensers hechten. - Plaats nieuwe, kleurrijke voorwerpen van verschillende afmetingen en vormen in de kooi.
- Plaats 6 grote speelgoed in het EG-kooi. Zorg ervoor dat elke speelgoed is groot genoeg voor 3 of meer ratten om te communiceren met gelijktijdig.
- Plaats 6 middelgrote speelgoed in het EG-kooi. Zorg ervoor dat elke speelgoed is groot genoeg voor 3-4 ratten om te interageren met gelijktijdig.
- Hechten veel (ten minste 20) van kleinere speelgoed in de EG-kooi.
- Gebruik speelgoed van verschillende kleuren, vormen, grootte, enz Nieuwigheid is essentieel voor deze interventie (zie bespreking).
- Plaats twee schotels van voedsel bij tegenoverliggende einden van de kooi.
- Plaats twee flessen water bij tegenoverliggende einden van de kooi.
- Hier krijg je een 30 "x 18" x 36 "verzinkt stalen kooi.
- Op 9:00 op PD 42, weeg alle dieren en verplaats de WR dieren naar de EC kooi. 12 dieren - Elk EG kooi moet 9 bevatten.
- Zorg ervoor dat er geen dieren hebben allebei hetzelfde pawmark en oor-woordspelingch patronen.
- Controleer alle voedsel en water per dag.
- Om de twee dagen, verwijder het speelgoed uit het EG-kooi en vervang ze (volgens stap 4.1.2.).
- Om de drie dagen, het reinigen van het EG-kooi.
- Haal de dieren uit het EG-kooi en zet ze in tijdelijke deelneming kooien van 2-3 dieren.
- Verwijderen van de lagering aan de onderkant van de kooi.
- Terug hetzelfde speelgoed om de kooi, tenzij deze dag valt samen met het speelgoed vervangende schema (volgens stap 4.4.).
- Vervang al het voedsel en water.
- Vervang de ratten in het EG-kooi.
5. Collect Tissue
OPMERKING: weefselverzameltoestel (bijvoorbeeld perfusie met paraformaldehyde) en opslag (bijvoorbeeld invriezen, inbedden in paraffine) kan worden uitgevoerd met verschillende methoden. Hieronder zal het proces van perfusie met 4% paraformaldehyde in 0,1 M fosfaat gebufferde zoutoplossing (4% paraformaldehyde in PBS verklaren) Oplossing 8.
Let op: Paraformaldehyde is kankerverwekkend en kunnen ook leiden tot irritatie van de huid, allergische huidreactie of oogletsel. Gebruik geschikte oogbescherming / huid.
- Expose een rat op een tijd om isofluraan om licht verdoven het dier.
- Intraperitoneaal injecteren rat met 2 ml / kg ketamine / xylazine mengsel (1,5 ml xylazine gemengd met 10 ml ketamine).
OPMERKING: ketamine en xylazine beide op voorraad concentratie van 100 mg / ml voor combineren voor injectie mengsel. - Zodra ratten niet meer reageert, perfuseren het dier met 0,1 M fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS, pH = 7,2), gevolgd door 4% paraformaldehyde in PBS (pH = 7,2).
- Verwijder hersenen en bewaar in 4% paraformaldehyde in PBS bij 4 ° C gedurende 48 uur.
- Na 2 dagen, transfer naar oplossing van 30% sucrose toegevoegd tot 4% paraformaldehyde in PBS bij 4 ° C.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Om de invloed van de super interventie beoordelen, moeten we de effecten van elk van de samenstellende elementen - WR en EG - onze maatregelen plaats. Figuren 1 tot 3 (onder) verscheen in een eerdere publicatie gebruikmaking dit paradigma 8. Figuur 4 verscheen in een proefschrift 36. Deze gegevens illustreren de impact van de WR-EG inzake de hippocampus volwassen neurogenese in de dentate gyrus. Alle grafieken illustreren groep middelen, met fout bars aangeeft één standaardafwijking van de gemiddelde. Figuur 1 toont toename in celproliferatie na WR deel van onze interventie, wat aangeeft dat de WR component robuust kan verhogen cellulaire proliferatie in de DG van de hippocampus bij normale ontwikkeling, vroege leven benadrukt, en alcohol-blootgestelde dieren. Figuur 2toont het vermogen van EG overleving van volwassen cellen gegenereerd in de DG bij dieren die werden blootgesteld aan stress of alcohol neonataal verhogen. Figuur 3 toont de toename van cellen die differentiëren in een neuronaal fenotype, wat aangeeft dat WR-EC proliferatie en overleving van dentate gyrus granule cellen volwassen geboren dieren die neonatale blootstelling aan alcohol of intubatie spanning ondergaan kan verhogen, zijn betrokkenheid als therapeutisch tekorten redding in de hippocampus volwassen neurogenese. Tenslotte Figuur 4 bevestigt de WR-EC effect op dendritische plasticiteit: de lengte van doublecortin-positieve dendrieten van dentate gyrus 'granule cellen in AE ratten niet meer verschillend van de controle. Bloedalcoholgehalte (BAG) op PD 4 was 321,19 ± 14,03 mg / dl (gemiddelde ± SEM), vergelijkbaar met andere studies met behulp van deze blootstelling paradigma 28, 37. Eerdere studies hebben aangetoond dat dieren eensteken deze behandelgroepen onderling niet verschillen op afstanden lopen tijdens WR 15.
Figuur 1. WR Verhoogt Robuust Cell Proliferation in de DG hippocampus. Microfoto illustreren verschillen in celproliferatie in de DG op PD42 (de beëindiging van WR) en gemerkt met broom-deoxyuridine (BrdU) in AE dieren na WR (A) en sociale woningbouw (B). WR verhoogt robuust celwoekeringen ongeacht neonatale behandeling (C). Een twee-weg ANOVA toonde een hoofdeffect van woningen aandoening (WR vs. SH) (F 1,40 = 19,703, p <0,001), terwijl er geen significant hoofdeffect van postnatale behandeling (SC vs. SI vs. AE) of interactie tussen de twee factoren waargenomen. Post hoc vergelijkingen werden uitgevoerd zoals test van Tukey. Alle waarden vertegenzond gemiddelde ± standaardafwijking van het gemiddelde (SEM). * P <0,05, #p <0,01. Dit cijfer is gereproduceerd van Hamilton et al. 2012 8. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. WR Gevolgd door EC Reddingen Tekortkomingen in Cell Survival Na Neonatale blootstelling aan alcohol of Sham Stress. Microfoto illustreren verschillen in cellen gelabeld met BrdU AE dieren WR-EC (A) en gehuisvest sociale omstandigheden (B) geïnjecteerd met BrdU op PD41. Sociaal gehuisveste dieren vertoonden een daling na blootstelling alcohol ten opzichte van controles zogen. Dieren het ondergaan van de WR-EC superintervention weergave toegenomen overlevingskansen van cellen uitdijende na PD41 in zowel SI en AE groepen (C). Een twee-weg ANOVA bleek een van de belangrijkste effect van de woningen staat (WR vs. SH) (F 1,29 = 11,402, p <0,01) en een significante interactie tussen postnatale behandeling en huisvesting conditie (F 1,29 = 3,870, p < 0,05), terwijl er geen significant hoofdeffect van postnatale behandeling (SC vs. SI versus AE) waargenomen. Een one-way ANOVA binnen SH dieren bleek een van de belangrijkste effect van postnatale behandeling (F 1,19 = 3,727, p <0,05), terwijl een one-way ANOVA binnen Wrec dieren toonde geen significante verschillen tussen postnatale behandelingen. Post hoc vergelijkingen werden uitgevoerd zoals test van Tukey. Alle waarden vertegenwoordigen gemiddelde ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Dit cijfer is gereproduceerd van Hamilton et al. 2012 8. Klik hier om een grotere versie van deze Figu bekijkenopnieuw.
Figuur 3. WR-EC Reddingen Tekortkomingen in Neurogenese Na Neonatale blootstelling aan alcohol of Sham Stress. Co-lokalisatie van BrdU (groen) expressie en Neun (rood) in de hippocampus granule cellen. Fluorescerende confocale beelden werden verkregen na immunohistochemische procedures. BrdU werd geïnjecteerd op PD41 weefsel werd verzameld over PD72. Zowel BrdU en Neun werden waargenomen in de DG (A, B). Hoewel SC dieren een significante toename van het aantal prolifererende neuronen niet vertoonden, zowel AE en SI dieren vertoonden een toename van neurogenese (aangegeven door een dubbele labeling met BrdU en NeuN) volgens de WR-EC paradigma opzichte sociaal gehuisveste dieren (C) . Een twee-weg ANOVA toonde een hoofdeffect van woningen aandoening (WR vs. SH) (F 1,28 = 20,48, p <0,001), terwijl er geen significant hoofdeffect effect postnatale behandeling (SC vs. SI versus AE) of interactie tussen de twee factoren waargenomen. Post hoc vergelijkingen werden uitgevoerd zoals test van Tukey. Alle waarden vertegenwoordigen gemiddelde ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Dit cijfer is gereproduceerd van Hamilton et al. 2012 8. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. WR-EC Reddingen Tekortkomingen in Dendritische Complexiteit van hippocampus DG Granule Cells. Sholl analyses van dendritische kruispunten illustreren verbeterend effecten WR-EC op dendritische complexiteit in de dentate gyrus van volwassen ratten na neonatale blootstelling aan alcohol. In de sociale huisvesting, AE dieren hebben een verminderd aantal DG korrel cel dendriet kruispunten opzichte van controledieren (a). Huisvesting in Wrec verhoogt het aantal kruispunten in AE dieren ten opzichte van sociaal gehuisvest controles (b). AE dieren die in onze Wrec paradigma tonen soortgelijke aantallen kruispunten ten opzichte van de dieren gehuisvest in Wrec (c) te controleren. Herhaalde meting ANOVA's werden uitgevoerd met de gegevens in elke grafiek. Panel een demonstreert een van de belangrijkste effect van postnatale behandeling (F 1,11 = 6,265, p = 0,029). Paneel b toont een trend in de richting van een van de belangrijkste effect tussen woonomstandigheden (F 1,6 = 4,181, p = 0,087). Paneel C toont geen significant verschil tussen SC en AE dieren binnen de Wrec behuizing staat. Alle post-hoc vergelijkingen werden uitgevoerd zoals testen Tukey's. Alle waarden vertegenwoordigen gemiddelde ± SEM. ^ P <0,01, * p <0,05. Dit cijfer is gereproduceerd van Hamilton, 2012 36.pg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In het bovenstaande protocol, hebben we aangetoond een doelmatige interventie om neuroanatomisch tekorten na neonatale blootstelling aan alcohol te redden. Deze ingreep kan worden gebruikt als therapeutisch andere diermodellen vanwege de robuustheid van elk van de componenten van de interventie. Vrijwillige cardiovasculaire activiteit in de vorm van WR is aangetoond dat verschillende gedragsuitkomsten 38, 39 en voordeel induceren functionele plastic veranderingen in hersengebieden zoals de hippocampus (besproken in 40). Dit is gedeeltelijk te wijten aan de expressie van groeifactoren en andere neuroprotectieve mechanismen in de hersenen parenchym in zowel knaagdieren als mensen 21, 41. Aanvulling van deze effecten kan induceren EG gunstig cellulaire 6, 11, 42, 43, Structurele 2 en farmacologische 12, 44 verandering in knaagdieren.
Om maximaal effectief te WR in dit model van menselijke syndroom, is het essentieel dat dieren vrijwillig toegang tot een functionele loopwiel hebben; elke dag toegang wiel moeten duren voor een langere tijd 45 ten minste 10-12 uur per dag en bij voorkeur 24 uur (enkele nadelige effecten van terugtrekking uit het loopwiel werden gemeld). Dit paradigma WR duurt 12 dagen, teneinde de combinatie van WR en EG te passen in de adolescentie en vroege volwassenheid. De duur, leeftijd bij blootstelling, en modaliteit van de oefening (onder andere factoren) kan de effectiviteit van de oefening beïnvloeden als een therapeutische interventie 46 en dergelijke kritische factoren moeten worden overwogen bij de planning om dit protocol of enig ander Wrec paradigma implementeren. Een belangrijk onderdeel van dit EK paradigma is het geenVelty van meerdere objecten in het milieu en sociale interactie (beoordeeld in 14, 47). Daarom is het essentieel om de producten per paradigma wordt elke 48 uur vervangen. Gebaseerd op de noodzaak voor meerdere items, de interactie met de items en hun exploratie en sociale interactie, zien we dat onze aantal unieke items, frequentie van item vervangen en kooinummer mates voldoende om therapeutische resultaten te hebben op de neuroanatomical maatregelen wij beoordelen. We vonden dat continue blootstelling gedurende 30 dagen is meer geschikt om tekorten veroorzaakt door neonatale blootstelling aan alcohol dan de blootstelling interactie aan een nieuwe omgeving beperkt te overwinnen.
Het doel van dit protocol is om een Wrec paradigma dat zowel de cardiovasculaire oefening en milieu-nieuwheid onderdelen van plastic interventie-adressen in te voeren. Daarom zullen we de modificatie die kan worden aangebracht in de paradig pakkenm maar zou gebruik van modificaties die de manieren waarop dieren interactie binnen het paradigma en de experimentele conclusies die getrokken kunnen worden kunnen veranderen waarschuwen. Een mogelijke wijziging zou de invoering van de loopwielen bij het EG-milieu. Daarbij zou het moeilijk zijn om de relatieve bijdrage van elke component te bepalen. Het zou bovendien moeilijk zijn om te verzekeren dat alle dieren deelnemen aan zowel de WR onderdelen en EG componenten van het paradigma behuizing van 8-10 dieren elkaar vereist voor EG. Echter, aangezien de toegang op lange termijn uit te oefenen is van cruciaal belang in de effectiviteit van deze interventie 45, verder onderzoek kan de optimale verhouding van WR toegang tot de EG-toegang aan te pakken (hoewel de methoden in dit protocol robuuste neuroanatomische en gedragsmatige gevolgen 8 hebben aangetoond, 33) . Aanpassingen aan individuele items gebruikt binnen de EG milieu aanvaardbaar zijn, maar het is critical voor de items om interessante, complexe roman, stimulerende en regelmatig ververst 14.
Dit paradigma heeft diverse aangeboren beperkingen inhouden, in onze handen, die moet worden overwogen bij de planning van deze "super interventie" uit te voeren. Een beperking van de WR component van het paradigma is het onvermogen om de afstand die door hun dieren te beoordelen. Een voor de hand liggende en eenvoudige oplossingen zou individuele huisvesting van dieren tijdens WR component. Maar het moet worden benadrukt dat de individuele woningen op grote schaal als schadelijk wordt geaccepteerd om dieren en kunnen zelfs direct de gunstige effecten van wiel draait 48 tegen te gaan. Een extra alternatief (hoewel tijdrovende en onvolmaakt) zou zijn om video op te nemen het loopwiel te allen tijde dat de dieren hebben toegang. Dit zou een unieke identificatiecode voor elk dier in een kooi (bijvoorbeeld vereisen, schilderen unieke kleuren of patterns op de vacht van elk dier) 49. Deze techniek zou nog steeds onderworpen aan verwart van meerdere dieren met behulp van het wiel gelijktijdig. Een vergelijkbaar probleem luchtvaartmaatschappij van EG wanneer het wordt moeilijk om voedsel afzonderlijke dieren beperken (zonder beperking van de duur van de voedselconsumptie). Om de impact van deze te verminderen, zouden we huisvesting in EC aanbevelen voor een volledige 30 dagen, gevolgd door een onmiddellijke voedselrestrictie paradigma. Verlengde hoeveelheden tijd uit EG zou kunnen remmen geïnduceerde plasticiteit die optreedt tijdens dit paradigma.
Zoals eerder vermeld, het belang van dit artikel is om te zorgen voor consistente karakterisering van het EG-paradigma en de uitvoering ervan na cardiovasculaire oefening in de vorm van WR. Previous EG paradigma's dieren EC behuizing blootgesteld zonder blootstelling aan WR 12, 50, WR binnenkant van de EG kooi voor een kortere tijd 51of met minder dieren 52, en de dieren werden blootgesteld aan een EG omgeving voor een langere tijd met minder frequent wisselen van kooi 13 items. Het is waarschijnlijk dat de gunstige effecten van de EG-eisen de geïnduceerde plasticiteit van WR in een tijdelijk relevante tijdvenster op de lange termijn voordeel vertonen. Zo vinden wij dat respectievelijk koppeling WR en EG en 12 dagen 30 zorgt voor een zo gunstig en beknopt interventie.
Op dit moment is het gebruik van dit model beperkt tot de adolescenten en jonge volwassene tijdsperioden. Verder onderzoek van de robuustheid van deze interventie in verschillende fasen, en de ontogenie van neuroplastic voordeel dient in de toekomst verder worden onderzocht. Bovendien wordt het gebruik van verschillende ontwikkelingsstadia tekorten sterk bevorderd, omdat dit zal helpen bij het ontwikkelen van effectieve therapeutische interventies voor mensen die last hebben van dergelijke aandoeningen. Vorige literatuur heeft Demonstrated onafhankelijke effecten van WR of EG betreffende volwassen neurogenese, leren en geheugen, of angst-achtig gedrag in een genetische muismodel van angst 53. De robuustheid van deze twee interventies en het synergetische effect van EG op de korte termijn effecten van de toegenomen-WR-geïnduceerde baten (ie, de hippocampus proliferatie en neurogenese cel) maakt het goed klaar voor integratie in een breed scala aan onderzoeksvragen te ondersteunen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Female Time-pregnant Long Evans Rats | Envigo (Formerly: Harlan, Inc.) | Average litter size is 8 - 10 pups | |
| Black India Ink | Higgins (Chartpak, Inc.) | 44201 | |
| Syringes and Injection Needles | Becton, Dickinson and Company (BD) | Assorted | For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution |
| Ear Punch | Kent Scientific Corporation | INS750076 | |
| Running Wheels | Wahmann Labs | Wahmann Running Wheel is discontinued. One per cage. | |
| EC Cage | Martin's Cages, Inc. | R-695 | |
| Small EC Toys | Assorted | ||
| Medium EC Toys | Assorted | Should be able to fit 1 - 2 rats inside of/on top of object | |
| Large EC Toys | Assorted | Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object |
References
- Diamond, M. C., et al. Increases in cortical depth and glia numbers in rats subjected to enriched environment. J Comp Neurol. 128 (1), 117-126 (1966).
- Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., Hebert, M., Morimoto, H. Social grouping cannot account for cerebral effects of enriched environments. Brain Res. 153 (3), 563-576 (1978).
- Greenough, W. T.
- Volkmar, F. R., Greenough, W. T. Rearing complexity affects branching of dendrites in the visual cortex of the rat. Science. 176 (4042), 1445-1447 (1972).
- Greenough, W. T., Volkmar, F. R., Juraska, J. M. Effects of rearing complexity on dendritic branching in frontolateral and temporal cortex of the rat. Exp Neurol. 41 (2), 371-378 (1973).
- Sampedro-Piquero, P., Zancada-Menendez, C., Begega, A. Housing condition-related changes involved in reversal learning and its c-Fos associated activity in the prefrontal cortex. Neuroscience. 307, 14-25 (2015).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. III. Neuronal and glial nuclei, boutons, dendrites, and capillaries. Brain Res. 424 (2), 320-332 (1987).
- Hamilton, G. F., Boschen, K. E., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. Housing in environmental complexity following wheel running augments survival of newly generated hippocampal neurons in a rat model of binge alcohol exposure during the third trimester equivalent. Alcohol Clin Exp Res. 36 (7), 1196-1204 (2012).
- Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
- Juraska, J. M., Greenough, W. T., Elliott, C., Mack, K. J., Berkowitz, R. Plasticity in adult rat visual cortex: an examination of several cell populations after differential rearing. Behav Neural Biol. 29 (2), 157-167 (1980).
- Turner, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. I. Synaptic and neuronal density and synapses per neuron. Brain Res. 329 (1-2), 195-203 (1985).
- Brenes, J. C., Rodriguez, O., Fornaguera, J. Differential effect of environment enrichment and social isolation on depressive-like behavior, spontaneous activity and serotonin and norepinephrine concentration in prefrontal cortex and ventral striatum. Pharmacol Biochem Behav. 89 (1), 85-93 (2008).
- Kolb, B., Gorny, G., Soderpalm, A. H., Robinson, T. E. Environmental complexity has different effects on the structure of neurons in the prefrontal cortex versus the parietal cortex or nucleus accumbens. Synapse. 48 (3), 149-153 (2003).
- Singhal, G., Jaehne, E. J., Corrigan, F., Baune, B. T. Cellular and molecular mechanisms of immunomodulation in the brain through environmental enrichment. Front Cell Neurosci. 8, 97 (2014).
- Helfer, J. L., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. The effects of exercise on adolescent hippocampal neurogenesis in a rat model of binge alcohol exposure during the brain growth spurt. Brain Res. 1294, 1-11 (2009).
- van Praag, H., et al.
- van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).
- Vivar, C., Peterson, B. D., van Praag, H. Running rewires the neuronal network of adult-born dentate granule cells. Neuroimage. 1 (131), 29-41 (2015).
- Mustroph, M. L., et al. Increased adult hippocampal neurogenesis is not necessary for wheel running to abolish conditioned place preference for cocaine in mice. Eur J Neurosci. 41 (2), 216-226 (2015).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Carro, E., Nunez, A., Busiguina, S., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates effects of exercise on the brain. J Neurosci. 20 (8), 2926-2933 (2000).
- Cotman, C. W., Berchtold, N. C. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci. 25 (6), 295-301 (2002).
- Praag, H., Fleshner, M., Schwartz, M. W., Mattson, M. P. Exercise, energy intake, glucose homeostasis, and the brain. J Neurosci. 34 (46), 15139-15149 (2014).
- van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H.
- Hamilton, G. F., Criss, K. J., Klintsova, A. Y. Voluntary exercise partially reverses neonatal alcohol-induced deficits in mPFC layer II/III dendritic morphology of male adolescent rats. Synapse. 69 (8), 405-415 (2015).
- Goodlett, C. R., Thomas, J. D., West, J. R. Long-term deficits in cerebellar growth and rotarod performance of rats following "binge-like" alcohol exposure during the neonatal brain growth spurt. Neurotoxicol Teratol. 13 (1), 69-74 (1991).
- Goodlett, C. R., Lundahl, K. R. Temporal determinants of neonatal alcohol-induced cerebellar damage and motor performance deficits. Pharmacol Biochem Behav. 55 (4), 531-540 (1996).
- Boschen, K., Ruggiero, M., Klintsova, A. Neonatal binge alcohol exposure increases microglial activation in the developing rat hippocampus. Neuroscience. 324, 355-366 (2016).
- Goodlett, C. R., Peterson, S. D. Sex differences in vulnerability to developmental spatial learning deficits induced by limited binge alcohol exposure in neonatal rats. Neurobiol Learn Mem. 64 (3), 265-275 (1995).
- Murawski, N. J., Klintsova, A. Y., Stanton, M. E. Neonatal alcohol exposure and the hippocampus in developing male rats: effects on behaviorally induced CA1 c-Fos expression, CA1 pyramidal cell number, and contextual fear conditioning. Neuroscience. 206, 89-99 (2012).
- Thomas, J. D., Sather, T. M., Whinery, L. A. Voluntary exercise influences behavioral development in rats exposed to alcohol during the neonatal brain growth spurt. Behav Neurosci. 122 (6), 1264-1273 (2008).
- Hamilton, G. F., et al. Neonatal alcohol exposure disrupts hippocampal neurogenesis and contextual fear conditioning in adult rats. Brain Res. 1412, 88-101 (2011).
- Hamilton, G. F., et al. Exercise and environment as an intervention for neonatal alcohol effects on hippocampal adult neurogenesis and learning. Neuroscience. 265, 274-290 (2014).
- Kelly, S. J., Lawrence, C. R. Alcohol: Methods and Protocols. Nagy, L. E. , (2008).
- Helfer, J. L., et al. Binge-like postnatal alcohol exposure triggers cortical gliogenesis in adolescent rats. J Comp Neurol. 514 (3), 259-271 (2009).
- Hamilton, G. F. Behavioral Interventions to Alleviate the Impact of Neonatal Alcohol Exposure on Cell Morphology in the Rodent Hippocampus and Medial Prefrontal Cortex. Doctor of Philosophy thesis. , University of Delaware. (2012).
- Klintsova, A. Y., et al. Persistent impairment of hippocampal neurogenesis in young adult rats following early postnatal alcohol exposure. Alcohol Clin Exp Res. 31 (12), 2073-2082 (2007).
- Brockett, A. T., LaMarca, E. A., Gould, E. Physical exercise enhances cognitive flexibility as well as astrocytic and synaptic markers in the medial prefrontal cortex. PLoS One. 10 (5), e0124859 (2015).
- Creer, D. J., Romberg, C., Saksida, L. M., van Praag, H., Bussey, T. J. Running enhances spatial pattern separation in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (5), 2367-2372 (2010).
- Patten, A. R., et al. The benefits of exercise on structural and functional plasticity in the rodent hippocampus of different disease models. Brain Plast. 1 (1), 97-127 (2015).
- Van der Borght, K., et al. Physical exercise leads to rapid adaptations in hippocampal vasculature: temporal dynamics and relationship to cell proliferation and neurogenesis. Hippocampus. 19 (10), 928-936 (2009).
- Johansson, B. B., Belichenko, P. V. Neuronal plasticity and dendritic spines: effect of environmental enrichment on intact and postischemic rat brain. J Cereb Blood Flow Metab. 22 (1), 89-96 (2002).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. II. Synaptic morphometry. Brain Res. 351 (2), 215-226 (1985).
- Pham, T. M., Winblad, B., Granholm, A. C., Mohammed, A. H. Environmental influences on brain neurotrophins in rats. Pharmacol Biochem Behav. 73 (1), 167-175 (2002).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Patten, A. R., et al. The Benefits of Exercise on Structural and Functional Plasticity in the Rodent Hippocampus of Different Disease Models. Brain Plasticity. 1 (1), 97-127 (2015).
- Abou-Ismail, U. A. Are the effects of enrichment due to the presence of multiple items or a particular item in the cages of laboratory rat? Appl Ani Behav Sci. 134 (1-2), 72-82 (2011).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nat Neurosci. 9 (4), 526-533 (2006).
- Boschen, K. E., Hamilton, G. F., Delorme, J. E., Klintsova, A. Y. Activity and social behavior in a complex environment in rats neonatally exposed to alcohol. Alcohol. 48 (6), 533-541 (2014).
- Artola, A., et al. Long lasting modulation of the induction of LTD and LTP in rat hippocampal CA1 by behavioural stress and environmental enrichment. Eur J Neurosci. 23 (1), 261-272 (2006).
- Bergami, M., et al. A critical period for experience-dependent remodeling of adult-born neuron connectivity. Neuron. 85 (4), 710-717 (2015).
- Fréchette, M., Rennie, K., Pappas, B. A. Developmental forebrain cholinergic lesion and environmental enrichment: behaviour, CA1 cytoarchitecture and neurogenesis. Brain Res. 1252, 172-182 (2009).
- Rogers, J., et al. Dissociating the therapeutic effects of environmental enrichment and exercise in a mouse model of anxiety with cognitive impairment. Transl Psychiatry. 6, e794 (2016).
