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Neuroscience

Die Beurteilung räumliches Lernen und Gedächtnis in Klein squamate Reptilien

Published: January 3, 2017 doi: 10.3791/55103

Abstract

Die klinische Forschung hat eine Vielzahl von Paradigmen Leveraged kognitiven Fähigkeiten zu beurteilen, häufig räumliches Lernen und Gedächtnis Fähigkeiten abzielen. Allerdings ist das Interesse in den kognitiven Prozessen von nonmodel Spezies, in der Regel in einem ökologischen Kontext hat auch ein aufstrebender Bereich der Studie werden. Insbesondere das Interesse an den kognitiven Prozessen bei Reptilien wächst, obwohl experimentelle Untersuchungen zur Reptilien- Erkenntnis spärlich sind. Die wenigen Studien, die reptilien für räumliches Lernen und Gedächtnis experimentell getestet haben, haben Nagetier Paradigmen für den Einsatz in Reptilien modifiziert verwendet. Allerdings ökologisch wichtige Aspekte der Physiologie und Verhalten dieser taxonomischen Gruppe muss berücksichtigt werden, wenn für raumbezogene Erkenntnis zu testen. Hier beschreiben wir Änderungen des Trockenen Barnes Labyrinth und die damit verbundenen Testprotokoll, das die Leistung verbessern kann, wenn für räumliches Lernen und Gedächtnis Fähigkeit, in kleinen squamate Reptilien Sondieren. Das beschriebene Paradigma und Proverfahren wurden erfolgreich mit männlichen Seite-blotched Eidechsen (Uta stansburiana) verwendet, was zeigt , dass räumliches Lernen und Gedächtnis kann mit einem ökologisch relevanten Gerät und Protokoll in dieser taxonomischen Gruppe beurteilt werden.

Introduction

Viele neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer Gegenwart mit einer fortschreitenden Abnahme der kognitiven Fähigkeiten, in der Regel mit dem Abbau des Gehirns 1-4 gleichzeitige. Um zu testen, um den Einfluss der Hirnschädigung und Abbau auf kognitive Prozesse, hat die klinische Forschung, die Vorteile des Modells Nagetieren genutzt und Standardisierung der Testvorrichtung und Protokoll. Insbesondere haben die räumliche Lern- und Gedächtnisprozesse über mehrere Standard Paradigmen wie der Morris - Wasserlabyrinth bewertet worden, Barnes Labyrinth und radialen Arm Labyrinth (für eine umfassende Überprüfung dieser und anderer Paradigmen, siehe 5,6). Die reiche Geschichte dieser räumlichen Lernen und Gedächtnis Paradigmen hat recht erfolgreich erwiesen, so dass die Forscher viele der Facetten und Nuancen der Beziehung zwischen menschlichen Gedächtnis, Gehirnfunktion und Krankheit zu verstehen.

Während Beurteilung der kognitiven Prozesse hat in der klinischen Forschung untersucht worden zu beendene einige Zeit, die Forschung auf die kognitiven Fähigkeiten von nonmodel Spezies gerichtet ist relativ neu. Forscher Kognition in nonmodel Arten zu studieren sind in der Regel interessieren sich für die ökologische und evolutionäre Bedeutung von kognitiven Prozessen, insbesondere im Zusammenhang mit Überleben und ihre Vermehrung. Einige Studien in Reptilien haben vorgeschlagen, dass fortgeschrittenen kognitiven Fähigkeiten, insbesondere das räumliche Gedächtnis, einige Verhaltensweisen zugrunde liegen können, insbesondere in Bezug auf Navigation und Orientierung. Doch während viele Studien gezeigt haben , dass Reptilien nach Verdrängung 7,8, die kognitiven Mechanismen Verhalten haben zugrunde liegenden Umorientierung umorientieren kann noch nicht gehänselt auseinander. Aus diesem Grund haben einige Studien versucht experimentell während der Navigation 9-17 die Bedeutung der räumlichen Lernen und Gedächtnis zu bewerten. Die Methodik in diesen Studien werden vor allem nach dem Nagetier Paradigmen und Protokolle modelliert, manchmal in Reptilien geändert für den Einsatz, aber diese Studienbei der Beurteilung des räumlichen Gedächtnisses haben unterschiedlichem Erfolg hatte. Einige Studien haben gezeigt , räumliches Lernen und Gedächtnis in einigen Arten 11-17 , während andere Studien keinen Beweis für eine solche 9,10 gefunden. Somit ist die Rolle oder das Vorhandensein von räumlichen Lernen und Gedächtnis bei der Navigation in Reptilien noch unklar.

Ein Problem, das problematisch sein kann, wenn experimentell räumliches Lernen und Gedächtnis bei Reptilien Bewertung ist die ökologische Relevanz der Aufgabe. Reptilien sind eine spezielle taxonomischen Gruppe ganz verschieden von Nagetieren, große Variation in den Bereichen Ökologie, Verhalten zeigen und Physiologie. Die Unterschiede im Verhalten über Reptilien-Spezies könnte möglicherweise Beurteilung der räumlichen kognitiven Fähigkeiten auswirken, insbesondere wenn das Paradigma nicht tippen in ein natürliches Verhalten verwendet. Zum Beispiel in einer Spezies, die Zuflucht der Regel in kleinen Spalten sucht, räumliche Fähigkeiten leicht beurteilt werden kann, kein Barnes Labyrinth während dieses Labyrinth verwendet, kann die ideale Wahl sein Paradigmain einer Art, die typischerweise unbeweglich bleibt. Ebenso sind die meisten squamate Reptilien sind nicht Wasser und damit das Wasserlabyrinth Morris kann nicht die richtige Wahl für die Prüfung räumliches Lernen und Gedächtnis sein (siehe jedoch 15); jedoch kann dieses Labyrinth zu einer idealen Wahl für die Prüfung räumliche Fähigkeiten in Schildkröten 16 Jahre alt sein. Schließlich muss die Physiologie dieser Gruppe berücksichtigt werden, wie Reptilien ectothermic und die richtige Temperatur Wartung sind, insbesondere des Substrats, müssen während des Prüfvorgangs berücksichtigt werden.

Das Protokoll und Paradigma hier vorgestellt wurden verwendet für räumliches Lernen und Gedächtnis in der Erwachsenenneben gestromt Eidechsen (Uta stansburiana) 13, eine kleine Eidechse zu sondieren , die typischerweise flieht vor Räubern in kleine Spalten in den Felsen 18. Das Wissen um diesen Aspekt der Naturgeschichte und Verhalten der Art, verwendeten wir eine Modifikation des traditionellen Barnes Labyrinth für räumliches Lernen und Gedächtnis zu testen. Die Barnes Labyrinth isa trocken Land Labyrinth und in der Regel zum Testen von Raumkognition in Nagetiermodellen verwendet. Wir modifizierten unsere maze auf verschiedene Weise aus dem Nagetier maze, in Design und Protokoll (unten beschrieben). Unser Labyrinth bestand aus einer kreisförmigen Plattform mit 10 Löchern äquidistant voneinander entlang des Umfangs der Plattform (Abbildung 1). Das hier beschriebene Protokoll beinhaltet ein Thema in der Ausbildung Studien teilnahmen, die Position eines Ziel-Loch zu lernen, dann, wenn das Thema die Position des Ziel Loch lernt, wird eine Sonde Versuch zu ermitteln, das räumliche Gedächtnis Verwendung während der Navigation zum Ziel verwendet.

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Protocol

und eingehalten werden alle lokalen, staatlichen und bundesstaatlichen Vorschriften: - (43242-Protokoll-ID IACUC) Alle Verfahren wurden von der Penn State University Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt.

1. Vorbereitung

  1. Erwerb oder den Bau der Barnes Labyrinth, sicherzustellen, dass Ziel Löcher in geeigneter Weise für die Spezies von Interesse bemessen sind. Für dieses Protokoll verwenden sieben erwachsenen Neben gestromt Eidechsen (Uta stansburiana). Bestimmen Sie eine angemessene Stichprobengröße für Studien mit anderen Arten.
    1. Wenn das Barnes Labyrinth Bau, den Kauf eines Standard, nicht porösen runden Tisch (106 cm im Durchmesser), erhöhte 76,2 cm aus dem Boden.
    2. Verwendung einer Maßband, markieren 10 äquidistante Punkte im Abstand 26 cm voneinander entfernt um den Umfang des Tisches und 6,35 cm von der Kante des Tisches. Verwenden Sie 10 Löcher während Nagetier Labyrinthe der Regel mehr Löcher haben. Dies ermöglicht es für eine Verringerung der Zahl der Fluchtmöglichkeiten.
    3. Mit einer Lochsäge Bit (2,54cm im Durchmesser), bohren alle scharfen Kanten alle 10 Löcher Ziel und Sand aus.
    4. Montieren Sie vier Regalhalteklammern unter jedem Loch mit Schrauben, mit einem Heim-Gehäuse als Leitfaden für die Dimensionen.
  2. Legen Sie das Labyrinth in einem ruhigen Raum mit hellen Deckenbeleuchtung und räumliche Hinweise für die Navigation (Türen, Schränke, etc.).
  3. Montieren Sie einen Autofokus, Weitwinkelobjektiv Webcam (11,3 cm x 3,99 cm) oder andere geeignete Kamera direkt über dem Labyrinth. Stellen Sie sicher, dass das Sichtfeld von der Video-Feed das gesamte Labyrinth umfasst.
  4. Stellen Sie den Computer und Beobachter Stuhl mindestens 1 m aus dem Labyrinth.
  5. Markieren Sie die Beine des Labyrinths auf dem Boden mit einem Permanent-Marker oder Band. Dies erlaubt eine Korrektur von jeder winzigen Bewegung des Labyrinths im Laufe der Versuche.
  6. Zufällig eines der Löcher zuweisen als "1" und die Anzahl der anderen Löcher nacheinander durch "10". Mit einem Permanent-Marker, schreiben Zahlen auf der Seite der Außendes Labyrinths Bezug zu erleichtern. Stellen Sie sicher, dass die Zahlen an ein Tier innerhalb des Labyrinths nicht sichtbar sind.
  7. zuweisen zufalls Ziel Löcher den Subjekten einen Zufallszahlengenerator verwendet wird.

2. Training Trials

HINWEIS: Reptilien haben eine bevorzugte Körpertemperatur, die aus der Literatur erhalten werden können. Wenn Tiere träge über mehrere Trainingsversuche werden, kann das Labyrinth zu kühl sein, und dieses Verhalten beeinflussen können. Eine kleine Raumheizung oder Wärme-Band auf der Unterseite des Labyrinths können ausreichend Labyrinth Oberflächentemperatur zu erhöhen, die beste thermische Anzeige der Körpertemperatur, optimale Körpertemperatur und Verhaltensleistung aufrecht zu erhalten.

  1. Wenn Themen außerhalb des Testraum untergebracht sind, bringen Tiere in ihrer Heimat Gehäuse in den Raum mindestens 30 min vor dem Test. Seien Sie sicher , Wärme in Home Gehäuse zur Verfügung zu stellen (zB Wärmelampen, Wärme - Band), um die Körpertemperatur vor dem Testen zu erhalten.
    1. Öffnen Sie Tracking-Software und Webcam-Anwendung für die Video-Feed. Die individuelle Tracking-Software wurde für Matlab und der Bildverarbeitung Toolbox geschrieben; andere Tracking-Software ist im Handel erhältlich.
    2. Werten Sie das Sichtfeld von der Video-Feed. Wenn das Labyrinth nicht im Sichtfeld ist, prüfen Sie, dass das Labyrinth innerhalb der Markierungen auf dem Boden ist.
    3. Öffnen Sie das Arbeitsblatt mit Informationen über das Datum, Start- / Endzeit der Ausbildung Studien Subjekt-ID, zugeordnet Ziel Loch, Anzahl der Trainingsversuche laufen, Notizen und Beobachter Initialen.
    4. In zufälliger Reihenfolge, in der getestet werden Themen. Die Testpersonen in systematischer Weise.
  2. Entfernen Sie den ersten Gegenstand aus seinem Käfig und sanft das Motiv in der Mitte des Labyrinths platzieren. Legen Sie eine Plastikwanne über das Tier; tun verhindert so bewusstlos Orientierung Bias des Forschers. Lassen Sie 30 s zu akklimatisieren.
  3. Montieren Sie den Käfig des Tieres unter dem Labyrinth, direkt unterhalb der alsunterzeichnet Ziel Loch, durch die Oberseite des Gehäuses in die peg Halterungen schieben. Seien Sie sicher, dass der Riesenhai Rock im Käfig direkt unter dem Loch, das als ein Barsch dienen wird, wenn das Tier in das Loch hinab. An diesem Punkt ist die Verwendung von thermischen oder chemischen Signale von der Heimat-Gehäuse zur Verwendung in Navigations ist irrelevant.
    1. Nagetier Labyrinthe mit einem sauberen Gehäuse als eine Flucht für das Thema. Allerdings fördern den Eintritt in das Loch während der Prozesse der Ausbildung durch das Tier zu Hause Gehäuse unter dem Labyrinth Montage.
  4. Entfernen Sie vorsichtig von oben aus dem Labyrinth der Plastikwanne.
  5. Beginn des Trainings-Studie mit dem Webcam-Anwendung aufnehmen.
    1. Lassen Sie das Thema, das Labyrinth für 10 min zu erkunden. Wenn etwas atypisch auftritt, beachten Sie dies in dem Arbeitsblatt.
    2. Wenn das Motiv fällt oder die Tabelle abläuft, kehren Sie sanft das Thema in die Mitte des Labyrinths. Weiterhin Zeitpunkt und Aufzeichnung, wenn das Tier aus dem Labyrinth für 30 s oder weniger beträgt.Wenn sich das Motiv aus dem Labyrinth für mehr als 30 s ist, brechen die Studie. Notieren Sie sich diese Informationen im Anhang Abschnitt der Arbeitsmappe.
    3. Wenn sich das Motiv dem Ziel Loch versinkt ohne fremde Hilfe, betrachten den Prozess als über zu dieser Zeit.
    4. Wenn sich das Motiv nicht in das Ziel-Loch hinabsteigen, sollten Sie den Prozess als über nach 10 Minuten vergangen sind.
  6. Wenn sich das Motiv in das Ziel Loch nicht nach 10 min Abstieg, mit der Hand sanft das Tier führen, Kopf zuerst in das entsprechende Ziel Loch.
  7. Stoppen Sie die Video und Tracking-Software. Speichern Sie Videomaterial.
  8. Lassen Sie das Thema für mindestens 2 min in seinem Heimat Gehäuse ruhen, während das Gehäuse noch unter dem Labyrinth montiert ist.
  9. Mit Hilfe einer Sprühflasche und Papiertücher, reinigen Sie die Spitze des Labyrinths mit einer verdünnten Seifenmischung von 1:10 Seife zu Wasser. Dadurch wird die Verwendung von chemischen Signale ausschließt, wenn das Labyrinth zu navigieren. Einige Arten, insbesondere solche, die starke Nutzung von chemosensorischen Informationen zu bieten, erforsitate zusätzliches Spülen des Labyrinths mit heißem Wasser alle Duft Hinweise zu beseitigen.
  10. Entfernen Sie das Gehäuse unter dem Labyrinth und entweder die Trainingsversuch mit der gleichen Person oder eines neuen Individuums wiederholen. Jedes Thema kann in bis zu 5 Trainingsversuche pro Tag durchgeführt werden, mit 30 Minuten Intervall zwischen einer individuellen Studien.
  11. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis ein Gegenstand in das Ziel Loch absteigt ohne fremde Hilfe, in 3 verschiedenen Trainings Studien, was darauf hinweist, dass das Lernen des Ziels Lage aufgetreten ist. Die drei Trainingsversuche müssen nicht aufeinander folgen. Wenn ein Thema das Kriterium erreicht, bewegt sich der Gegenstand an der Sonde Versuch, um das räumliche Gedächtnis zu bewerten.

3. Probe Trials

HINWEIS: Sobald ein Thema Kriterium erreicht, hat das Thema gelernt, wie man zum Ziel zu navigieren. Doch zu diesem Zeitpunkt ist es noch unklar, ob der Gegenstand mit einer räumlichen Strategie oder eine andere Navigationsstrategie navigieren. Probe-Studies Test für dieses und sollte den Tag durchgeführt werden, nachdem das Thema Kriterium in den Trainings Studien erreicht.

  1. Drehen Sie das Labyrinth 180 °, sicherzustellen, dass die Beine des Labyrinths innerhalb der Markierungen auf dem Boden sind. Rotation des Labyrinths können für lokale Signale, die direkt das Ziel identifizieren, in direktem Widerspruch zu den stabileren räumliche Hinweise zu sein.
  2. Wiederholen Sie die Schritte 2.1 - 2.5.2, Schritt Weglassen 2.3 des Subjekts zu Hause Gehäuse unter dem Labyrinth Montage. Dadurch schließt so die Verwendung von Geruchs oder andere Signale aus dem Gehäuse nach Hause während Labyrinth Exploration ausgeht.
  3. Während Sonde Studien sind Themen frei, die Labyrinth für die vollen 10 Minuten zu erkunden Erkundungsverhalten zu beurteilen. Nach 10 min, Video- und Tracking-Software zu stoppen.
  4. Entfernen Sie das Thema aus dem Labyrinth und sie wieder in ihre Heimat Käfig.
  5. Reinigen Sie die Spitze des Labyrinths mit der verdünnten Seifenmischung.

4. Verhaltensmaßnahmen

HINWEIS: Für das Training trials beinhalten Verhaltensmaßnahmen wie Latenz am Ziel Loch zu gelangen, die Anzahl der Fehler (Untersuchung eines nongoal Loch; die Schnauze des Tieres innerhalb von 1 cm des Loches sein muss), und der Anteil der Zeit, in der richtigen Quadranten des verbrauchten Matze.

  1. Für die Ausbildung Studien bestimmen eine Suchstrategie. Eine direkte Strategie wird als absteigend in das Ziel-Loch definiert mit weniger als 3 Fehler. Eine serielle Strategie ist Prüfung von 3 oder mehr aufeinanderfolgende maze Löchern entlang des Umfangs des Labyrinths. Eine zufällige Strategie ist nicht serielle Prüfung von maze Löcher mit 3 oder mehr Fehler.
    HINWEIS: Für die Sonde Studien Verhaltensmaßnahmen Latenz sind an der räumlich richtigen Loch zu gelangen, die Anzahl der Fehler, bevor die räumlich korrekte Loch, und der Anteil der Zeitaufwand in der räumlich richtigen Quadranten des Labyrinths zu untersuchen.
  2. Für eine strengere Bewertung der nicht-zufällige Wahl des räumlich korrekten Ziel Loch, beschäftigen Probenahme ohne Ersatz bei der BerechnungChance Rate.

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Representative Results

Dieses Protokoll ermöglicht die experimentelle Bestimmung der räumlich basierte Navigation in kleinen Eidechsen. Eine frühere Studie erfolgreich verwendet dieses Protokoll für die räumliche Navigation in der männlichen Seite-blotched Eidechsen Sonde 13. In diesem speziellen Studie waren Männer geschult, um ein Ziel Loch zu navigieren, und sobald Kriterium erreicht wurde, Fortschritte in eine Sonde Studie die Hinweise priorisiert zu beurteilen, wenn sie auf ein Ziel Loch navigieren.

Die repräsentativen Ergebnisse aus dieser Studie präsentierten, zeigen, dass, während die Eidechsen die Position des Ziel hat erfahren, die Zahl der Ausbildungsversuche benötigt Kriterium für jeden einzelnen zu erreichen war sehr unterschiedlich und reichte von 17 bis 81 Trainings Studien (Durchschnitt: 48,29 ). Aufgrund der variablen Anzahl von Trainingsversuche Kriterium für Personen zu erreichen, wurden Versuche in Quartile eingeteilt und gemittelt. Über mehrere Trainingsversuche individuals dauerte weniger Zeit , um das Ziel - Loch zu finden, vor allem zwischen dem ersten und dem vierten Quartil der Ausbildung Studien, was darauf hinweist , dass Probanden , die Position des Ziel - Loch erlernten (p = 0,012, Abbildung 2). Während der Sonde Studien wurde das Labyrinth so widersprüchliche lokalen und räumlichen Informationen gedreht. Personen , ging an das räumlich richtige Ziel Loch mit einer Rate gut besser als Chance (p <0,001, Abbildung 3) und eine Mehrheit der Zeit in der räumlich richtigen Quadranten des Labyrinths (p <0,001) ausgegeben, was darauf hinweist , dass die räumliche Cues priorisiert wurden während der Navigation.

Abbildung 1
Abbildung 1. Barnes Maze Design für kleine Eidechsen. Ein Barnes Labyrinth (Durchmesser 106 cm), erhöhte 76,2 cm aus dem Boden. Zehn äquidistanten Ziel Löcher entlang des Umfangs angeordnet und in einem Abstand 26 cm auseinander. Ziel Löcher sind 2,54 cm im Durchmesser sma zu ermöglichen, ll Eidechsen in den Käfig unter dem Tisch montiert abzusteigen. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Training Trials. Latenz (n) ± SEM zu finden, das Ziel Loch während des Trainings Studien (n = 7 Individuen pro Quartil). Aufgrund der variablen Anzahl von Trainingsversuche Kriterium für Personen zu erreichen, wurden Versuche in Quartil Lernblöcke unterteilt und gemittelt. Personen zeigten eine Verringerung der Latenzzeit das Ziel Loch zu finden, die am deutlichsten zwischen dem ersten und dem vierten Quartil der Ausbildung Studien (p = 0,012), was darauf hinweist, dass Personen, die Position des Ziel-Loch wurden zu lernen. Die Daten aus Ladage et al. 2012.ig2large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Abbildung 3. Probe Trials. Die Anzahl der Fehler, bevor die räumlich korrekte Ziel Loch Wahl + SEM (n = 7). Einzelpersonen wählte nonrandomly die räumlich korrekte Ziel Loch während Sonde Studien (p <0,001), was eine räumliche Strategie während der Navigation verwendet wurde. Die gestrichelte Linie stellt Chance Leistung. Die Daten aus Ladage et al. 2012 Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

Wenn experimentell für räumliches Lernen und Gedächtnis zu testen, gibt es einige wichtige konzeptionelle Probleme, die in einigen der wichtigsten Schritte in dem Protokoll angesprochen werden. Zunächst müssen Probanden zeigen, dass sie die Position des Ziel Loch im Laufe der Trainings Studien lernen. die vorgegebene Kriterium Erreichen zeigt, dass das Lernen des Ziels Lochposition aufgetreten ist. Wenn Probanden nicht die Position des Ziel-Loch zu lernen, gibt es keinen gangbaren Weg, um dann eine Navigationsstrategie bestimmen. Wenn Tiere Kriterium erreichen kann, ist die Sonde Studie wichtig, zu bestimmen, welche Signale während der Navigation auf dem Labyrinth priorisiert werden. Während der Sonde Versuch, lokale und räumliche Hinweise sind in Konflikt, die ein Thema erzwingt die Verwendung von nur einer von Cue für die Navigation zu priorisieren. Somit ist die Sonde Studie wichtig für die Beurteilung, welche Art von Cue zurückgerufen wird und während Labyrinth Navigation priorisiert. Aufgrund des Fokus auf räumliche vs. lokale Signale,es ist wichtig, andere potentielle cues zu eliminieren, die für die Navigation verwendet werden könnte; Diese Hinweise könnten eine mögliche confound in der Studie werden. In squamate Reptilien insbesondere spielen olfaktorischen Signale eine wichtige Rolle bei der Partnerwahl, räuberische Vermeidung und Lage von Lebensmitteln 19. Folglich ist die Beseitigung olfaktorischen Signale zwischen Studien wichtig, während im Labyrinth folgende von olfaktorischen Signale zu verhindern.

Obwohl dieses Protokoll auch mit erwachsenen männlichen Seiten gestromt Eidechsen 13 gearbeitet, Änderungen an dem Labyrinth und Protokoll müssen wahrscheinlich auftreten , wenn in jüngeren Eidechsen räumliches Lernen und Gedächtnis zu testen oder in verschiedenen Arten (Ladage, nicht veröffentlichte Daten). Zum Beispiel, juvenile Eidechsen (dh jünger als 9 Monate für die Neben gestromt Eidechsen), Arten , die springen, oder Baumart können dazu neigen , das Labyrinth, mit wenig Rücksicht auf Abstieg in die Ziel Löcher zur Flucht aus. In einigen Fällen kann eine Mauer um das Labyrinth oder eine geschlossene Labyrinth in cir Hilfecumventing dieses Problem, so lange, wie die räumlichen Informationen noch sichtbar von der Oberfläche des Labyrinths sind. Außerdem muss die ökologische Relevanz der Aufgabe in Betracht gezogen werden, wenn jede Art von Labyrinth zu modifizieren. Side-gefleckte Eidechsen, die in Spalten in den Felsen und in kleine Löcher in den Boden zu fliehen, eine gute Leistung auf einem Labyrinth Barnes. Allerdings Spezies , die unbeweglich bleiben neigen dazu , nicht gut auf die Aufgabe Barnes Labyrinth durchführen , es sei denn zu Motivator ausgesetzt (zB simulierte predation Versuch) Labyrinth Exploration zu induzieren. In ähnlicher Weise könnten auch andere Modifikationen vorgenommen werden, die Leistung auf die Aufgabe zur Verbesserung einschließlich des Labyrinths vertikal Baumart Orientieren, den Durchmesser der Löcher für größere Arten erhöht und unter Verwendung von Häuten anstelle von Löchern für Arten, die in Löcher abstammen nicht. Frühere Studien haben gezeigt , dass maze Attribute zu verändern Variation in der Leistung zu schaffen 20-24; Somit wird, wenn Änderungen an der Barnes Labyrinth machen, Unterschiede in der natürlichen seinTory und Verhalten der Art von Interesse muss in Betracht gezogen werden.

Während dieses Protokoll für die Sondierung räumliches Lernen und Gedächtnis in Neben gestromt Eidechsen ausreichend gut funktioniert, gab es einige Einschränkungen und Schwierigkeiten das Protokoll ausführt. In erster Linie Neben gestromt Eidechsen erforderte eine große Anzahl von Trainingsversuche Kriterium zu erreichen, wahrscheinlich, weil es keine Motivator war eingeführt, dass würde Exploration fördern und aus dem Labyrinth zu entkommen. Aus diesem Grund, da das Protokoll geschrieben ist ziemlich zeitintensiv, insbesondere dann, wenn mit der Leistung von Nagetieren während des Trainings Studien verglichen. Einführung in aversiven Reizen Motivation zu erhöhen, um das Labyrinth zu entkommen kann dieses Problem umgehen und die Zahl der Ausbildungsversuche verringern notwendiges Kriterium zu erreichen. Darüber hinaus wegen der wenigen Studien experimentell für das räumliche Gedächtnis zu testen und bei den Reptilien, dieses Protokoll und Labyrinth Modifikation Lernen möglicherweise nicht geeignet oder sie geltenden seinle für alle Arten. Änderungen wie die, die oben vorgeschlagen kann bei der Gestaltung eines geeigneten Labyrinth und ein Protokoll für die Spezies von Interesse helfen.

Das hier beschriebene Protokoll ermöglicht die experimentelle Erprobung von räumliches Lernen und Gedächtnis in einer kleinen Eidechse. Während Reptil Orientierung und Navigation haben auf dem Gebiet 7,8,25, ist nur wenig bekannt darüber, welche Hinweise werden verwendet , und priorisiert während der Navigation gezeigt. Die wenigen Studien, experimentell für die Priorisierung cue bei Reptilien während der Navigation Testen verwendet haben unterschiedliche Paradigmen und Arten, die Verallgemeinerungs über räumliches Lernen und Gedächtnis in dieser taxonomischen Gruppe auszuschließen neigt. Um jedoch das Testgerät und Protokoll zu standardisieren, zumindest innerhalb einer Art und zwischen den Studien, werden bei der Sondierung für Verallgemeinerungen im räumlichen Lernen und Gedächtnis unterstützen. Sobald diese Stiftung gegründet wurde, andere, detailliertere Anwendungen des Protokolls angemessen wäre. Für instance, offensichtlicher lokale Cues oder Verringerung der Zuverlässigkeit der räumlichen Informationen während des Trainings die Einführung einer größeren Abhängigkeit von unter Verwendung von lokalen Signale für die Navigation innerhalb des Labyrinths hervorrufen kann. Auch können die Geschlechter Cues unterschiedlich zu priorisieren, so dass die Bewertung Frauen diese Aufgabe auch interessant inter Unterschiede in Cue Priorisierung beleuchten kann. Änderungen wie diese können zeigen, wie die Ausgeprägtheit und Stabilität der sowohl räumlich als auch lokale Signale können Cue-Priorisierung im Speicher und anschließende Rückruf und die Verwendung dieser Signale während der Navigation zu modulieren.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Barnes maze TSE Systems 302050-BM/M Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table.
Heat tape Big Apple Pet Supply May also use a small space heater situated on the floor under the maze.
Pet keeper for small animals Petco 1230204 Housing enclosure that can be mounted under the maze.
Nickel plated shelf support pegs Newegg 241941 Pegs attached to underside of maze. Secures enclosure to maze during trials.
LifeCam Studio webcam Microsoft Q2F-00013 Available from other vendors. Other brands of webcams may also be used.
Tracking software Code custom written for Matlab
and the Image Toolbox
Video tracking software. Other tracking software such as VideoMot 2 from TSE Systems can be used.

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References

  1. Adriano, F., Caltagirone, C., Spalletta, G. Hippocampal volume reduction in first-episode and chronic schizophrenia: A review and meta-analysis. Neuroscientist. 18, 180-200 (2012).
  2. Karl, A., Schaefer, M., Malta, L. S., Dorfel, D., Rohleder, N., Werner, A. A meta-analysis of structural brain abnormalities in PTSD. Neurosci. Biobehav. Rev. 30, 1004-1031 (2006).
  3. Shi, F., Liu, B., Zhou, Y., Yu, C., Jiang, T. Hippocampal volume and asymmetry in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease: Meta-analyses of MRI studies. Hippocampus. 19, 1055-1064 (2009).
  4. Videbech, P., Ravnkilde, B. Hippocampal volume and depression: A meta-analysis of MRI studies. Am. J. Psychiatry. 161, 1957-1966 (2004).
  5. Sharma, S., Rakoczy, S., Brown-Borg, H. Assessment of spatial memory in mice. Life Sci. 87, 521-536 (2010).
  6. Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. ILAR J. 55, 310-332 (2014).
  7. Jenssen, T. A. Spatial awareness by the lizard Anolis Cristatellus: Why should a non-ranging species demonstrate homing behavior. Herpetologica. 58, 364-371 (2002).
  8. Pittman, S. E., Hart, K. M., Cherkiss, M. S., Snow, R. W., Fujisaki, I., Smith, B. J., Mazzotti, F. J., Dorcas, M. E. Homing of invasive Burmese pythons in South Florida: evidence for map and compass senses in snakes. Biol. Lett. 10, (2014).
  9. Day, L. B., Crews, C., Wilczynski, W. Spatial and reversal learning in congeneric lizards with different foraging strategies. Anim. Behav. 57, 393-407 (1999).
  10. Day, L. B., Crews, C., Wilczynski, W. Effects of medial and dorsal cortex lesions on spatial memory in lizards. Behav. Brain Res. 118, 27-42 (2001).
  11. Holtzman, D. A. From Slither to Hither: Orientation and Spatial Learning in Snakes. Integr. Biol. 1, 81-89 (1998).
  12. Holtzman, D. A., Harris, T. W., Aranguren, G., Bostock, E. Spatial learning of an escape task by young corn snakes, Elaphe guttata guttata. Anim. Behav. 57, 51-60 (1999).
  13. LaDage, L. D., Roth, T. C., Cerjanic, A. M., Sinervo, B., Pravosudov, V. V. Spatial memory: are lizards really deficient. Biol. Lett. 8, 939-941 (2012).
  14. Nobel, D. W. A., Carazo, P., Whiting, M. J. Learning outdoors: male lizards show flexible spatial learning under semi-natural conditions. Biol. Lett. 8, 946-948 (2012).
  15. Foà, A., Basaglia, F., Beltrami, G., Carnacina, M., Moretto, E., Bertolucci, C. Orientation of lizards in a Morris water-maze: roles of the sun compass and the parietal eye. J. Exp. Biol. 212, 2918-2924 (2009).
  16. López, J. C., Vargas, J. P., Gómez, Y., Salas, C. Spatial and non-spatial learning in turtles: the role of medial cortex. Behav. Brain Res. 143, 109-120 (2003).
  17. Petrillo, M., Ritter, C. A., Powers, A. S. A role for acetylcholine in spatial memory in turtles. Physiol. Behav. 56, 135-141 (1994).
  18. Zani, P. A., Jones, T. D., Neuhaus, R. A., Milgrom, J. E. Effect of refuge distance on escape behavior of side-blotched lizards (Uta stansburiana). Can. J. Zool. 87, 407-414 (2009).
  19. Mason, R. T. Reptilian Pheromone. Hormones, Brain, and Behavior: Biology of the Reptilia. Gans, C., Crews, D. , University of Chicago Press. 114-228 (1992).
  20. Crawley, J. N., et al. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology. 132, 107-124 (1997).
  21. Schellinck, H. M., Cyr, D. P., Brown, R. E. How Many Ways Can Mouse Behavioral Experiments Go Wrong? Confounding Variables in Mouse Models of Neurodegenerative Diseases and How to Control Them. Adv. Stud. Behav. 41, 255-366 (2010).
  22. O'Leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. J. Neurosci. Methods. 203, 315-324 (2012).
  23. O'Leary, T. P., Brown, R. E. Optimization of apparatus design and behavioral measures for the assessment of visuo-spatial learning and memory of mice on the Barnes maze. Learn. Mem. 20, 85-96 (2013).
  24. Patil, S. S., Sunyer, B., Höger, H., Lubec, G. Evaluation of spatial memory of C57BL/6J and CD1 mice in the Barnes maze, the Multiple T-maze and in the Morris water maze. Behav. Brain. Res. 198, 58-68 (2009).
  25. Roth, T. C., Krochmal, A. R. The role of age-specific learning and experience for turtles navigating a changing landscape. Curr. Biol. 25, 333-337 (2015).

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LaDage, L. D., Cobb Irvin, T. E., Gould, V. A. Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles. J. Vis. Exp. (119), e55103, doi:10.3791/55103 (2017).

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