Abstract
A pesquisa clínica tem aproveitado uma variedade de paradigmas para avaliar o declínio cognitivo, comumente alvo habilidades de aprendizagem e memória espacial. No entanto, o interesse nos processos cognitivos de espécies nonmodel, normalmente dentro de um contexto ecológico, também se tornou um campo emergente de estudo. Em particular, o interesse nos processos cognitivos em répteis está crescendo, embora estudos experimentais sobre a cognição répteis são escassos. Os poucos estudos de répteis que experimentalmente testados para a aprendizagem espacial ea memória usaram paradigmas de roedores modificados para uso em répteis. No entanto, ecologicamente devem ser tomadas importantes aspectos da fisiologia e comportamento deste grupo taxonómico em consideração ao testar para a cognição com base espacialmente. Aqui, descrevemos modificações da Barnes labirinto terra seca e protocolo de teste associados que podem melhorar o desempenho quando sondagem para a aprendizagem espacial e capacidade de memória em pequenos répteis Squamata. O paradigma descrito e próprocedimentos foram utilizadas com sucesso com lagartos masculinos do lado-blotched (Uta stansburiana), demonstrando que a aprendizagem espacial ea memória pode ser avaliada neste grupo taxonómico com um aparelho e protocolo ecologicamente relevantes.
Introduction
Muitas doenças neurodegenerativas, como presente de Alzheimer com um declínio progressivo na capacidade cognitiva, normalmente concomitante com a degradação do cérebro 1-4. Para testar a influência da lesão cerebral e degradação em processos cognitivos, a investigação clínica tem aproveitado as vantagens de espécies de roedores modelo e padronização de aparelhos de teste e protocolo. Em particular, os processos de aprendizagem e memória espacial foram avaliados através de vários paradigmas padrão, como o labirinto Morris água, Barnes labirinto, e labirinto radial do braço (para uma revisão abrangente destes e de outros paradigmas, veja 5,6). A rica história desses paradigmas de aprendizagem e memória espacial tem se mostrado bastante bem sucedida, permitindo que os investigadores a compreender muitas das facetas e nuances da relação entre a memória humana, a função cerebral e doença.
Embora a avaliação dos processos cognitivos foi examinado em pesquisa clínica para saire algum tempo, a investigação dirigida para as habilidades cognitivas de espécies nonmodel é relativamente novo. Pesquisadores que estudam a cognição em espécies nonmodel são tipicamente interessados na relevância ecológica e evolutiva dos processos cognitivos, particularmente no contexto de sobrevivência e reprodução. Alguns estudos em répteis têm sugerido que as capacidades cognitivas avançadas, em particular a memória espacial, podem causar alguns comportamentos, particularmente aquelas relativas à navegação e orientação. No entanto, enquanto muitos estudos têm demonstrado que os répteis pode reorientar após o deslocamento de 7,8, a mecanismos cognitivos comportamento reorientação subjacente ainda não foram esmiuçadas distante. Devido a isso, alguns estudos têm tentado avaliar experimentalmente a importância da aprendizagem espacial ea memória durante a navegação 9-17. A metodologia nestes estudos são predominantemente modelado após paradigmas de roedores e protocolos, por vezes modificados para utilização em répteis, mas estes estudostiveram sucesso variável na avaliação da memória espacial. Alguns estudos têm demonstrado a aprendizagem espacial ea memória em algumas espécies 11-17, enquanto outros estudos não encontraram nenhuma evidência de tal 9,10. Assim, o papel ou a existência de aprendizagem espacial ea memória durante a navegação em répteis ainda é incerto.
Uma questão que pode ser problemático quando experimentalmente avaliar a aprendizagem espacial ea memória em répteis é a relevância ecológica da tarefa. Os répteis são um grupo taxonómico especial bastante distinta de roedores, demonstrando grande variação na ecologia, comportamento e fisiologia. Diferenças de comportamento entre as espécies de répteis poderia impacto da avaliação das habilidades cognitivas espaciais, particularmente se o paradigma utilizado não bater em um comportamento natural. Por exemplo, em uma espécie que normalmente procura refúgio em pequenas fendas, habilidades espaciais pode ser facilmente avaliada utilizando um Barnes labirinto que este labirinto pode não ser a escolha ideal paradigmaem uma espécie que normalmente permanece imóvel. Da mesma forma, a maioria dos répteis Squamata não são aquáticas e assim o labirinto aquático de Morris não pode ser uma escolha adequada para testar a aprendizagem espacial ea memória (mas veja 15); no entanto, este labirinto pode ser uma escolha ideal para testar habilidades espaciais em tartarugas 16. Finalmente, a fisiologia deste grupo devem ser contabilizados, como os répteis são ectotérmicos manutenção da temperatura adequada e, particularmente, do substrato, devem ser considerados durante o procedimento de teste.
O protocolo e paradigma aqui apresentados foram usadas para sondar para a aprendizagem espacial ea memória em lagartos do lado-blotched adultos (Uta stansburiana) 13, um pequeno lagarto que normalmente foge de predadores em pequenas fendas nas rochas 18. Sabendo este aspecto da história natural e comportamento da espécie, utilizou-se uma modificação do labirinto tradicional Barnes para testar a aprendizagem espacial ea memória. O labirinto i Barnessa labirinto-terra seca e normalmente usado para testar a cognição espacial em modelos de roedores. Nós modificamos o nosso labirinto de várias formas do labirinto roedor, tanto em design e protocolo (descrito abaixo). O nosso labirinto consistia de uma plataforma circular com furos 10 equidistantes uma da outra ao longo do perímetro da plataforma (Figura 1). O protocolo aqui descrito envolve um assunto que participa em ensaios de formação para aprender a localização de um buraco objetivo, então, uma vez que o sujeito aprende a localização do buraco objetivo, um julgamento sonda é usada para determinar o uso de memória espacial durante a navegação para o gol.
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Protocol
Todos os procedimentos foram aprovados pela Penn State University Animal Care Institucional e Comitê de Uso (IACUC - Protocolo ID: 43242) e aderiu a todos os locais, estaduais e federais.
1. Preparação
- Comprar ou construir o labirinto Barnes, assegurando que os orifícios de meta são de tamanho adequado para a espécie de interesse. Para este protocolo, utilize sete lagartos do lado-blotched adultos (Uta stansburiana). Determinar o tamanho da amostra adequada de estudos com outras espécies.
- Se a construção do labirinto Barnes, comprar qualquer padrão, mesa redonda não porosa (106 cm de diâmetro), elevados 76,2 cm do chão.
- Usando uma fita métrica, marcar 10 pontos equidistantes espaçadas 26 cm de distância ao redor do perímetro da tabela e 6,35 cm da borda da mesa. Use 10 buracos enquanto labirintos de roedores normalmente têm mais buracos. Fazer isso permite uma redução no número de opções de fuga.
- Usando um pouco buraco serra (2,54cm de diâmetro), fure todos os 10 buracos gol e areia quaisquer bordas afiadas.
- Montar quatro pinos de suporte de prateleira debaixo de cada buraco com parafusos, usando uma caixa de casa como um guia para as dimensões.
- Coloque o labirinto em uma sala silenciosa com iluminação superior brilhante e pistas espaciais disponíveis para navegação (portas, armários, etc.).
- Montar um auto foco, grande-angular de webcam lente (11,3 cm x 3,99 cm) ou outra câmera apropriada acima do labirinto. Esteja certo de que o campo de visão do feed de vídeo engloba todo o labirinto.
- Coloque o computador e cadeira observador, pelo menos, 1 m do labirinto.
- Marque as pernas do labirinto no chão com um marcador permanente ou fita. Isto permite a correcção de qualquer movimento minutos do labirinto ao longo dos ensaios.
- Aleatoriamente atribuir um dos furos como "1" e o número dos outros furos consecutivamente através de "10". Com um marcador permanente, escrever os números ao longo do lado de forado labirinto para facilidade de referência. Certifique-se de que os números não são visíveis a um animal dentro do labirinto.
- Aleatoriamente atribuir buracos gol para os indivíduos usando um gerador de números aleatórios.
2. Ensaios de Formação
NOTA: répteis têm uma temperatura corporal preferido que pode ser obtido a partir da literatura. Se os animais tornam-se lentos ao longo de várias tentativas de treino, o labirinto pode ser muito legal e isso pode afetar o comportamento. Um pequeno aquecedor ou fita de calor na parte inferior do labirinto pode aumentar adequadamente a temperatura da superfície do labirinto, a melhor indicação térmica da temperatura corporal, para manter a temperatura corporal e desempenho comportamental.
- Se os indivíduos são alojados fora da sala de testes, trazer animais em seus receptáculos casa para a sala, pelo menos, 30 minutos antes do teste. Certifique-se de fornecer calor em recintos casa (por exemplo, lâmpadas de calor, fita de calor), a fim de manter a temperatura corporal antes do teste.
- Abra o software de monitoramento e aplicação de webcam para o feed de vídeo. O software de acompanhamento personalizado foi escrito para Matlab e caixa de ferramentas Processamento de Imagem; outro software de rastreamento está disponível comercialmente.
- Avaliar o campo de visão do feed de vídeo. Se o labirinto não é no campo de vista, verificar que o labirinto está dentro das marcas no chão.
- Abra a planilha contendo informações quanto à data, hora de início / fim de ensaios de formação, sujeita ID, buraco objetivo atribuído, número de tentativas de treinamento executados, anotações e iniciais do observador.
- Aleatória a ordem em que vai ser testado sujeitos. cobaias de uma forma sistemática.
- Retirar o primeiro assunto a partir de sua gaiola e coloque delicadamente o assunto no meio do labirinto. Coloque uma banheira de plástico sobre o animal; Isso evita viés de orientação inconsciente pelo pesquisador. Permitir 30 s para se aclimatar.
- Montagem do animal casa gaiola sob o labirinto, diretamente abaixo do queassinado furo meta, por deslizar a parte superior do invólucro para as montagens de PEG. Esteja certo de que a rocha frade na gaiola está diretamente sob o buraco, que servirá como um poleiro quando o animal desce para o buraco. Neste ponto, o uso de pistas térmicas ou químicas do invólucro para utilização em casa de navegação é irrelevante.
- labirintos de roedores usar um recinto limpo como um escape para o assunto. No entanto, incentivar a entrada no buraco durante o treinamento ensaios com a montagem do animal caixa casa sob o labirinto.
- Suavemente remover o tubo de plástico a partir do topo do labirinto.
- Iniciar a gravação do julgamento de treinamento com o aplicativo de webcam.
- Permitir que o objecto a explorar o labirinto durante 10 min. Se ocorrer algo atípico, note que este na planilha.
- Se o sujeito cai ou corre para fora da mesa, retornar suavemente sujeito a meio do labirinto. Continuar calendário e gravação, se o animal está fora do labirinto por 30 s ou menos.Se o assunto está fora do labirinto por mais de 30 s, anular o julgamento. Grave esta informação na seção de notas do livro.
- Se o sujeito desce no buraco objetivo sem ajuda, considere o julgamento como sobre naquele tempo.
- Se o assunto não desce no buraco objetivo, consideram o julgamento como mais depois de decorridos 10 min.
- Se o assunto não desce para o buraco gol aos 10 min, à mão guiar suavemente o animal, de cabeça, para o buraco meta apropriada.
- Pare de software de monitoramento de vídeo e. Guardar imagens de vídeo.
- Permitir que o sujeito se repousar durante pelo menos 2 min no seu recinto casa, enquanto o invólucro continua a ser montado sob o labirinto.
- Utilizando um frasco de spray e toalhas de papel, limpar a parte superior do labirinto com uma mistura de sabão diluída de 1:10 sabão à água. Se o fizer, impede o uso de sinais químicos ao navegar pelo labirinto. Algumas espécies, particularmente aquelas que fazem uso pesado de informações quimio, NECESsitate lavagem adicional do labirinto com água quente para eliminar todos os sinais de cheiro.
- Remova o gabinete de baixo do labirinto e quer repetir o julgamento de treinamento com o mesmo indivíduo ou um novo indivíduo. Cada indivíduo pode ser executado em até 5 tentativas de treino por dia, com intervalo de 30 min entre os testes de um indivíduo.
- Repita este procedimento até que um sujeito desce em seu buraco objetivo sem ajuda, em 3 ensaios de formação diferentes, indicando que a aprendizagem da localização meta ocorreu. Os três ensaios de formação não precisam ser consecutivos. Se um objeto chega a esse critério, o sujeito se move para julgamento da sonda para avaliar a memória espacial.
3. Ensaios de sonda
NOTA: Uma vez que um assunto atinge critério, o sujeito aprendeu a navegar para o gol. No entanto, neste momento, ainda não está claro se o assunto está a navegar usando uma estratégia espacial ou alguma outra estratégia de navegação. julgamento Probes teste para isso e deve ser realizada um dia depois de o modelo atingir critério nos ensaios de formação.
- Girar o labirinto de 180 °, assegurando que as pernas do labirinto estão dentro das marcas no chão. Rotação do labirinto permite pistas locais que identificam directamente o objetivo de estar em conflito direto com as pistas espaciais mais estáveis.
- Repita os passos 2.1 - 2.5.2, omitindo o passo 2.3 de montar cerco a casa do assunto sob o labirinto. Se o fizer, impede o uso de pistas olfactivas ou outros que emanam do gabinete de casa durante a exploração labirinto.
- Durante os ensaios de sonda, os indivíduos são livres para explorar o labirinto para os 10 min para avaliar o comportamento exploratório. Após 10 min, pare o software de vídeo e monitoramento.
- Remover o assunto do labirinto e devolvê-lo à sua gaiola.
- Limpar a parte superior do labirinto com a mistura de sabão diluída.
4. As medidas comportamentais
NOTA: Para tria formaçãols, incluir medidas comportamentais, tais como a latência para chegar ao buraco objetivo, número de erros cometidos (investigação de um buraco nongoal; focinho do animal deve estar dentro de 1 cm do buraco) e proporção de tempo gasto no quadrante correto do Labirinto.
- Para os ensaios de formação, determinar uma estratégia de pesquisa. Uma estratégia direta é definida como decrescente para o buraco gol com menos de 3 erros. Uma estratégia de série é exame de 3 ou mais orifícios consecutivos labirinto ao longo do perímetro do labirinto. Uma estratégia aleatória é exame não série de buracos labirinto com 3 ou mais erros.
NOTA: Para os ensaios de sondagem, medidas comportamentais incluem a latência para chegar ao buraco espacialmente correto, número de erros cometidos antes de investigar o buraco espacialmente correta, ea proporção de tempo gasto no quadrante espacialmente correta do labirinto. - Para uma avaliação mais rigorosa de escolha não aleatória do buraco objetivo espacialmente correta, empregam amostragem sem substituição ao calculartaxa de acaso.
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Representative Results
Este protocolo permite a avaliação experimental de navegação baseada espacialmente em pequenos lagartos. Um estudo anterior utilizado com sucesso este protocolo para sondar para a navegação espacial em lagartos do lado-blotched do sexo masculino 13. Nesse estudo particular, os machos foram treinados para navegar para um buraco meta e, uma vez que critério foi alcançado, evoluiu para um julgamento sonda para avaliar as pistas priorizados quando navegando para um buraco gol.
Os resultados representativos desse estudo, aqui apresentados, demonstram que, enquanto os lagartos fez aprender a localização da meta, o número de tentativas de treinamento necessários para atingir critério de cada indivíduo foi bastante variável e variou de 17 - 81 testes de formação (média: 48,29 ). Por causa do número variável de tentativas de treino para chegar critério entre os indivíduos, os ensaios foram divididos em quartis e média. Mais de múltiplos ensaios de formação individuos levou menos tempo para encontrar o furo objectivo, em particular entre a primeira e quarta quartil de ensaios de treino, o que indica que foram sujeitos a aprender a localização do orifício de meta (p = 0,012, Figura 2). Durante os ensaios de sonda, o labirinto foi rodado pistas locais e espaciais, assim, conflitantes. Os indivíduos foram para o buraco gol espacialmente correta a uma taxa bem melhor que o acaso (p <0,001, Figura 3) e passou a maior parte do tempo no quadrante espacialmente correta do labirinto (p <0,001), indicando que pistas espaciais estavam sendo priorizados durante a navegação.
Figura 1. Barnes Maze Design for Lagartos pequenos. Um labirinto Barnes (diâmetro de 106 cm), elevados 76,2 cm do chão. Dez orifícios equidistantes de meta estão localizados ao longo do perímetro e espaçada 26 cm entre si. furos de meta são 2,54 cm de diâmetro para permitir sma lagartos ll a descer para o gaiola montada debaixo da mesa. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Ensaios de treinamento. Latência (s) ± SEM para encontrar o buraco gol durante os ensaios de formação (n = 7 indivíduos por quartil). Por causa do número variável de tentativas de treino para chegar critério entre os indivíduos, os ensaios foram divididos em blocos de aprendizagem quartil e média. Indivíduos demonstraram uma diminuição na latência para encontrar o furo meta, mais notavelmente entre a primeira e quarta quartil de ensaios de formação (p = 0,012), indicando que os indivíduos estavam a aprender a localização do orifício objectivo. Os dados de Ladage et al. 2012.ig2large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Ensaios de sonda. O número de erros antes de escolher o buraco gol espacialmente correta + SEM (n = 7). Indivíduos nonrandomly escolheu o buraco gol espacialmente correta durante os ensaios de sonda (p <0,001), indicando uma estratégia espacial foi usado durante a navegação. A linha tracejada representa o desempenho acaso. Os dados de Ladage et al. 2012. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Quando experimentalmente testar para a aprendizagem espacial e memória, há várias questões conceituais importantes que serão abordados em alguns dos principais passos no protocolo. Primeiro, os indivíduos devem demonstrar que estão aprendendo a localização do buraco meta ao longo dos ensaios de formação. Atingir o critério predefinido demonstra que a aprendizagem da localização do furo meta ocorreu. Se não sujeitos aprender a localização do orifício objectivo, não há nenhuma maneira viável para, em seguida, determinar uma estratégia de navegação. Se os animais não chegar critério, o julgamento sonda é importante para determinar quais sinais são priorizados durante a navegação no labirinto. Durante o julgamento da sonda, pistas locais e espaciais estão em conflito que força um assunto para priorizar o uso de apenas um taco para navegação. Assim, o julgamento sonda é importante para a avaliação de qual tipo de sugestão está sendo recuperado e priorizados durante a navegação labirinto. Por causa do foco em pistas espaciais vs. locais,é importante para eliminar outras indicações potenciais que poderiam ser utilizados para a navegação; esses sinais pode se tornar um confundem potencial no estudo. Em répteis Squamata em particular, pistas olfactivas desempenhar um papel importante na escolha do companheiro, evitar predadores, e localização de itens alimentares 19. Consequentemente, eliminando pistas olfactivas entre ensaios é importante para impedir seguinte de pistas olfactivas enquanto no labirinto.
Embora este protocolo funcionou bem com lagartos do lado-blotched adultos do sexo masculino 13, modificações para o labirinto e protocolo provavelmente precisará ocorrer quando testar a aprendizagem espacial ea memória em lagartos mais jovens ou de espécies diferentes (Ladage, dados não publicados). Por exemplo, lagartos juvenil (ou seja, com menos de 9 meses para lagartos do lado-blotched), espécies que saltam ou espécies arbóreas podem tendem a fugir fora do labirinto, com pouca consideração para a descida nos orifícios da baliza. Em alguns casos, uma parede em torno do labirinto ou um labirinto fechado pode ajudar na circumventing este problema, desde que as pistas espaciais ainda são visíveis a partir da superfície do labirinto. Além disso, a relevância ecológico da tarefa deve ser tido em consideração quando se modifica qualquer tipo de labirinto. lagartos do lado-blotched, que fogem em fendas nas rochas e em pequenos buracos no chão, bom desempenho em um labirinto Barnes. No entanto, as espécies que tendem a permanecer imóvel não pode ter um bom desempenho na tarefa de labirinto Barnes a menos expostos a um motivador (por exemplo, a tentativa de predação simulada) para induzir a exploração labirinto. Do mesmo modo, poderiam ser feitas outras modificações para melhorar o desempenho na tarefa do labirinto incluindo orientando verticalmente para espécies arbóreas, aumentando o diâmetro dos furos de espécies maiores, e couros utilizando, em vez de furos para as espécies que não descem em buracos. Estudos anteriores demonstraram que alterar os atributos de labirinto pode criar variação no desempenho 20-24; Assim, ao fazer modificações para o labirinto Barnes, diferenças em natural seutório e o comportamento das espécies de interesse devem ser tomadas em consideração.
Embora este protocolo funcionou suficientemente bem para sondar a aprendizagem espacial ea memória em lagartos do lado-blotched, houve algumas limitações e dificuldades que executam o protocolo. Principalmente, lagartos do lado-blotched necessitou de um grande número de ensaios de treinamento para atingir critério, provavelmente porque não havia motivador introduzido que incentivar a exploração e escapar do labirinto. Devido a isso, o protocolo de escrita é muito demorada, em particular quando comparado com o desempenho de roedores durante os ensaios de formação. Apresentando estímulos aversivos para aumentar a motivação para escapar do labirinto pode contornar este problema e diminuir o número de tentativas de formação necessárias para atingir critério. Além disso, por causa da escassez de estudos experimentalmente testes para memória espacial e aprendizagem em répteis, este protocolo e modificação labirinto pode não ser apropriado ou applicable para todas as espécies. Modificações, como as sugeridas acima pode ajudar na elaboração de um labirinto e protocolo apropriado para a espécie de interesse.
O protocolo aqui descrito permite o teste experimental de aprendizagem espacial e memória em um pequeno lagarto. Enquanto orientação répteis e de navegação foram demonstradas no campo 7,8,25, pouco se sabe a respeito de que sinais são usados e priorizados durante a navegação. Os poucos estudos experimentalmente teste para a priorização cue durante a navegação em répteis têm utilizado variando paradigmas e espécies que tende a impedir a generalização sobre a aprendizagem espacial e memória através deste grupo taxonómico. No entanto, a padronização do aparelho de teste e protocolo, pelo menos, dentro de uma espécie e entre os estudos, ajudará na sondagem de generalizações em aprendizagem espacial ea memória. Uma vez que esta base foi estabelecida, outras aplicações mais detalhada do protocolo seria apropriado. para instance, introduzindo pistas locais mais óbvios ou diminuindo a confiabilidade de pistas espaciais durante o treinamento pode induzir uma maior dependência utilizando pistas locais para a navegação dentro do labirinto. Além disso, os sexos podem priorizar pistas de forma diferente, avaliando assim as fêmeas nesta tarefa também pode esclarecer as diferenças intersexuais interessantes em priorização de sinalização. Modificações como estas podem revelar como a saliência e estabilidade de ambas as pistas espaciais e locais podem modular a sugestão priorização na memória e recordação posterior ea utilização desses sinais durante a navegação.
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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. |
References
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