Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Bruk av spor Eyeblink klassisk betinging å vurdere hippocampus dysfunksjon i en rotte modell av Fetal Alcohol Spectrum Disorders

Published: August 5, 2017 doi: 10.3791/55350
Automatic Translation
1,2, 1,2, 2, 1, 1, 2
1Department of Psychology, East Carolina University, 2Multidisciplinary Studies Program in Neuroscience, East Carolina University

Summary

Spor eyeblink klassisk betinging (ECC) ble brukt til å vurdere hippocampus-avhengige associative læring i voksen rotter det ble administrert en høy konsentrasjon (11,9% v/v) alkohol under tidlig neonatal hjernens utvikling. ECC prosedyrer er generelt lyden Diagnoseverktøy for å oppdage brain dysfunction over mange psykologiske og biomedisinsk innstillinger.

Abstract

Neonatal rotter ble gitt en relativt høy konsentrasjon av etylalkohol (11,9% v/v) under postnatal dager 4-9, en tid da fosterets hjernen gjennomgår rask organisasjonsendringer og ligner akselerert hjernen endringer som oppstår i løpet av tredje trimester hos mennesker. Denne modellen av fetal alkohol spektrum lidelser (FASDs) produserer alvorlig hjerneskade, etterligne beløpet og prøve av overstadig-drikking som forekommer i noen alkoholholdige graviditet. Vi beskriver bruk av spor eyeblink klassisk betinging (ECC), en høyere orden variant av associative læring, å vurdere langsiktige hippocampus dysfunksjon som er vanligvis sett i alkohol-eksponerte voksne avkom. På 90 dager gammel, gnagere var kirurgisk forberedt med opptak og stimulerende elektroder, målt electromyographic (EMG) blinker aktivitet fra venstre øyelokket muskelen og levert mild støt bakenfor venstre øye, henholdsvis. Etter en 5 dagers restitusjonsperiode gjennomgikk de 6 økter med spor ECC å bestemme associative læring forskjellene mellom alkohol-eksponert og kontrollere rotter. Spor ECC er en av mange mulige ECC prosedyrer som kan enkelt endres med samme utstyr og programvare, slik at forskjellige nevrale systemer kan vurderes. ECC prosedyrer, kan brukes som Diagnoseverktøy for å oppdage nevrale patologi i forskjellige hjernen systemer og ulike forhold som fornærmelse hjernen.

Representative Results

Eyeblink programvaren er i stand til å gi et stort og omfattende sett med data for mange typer målinger. For enkelhets vi rapportere i denne studien representant resultater for læring og ytelse tiltak som inkluderer adaptive CR prosent, adaptive CR amplitude, UR prosent og UR amplitude. Adaptive CR perioden ble valgt som den representerer oppkjøpet av godt timet eyeblink svar over gjentatte trening, som et resultat av forbedret synaptiske plastisitet prefiks under sporing ECC50,51,52. UR tiltakene var valgt å belyse om neonatal alkohol-indusert læring underskudd i spore ECC var på grunn av avbrudd i associative læring eller avbrudd å sjokk oss - indikere motiverende eller motor forskjeller, i stedet for læring forskjeller behandlingsgrupper. Data for hvert mål ble analysert bruker 2 (Sex) x 3 (Neonatal Group) x 6 (økt) blandet ANOVAs, med økt som gjentas-tiltak faktor. Betydelige viktigste effekter for neonatal behandling ble analysert bruker Tukey's post hoc tester og betydelig interaksjon ble analysert bruker enkle effekter tester. Alle statistiske analyser ble utført med en alfa minimumsnivå av 0,05 og resultatene i grafer er gjennomsnittlig ± SEM.

Begynner med adaptive CR prosent mål, VARIANSANALYSE indikerte en betydelig viktigste effekt av neonatal group, F(2,21) = 11.69, p < 0,001, men ingen betydelig viktigste effekt av sex (p = 0.71) eller betydelig samspillet mellom disse faktorene (p = 0,20). Som forventet, adaptive CR prosent økt seks økter trening, F(5, 105) = 81.15, p < 0,001, og forskjellene mellom neonatal gruppene var avhengig av noen grad av økten, F(10, 105) = 4.58, p < 0,001. Det var ingen andre betydelige samhandlinger med økt faktoren. Likeledes for adaptive CR amplitude, det var igjen en betydelig viktigste effekt av neonatal group, F(2,21) = 22.32, p < 0,001, men ingen betydelig viktigste effekt av sex (p = 0,21) eller betydelig samspillet mellom disse faktorene (p = 0.48). CR amplituden også økt betydelig over seks økter trening, F(5, 105) = 59.27, p < 0,001, og forskjellene mellom neonatal gruppene var avhengig av noen grad av økten, F(10, 105) = 4.31, p < 0,001. Samlet både CR tiltak viste betydelige forskjeller mellom gruppe midler og disse betyr adskilt betydelig på ulike økter trening. For å bekrefte hvilke grupper skilte seg betydelig, Tukey's post hoc tester viste at alkohol-intubated (AI) rotter utført betydelig verre på begge CR tiltak enn unintubated-kontroll (UC) og humbug-intubated (SI) rotter (p < 0,01 CR prosentandel; p < 0.001 CR amplituden), som ikke skiller seg fra hverandre (p> 0,05). Enkle effekter tester ble utført på gruppen for betydelig Neonatal x økt samhandlinger for begge CR tiltak, bekreftet at AI rotter var mer betydelig svekket i å anskaffe CRs starten på sesjon 2 og gjennom økt 6 sammenlignet med både UC og SI rotter (alle p< 0,05), som ikke skiller seg fra hverandre gjennom seks økter. Det eneste unntaket var adaptive CR amplitude for SI rotter ikke begynne å avvike betydelig fra AI rotter til Session 3. Disse resultatene er vist i figur 5A, 5B.

Det var ingen vesentlig forskjell i UR tiltak på grunn av kjønn, neonatal gruppe eller interaksjoner av disse faktorene med økt faktoren. Disse negative resultatene indikerte at hver gruppe kunne avgi eyeblink svar til sjokk oss like, og at læring underskuddene observert i AI rotter ikke var påvirket av motiverende eller motor forskjeller i blinker (figur 6A, 6B).

Figure 5
Figur 5 : Kjøp av spor betinget svare (gjennomsnittlig ± SEM). Tidlig alkohol eksponering (gruppe AI) betydelig påvirket av adaptive betinget respons (CR) prosentandel (A) og amplituden (B). ECC er iboende vanskelig å skaffe, derfor tiltak er relativt lavere for alle grupper - med forsinkelse ECC, prosenter kan nå 80-85% på gnager modeller av FASD21,53. Likevel, ECC prosedyre er mer beskatte på hippocampus, som er utsatt for alkohol effekter under tidlig hjernens utvikling. * = p < 0,05, ** = p < 0.01, *** = p < 0,001 mellom UC og AI rotter; utvalgene tilbys i parentes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 : Kjøp av unconditioned svar (mener ± SEM). Eyeblink ytelse (UR prosent og UR amplituden) var ikke signifikant forskjellige grupper. Mangel på forskjeller indikere at sjokk intensiteten brukt oppkjøpet ikke ulikt endre motivasjon i AI rotter eller deres evne til å produsere defensive blinker Svar å sjokk, sammenlignet med både kontroll grupper (UC og SI). Utvalgene tilbys i parentes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Neonatal rotte unger mottatt etylalkohol postnatal dagene 4-9 utstilt spor eyeblink condition impairments i voksen alder. Disse resultatene støtter ideen om at alkohol er en teratogen med varig skadevirkninger hippocampus funksjon. Samlet, betinget svarer i spor prosedyren var lavere for rotter utsatt for alkohol sammenlignet med rotter i begge kontroll grupper. Associative læring nedskrivningen i alkohol-eksponerte rotter var ikke påvirket av motiverende eller motor forskjeller (dvs., ingen forskjeller i blinker til sjokk U.S. intensitet).

Mens spor ECC er et nyttig diagnostisk verktøy for Klargjørende utfordring-indusert hippocampus neuropathology, må resultatene fra denne metoden plasseres i riktig sammenheng. Først involvert de prosessuelle nøkkelelementene i denne demonstrasjonen målrettet levering av alkohol under et kjent vindu på å utvikle hjernen, fabrikasjon av elektroden maskinvare som tillater registrering av electromyographic aktivitet og leverer støt, kirurgisk implantasjon av nevnte maskinvare og påfølgende dyreforsøk bruker en læring paradigme som vurderer en kognitiv funksjon av interesse. På hvert trinn i prosessen, må være forsiktig å ikke forårsaker unødvendig/utilsiktet skade gnager fagene og å overvåke deres helse tegn regelmessig. Atferdsmessige resultatene gir "vinduet" erkjennelse, en psykologisk konstruere som er bare nøyaktig beskrevet når deres helse er ikke svekket av eksperimentelle feil omfatter alkohol dosering, maskinvare eller kirurgisk implantasjon. Dermed skal hvert fremgangsmåter for element i forskningsprosessen gjennomføres på en forsvarlig måte for å sikre at resultatene fra ECC kan ekstrapolert funn hos mennesker. Dernest ECC paradigmet gir innsikt om natur associative lære, men hensyn må tas ikke å forlenge funn ved hjelp av denne tilnærmingen og bredt tilskrive dem til andre kognitive domener - som arbeidshukommelsen, kort/lang sikt minner og bevissthet - med mindre en har innlemmet noen fasett av disse domenene i en ECC studie av eksperimentell design. For eksempel denne demonstrasjonen undersøkt oppkjøpet fasen av spor ECC læring, men undersøke ikke minne bevaring i rotter når de gjennomført opplæring. Minne er dermed en uavhengig psykologisk prosess som bør vurderes i tillegg til læring. Ved design, kan en innlemme et minne bevaring intervall for å vurdere enten kortsiktige eller langsiktige minne evne. For det tredje, anerkjennelse at det er parallell minne systemer54 som kan arbeide samtidig med motiverende, eksperimentelle og hormonelle faktorer som atferd, er avgjørende for forståelse som associativity (under ECC), men en av mange prosesser som avslører hva er "god" eller "dårlig" om læring. Til slutt, spor ECC er ikke rent hippocampus-avhengige aktiviteten som andre områder av hjernen mekle noen del av CR. Dermed må en forståelse av samspillet mellom forskjellige nevrale kretser og/eller typen stimulans parametere som benyttes i en studie, tas i betraktning når implikasjoner basert på diskret resultater. Lillehjernen, for eksempel bidrar også til spor ECC, der det påvirker topografiske kjennetegner CR og CR timing, spesielt når ISI er kortvarig. Spor ECC påvirkes ikke hos mennesker med lillehjernen skade som er testet med en lang spor intervall (1000 ms), men påvirkes i de som mottar en kortere spor intervall (400 ms)34. Bilaterale lesjoner av dorsal mediale prefrontal cortex (mPFC) som mål fremre cingulate og mediale agranular regionene i mus, hindre videre oppkjøp av spor CRs55, mens ødeleggelse av den caudal mPFC i kaniner produserer lignende resultater46. Disse funnene også markere betydningen av å vurdere arten forskjeller i prefrontal bidrag til lillehjernen-hjerne stamme drevet associative læring, som spor ECC. Mens neonatal alkohol eksponering under PD 4-9 negativt påvirket oppkjøpet av 500-ms spor CRs for voksen rotter i denne studien og andre47,56, er dette ikke samme sak for neonatal alkohol-eksponerte rotter ha en 300-ms spor intervall, selv når utfordret på en relativt høy dose av alkohol (5 g/kg)57, antyder at spor svekkelse i alkohol-eksponerte rotter er avhengig av varigheten av spor intervallet.

I denne studien var hippocampus understreket som blir avgjørende for formidling spor ECC, og når utfordret av neonatal alkohol eksponering, viser neural-relaterte skader som gjenspeiles av nedsatt i oppkjøpet av spor CRs. Det må imidlertid advarte at lillehjernen-hjerne stilk krets, spesielt interpositus kjernen, er avgjørende for mange fasetter av ECC, inkludert kjøp, uttrykk og topografiske kjennetegn for CR, avhengig av ECC aktiviteten inkludert spor ECC36,40,55,58,59. Faktisk samhandler denne nevrale kretsen med hippocampus for kjøring uttrykk for CRs under høyere orden former for ECC, for eksempel spor ECC60. Om alkohol eksponering under tidlig hjernens utvikling spesielt påvirker hippocampus funksjon i spor ECC er ikke helt klart. Mange forskjellige hjernen regioner er utsatt for tidlig alkohol fornærmelse, inkludert mPFC, lillehjernen og hippocampus18,19,23,47,61,62, og det er svært sannsynlig at alkohol forstyrrer funksjon av disse strukturene i varierende grad og varierende, men funksjonelt viktige forskjeller over mange ECC prosedyrer. På tross av fallgruver vedrørende tolkningen av resultater fra spor ECC studier, har vellykkede oppkjøpet av spor CRs vist minst stole på en intakt hippocampus, som støttes av dyr lesjon studier42,44,63,64,65. Denne fremgangsmåten er dermed en svært verdifull tilnærming for å vise koblingene mellom utviklingsmessige alkohol eksponering å spore betinget svarer fordi nerve kretssystem underliggende det, er mye bedre forstått enn andre hippocampus-avhengige aktiviteter, for eksempel sted læring i Morris vann labyrinten, romanen objekt gjenkjenning og kontekstuelle og frykt condition.

ECC som atferdsdata til "analysen" erkjennelse, har omfattende anvendelse innen utviklingsmessige neuroteratology. Faktisk støtter nylig resultatene fra vår lab ideen om at utvikling hippocampus er svært følsom for alkohol-effekter, som kan begrenses ved forskjellige intervensjonsradiologi strategier18,47. Den store fordelen her er at en bedre forståelse av alkohol-indusert spor ECC læring underskudd, de kan være intelligent andre problemer i hippocampus-baserte funksjoner utenfor associative læring - særlig de kjent for å være formidlet av den samme hippocampus neurocircuitry.

Anvendelse av spor ECC og andre variantene (f.eks, forsinkelse, tilbakeføring, diskriminering, sammensatte) å belyse den nevrobiologiske mekanismer og nevrale systemer involvert i associative læring, kan utvides utover området fetal alkohol forskning. For eksempel har dette paradigmet fått mye oppmerksomhet i menneskelig tilfeller og dyr modeller av psykiatriske tilstander som schizofreni66,67, nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers sykdom68,69, og narkotika misbruk70,71,72. Dens fordeler som forskning å vurdere nevrokognitive funksjon og dysfunksjon er dermed tydelig over mange psykologiske og biomedisinsk disipliner, inkludert nevrovitenskap.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av et stipend til TDT fra den alkohol drikke Medical Research Foundation (ABMRF).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Neonatal Alcohol Exposure
190 Proof Ethyl Alcohol (USP) Pharmco-AAPER 225-36000 [ECU Medical Storeroom] Can be substituted; should be USP; avoid using 200 proof ethyl alcohol
Container/Basket for Pups Any
Corn Oil Any Food grade
Heated Water Therapy Pump w/ Pads Gaymar TP-500 To keep pups warm; can be substituted
Hypodermic Needles 22G x 1 in, Sterile Any
Hypodermic Needles 30G x 1/2 in, Sterile Any
Isopropyl Alcohol 70% EMD Millipore PX1840-4 [Fisher Scientific] Can be substituted; reagent grade
www.fishersci.com
Long-Evans Rats (Female and Male Breeders) Charles River Laboratories N/A [ECU Dept. of Comparative Medicine] Age and weight need to be specified; pricing varies by these factors
www.criver.com
Micro Dissecting Scissors, 3.5 in, 23 mm Blades Biomedical Research Instruments 11-2200 For cutting PE tubing
brisurgical.com
Polyethylene 10 Tubing (0.011 in. I.D.; 0.024 in. O.D.) BD Diagnostic Systems 22-204008 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
Polyethylene 50 Tubing (0.023 in. I.D.; 0.038 in. O.D.) BD Diagnostic Systems 22270835 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
Regulated water heater or baby milk bottle warmer Any Optional; helps with warming up cold milk solutions
Tuberculin Syringes, Sterile, 1.0 ml Any
Tuberculin Syringes, Sterile, 10 ml Any Can be used to draw out ethyl alcohol or use appropriate size micropipet
Weigh Scale Any Should have good resolution (in gram units)
Name Company Catalog Number Comments
EMG Headstage Fabrication and Bipolar Electrode Modification
Bipolar Electrode, 2 Channel SS Twisted Plastics One, Inc. MS303/2-B/SPC  ELECT SS  2C TW .008" Must specify custom length of 20 mm below pedestal
www.plastics1.com
Centi-Loc Strip Socket Insulator (aka, Micro Strip) ITT Cannon / ITT Interconnect Solutions CTA4-IS-60* or CTA4-1S-60* *Depends on vendor; see www.onlinecomponents.com or www.avnetexpress.avnet.com
Dental Pliers, Serrated CMF Medicon 390.20.05 Can be substituted; use to crimp wires to male contact pins
www.medicon.de
Micro Dissecting Scissors, 3.5 in, 23 mm Blades Biomedical Research Instruments 11-2200 Only use to cut 3T wires; cutting 10T wires will damage the blade - use the blade of the wire stripper instead
brisurgical.com
PTFE-Coated Stainless Steel Wire, 10T (Bare Diameter .010 in) Sigmund Cohn-Medwire 316SS10T
www.sigmundcohn.com
PTFE-Coated Stainless Steel Wire, 3T (Bare Diameter 0.003 in) Sigmund Cohn-Medwire 316SS3T
www.sigmundcohn.com
Razor Blade Any To strip 1 mm from prongs of bipolar electrode
Relia-Tac Socket Contact Pin, Male Cooper Interconnect 220-P02-100 See Allied Electronics Cat # 70144761
www.alliedelec.com
Tweezers, High Precision, Serrated, 4 3/4 in Electron Microscopy Sciences 78314-00D To grasp 10T wire firmly while stripping PTFE with smooth tweezers
www.emsdiasum.com
Tweezers, High Precision, Smooth, 4 3/4 in Electron Microscopy Sciences 78313-00B
www.emsdiasum.com
Tweezers, Ultra Fine Tips, 4 3/4 in Electron Microscopy Sciences 78510-0 To strip 1 mm of PTFE from one end of 3T wire; grasp shielded portion with smooth tweezers
www.emsdiasum.com
Wire Stripper, 16-26 AWG Any Use the blade end to cut micro strips
Name Company Catalog Number Comments
Eyelid Surgery
Surgical Instruments (High Quality Stainless Steel)
2 x Dressing Forceps, 4 in Serrated Biomedical Research Instruments 30-1205 Can be substituted; extra forceps for grasping electrodes/screws outside of surgery tray
brisurgical.com
Dressing Forceps, 3 in Serrated Biomedical Research Instruments 30-1200 Can be substituted
brisurgical.com
Instrument Tray Biomedical Research Instruments 24-1355 Can be substituted
brisurgical.com
Knife Handle No. 3, 5 in Biomedical Research Instruments 26-1000 Can be substituted
brisurgical.com
Micro Dissecting Forceps, 3.5 in, Fine Points Biomedical Research Instruments 10-1630 Can be substituted
brisurgical.com
Micro Dissecting Forceps, 3.5 in, Smooth Platform (0.3 x 5 mm) Biomedical Research Instruments 10-1720
brisurgical.com
Micro Dissecting Scissors, 3.5 in, Extremely Delicate, 15 mm Blades Biomedical Research Instruments 11-2000 Can be substituted
brisurgical.com
Plain Splinter Forceps, 3.5 in  Biomedical Research Instruments 30-1600 Can be substituted
brisurgical.com
#10 Stainless Steel Surgical Blade for #3 Handle, Sterile Any Can be substituted
0-80 x 0.125 in Stainless Steel Screws Plastics One, Inc. 0-80 x 0.125 Can be substituted
www.plastics1.com
Alcohol Prep Pads, Sterile Fisher Scientific 22-363-750 [Fisher Scientific Can be substituted
www.fishersci.com
Betadine Povidone-Iodine Purdue Frederick Co. 6761815101 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
Betadine Povidone-Iodine Prep Pads Moore Medical 19-898-946 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
Cotton-Tipped Swabs, Autoclavable Any Typically 7.6 cm or 15.2 cm length
Drill Bit for Pin Vise, #55 (0.052 in) Any Metal should resist rusting and corrosion
Gauze Pads, 2 in x 2 in Fisher Scientific 22-362-178 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
General Purpose Latex/Nitrile/Vinyl Gloves Any
Glass Bead Sterilizer Any Sterilize instruments between surgeries
Heated Water Therapy Pump w/ Pads x 2 Gaymar TP-500 Can be substituted; separate pumps are recommended - 1 for surgery, 1 for recovery
Hypodermic Needles 26G x 3/8 in, Sterile Any
Isoflurane Vedco NDC 50989-150-12 Manfacturer can be substituted; veterinary approval may be required
Isoflurane Vaporizer System, Tabletop, Non-Rebreathing Parkland Scientific V3000PK Can be substituted
www.parklandscientific.com
Jewelers Screwdriver w/ 1.8-2 mm Blade Any Metal should resist rusting and corrosion
Ortho-Jet BCA Package (Dental Cement) Lang Dental B1334 Contains powder (1 lb) and liquid
www.langdental.com
Oxygen Tank with Pressure Regulator, Large Local supplier
Porcelain Crucible, High-Form, Glazed, 10 ml CoorsTek, Inc. 07-965C [Fisher Scientific] Can be substituted with Fisher FB-965-I Wide-Form Crucible
www.fishersci.com
Puralube Veterinary Ophthalmic Ointment, Sterile Henry Schein Company NC0144682 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
Quatricide PV-15 Pharmacal PV-15 Antimicrobial disinfectant; can be substituted
www.pharmacal.com
Rat Gas Anesthesia Masks for Stereotaxic Surgery  Stoelting Company 51610
www.stoeltingco.com
Rat Stereotaxic Apparatus w/ Ear Bars (45 Degree) Any 45 degree bars are recommended to prevent damaging eardrums
Roboz Surgical Instrument Milk Roboz Surgical NC9358575 [Fisher Scientific] Can be substituted; for lubricating instruments during autoclaving
www.fishersci.com
Rodent Hair Trimmer Any
Sodium Chloride Fisher Scientific S641-500 [Fisher Scientific] To make 0.9% saline; reagent grade; USP
www.fishersci.com
Stainless Steel Microspatula (Blade: 0.75 L x 0.18 in. W) Fisher Scientific 21-401-15 [Fisher Scientific] Can be substituted
www.fishersci.com
Starrett Pin Vise, 0.000 in - 0.055 in Any Nickel-plated or equivalent recommended to resist rusting and corrosion
Sterile Surgical Gloves Any
Sterilization Wraps, 20 in x 20 in, Autoclavable Propper Manufacturing 11-890-8C [Fisher Scientific] Useful for wrapping autoclavable supplies and on sterile field during surgery
www.fishersci.com
Surgical Drape, Sterile/Autoclavable Any May need to cut to size for rats
Surgical Gown* Any *If required by IACUC
Surgical Mask Any
Tuberculin Syringes, Sterile, 1.0 ml Any
Weigh Scale Any Should have good resolution (in gram units)
Name Company Catalog Number Comments
Eyeblink System and Components (assuming 4-rodent system)
5 Channel Commutator x 4 Plastics One, Inc. SL2 + 3C
www.plastics1.com
Bipolar Electrode Cable, Dual 305 x 4 Plastics One, Inc. 305-305 80CM TT2 (C) Provides plug end to bipolar electrode on rat and to commutator; must be modified
www.plastics1.com
Cable, 5 Channel, Shielded, 26 AWG x 4 Any To fabricate commutator cable; this must be made from scratch
Chamber for Operant Test Box (Inside: 24 H x 23 W x 14 D in) x 4 Med-Associates Can be substituted; inner dimensions should fit operant test box comfortably, with room for acoustical foam; fit with fan - 55-60 dB
www.med-associates.com
Eyeblink System and Software JSA Designs N/A Proprietary and customized for research lab
Heat Shrink Tubing (3/16 in, 1/4 in, 3/8 in, 1/2 in Diameters) Any To protect modified commutator cable soldered ends and splices
Melamine Triple Peak Acoustical Foam w/Black Hypalon (24 x 48 in) McMaster-Carr 9162T5 Can be substituted; cut to fit 4 housing chambers
www.mcmaster.com
Operant Test Box (Exterior 12.5 L x 10 W x 13.5 in H), Complete x 4 Med-Associates ENV-007 Custom Package With stainless steel grid floor and custom top (3 in hole in center for commutator cable)
www.med-associates.com
Oscilloscope (Optional) Any Recommended minimum specs: 200 MHz analog bandwidth, 1 GS/s real-time sampling, 4 channels; see www.picotech.com
/td>
Piezo Tweeters (Speakers) x 4 (7 x 3 in) MCM Electronics 53-805 Must match frequency range specifications for eyeblink system (2500 Hz - 25 KHz)
www.mcmelectronics.com
Soldering Station, Solder, Flux, Tinner Any For soldering 26 AWG cables to female sockets (that fit male relia-tac contact pins) and bipolar plugs
Stimulus Isolators x 4 WPI International A365 These units run on 16-9V alkaline batteries; a suitable rechargeable version (A365R) is available
www.wpiinc.com
Tripolar Electrode Cable for SL3C Commutator x 4 Plastics One, Inc. 335-335 80cm TT3 C Provides plug end to EMG headstage on rat and to commutator; must be modified
www.plastics1.com
USB LED Lights x 4 Any USB-based lights do not cause electrical "noise" with the EMG signals from the rats
www.plastics1.com
Webcams x 4, Surveillance Software Any
PC Computer Running MS Windows OS Any

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jones, K. L., Smith, D. W. Recognition of the fetal alcohol syndrome in early infancy. Lancet. 2, 999-1001 (1973).
  2. Stratton, K. R., Howe, C. J., Battaglia, F. C. Fetal alcohol syndrome: Diagnosis, epidemiology, prevention, and treatment. , National Academy Press. (1996).
  3. Streissguth, A. P., Barr, H. M., Martin, D. C., Herman, C. S. Effects of maternal alcohol, nicotine, and caffeine use during pregnancy on infant mental and motor development at eight months. Alcohol Clin Exp Res. 4 (2), 152-164 (1980).
  4. Streissguth, A. P., O'Malley, K. Neuropsychiatric implications and long-term consequences of fetal alcohol spectrum disorders. Semin Clin Neuropsychiatry. 5 (3), 177-190 (2000).
  5. May, P. A., et al. Prevalence and epidemiologic characteristics of FASD from various research methods with an emphasis on recent in-school studies. Dev Disabil Res Rev. 15 (3), 176-192 (2009).
  6. Sowell, E. R., et al. Mapping callosal morphology and cognitive correlates: Effects of heavy prenatal alcohol exposure. Neurology. 57 (2), 235-244 (2001).
  7. Sowell, E. R., et al. Abnormal development of the cerebellar vermis in children prenatally exposed to alcohol: Size reduction in lobules I-V. Alcohol Clin Exp Res. 20 (1), 31-34 (1996).
  8. Autti-Ramo, I., et al. MRI findings in children with school problems who had been exposed prenatally to alcohol. Dev Med Child Neurol. 44 (2), 98-106 (2002).
  9. Hamilton, D. A., Kodituwakku, P., Sutherland, R. J., Savage, D. D. Children with Fetal Alcohol Syndrome are impaired at place learning but not cued-navigation in a virtual Morris water task. Behav Brain Res. 143 (1), 85-94 (2003).
  10. Uecker, A., Nadel, L. Spatial but not object memory impairments in children with fetal alcohol syndrome. Am J Ment Retard. 103 (1), 12-18 (1998).
  11. Uecker, A., Nadel, L. Spatial locations gone awry: object and spatial memory deficits in children with fetal alcohol syndrome. Neuropsychologia. 34 (3), 209-223 (1996).
  12. 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).
  13. Goodlett, C. R., Kelly, S. J., West, J. R. Early postnatal alcohol exposure that produces high blood alcohol levels impairs development of spatial navigation learning. Psychobiol. 15, 64-74 (1987).
  14. Bayer, S. A., Altman, J., Russo, R. J., Zhang, X. Timetables of neurogenesis in the human brain based on experimentally determined patterns in the rat. Neurotoxicol. 14 (1), 83-144 (1993).
  15. Dobbing, J., Sands, J. Quantitative growth and development of human brain. Arch Dis Child. 48 (10), 757-767 (1973).
  16. West, J. R. Fetal alcohol-induced brain damage and the problem of determining temporal vulnerability: A review. Alcohol Drug Res. 7 (5-6), 423-441 (1987).
  17. Zecevic, N., Rakic, P. Differentiation of Purkinje cells and their relationship to other components of developing cerebellar cortex in man. J Comp Neurol. 167, 27-48 (1976).
  18. Rufer, E. S., et al. Adequacy of maternal iron status protects against behavioral, neuroanatomical, and growth deficits in fetal alcohol spectrum disorders. PLoS One. 7 (10), e47499 (2012).
  19. Tran, T. D., Kelly, S. J. Critical periods for ethanol-induced cell loss in the hippocampal formation. Neurotoxicol Teratol. 25 (5), 519-528 (2003).
  20. Pierce, D. R., Goodlett, C. R., West, J. R. Differential neuronal loss following early postnatal alcohol exposure. Teratology. 40 (2), 113-126 (1989).
  21. Tran, T. D., Jackson, H. J., Horn, K. H., Goodlett, C. R. Vitamin E does not protect against neonatal ethanol-induced cerebellar damage or deficits in eyeblink classical conditioning in rats. Alcohol Clin Exp Res. 29 (1), 117-129 (2005).
  22. Goodlett, C. R., Peterson, S. D., Lundahl, K. R., Pearlman, A. D. Binge-like alcohol exposure of neonatal rats via intragastric intubation induces both Purkinje cell loss and cortical astrogliosis. Alcohol Clin Exp Res. 21 (6), 1010-1017 (1997).
  23. Green, J. T., Tran, T. D., Steinmetz, J. E., Goodlett, C. R. Neonatal ethanol produces cerebellar deep nuclear cell loss and correlated disruption of eyeblink conditioning in adult rats. Brain Res. 956, 302-311 (2002).
  24. Cronise, K., Marino, M. D., Tran, T. D., Kelly, S. J. Critical periods for the effects of alcohol exposure on learning in rats. Behav Neurosci. 115 (1), 138-145 (2001).
  25. Tran, T. D., Cronise, K., Marino, M. D., Jenkins, W. J., Kelly, S. J. Critical periods for the effects of alcohol exposure on brain weight, body weight, activity and investigation. Behav Brain Res. 116 (1), 99-110 (2000).
  26. Steinmetz, J. E. Brain substrates of classical eyeblink conditioning: A highly localized but also distributed system. Behav Brain Res. 110 (1-2), 13-24 (2000).
  27. Thompson, R. F. The neurobiology of learning and memory. Science. 233 (4767), 941-947 (1986).
  28. Ivkovich, D., Eckerman, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Eyeblink classical conditioning: Vol. 1 Applications in humans. Woodruff-Pak, D. S., Steinmetz, J. E. , Kluwer Academic Publishers. 119-142 (2000).
  29. Woodruff-Pak, D. S., Steinmetz, J. E. Eyeblink classical conditioning: Volume I - Applications in humans. , Kluwer Academic Publishers. (2000).
  30. Woodruff-Pak, D. S., Steinmetz, J. E. Eyeblink classical conditioning: Volume II - Animal models. , Kluwer Academic Publishers. (2000).
  31. Kishimoto, Y., et al. Implicit Memory in Monkeys: Development of a Delay Eyeblink Conditioning System with Parallel Electromyographic and High-Speed Video Measurements. PLoS One. 10 (6), e0129828 (2015).
  32. Chen, L., Bao, S., Lockard, J. M., Kim, J. K., Thompson, R. F. Impaired classical eyeblink conditioning in cerebellar-lesioned and Purkinje cell degeneration (pcd) mutant mice. J Neurosci. 16 (8), 2829-2838 (1996).
  33. Freeman, J. H. Jr, Carter, C. S., Stanton, M. E. Early cerebellar lesions impair eyeblink conditioning in developing rats: Differential effects of unilateral lesions on postnatal day 10 or 20. Behav Neurosci. 109 (5), 893-902 (1995).
  34. Gerwig, M., et al. Trace eyeblink conditioning in patients with cerebellar degeneration: Comparison of short and long trace intervals. Exp Brain Res. 187 (1), 85-96 (2008).
  35. LaBar, K. S., Disterhoft, J. F. Conditioning, awareness, and the hippocampus. Hippocampus. 8 (6), 620-626 (1998).
  36. McCormick, D. A., Steinmetz, J. E., Thompson, R. F. Lesions of the inferior olivary complex cause extinction of the classically conditioned eyeblink response. Brain Res. 359 (1-2), 120-130 (1985).
  37. Clark, R. E., Zola, S. Trace eyeblink classical conditioning in the monkey: a nonsurgical method and behavioral analysis. Behav Neurosci. 112 (5), 1062-1068 (1998).
  38. Anderson, B. J., Steinmetz, J. E. Cerebellar and brainstem circuits involved in classical eyeblink conditioning. Rev Neurosci. 5 (3), 251-273 (1994).
  39. Thompson, R. F., Krupa, D. J. Organization of memory traces in the mammalian brain. Annu Rev Neurosci. 17, 519-549 (1994).
  40. Miller, M. J., et al. fMRI of the conscious rabbit during unilateral classical eyeblink conditioning reveals bilateral cerebellar activation. J Neurosci. 23 (37), 11753-11758 (2003).
  41. Geinisman, Y., et al. Remodeling of hippocampal synapses after hippocampus-dependent associative learning. J Comp Neurol. 417 (1), 49-59 (2000).
  42. Ivkovich, D., Stanton, M. E. Effects of early hippocampal lesions on trace, delay, and long-delay eyeblink conditioning in developing rats. Neurobiol Learn Mem. 76 (3), 426-446 (2001).
  43. Moyer, J. R. Jr, Deyo, R. A., Disterhoft, J. F. Hippocampectomy disrupts trace eye-blink conditioning in rabbits. Behav Neurosci. 104 (2), 243-252 (1990).
  44. Solomon, P. R., Vander Schaaf, E. R., Thompson, R. F., Weisz, D. J. Hippocampus and trace conditioning of the rabbit's classically conditioned nictitating membrane response. Behav Neurosci. 100 (5), 729-744 (1986).
  45. Kronforst-Collins, M. A., Disterhoft, J. F. Lesions of the caudal area of rabbit medial prefrontal cortex impair trace eyeblink conditioning. Neurobiol Learn Mem. 69 (2), 147-162 (1998).
  46. Weible, A. P., McEchron, M. D., Disterhoft, J. F. Cortical involvement in acquisition and extinction of trace eyeblink conditioning. Behav Neurosci. 114 (6), 1058-1067 (2000).
  47. Thomas, J. D., Tran, T. D. Choline supplementation mitigates trace, but not delay, eyeblink conditioning deficits in rats exposed to alcohol during development. Hippocampus. 22 (3), 619-630 (2012).
  48. West, J. R., Hamre, K. M., Pierce, D. R. Delay in brain growth induced by alcohol in artificially reared rat pups. Alcohol. 1 (3), 213-222 (1984).
  49. Geiger, B. M., Frank, L. E., Caldera-Siu, A. D., Pothos, E. N. Survivable stereotaxic surgery in rodents. J Vis Exp. (20), e880 (2008).
  50. Christian, K. M., Thompson, R. F. Neural substrates of eyeblink conditioning: acquisition and retention. Learn Mem. 10 (6), 427-455 (2003).
  51. Kishimoto, Y., Nakazawa, K., Tonegawa, S., Kirino, Y., Kano, M. Hippocampal CA3 NMDA receptors are crucial for adaptive timing of trace eyeblink conditioned response. J Neurosci. 26 (5), 1562-1570 (2006).
  52. Shors, T. J., et al. Neurogenesis in the adult is involved in the formation of trace memories. Nature. 410 (6826), 372-376 (2001).
  53. Tran, T. D., Stanton, M. E., Goodlett, C. R. Binge-like ethanol exposure during the early postnatal period impairs eyeblink conditioning of short and long CS-US intervals in rats. Dev Psychobiol. 49 (6), 589-605 (2007).
  54. Mizumori, S. J., Yeshenko, O., Gill, K. M., Davis, D. M. Parallel processing across neural systems: Implications for a multiple memory system hypothesis. Neurobiol Learn Mem. 82 (3), 278-298 (2004).
  55. Siegel, J. J., et al. Trace Eyeblink Conditioning in Mice Is Dependent upon the Dorsal Medial Prefrontal Cortex, Cerebellum, and Amygdala: Behavioral Characterization and Functional Circuitry(1,2,3). eNeuro. 2 (4), (2015).
  56. Murawski, N. J., Jablonski, S. A., Brown, K. L., Stanton, M. E. Effects of neonatal alcohol dose and exposure window on long delay and trace eyeblink conditioning in juvenile rats. Behav Brain Res. 236 (1), 307-318 (2013).
  57. Lindquist, D. H. Hippocampal-dependent Pavlovian conditioning in adult rats exposed to binge-like doses of ethanol as neonates. Behav Brain Res. 242, 191-199 (2013).
  58. Ivarsson, M., Svensson, P. Conditioned eyeblink response consists of two distinct components. J Neurophysiol. 83 (2), 796-807 (2000).
  59. Woodruff-Pak, D. S., Lavond, D. G., Thompson, R. F. Trace conditioning: abolished by cerebellar nuclear lesions but not lateral cerebellar cortex aspirations. Brain Res. 348 (2), 249-260 (1985).
  60. Takehara-Nishiuchi, K. The Anatomy and Physiology of Eyeblink Classical Conditioning. Curr Top Behav Neurosci. , (2016).
  61. Mattson, S. N., Schoenfeld, A. M., Riley, E. P. Teratogenic effects of alcohol on brain and behavior. Alcohol Res Health. 25 (3), 185-191 (2001).
  62. Goodfellow, M. J., Abdulla, K. A., Lindquist, D. H. Neonatal Ethanol Exposure Impairs Trace Fear Conditioning and Alters NMDA Receptor Subunit Expression in Adult Male and Female Rats. Alcohol Clin Exp Res. 40 (2), 309-318 (2016).
  63. Beylin, A. V., et al. The role of the hippocampus in trace conditioning: Temporal discontinuity or task difficulty? Neurobiol Learn Mem. 76 (3), 447-461 (2001).
  64. Port, R. L., Romano, A. G., Steinmetz, J. E., Mikhail, A. A., Patterson, M. M. Retention and acquisition of classical trace conditioned responses by rabbits with hippocampal lesions. Behav Neurosci. 100 (5), 745-752 (1986).
  65. Weiss, C., Bouwmeester, H., Power, J. M., Disterhoft, J. F. Hippocampal lesions prevent trace eyeblink conditioning in the freely moving rat. Behav Brain Res. 99 (2), 123-132 (1999).
  66. Brown, S. M., et al. Eyeblink conditioning deficits indicate timing and cerebellar abnormalities in schizophrenia. Brain Cogn. 58 (1), 94-108 (2005).
  67. Sears, L. L., Steinmetz, J. E. Effects of haloperidol on sensory processing in the hippocampus during classical eyeblink conditioning. Psychopharmacology. 130 (3), 254-260 (1997).
  68. Kronforst-Collins, M. A., Moriearty, P. L., Schmidt, B., Disterhoft, J. F. Metrifonate improves associative learning and retention in aging rabbits. Behav Neurosci. 111 (5), 1031-1040 (1997).
  69. Woodruff-Pak, D. S., Finkbiner, R. G., Sasse, D. K. Eyeblink conditioning discriminates Alzheimer's patients from non-demented aged. Neuroreport. 1 (1), 45-48 (1990).
  70. Oristaglio, J., Romano, A. G., Harvey, J. A. Amphetamine influences conditioned response timing and laterality of anterior cingulate cortex activity during rabbit delay eyeblink conditioning. Neurobiol Learn Mem. 92 (1), 1-18 (2009).
  71. Scavio, M. J., Clift, P. S., Wills, J. C. Posttraining effects of amphetamine, chlorpromazine, ketamine, and scopolamine on the acquisition and extinction of the rabbit's conditioned nictitating membrane response. Behav Neurosci. 106 (6), 900-908 (1992).
  72. Fortier, C. B., et al. Delay discrimination and reversal eyeblink classical conditioning in abstinent chronic alcoholics. Neuropsychology. 22 (2), 196-208 (2008).

Tags

Nevrovitenskap problemet 126 Eyeblink condition hippocampus lidelser fetal alkohol spektrum læring minne lillehjernen
Bruk av spor Eyeblink klassisk betinging å vurdere hippocampus dysfunksjon i en rotte modell av Fetal Alcohol Spectrum Disorders
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tran, T. D., Amin, A., Jones, K. G., … More

Tran, T. D., Amin, A., Jones, K. G., Sheffer, E. M., Ortega, L., Dolman, K. The Use of Trace Eyeblink Classical Conditioning to Assess Hippocampal Dysfunction in a Rat Model of Fetal Alcohol Spectrum Disorders. J. Vis. Exp. (126), e55350, doi:10.3791/55350 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter