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Behavior

Une analyse comportementale pour enquêter sur le rôle de la mémoire spatiale pendant la défense Instinctive chez les souris

Published: July 21, 2018 doi: 10.3791/56988
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2
1UCL Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour, 2MRC Laboratory of Molecular Biology

Summary

Ce protocole décrit une analyse comportementale, basée sur le test du labyrinthe Barnes, pour étudier comment instinctive défensive actions sont modifiées par la connaissance de l’environnement spatial.

Abstract

Évolution a sélectionné un répertoire de comportements défensifs qui sont essentiels pour la survie dans l’ensemble de toutes les espèces animales. Ces comportements sont souvent stéréotypés des actions a suscité en réponse à des stimuli sensoriels naturellement agressif, mais leur succès nécessite suffisamment de flexibilité pour s’adapter à différents environnements spatiaux, qui peuvent changer rapidement. Nous décrivons ici une analyse comportementale pour évaluer l’influence du savant connaissances spatiales sur les comportements de défensifs chez les souris. Nous avons adapté le test de mémoire spatiale de labyrinthe Barnes largement utilisé afin d’étudier comment les souris naviguer jusqu'à un abri lors de réponses d’évasion à des stimuli sensoriels aversifs naturellement dans un environnement nouveau, et comment ils s’adaptent aux changements aigus dans l’environnement. Cette nouvelle méthode de dosage est un paradigme éthologique qui ne nécessite pas de formation et exploite les modèles d’exploration naturelle et les stratégies de navigation chez la souris. Nous proposons que l’ensemble des protocoles décrits ici sont un puissant moyen d’étudier les comportements dirigés par objectif et déclenchés par stimulation de la navigation, qui devrait être d’intérêt pour les domaines des comportements instinctifs et mémoire spatiale.

Introduction

Les comportements défensifs instinctives sont largement considérés comme câblé stimuli-réponses, comme le mouvement C-départ dans les poissons et les amphibiens, qui déplace l’animal loin d’une source de menace1. Cependant, les comportements défensifs peuvent être plus adaptatives si avec souplesse, ils prennent en considération les informations apprises sur l’environnement actuel. Un exemple de cette souplesse est le passage de l’échappement à congélation illustré par les rongeurs face à la menace, selon la connaissance préalable de la présence ou l’absence d’un abri dans le milieu2,3. D’autres exemples de souplesse dans les comportements innés incluent adapter le seuil de déclenchement de vol ou échappent de vitesse selon la distance entre une proie et son abri4, distance de menace5,6et le précédent 11 , 12, aussi bien en sélectionnant différentes stratégies défensives en fonction des propriétés sensorielles des stimulus aversif7ou même de réprimer un comportement défensif face à des motivations concurrents tels que la faim8, 9,,10. La dépendance de la sélection d’action sur les connaissances acquises sur les caractéristiques spatiales de l’environnement rend les comportements défensifs instinctives chez les souris un modèle puissant pour étudier la sélection objectif, de la mémoire spatiale et de navigation. Ici, nous décrivons l’adaptation d’une tâche de comportementale couramment utilisée, la mémoire spatiale du labyrinthe (BM) Barnes dosage13, afin de déterminer l’influence de l’environnement spatial sur la sélection d’une action défensive chez les souris et leurs stratégies de navigation lorsque s’échapper vers un refuge.

Le labyrinthe de Barnes standard utilisé pour étudier la mémoire d’apprentissage et spatiale chez les souris se compose d’une plate-forme circulaire ~ 90 cm de diamètre avec 20 trous équidistants, dont 19 sont fermées, et on conduit à un abri souterrain qui souris cherchent afin d’éviter le champ ouvert environnement de la plate-forme. Souvent, faibles stimulus aversif (avertisseur sonore, lumière vive, ventilateur) sont utilisés en permanence tout au long de l’essai à rendre l’environnement agressif et favoriser ainsi l’entrée de l' abri14. Dans le test couramment utilisé15,16, l’animal a un essai d’accoutumance où elle est guidée vers l’abri manuellement par l’expérimentateur immédiatement après être positionnée sur la plate-forme. Ceci est suivie d’une période d’acquisition de 4 jours, où chaque jour que la souris n’est autorisée à naviguer librement dans le labyrinthe pendant 3 min, après quoi il est encore une fois guidé manuellement à l’abri si elle n’atteint pas elle au cours de la période d’exploration. La dernière étape de l’analyse est une sonde du procès le 5e jour (bien qu’une mémoire à long terme de sept jours du procès est aussi couramment effectuée) quand l’animal explore le labyrinthe avec tous les trous fermés. Mémoire d’apprentissage et à long terme sont quantifiés par le temps nécessaire pour trouver des logements et des pokes dans les mauvais trous au cours de la période d’acquisition et par le temps passé près du trou de l’abri fermé dans le procès de la sonde. Résultats typiques montrent une diminution du nombre d’erreurs et la latence pour atteindre l’abri lors de l’acquisition, et une proportion d’au-dessus-chance du temps passé dans le quadrant contenant le trou cible fermée dans le procès de sonde15.

Alors que plusieurs variantes de l’analyse de la BM ont été décrites précédemment17,18,19, le paradigme que nous décrivons ici possède trois changements fondamentaux de l’analyse standard. Tout d’abord, l’animal qui reste à explorer le labyrinthe et trouver l’abri sur son propre, et les analyses sont effectuées dans la même session, peu après que le refuge a été trouvé, pendant les périodes où l’animal est engagé dans le comportement exploratoire. Bien que ce paramètre ne teste pas la mémoire à long terme de l’emplacement de l’abri, il est conçu pour être un scénario naturaliste qui imite l’exploration du territoire roman, sous la menace de prédation. En outre, il permet de tester comment les animaux s’adaptent aux changements aigus dans l’environnement, comme des changements soudains dans le paysage. Deuxièmement, un aspect clé de notre analyse est que l’expérimentateur forces jamais l’animal dans ou hors de l’abri, ce qui peut désorienter l’animal et exclure le chemin d’intégration20 comme une stratégie de navigation viable21. Intégration de chemin d’accès est une stratégie de navigation qui utilise des repères de mouvement autonome, comme des signaux proprioceptifs et vestibulaires, découlant de l’intégration des sorties moteur, mettre à jour la position actuelle de l’animal et de naviguer vers un but, ce qui n’est pas possible si la animal est déplacé passivement par l’expérimentateur. Troisièmement, nous utilisons naturellement aversifs visuel22 et des stimuli auditifs23 pour provoquer l’évasion à l’abri, qui se distingue facilement des comportement alimentaire en cours et permet l’évaluation et la quantification des stratégies de navigation spécifiques utilisées au cours de défense contre les menaces imminentes. Nous proposons que ce test sera utile pour disséquer le rôle de la mémoire spatiale dans le choix et la mise en œuvre de comportements défensifs, et plus généralement à la plus vaste étudient de navigation ciblé et mémoire spatiale à court terme. Les protocoles décrits ici ont été introduits par Vale et al. en 2017, auquel nous renvoyons les lecteurs pour en savoir plus dans la discussion de la profondeur de la justification des expériences et des résultats.

Protocol

Toutes les expériences ont été réalisées par la loi UK animaux (procédures scientifiques) de 1986 (PPL 70/7652) suite à une approbation éthique locale.

1. mise en place l’appareil comportementale

Remarque : Le composant principal de l’appareil comportementale est une variante du labyrinthe Barnes13 consistant en une plate-forme circulaire acrylique blanche (92 cm de diamètre) avec la même distance de 20, 5 cm de diamètre, des trous circulaires, situé radialement, 5 cm du bord de la plate-forme . 19 d'entre eux doivent être fermés avec bouchon en plastique noir (5 mm de profondeur), tandis que le trou restant conduit à un abri de plexiglas noir (dimensions 15 x 5,8 x 4,7 cm) que la souris peuvent facilement entrer et sortir. La zone centrale de l’arène se compose d’une plate-forme circulaire fixe (22 cm de diamètre) et la périphérie est montée sur un cadre qui permet la rotation sur 360 degrés grâce à un moteur pas à pas commandés par ordinateur. La plate-forme est élevée à 45 cm du sol pour empêcher l’escalade vers le bas des souris. Voir dessin schématique à la Figure 1.

  1. Attacher visual cues à la périphérie de la plate-forme (symboles 2D ou 3D avec différentes formes, de couleurs et de motifs), au moins 2 cm du bord pour empêcher les souris d’y parvenir.
    NOTE : Exemples de repères visuels sont lisses carrés bleus de 262 cm2ou cercles (diamètre de 15,5 cm) remplis de rayures diagonales de pourpres.
  2. Ajouter environ 2 g de la literie de cage-maison de la souris à l’intérieur de l’abri pour servir de repère olfactif local. Éventuellement, placer un diodes électroluminescentes (LED) à l’entrée de l’abri pour fournir un signal local de repère visuel.
  3. Pour isoler la souris externe, repères visuels distales, monter un mur cylindrique ou octogonal, qui s’étend de 40 cm et 15 cm sous la surface de la plate-forme, autour de l’arène, placé à 10 cm du bord de la plate-forme.
  4. Placez une enceinte échographie 50 cm au-dessus du centre de la plate-forme, pour livrer des stimuli aversifs auditifs.
  5. Placez un écran translucide 64 cm au-dessus de l’arène pour dos-projet frais généraux aversifs stimuli visuels à l’aide d’un projecteur.
  6. La lumière fournie par le projecteur s’allume l’appareil comportementale ; calibrer pour qu’il y a 5-10 lx au centre de la surface de la plateforme. Placer les lumières infrarouges et une caméra infrarouge au-dessus de la plate-forme, avec un filtre passe-longue (> 700 nm) pour éviter le scintillement du projecteur dans la vidéo acquise.
  7. Suivre la position de la souris en ligne, utilisant des logiciels disponibles dans le commerce ou un algorithme adapté. Pour le suivi de souris noires sur une arène blanche, une opération de seuillage simple suivie par calcul du centroïde masque est appropriée.
  8. Idéalement, placez l’appareil comportementale à l’intérieur d’une boîte insonorisée et lumière, pour empêcher que des facteurs externes influant sur l’expérience.

2. prestation de stimulus aversif naturellement

Remarque : Les stimuli décrites ci-dessous peuvent être générés avec une large gamme de logiciels différents, y compris LabVIEW et Matlab.

  1. Stimulus visuel
    1. Les stimuli sur l’écran placé à 64 cm au-dessus de la scène du projet. Le stimulus est composé d’un cercle foncé linéairement en expansion sur un fond gris22 (contraste Weber = -0,98, luminance = 7,95 cd/m2).
      Remarque : Le cercle standard doit être idéalement placé directement au-dessus de la position de la souris, sous-tendant un angle visuel de 2,6 ° au début et se développe linéairement à 224 ° /s à 47,4 °, au cours de laquelle il reste 250 ms avant décalage de plus de 200 ms.
    2. Quand vous livrez le stimulus visuel, centrez-la au-dessus de la souris. Ceci peut être réalisé soit par l’attente jusqu'à ce que la souris passe à travers une région prédéfinie dans l’arène, ou en observant la position de la souris en ligne et en utilisant les coordonnées de repérage pour définir le centre du cercle.
      Remarque : Bien que nous vous suggérons de projeter le stimulus visuel directement au-dessus de la souris, les comportements défensifs peuvent également être déclenchés si un même stimulus est projeté devant la souris (bien que toujours parallèle au sol). Dans notre expérience, c’est le cas au moins jusqu'à 30 cm devant la position de la souris.
  2. Stimulation auditive
    1. Déclencher un stimulus consistant en un train de trois modulés en fréquence haut-balayages de 17 à 20 kHz23 plus de 3 s, une durée de 9 s au total. Le niveau de pression acoustique (SPL), mesuré au niveau de la plateforme, devrait être dans une fourchette comprise entre 73 et 78 dB.
    2. Relier une carte son et un amplificateur à l’enceinte échographie placée au-dessus de l’arène pour livrer le stimulus auditif.

3. les animaux :

  1. Utiliser les souris C57BL/6J mâles ou femelles, entre 6 et 24 semaines. Maintenir que les animaux sur un 12 h de lumière cycle avec accès gratuit à chow et l’eau.
  2. Veiller à ce que les souris unique abritent au moins 72 h avant l’analyse comportementale et l’essai pendant la phase voyant "-" de la lumière du cycle.
    Remarque : Nous trouvons que le comportement exploratoire de base des souris logés en single se compare davantage au passage des mammifères que dans l’ensemble de souris logés en groupe. En outre, les animaux avec des implants chirurgicaux pour l’enregistrement de l’activité neurale ou manipulation souvent besoin d’être seul logé, et il peut donc être avantageux d’avoir des ensembles de données de contrôle dans les mêmes conditions de logement.

4. standard test comportemental :

  1. Méticuleusement, nettoyer la surface de la plate-forme avec l’éthanol à 70 % ou d’acide acétique pour éliminer les signaux olfactifs non désirés. Rincez l’abri avec de l’eau et laver avec de l’éthanol à 70 %, après quoi il doit être rincé avec de l’eau pour diminuer l’odeur de l’éthanol.
  2. Séchez la plate-forme et l’abri, comme la souris peut éviter d’entrer dans l’abri si elle est humide.
  3. Randomiser l’emplacement de l’abri de la plate-forme pour chaque essai en faisant tourner la plate-forme avant l’expérience. L’emplacement de l’abri sera ancrée dans l’arène, mais va être tourné en ce qui concerne le boîtier de l’appareil comportementale.
  4. Amener la souris à la salle de l’expérience dans sa cage maison et placer la cage sur le dessus de la plate-forme d’essai pour une période d’acclimatation de 10 min.
  5. Retirer la souris de sa maison-cage et éviter la récupération par la queue : il coupe ou laissez-le monter sur un élément d’enrichissement qui peut être soulevé. Cueillette des souris par la queue a été de montrer à augmenter les niveaux d’anxiété et donc susceptibles d’affecter les réponses comportementales pour menace24.
  6. Doucement, placez la souris au centre de l’arène et commencer l’acquisition vidéo.
  7. Accorder une période d’accoutumance de 7 min, au cours de laquelle aucun stimulus aversif n’est présenté. Assurez-vous que la souris dispose de suffisamment de temps pour trouver et entrer dans l’abri au moins une fois. Considérez-le comme une entrée si tous les quatre membres sont à l’intérieur de l’abri. 7 min devrait être suffisant pour la majorité des souris trouver et entrer dans l’abri, mais au cas où ce n’est pas le cas, prolonger la période d’accoutumance par périodes supplémentaires de 5 min jusqu'à ce qu’au moins une entrée a été vérifiée.
  8. Déclencher la livraison du stimulus aversif (auditif ou visuel), soit manuellement en observant le flux vidéo en direct, soit automatiquement en observant la position de l’animal en ligne et pré définissant une zone d’intérêt dans l’arène pour le déclenchement des stimulus-livraison une fois que l’animal atteint. Le stimulus visuel est habituellement livré directement au-dessus de l’animal à l’aide de la vidéo en ligne, suivi des coordonnées.
  9. Pour obtenir plus d’une réaction de fuite dans la même session, laisser la souris volontairement quitter le refuge. Si la souris n’échappa pas avec succès à l’abri sur le dernier stimulus aversif, attendez au moins 60 s avant de présenter un autre stimulus.
  10. Une fois le test terminé, retourner l’animal à sa maison-cage. Dans le cas où il faut d’autres essais sur la souris même, attendre au moins 48 h avant un nouvel essai.
  11. Nettoyer la plate-forme et l’abri comme indiqué au point 4.1 et 4.2 avant de tester le prochain animal.

Remarque : Les étapes 5, 6 et 7 sont des variations indépendantes de l’analyse comportementale standard et chacune peut être réalisée individuellement.

5. "stratégie de navigation » test comportemental :

Remarque : Le but de ce test est de déterminer quels indices souris utilisent pour guider le comportement de fuite. Dans cet essai, la partie extérieure mobile de la plate-forme pivote lorsque la souris passe sur le centre de l’arène fixe, qui déplace radialement l’abri, les signaux olfactifs situés à l’intérieur de l’abri et les repères visuels proximales, attachés à la plate-forme. Si la souris est après les repères qui ont subi une rotation afin de naviguer à l’abri, il échappera correctement vers le nouvel emplacement de l’abri, mais si il utilise n’importe quel autres indices qui sont restés en place, il navigue vers l’emplacement précédent de refuge.

  1. Effectuez les étapes 4.1 à 4.8 de l’analyse comportementale standard décrite ci-dessus, obtenant au moins une réaction de fuite devant servir de base.
  2. Laissez la souris activement quitter le refuge et l’attendre accéder à la partie centrale de la plate-forme. Placer un petit plat avec literie au Centre pour encourager l’exploration et de garder l’animal dans la plate-forme centrale suffisamment long pour permettre la rotation de la partie extérieure de la plate-forme. Ajouter le plat et la literie, tandis que la souris se trouve à l’intérieur de l’abri et après l’évasion réussie, qui précède la rotation de la plate-forme. Si la souris ne parvient pas à entrer dans l’abri au cours de la réaction de fuite, attendez qu’il volontairement entrer dans l’abri et puis ajoutez la vaisselle et la literie.
  3. Utilisez le moteur pas à pas pour faire tourner la plate-forme au moins 36 degrés (2 trous), puis immédiatement un stimulus sensoriel pour susciter une réaction de fuite. Il est possible que la rotation déclenche un sursaut et amorce même une réaction de fuite.
    NOTE : D’après notre expérience, environ 55 % des souris se déroulera à l’extérieur de la plate-forme centrale (non rotatif) tandis que la partie externe est toujours en train de tourner, et ces essais devraient être exclues de l’analyse.
  4. Nettoyez la plateforme et un abri et retourner la souris à sa maison-cage comme indiqué au point 4.10 et 4.11.

6 « environnement dynamique » analyse comportementale :

Remarque : Ce test vise à évaluer comment les souris s’adaptent leurs comportements défensifs à de brusques changements dans l’environnement. Dans ces expériences, après suscitant la réaction de fuite au moins un, l’emplacement de l’abri est changé et la souris n’est autorisée à le visiter une fois avant une évacuation ultérieure réponse est déclenchée. Si la souris parfaitement met à jour le nouvel emplacement de l’abri et calcule l’absence de l’abri dans son emplacement précédent, il doit s’échapper vers le nouvel emplacement. Dans le cas contraire, il n’a pas mémorisé le nouvel emplacement de l’abri ou il a mémorisé les deux endroits mais préfère s’échapper à l’ancienne.

  1. Effectuez ce test après que étapes 4.1 à 4.8 décrits ci-dessus, en obtenant au moins une réaction de fuite comme un contrôle.
  2. Une fois que la souris quitte volontairement le logement, enlever l’abri et re-positionner dans un nouveau trou à l’extrémité opposée de la plate-forme.
  3. Laissez la souris explorer l’environnement jusqu'à ce qu’il pénètre dans l’abri à son nouvel emplacement.
  4. Lorsque la souris sort de l’abri, à présent il avec un stimulus aversif volontairement et observer sa réaction.
  5. Utilisez le stimulus auditif pour cette expérience en raison de sa plus longue durée, comme en prolongée menace, animaux peut effectuer les réponses supplémentaires évasion vers d’autres emplacements si elles ne parviennent pas à trouver refuge dans un premier temps.
  6. Nettoyez la plateforme et un abri et retourner la souris à sa maison-cage comme décrit aux points 4.10 et 4.11.

7 « sans abri » analyse comportementale :

Remarque : Ce test vise à comprendre comment l’absence d’un abri dans l’environnement affecte l’expression de comportements défensifs.

  1. Boucher tous les 20 trous. Dans cette expérience, il n’y a aucun abri disponible dans l’arène.
  2. Après nettoyage et séchage de la plate-forme (mesures 4.1 et 4.2), effectuer étapes 4,4 – 4,6.
  3. Permettre une période d’accoutumance de 7 min.
  4. Présenter le stimulus visuel et observer la réaction de défense. L’absence d’un abri favorise le comportement de gel, qui dure habituellement pendant la durée du stimulus visuel. Utiliser un spot lentement en expansion (par exemple. un cercle qui sous-tend un angle visuel de 2,6 ° au début et se développe linéairement à 11,2 ° /s plus de 4 s à 47,4 °, au cours de laquelle il reste 1 s avant le décalage) pour faciliter l’observation des réponses de congélation.
  5. Si plus d’une réponse par souris est nécessaire, utiliser un intervalle de relance inter d’au moins 60 s.
  6. Après avoir obtenu le nombre requis de réponses en l’absence de l’abri, introduire l’abri sous un des trous et laisser la souris explorer l’environnement pendant au moins 5 min 5 min aura assez de temps pour la plupart des souris trouver et entrer dans l’abri nouvellement introduite , mais dans le cas où ce n’est pas le cas, prolonger cette période supplémentaire min 5 blocs jusqu'à ce qu’au moins une entrée est vérifiée.
  7. Répétez les étapes 4.8 et 4.9 et observez les réponses de fuite en présence d’un abri dans l’environnement.
  8. Nettoyez la plateforme et un abri et retourner la souris à sa maison-cage comme décrit aux points 4.10 et 4.11.

8. data Analysis :

Remarque : Chacun les étapes suivantes de l’analyse des données peut être effectuée indépendamment.

  1. Réponses d’échappement peuvent être facilement identifiés comme une accélération soudaine, suite à la présentation d’un stimulus aversif. Quantifier la latence pour échapper tant que le temps entre la présentation du stimulus et le début d’un mouvement de rotation de la tête dirigé vers la cible de l’évasion ou le début du mouvement d’accélération, selon la première éventualité.
  2. Réponses de congélation peut être caractérisé par une immobilité totale de l’animal à l’exception des mouvements25, durable au moins 0,5 s7de respiration. Mesurer la latence de geler comme le délai entre la présentation du stimulus aversif et le début de la période d’immobilité.
  3. Pour chaque réaction de fuite, quantifier la linéarité de la trajectoire de vol en calculant le rapport entre la distance entre la souris et le refuge et le déplacement réel pendant le vol.
  4. Pour chaque réaction de fuite, calculer la précision en mesurant la distance entre les trous où l’animal a réalisé son vol vers et menant à l’abri. Puisqu’il y a 20 trous, chaque trou hors cible représente une diminution de 10 % d’exactitude (e.g., 2 trous hors cible peuvent être exprimés comme 80 % de précision)
  5. Pour l’analyse comportementale « stratégie de navigation », permettent de quantifier la précision de la réponse relative à l’emplacement de l’abri avant la rotation de la plate-forme. Une précision moyenne qui n’est pas significativement différente de l’exactitude de rotation avant indique que l’animal n’utilise pas tout les indices sensoriels qui ont été tournés pour naviguer vers la cible de l’évasion.
  6. Pour l’analyse comportementale « un environnement dynamique », classer chaque réaction de fuite a suscité comme étant orienté vers le nouveau ou l’ancien emplacement de l’abri, ou à aucun d’eux. Évaluer la façon dont le modèle évolue le long les itérations des comportements défensifs ont incité.
  7. Pour l’analyse comportementale « sans abri », comparer la vitesse de la souris après la présentation du stimulus visuel aversif en présence et en absence d’un abri et calculer le temps de latence au déclenchement de la réaction de défense. En outre, calculer la probabilité de déclencher une réponse congélation en réponse à la stimulation pour chaque situation.

Representative Results

Des souris exposées à des stimuli auditifs ou visuels amorcée réponses rapide escapade à courts temps de latence entre le début de la stimulation et le début du vol. La latence moyenne pour fuir le stimulus visuel a été de 202 ± 16 ms (n = 51 réponses provenant de 26 animaux) et significativement plus de temps pour la stimulation auditive : 510 ± 61 ms (n = 36 réponses de 15 animaux, p< 0,0001 t-test entre le visuel et auditif stimulation ; Figure 2 a) (étape 8.1). Échappement réponses visaient précisément à l’abri (précision moyenne de stimulus visuel : 97,2 ± 1,4 % et 95,0 ± 1,4 % pour stimuli auditif, pas significativement différente entre les deux types de stimuli, p = 0.1655 t-test; Figure 2 b) (étape 8,4), et des trajectoires de vol étaient à proximité d’une ligne droite (ratio moyen de déplacement à distance à l’abri d’un stimulus visuel 107,3 ± 1,3 % et 113,9 ± 1,5 % pour les stimulus auditif ; La figure 2) (étape 8.3). Observer une courte latence entre le stimulus est important de distinguer le comportement évoquée par la stimulation des parcours autoguidés et la linéarité élevée de la trajectoire de vol montre que la réaction de fuite a pour objectif de parvenir à l’abri et pas simplement s’éloigner de la stimulation.

Présentation de relance après la rotation de la partie extérieure du labyrinthe tandis que la souris était immobile dans la plate-forme Centre (gamme = moyenne de 36° - 90°, 56°) avec succès a suscité évasion réponses (étape 5). Toutes les souris ont fui vers l’emplacement précédent de l’abri, sans diminution de l’exactitude ou de la linéarité de la trajectoire de vol en comparaison avec les essais avant la rotation. La précision moyenne, mesurée en référence à la position initiale de l’abri, était 96.3 ± 1,3 % avant la rotation (n = 25 réponses 8 souris) et même légèrement plus élevé après rotation (± 100 0 %, p = 0,009 t-test entre pré et post de rotation). La linéarité moyenne par rapport à l’emplacement d’origine abri était 109,4 ± 5,0 % rotation avant (25 réponses 8 souris) et 109,1 ± 2,1 %, après rotation (n = 8 réponses de 8 souris), p = 0.957 t-test entre pré et post-rotation, Figure 3 a et B). Ces résultats démontrent que les repères visuels proximales ne servent pas à guider le vol à l’abri (mesures 8.3-8,5).

Modification de l’emplacement de l’abri après suscitant une réaction de fuite réussie (étape 6) a entraîné chez les souris en visitant le nouvel emplacement de l’abri, peu de temps après le changement (temps moyen de visiter la nouvelle maison d’hébergement = 33,1 s, gamme = s 4-82). Des essais subséquents séquentielles de stimulation sonore a provoqué une augmentation progressive de la probabilité de s’échapper vers le nouvel emplacement (44,4 % lors du premier procès), pour atteindre 100 % dans l’ensemble de tous les animaux par le cinquième essai (n = 9 animaux, Figure 3). Ces expériences sonde la dynamique de mise à jour de la mémoire de localisation abri pour s’adapter aux changements de l’environnement (étape 8.6).

Après une période d’acclimatation de 7 min pour le labyrinthe avec les sans abri (étape 7), la présentation d’un stimulus visuel longtemps de 5 s produit comportement au lieu de fuite de gel (gel de probabilité = 95,2 %, moyenne temps de congélation = 7,9 ± 2,7 s, n = 7 animaux). Introduction ultérieure d’un abri dans la même session et la présentation du stimulus visuel longtemps suscité échapper réponses avec fiabilité, en se montrant que les souris peuvent passer avec souplesse les stratégies défensives selon la présence de refuge (Figure 3D) ( étapes 8.1 et 8,7).

Figure 1
Figure 1 : schématique de l’arène comportementale. Dessin des principales composantes de l’arène comportementale vu du haut (à droite) et du côté (à gauche). Une grande partie de la plate-forme peut être tournée, y compris le logement et les repères visuels ci-joint. Les cernes dans la vue de dessus sont les trous auquel l’abri peut être attaché à, qui sont tous identiques (un lieu de refuge exemple est indiqué). La scène entière est enfermée dans une armoire de son amortissement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Escape réponses sont rapides et précises des comportements ciblé. (A) la latence d’apparition de l’évasion dès le début de la stimulation visuelle ou auditive. (B) la précision de la navigation à l’abri au cours de l’évasion, mesurés tels que la valeur est de 100 % si la souris s’exécute directement au refuge et 10 % de moins pour chaque trou loin de l’abri (e.g., 80 % si le trou atteint était tout d’abord les deux trous de la bonne paire). (C) déplacement de la souris au cours de l’évasion comploté contre la distance linéaire entre la position initiale de l’animal et l’emplacement de la cible, montrant que le vol est à proximité de linéaire. Boîte et moustaches affichent des données de centile 10-90 et les autres points de données sont affichés sous forme de cercles. Les courbes de couleur rouge sont les données de stimulation auditive (n = 36 réponses de 15 animaux) et noir sont de stimulation visuelle (n = 51 réponses provenant de 26 animaux). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : souris n’utilisent pas de repères visuels proximales ou des indications relatives au logement pour guider les réponses de l’évasion. (A) terrain de déplacement comme dans la Figure 2, pour les réponses préalables- et post-rotation de la plate-forme. (B) précision de la navigation au cours de l’évacuation dans des conditions préalables- et post-rotation. Exactitude de rotation postérieure est mesurée en référence à l’emplacement initial de l’abri et montre que les souris accédez à l’emplacement d’origine abri plutôt la nouvelle position. (C) Fraction des réponses d’échappement orientées vers le nouvel emplacement de l’abri comploté contre nombre de stimulation. Après la 5ème présentation du stimulus, tous les animaux s’échapper directement vers le nouvel emplacement de l’abri (n = 9 animaux). (D) Vitesse moyenne à travers les animaux en réponse à des stimuli visuels avec un logement disponible (rouge) ou absentes (bleu), montrant l’évasion et la congélation des réponses, respectivement. Vitesse a été normalisée au niveau de référence et alignée sur le temps de réaction (définie comme soit le début d’un vol ou une réponse congélation, ligne pointillée). Les zones ombrées montrent SEM. (n = 7 animaux). Pour 2 a et 2 b, la boîte et moustaches affichent des données de centile 10-90 et les autres points de données sont affichés sous forme de cercles. Les courbes de couleur rouge sont les données de stimulation auditive avant la rotation de la plate-forme (n = 25 réponses de 8 animaux) et bleu sont des réponses après la plate-forme rotative (n = 8 réponses de 8 animaux). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Discussion

Les essais que nous décrivons ici sont techniquement simples à effectuer, et à l’exception de la plate-forme des expériences de rotation, peut être facilement implémenté dans un labyrinthe de Barnes standard. Néanmoins, quelques complications peuvent survenir : d’une part, la souris peut sembler peur d’entrer dans l’abri, qui peut être due à l’abri n’étant pas suffisamment nettoyés ou séchées. En revanche, la souris peut rester à l’intérieur de l’abri pendant de très longues périodes. Il est essentiel pour ces expériences qu’animaux n’est jamais supprimées de l’abri manuellement, car cela peut perturber le chemin intégration ainsi que détresse des animaux et de modifier leur réponse à la menace. Nous suggérons de mettre fin à l’expérience après 90 min et un nouvel essai après 48 h si nécessaire. Une autre considération pratique pertinente, c’est que lorsque la souris enquête sur le bord de la plate-forme, il peut ne pas détecter des stimuli visuels si sa tête est positionnée sur le bord, et donc nous vous recommandons de retenir les stimuli dans de telles situations. En outre, souris risque de sauter sur la plate-forme en de rares occasions. Nous vous suggérons de mettre fin à l’expérience et un nouvel essai après 48 h. souris qui activement quittent la plate-forme une fois sont susceptibles de le faire plus tard et peuvent devoir être exclus de l’étude. Enfin, d’après notre expérience, la plupart des souris répondra au stimulus visuel (34/36 souris). Toutefois, si les souris ne présentent pas de n’importe quel type de réponse à la stimulation visuelle (un sursaut, un vol ou une réponse de congélation), ils devraient être exclus de l’étude.

Un point important à considérer est que le contrôle des signaux sensoriels est généralement un problème dans des tests de mémoire spatiale, car il est souvent difficile d’éliminer toutes les sources possibles de contamination des repères. Notre montage expérimental réduit les repères visuels externes en entourant le labyrinthe avec un mur, et il est placé dans une armoire de son amortissement pour isolation phonique. Pour minimiser les signaux olfactifs, nous recommandons de nettoyer soigneusement la mise en place avec l’éthanol à 70 % ou d’acide acétique entre les expériences.

Notre analyse comportementale ajoute aux précédentes méthodes pour étudier la navigation spatiale26 en utilisant les comportements défensifs instinctives pour sonder la mémoire spatiale et en se concentrant sur des scénarios éthologiques. Une différence essentielle entre les procédures décrites ici et le dosage standard de BM est le manque de formations. Dans nos tests, la période d’accoutumance s’assure que la souris visites l’abri au moins une fois et souvent plusieurs fois plus, dont nous avons déjà montré suffisantes mémoriser l’abri emplacement2. Nous croyons qu’une raison importante pour le taux de réussite élevé et la précision pour trouver l’abri malgré l’absence de formation n’est jamais passivement déplaçant l’animal pendant l’expérience, ce qui rend l’intégration chemin une stratégie viable de navigation. Nous notons toutefois que notre essai traite de mémoire formés et évalués au cours d’une session unique, et que nous n’avons pas testé la mémoire à long terme de l’emplacement de l’abri, qui est généralement l’objectif du standard BM expériences. Enfin, en utilisant des stimuli aversifs naturellement discrètes plutôt que le ventilateur couramment utilisé ou buzz pour la durée de la session, notre essai fournit un contrôle expérimental très bon sur deux comportements qui pourraient utiliser les stratégies de navigation différents : recherche de nourriture et axés sur l’abri évasion. Nous croyons que l’utilisation de ces tests en combinaison avec les neurosciences modernes techniques d’enregistrement et de manipulation d’activité neurale peut fournir des renseignements importants sur les circuits neuronaux comment calculer le comportement.

Disclosures

La plupart des données figurant dans la section des résultats est un sous-ensemble des données présentées à Vale et al 2017.

Acknowledgments

Ce travail a été financé par une bourse de Dale de Henry Wellcome Trust/Royal Society (098400/Z/12/Z), un Conseil de recherches médicales (CRM) accorder MC-UP-1201/1, Wellcome Trust et Gatsby Charitable Foundation CFC Fellowship (à T.B.), bourse de doctorat de MRC (à D.E. et R.V) et une bourse de doctorat de Fonds Boehringer Ingelheim (pour R.V). Nous remercions Kostas Betsios pour programmer le logiciel d’acquisition de données, le LMB mécaniques et électriques des ateliers pour la construction de la scène expérimentale.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Infrared iluminators TV6700 Abus -
DLP projector Infocus IN3126 Infocus 0001740992-00000001
Ultrasound speaker Pettersson L60 Pettersson Elektronik -
Amplifier QTX PRO240 QTX -
Soundcard Xonar D2 Asus 90-YAA021-1UAN00Z
HP Z840 desktop HP F5G73AV
100 micron drafting film Xerox 3R98145
Near infrared camera: Basler acA1300-60gmNIR Basler 106202
National Instruments BNC-2110 National instruments 777643-01
LabVIEW 2015 64-bit National instruments -
Custom made Barnes maze MRC Laboratory of Molecular Biology mechanical workshop -

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References

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Navigation vol innée intégration de chemin congélation se profile le stimulus ultrason abri mémoire spatiale comportement apprentissage spatial numéro 137
Une analyse comportementale pour enquêter sur le rôle de la mémoire spatiale pendant la défense Instinctive chez les souris
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Vale, R., Evans, D., Branco, T. A… More

Vale, R., Evans, D., Branco, T. A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice. J. Vis. Exp. (137), e56988, doi:10.3791/56988 (2018).

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