Summary
Denne protokollen beskriver en opptreden analysen, basert på Barnes labyrint testen, for å studere hvordan instinktiv defensive handlinger er endret av kunnskap om romlige miljø.
Abstract
Utviklingen har valgt et repertoar av defensiv atferd som er avgjørende for overlevelse over alle dyrearter. Disse atferd er ofte stereotype handlinger elicited svar medfødt aversive sensoriske stimuli, men deres suksess krever nok fleksibilitet for å tilpasse til forskjellige romlige miljøer, som kan endre seg raskt. Her beskriver vi en atferdsdata analyse for å evaluere lært romlige kunnskap om defensiv atferd i mus. Vi har tilpasset brukte Barnes labyrint romlig minne analysen for å undersøke hvordan mus navigerer til en ly under escape reaksjoner på medfødt aversive sensoriske stimuli i en roman miljø og hvordan de tilpasse seg akutte endringer i miljøet. Denne nye analysen er en etologiske paradigme som ikke krever opplæring og utnytter naturlig leting mønstrene og navigasjon strategier i mus. Vi foreslår at hvilke protokoller som er beskrevet her er en kraftig måte å studere målrettet atferd og stimulans-utløst styringen, hvilke burde være av interesse for begge feltene instinktive atferd og romlig minne.
Introduction
Instinktiv defensiv atferd anses i stor grad å være fastkoblet stimulans-tiltak, som C-start bevegelse i fisk og amfibier, som flytter dyr fra en trussel kilde1. Defensiv atferd kan imidlertid være mer tilpasningsdyktige hvis de fleksibelt tar inn informasjon lært om dagens miljø. Et eksempel på slik fleksibilitet er overgangen fra flykte til frysing vist av gnagere når overfor trusselen, avhengig av tidligere kunnskap om tilstedeværelse eller fravær av ly i miljøet2,3. Andre eksempler på fleksibilitet i medfødte atferd inkluderer tilpasse flight innvielsen terskelen eller flykte hastigheten avhengig av avstanden mellom en byttedyr og dens ly4, til trusselen5,6, og tidligere erfaring 11 , 12, samt velge forskjellige defensive strategier avhengig av sensoriske egenskaper av aversive stimulans7eller selv undertrykke defensiv atferd møte konkurrerende motivasjon som sult8, 9,10. Avhengighet av handlingen utvalg på ervervet kunnskap om funksjonene romlige miljøet gjør instinktiv defensiv atferd i mus en kraftig modell for å studere mål utvalg, romlig minne og navigasjon. Her beskriver vi tilpasning av en brukte opptreden oppgave, Barnes labyrinten (BM) romlig minne analysen13, å avgjøre påvirkning av romlige miljøet på defensive tiltak valg i mus, og deres navigasjon strategier når unnslippe mot en ly.
Standard Barnes labyrinten brukes til å studere læring og romlig minne i mus består av en sirkulær ~ 90 cm diameter plattform med 20 med jevne mellomrom hull, hvorav 19 er lukket, og en fører til en underjordisk ly som mus søker for å unngå åpen-feltet miljø av plattformen. Svak aversive stimuli (buzzer, lys, fan) brukes ofte kontinuerlig i hele analysen gjør miljøet aversive og dermed fremme inntreden i ly14. I de mest brukte analysen15,16har dyr en habituering der den ledes til ly manuelt av eksperimentator umiddelbart etter plassert på plattformen. Dette etterfølges av en 4-dagers oppkjøpet periode, der hver dag musen kan navigere fritt i labyrinten i 3 minutter, etter som det er igjen manuelt guidet til ly hvis det ikke når det under leteperioden. Den siste fasen av analysen er en sonde prøve 5th dag (selv om en langsiktig sju dagers hukommelse prøve utføres også) Når Dyret Utforsker labyrinten med alle hull lukket. Læring og langsiktig minne er kvantifisert tiden det tar å finne ly og pokes i feil hull i oppkjøpet perioden, og tidsbruk nær lukket ly hullet i sonde rettssaken. Typiske resultater viser en nedgang i antall feil og ventetid til ly under oppkjøpet, og en over-sjanse andelen av tidsbruk i kvadranten som inneholder lukket målet hullet i sonde prøve15.
Mens flere varianter av BM analysen har vært beskrevet tidligere17,18,er19, paradigme vi beskriver her tre grunnleggende endringer fra standard analysen. Først dyret er igjen å utforske labyrinten og finne ly på egen hånd, og testing gjøres i samme økt, kort tid etter ly har blitt funnet, i perioder der dyr er engasjert i utforskende atferd. Selv om denne innstillingen ikke teste langsiktig hukommelse av ly plassering, er det beregnet på være naturalistiske scenario som etterligner utforskningen av romanen territorium, under trusselen om predasjon. I tillegg kan det testing av hvordan dyrene tilpasse akutte endringer i miljøet, for eksempel plutselige endringer i landskapet. Andre er et viktig aspekt av våre analysen at eksperimentator aldri styrker dyret i eller ut av hulen, som kan disorient dyret og ekskludere banen integrering20 som en levedyktig navigasjon strategi21. Banen integrering er en navigasjon strategi som selv bevegelse stikkord, for eksempel proprioceptive og vestibular Stikkordene, som følge av integrering av motor strøm, til å oppdatere den aktuelle posisjonen av dyret og navigerer mot et mål, som ikke er mulig hvis den dyr er passivt flyttet av eksperimentator. Tredje bruker vi medfødt aversive visuelle22 og auditiv23 stimuli for å framprovosere flykte til ly, som er lett skilles fra pågående foraging atferd og lar vurdering og kvantifisering av bestemte navigering strategier brukt under forsvaret fra overhengende truslene. Vi foreslår at denne analysen vil være nyttig for dissekere rolle romlige hukommelse i valg og gjennomføring av defensiv atferd, og mer generelt til bredere studere målrettet navigasjon og kortsiktige romlig minne. Protokollene beskrevet her ble introdusert av Vale et al. i 2017, som vi refererer leserne for mer dyptgående diskusjon om begrunnelsen for eksperimenter og resultater.
Protocol
Alle eksperimentene ble utført under UK dyr (vitenskapelig prosedyrer) Act av 1986 (PPL 70/7652) etter lokale etiske godkjenning.
1. sette opp opptreden apparatet
Merk: Hovedkomponenten i atferdsdata apparatet er en variant av Barnes labyrint13 bestående av en hvit akryl circular plattform (92 cm i diameter) med 20 equidistant, 5 cm diameter runde hull, ligger radialt, 5 cm fra kanten av plattformen . 19 av disse er lukkes med svart plast plugg (5 mm dyp), mens resterende hullet fører til en svart Perspex ly (dimensjoner 15 x 5,8 x 4,7 cm) som mus kan lett inn og ut. Det sentrale området av arenaen består av en fast sirkulær plattform (22 cm i diameter) og periferien er montert på en ramme som tillater rotasjon over 360 grader gjennom en datastyrt stepper motor. Plattformen er opphøyet 45 cm fra gulvet å hindre musene klatre ned. Se skjematisk tegning i figur 1.
- Koble visuelle stikkord til periferien av plattformen (2D eller 3D symboler med ulike former, farger og mønstre), minst 2 cm fra kanten hindre mus i å nå dem.
Merk: Eksempler på visuelle signaler er vanlig blå firkanter 262 cm2eller sirkler (på 15.5 cm i diameter) fylt med diagonale lilla striper. - Legge til ~ 2 g sengetøy fra musen er hjem-buret på innsiden av ly som en lokal olfactory stikkordet. Eventuelt plassere en lysdiode (LED) ved inngangen til ly å gi en lokal visuelle landemerket stikkordet.
- For å isolere musen fra eksterne, samle distale visuelle stikkord, en åttekantet eller sylindrisk vegg, utvide 40 cm over og 15 cm under plattformen overflaten er rundt arena, plassert 10 cm fra kanten av plattformen.
- Plasser en ultralyd høyttaler 50 cm over midten av plattformen, å levere aversive auditiv stimuli.
- Plass en gjennomskinnelig skjerm 64 cm over arena på baksiden prosjektet overhead aversive visuelle stimuli ved hjelp av en projektor.
- Lyset fra projektoren vil belyse atferdsmessige apparatet; kalibrere det slik at det er 5-10 lx i sentrum av plattform overflaten. Plasser infrarødt lys og infrarødt kamera over plattformen, med en lang-pass filter (> 700 nm) å hindre projektoren flimmer i ervervet videoen.
- Spore plasseringen av musen, kommersielt tilgjengelig programvare eller en egnet algoritme. For sporing svart mus på en hvit arena, er en enkel terskelverdi operasjon etterfulgt av beregning av maske-centroid riktig.
- Ideelt sett plass atferdsmessige apparater inne en lyd - og lystette for å forhindre eksterne stikkordene påvirker eksperimentet.
2. levere medfødt Aversive Stimuli
Merk: Stimuli beskrevet nedenfor kan genereres med en rekke forskjellige programvarepakker, inkludert LabVIEW og Matlab.
- Visuelle stimulans
- Prosjektet stimuli på skjermen plassert 64 cm over arenaen. Stimulans består av en lineært voksende mørke sirkel på en grå bakgrunn22 (Weber kontrast =-0.98, luminans = 7.95 cd/m2).
Merk: Standard sirkelen bør ideelt midtstilles rett over plasseringen av musen, subtending en visuell vinkel på 2,6 ° på utbruddet og utvider lineært på 224 ° /s over 200 ms til 47.4°, som det fortsatt for 250 ms før forskyvning. - Levere visuelle stimulans, sentrere det over musen. Dette kan gjøres enten ved å vente til musen passerer gjennom et forhåndsdefinert område i arenaen, eller sporing mus posisjon online og bruker sporing koordinatene til å definere midten av sirkelen.
Merk: Selv om vi anbefaler prosjektering visuelle stimulans rett over musen defensiv atferd kan også være skapt Hvis samme stimulans er foran musen (mens fortsatt parallelt med gulvet). I vår erfaring er dette tilfelle minst til 30 cm foran musen er posisjon.
- Prosjektet stimuli på skjermen plassert 64 cm over arenaen. Stimulans består av en lineært voksende mørke sirkel på en grå bakgrunn22 (Weber kontrast =-0.98, luminans = 7.95 cd/m2).
- Auditory stimulans
- Utløse en stimulans bestående av et tog av tre frekvensmodulert opp-feier fra 17 til 20 kHz23 over 3 s, varig 9 s totalt. Målt lydnivå (SPL), målt på plattform nivå, bør være mellom 73 og 78 dB.
- Koble et lydkort og en forsterker til ultralyd høyttaleren plassert over arena å levere auditiv stimulans.
3. dyr:
- Bruk mann eller kvinne C57BL/6J mus, mellom 6 og 24 uker gamle. Opprettholde dyrene på 12t lys sykle med gratis tilgang til chow og vann.
- Sikre at mus er enkelt plassert minst 72 h før atferdsdata analyse og teste dem i lys-fasen av lyset syklus.
Merk: Vi finner at planlagte utforskende virkemåten til enkelt plassert mus er mer sammenlignbart over dyr enn over gruppe plassert mus. I tillegg dyr med kirurgisk implantater for neural aktivitet innspillingen eller manipulasjon ofte må være enkelt huset, og det kan derfor være gunstig å ha kontroll datasett i samme bolig vilkår.
4. standard atferdsdata analyse:
- Omhyggelig rengjør overflaten av plattformen med 70% etanol eller eddiksyre fjerne uønskede olfactory signaler. Skyll ly med vann og vask det med 70% etanol, etter som det bør være skylles med vann igjen for å minske etanol lukt.
- Tørr både plattformen og ly grundig, som musen kan ikke skrive ly hvis det er vått.
- Tilfeldig plasseringen av ly i platform for hvert forsøk ved å rotere plattformen før eksperimentet. Le plasseringen vil være forankret i arena, men roteres i forhold til atferd apparater skapet.
- Bringe musen til eksperiment rommet i sine hjem-buret og plassere buret på testing plattform for en 10 min Akklimatisering periode.
- Fjerne musen fra hjem-buret sitt og unngå henting av halen: kopp den eller la den klatrer opp på en berikelse vare som kan løftes. Plukke mus etter halen har vært Vis for å øke angst nivåer og dermed kan påvirke atferdsdata svar på trusselen24.
- Forsiktig plassere musen midt på arenaen og starte video-oppkjøpet.
- Tillate en 7 min habituering periode, der ingen aversive stimulans er presentert. Kontroller at musen har nok tid til å finne og legge inn ly minst én gang. Anser det som en oppføring hvis alle fire lemmer er inne i ly. 7 min burde være nok for de fleste av mus å finne og gå inn i ly, men i tilfelle dette ikke skjer, forlenge habituering periode av flere perioder med 5 min til minst én inngang er bekreftet.
- Utløse levering av aversive stimulans (auditiv eller visuelle) enten manuelt ved å observere live video feed, eller automatisk ved å spore plasseringen av dyret online og pre definere et område av interesse i arena for utløser stimulans levering Når Dyret når det. Visuelle stimulans er vanligvis levert rett over dyret bruker online video sporing koordinater.
- For å vekke flere escape svaret i samme økt, la musen frivillig forlate ly. Hvis musen ikke kunne flykte til ly på siste aversive stimulans, vent minst 60 s før presentere en annen stimulans.
- Når analysen er fullført, kan du returnere dyret til hjem-buret sitt. I tilfelle ytterligere testing av samme musen er nødvendig, må du vente minst 48 timer før retesting.
- Rengjør plattformen og ly som beskrevet i trinn 4.1 og 4.2 før testing neste dyret.
Merk: Trinn 5, 6 og 7 er uavhengig varianter av standard atferdsmessige analysen hver kan utføres individuelt.
5. ' navigasjon strategi' opptreden analysen:
Merk: Målet med denne analysen er å avgjøre hvilke signaler mus bruk å unnslippe atferd. I denne analysen roteres den bevegelige ytre delen av plattformen mens musen er på fast arena sentrum, som radielt fortrenger ly, olfactory signaler inne Le og de proksimale visuelle stikkordene knyttet til plattformen. Hvis musen følger noen av stikkordene det har svingt for å navigere til ly, det skal unnslippe til den nye plasseringen av ly, men hvis den bruker noen andre signaler som har vært på plass, navigeres det til den forrige ly plasseringen.
- Utfør trinnene 4.1 til 4,8 til standard atferdsmessige analysen beskrevet ovenfor, fremlokkende minst én flight respons som planlagt.
- La musen aktivt la ly og vente å navigere til den sentrale delen av plattformen. Plasser en liten skål med sengetøy i sentrum for å oppmuntre til utforsking og holde dyr i sentrale plattformen dvale rotasjon av den ytre delen av plattformen. Legge parabol og sengetøy mens musen inne Le og etter vellykket som kommer før rotasjon av plattformen. Hvis musen ikke gå inn i ly under flukten svaret, vente på det å angi frivillig ly og deretter legge parabol og sengetøy.
- Bruk stepper motor Roter plattform minst 36 grader (2 hull) og deretter bruke umiddelbart en sensorisk stimulans å lokke fram en flukt respons. Det er mulig at rotasjon utløser en skremmeeffekt og selv starter en flukt respons.
Merk: Fra vår erfaring, ~ 55% av musene kjøres utenfor sentrale (ikke-roterende) plattformen mens den eksterne delen fremdeles roterer, og disse bør utelukkes fra analyse. - Rengjør plattform og ly, og returnere musen til sine hjem-bur som beskrevet i trinn 4.10 og 4.11.
6. "dynamisk miljø" atferdsdata analyse:
Merk: Denne analysen er utformet for å evaluere hvordan mus tilpasse virkemåtene defensive plutselige endringer i miljøet. I disse eksperimentene, etter fremlokkende minst én escape svar, plasseringen av ly endres og musen kan besøke den når svaret utløses før en påfølgende flukt. Hvis musen perfekt oppdaterer den nye plasseringen av ly og beregner fravær av ly i sin forrige plassering, skulle det flykte til den nye plasseringen. Ellers, enten det har ikke lagret den nye plasseringen av ly eller det har minnet plasseringene, men foretrekker å flykte til det gamle.
- Utføre denne analysen etter trinn 4.1 til 4,8 beskrevet ovenfor, fremlokkende minst én flight respons som en kontroll.
- Når musen forlater frivillig ly, fjerne ly og flytte det i et nytt hull på den motsatte enden av plattformen.
- La musen for å utforske miljøet til den er i ly på den nye plasseringen.
- Når musen frivillig kommer ut av hulen, finnes det med en aversive stimulans og observere sitt svar.
- Bruke auditiv stimulans for dette eksperimentet på grunn av lengre varighet, som under langvarig trusselen, dyr kan utføre ytterligere escape svar til andre steder hvis de ikke klarer å finne ly først.
- Rengjør plattform og ly og tilbake musen til sine hjem-bur som beskrevet i trinn 4.10 og 4.11.
7 ' ingen ly' opptreden analysen:
Merk: Målet med denne analysen er å forstå hvordan fraværet av en ly i miljøet påvirker uttrykk for defensiv atferd.
- Koble alle 20 hull. I dette eksperimentet finnes det ingen ly i arena.
- Etter rengjøring og tørke plattformen (trinn 4.1 og 4.2), utføre trinnene 4.4-4.6.
- Tillate en 7 min habituering periode.
- Presentere visuelle stimulans og observere defensive svaret. Mangel på en ly fremmer frysing atferd, vanligvis varer for varigheten av visuelle stimulans. Bruke et langsomt voksende sted (f.eks. en sirkel som subtends en visuell vinkel på 2,6 ° på utbruddet og utvider lineært på 11,2 ° /s over 4 å 47.4 °, som det fortsatt for 1 før forskyvning) å lette observasjon av frysing svar.
- Hvis mer enn ett svar per musen, bruker en Inter stimulans minst 60 s.
- Etter å få det nødvendige antallet svar i fravær av ly, introdusere ly under ett av hullene og la musen utforske miljøet i minst 5 min. blir 5 min nok tid for de fleste mus å finne og angi nylig introduserte ly , men i tilfelle dette ikke skjer, denne perioden av ytterligere 5 min blokker til minst én oppføring er bekreftet.
- Gjenta trinn 4.8 og 4,9 og observere escape svar utført i nærvær av en ly i miljøet.
- Rengjør plattform og ly og tilbake musen til sine hjem-bur som beskrevet i trinn 4.10 og 4.11.
8. dataanalyse:
Merk: Hver av følgende data analyse kan utføres uavhengig.
- Escape svar kan lett identifiseres som en plutselig akselerasjon etter presentasjonen av en aversive stimulans. Kvantifisere ventetiden å unnslippe som tiden mellom stimulans presentasjon og begynnelsen av en leder rotasjon bevegelse rettet mot målet for rømning eller begynnelsen av akselerasjon bevegelsen, hva som kommer først.
- Frysing svar kan være preget av totale ubevegelighet av dyr bortsett fra puste bevegelser25, varig minst 0,5 s7. Måle ventetiden å fryse som tiden mellom presentasjon av aversive stimulans og begynnelsen av ubevegelighet perioden.
- For hver escape svar, kvantifisere linearitet av flyets bane ved å beregne forholdet mellom avstanden mellom musen og ly og faktiske forskyvning under flyturen.
- For hver escape svar, beregne nøyaktigheten ved å måle avstanden mellom hullet der dyr rettet sine fly til og hullet fører til ly. Siden det er 20 hull, hvert hull av målet representerer en reduksjon på 10% i nøyaktighet (f.eks., 2 hull av målet kan uttrykkes som 80% nøyaktighet)
- For 'navigasjon strategi' opptreden analysen, kvantifisere nøyaktigheten av responsen fra ly plasseringen før plattform rotasjon. En gjennomsnittlig nøyaktighet som ikke er signifikant forskjellig fra at før rotasjon angir at dyret ikke bruker noen av sensoriske stikkordene som ble rotert for å navigere til flukt målet.
- For "dynamisk miljø" atferdsmessige analysen, klassifisere hver escape respons skapte som blir rettet mot den nye eller den gamle ly plasseringen eller ingen av dem. Vurdere hvordan mønsteret utvikler seg langs gjentakelser av fremkalte defensiv atferd.
- For 'ingen ly' opptreden analysen, sammenlign musehastigheten etter presentasjonen av aversive visuelle stimulans i tilstedeværelse og fravær av en ly og beregne ventetiden til initiering av defensive svaret. I tillegg beregne sannsynligheten for utløser frysing svar i svar på stimulans for hver situasjon.
Representative Results
Mus utsatt for auditiv eller visuelle stimuli startet rask svar med kort ventetid mellom utbruddet av stimulering og initiering av fly. Gjennomsnittlig ventetid å flykte fra visual stimulans var 202 ± 16 ms (n = 51 Svar fra 26 dyr) og betydelig lengre for auditory stimulering: 510 ± 61 ms (n = 36 svar fra 15 dyr, p< 0.0001 t-test mellom visuelle og auditive stimulering; Figur 2A) (trinn 8.1). Escape svar var nøyaktig rettet til ly (mener nøyaktighet for visuell stimulans: 97.2 ± 1,4% og 95.0 ± 1,4% for auditory stimulans, ikke signifikant forskjellig mellom de to typene stimuli, p = 0.1655 t-test; Figur 2B) (trinn 8.4), og flight baner var nær en rett linje (gjennomsnittlig forholdet mellom forskyvning til avstand til ly for visuell stimulans 107.3 ± 1,3% og 113.9 ± 1,5% for auditory stimuli; Figur 2C) (trinn 8.3). Observere en kort ventetid fra stimulans er viktig å skille stimulans-utløste oppførsel fra homing kjører, og høy linearitet av flyet banen viser at unnslippe svaret har som mål å nå ly, og ikke bare flytting bort fra stimulans.
Stimulans presentasjon etter rotasjon av den ytre delen av labyrinten mens musen var ro i sentrum plattformen (utvalg = 36° - 90°, mener 56°) vellykket elicited escape svar (trinn 5). Alle mus flyktet til den forrige plasseringen av ly, med ingen reduksjon i nøyaktighet eller linearitet av fly bane i forhold til prøvelser før rotasjon. Mener nøyaktigheten, målt i referanse til den opprinnelige ly posisjonen, var 96.3 ± 1,3% før rotasjon (n = 25 Svar fra 8 mus) og enda litt høyere etter rotasjon (100 ± 0%, p = 0.009 t-test mellom pre og post rotasjon). Mener linearitet i forhold til den opprinnelige ly plasseringen var 109.4 ± 5.0% før rotasjon (25 Svar fra 8 mus) og 109.1 ± 2,1%, etter rotasjon (n = 8 Svar fra 8 mus), p = 0.957 t-test mellom før og etter rotasjon, figur 3A og B). Disse resultatene viser at proksimale varselsignaler ikke brukes til å lede flyturen til ly (trinn 8.3 8.5).
Endre plasseringen av ly etter fremlokkende en vellykket unnslippe svar (trinn 6) resulterte i mus besøker ly plasseringene etter endringen (mellomtiden å besøk det nye Le = 33.1 s, range = 4-82 s). Etterfølgende sekvensiell studier av høres stimulering produsert en gradvis økning i sannsynligheten for rømmer til den nye plasseringen (44.4% på første rettssaken), nå 100% over alle dyr av femte rettssaken (n = 9 dyr, Figur 3 c). Disse eksperimentene sonde dynamikken i oppdatering ly plasseringen hukommelse å tilpasse seg endringer i miljøet (trinn 8.6).
Etter en 7 min Akklimatisering periode til labyrinten med ingen ly (trinn 7), presentasjonen av en 5 s lenge visuelle stimulans produsert frysing atferd i stedet for rømme (frysing sannsynlighet = 95,2%, betyr frysing tid = 7.9 ± 2.7 s, n = 7 dyr). Etterfølgende innføring av en ly i samme økt og presentasjon av lenge visuelle stimulans elicited unnslippe svar pålitelig, viser at mus kan fleksibelt bytte defensive strategier avhengig av tilstedeværelsen av tilflukt (figur 3D) ( trinn 8.1 og 8,7).
Figur 1: skjematisk atferdsmessige arenaen. Tegning av hovedkomponentene i atferdsdata arena sett fra toppen (til høyre) og fra siden (venstre). En stor andel av plattformen kan roteres, inkludert ly og tilknyttede visuelle indikatorer. Mørke ringer i den øverste visningen er hullene som ly kan knyttes til som er alle identisk (et eksempel ly sted er angitt). Hele arena er vedlagt i en lyd harddiskspor skap. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Escape svar er rask og nøyaktig målrettet atferd. (A) ventetid å unnslippe utbruddet fra starten av visuell eller auditiv stimulering. (B) nøyaktigheten av ly under flukten, målt slik at verdien er 100% Hvis musen går direkte til ly og 10% mindre for hvert hull fra ly (f.eks. 80% hvis hullet nådd første var to hull fra riktig). (C) forskyvning av musen under flukten plottet mot lineære avstanden mellom dyrets utgangsposisjonen og målplasseringen, viser at flyturen er nær lineær. Boksen og værhår vise data fra 10-90 persentil og gjenværende datapunktene vises som sirkler. Rød farge tomter er data fra auditiv stimulering (n = 36 svar fra 15 dyr) og svart fra visuell stimulering (n = 51 Svar fra 26 dyr). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: mus bruker ikke proksimale visuelle stikkord eller ly-relaterte signaler å unnslippe svar. (A) forskyvning handlingen som i figur 2C, for svar før og etter rotasjon av plattformen. (B) nøyaktigheten av navigasjon under flykte i pre-og etter rotasjon. Etter rotasjon nøyaktighet måles i referanse til den første plasseringen av ly, og viser at mus navigere tilbake til den opprinnelige ly plasseringen i stedet den nye posisjonen. (C) brøkdel av flukt tiltak rettet mot den nye ly plasseringen plottet mot stimulering tall. Etter 5th presentasjonen av stimulans, alle dyr unnslippe direkte mot den nye ly plasseringen (n = 9 dyr). (D) at hastighet over dyrene svar på visuell stimulering med en ly tilgjengelig (rød) eller fraværende (blå), viser rømme og frysing svar, henholdsvis. Fart er normalisert til baseline og justert til reaksjonstid (definert som enten begynnelsen av en flytur eller fryse respons, stiplet linje). Skyggelagte områder viser SEM. (n = 7 dyr). Vise data fra 10-90 persentil for 2A og 2B, boksen og værhår og gjenværende datapunktene vises som sirkler. Rød farge tomter er data fra auditiv stimulering før plattform rotasjon (n = 25 Svar fra 8 dyr) og blå fra svar etter roterende plattform (n = 8 Svar fra 8 dyr). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
Analyser som beskrives her er teknisk enkle å utføre, og med unntak av plattformen rotasjon eksperimenter, kan lett implementeres i en standard Barnes labyrint. Likevel noen komplikasjoner kan oppstå: på den ene siden, musen kan virke redd for å angi ly, som ikke kan være på grunn av ly er tilstrekkelig rengjort eller tørket. På den annen side, bor musen inne i ly for svært lang tid. Det er avgjørende for disse eksperimentene at dyr aldri fjernes fra ly manuelt, ettersom dette kan forstyrre banen integrering samt nød dyrene og endre sitt svar på trusselen. Vi foreslår avslutte forsøket etter 90 min og retesting etter 48 timer om nødvendig. En annen relevant praktisk vurdering er at når musen undersøker kanten av plattformen, ikke kan den merker visuelle stimuli hvis hodet er vinklet over kanten, og dermed vi anbefaler tilbakeholdt stimuli i slike situasjoner. I tillegg kan mus hoppe ned av plattformen på sjeldne anledninger. Vi foreslår slutt eksperimentet og retesting etter 48 h. musene som aktivt lar på plattformen når vil gjøre det igjen i fremtiden og måtte utelates fra studien. Til slutt, fra vår erfaring, de fleste mus svarer på visuelle stimulans (34/36 mus). Men hvis musene ikke viser noen form for svar på den visuelle stimulans (en skremmeeffekt, en flytur eller frysing svar), bør de utelukkes fra studien.
Et viktig punkt å vurdere er at kontroll av sensoriske Stikkordene er vanligvis et problem i romlig minne analyser, som ofte er det vanskelig å eliminere alle mulige støykilder for forurensende signaler. Våre eksperimentelle oppsett reduserer eksterne visuelle stikkord ved omgir labyrinten med en vegg, og det plasseres i et lyd-dempe skap for lydisolasjon. For å minimere olfactory Stikkordene, anbefaler vi rengjøre satt opp med 70% etanol eller eddiksyre mellom eksperimenter.
Analysen vår atferdsdata legger til tidligere metoder for å studere romlige navigasjon26 ved hjelp av instinktiv defensiv atferd for å undersøke romlige hukommelse og fokusere på etologiske scenarier. En avgjørende forskjell mellom prosedyrene som er beskrevet her og standard BM analysen er mangelen på treningsøktene. I våre analyser sikrer habituering perioden at musen besøk Le minst en gang og ofte mange ganger, som vi tidligere har vist tilstrekkelig grunn til å huske den ly beliggenhet2. Vi tror at en viktig grunn for høy suksessrate og nøyaktigheten i å finne ly selv opplæring er aldri passivt fortrenge dyret under eksperimentet, dermed gjør banen integrasjon en levedyktig navigasjon strategi. Vi Merk at analysen vår avtaler med minne dannet og vurdert i en enkelt økt, og at vi ikke har testet for langsiktige minne ly posisjonen, som vanligvis er målet med standard BM eksperimenter. Til slutt bruker diskrete medfødt aversive stimuli i stedet brukte fan eller buzz for varigheten av økten, analysen vår gir veldig god eksperimentelle kontroll over to atferd som kan bruke forskjellige navigering strategier: beite og Le-rettet rømme. Vi mener at bruken av disse analyser i kombinasjon med moderne nevrovitenskap teknikker for opptak og manipulere nevrale aktivitet kan gi viktig innsikt i hvordan nevrale kretser beregne atferd.
Disclosures
Mesteparten av dataene i resultatinndelingen er et delsett av dataene som vises i Vale et. al 2017.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble finansiert av en Wellcome Trust/Royal Society Henry Dale Fellowship (098400/Z/12/Z), en Medical Research Council (MRC) gi MC-UP-1201/1, Wellcome Trust og Gatsby veldedige Foundation SWC fellesskap (til TB), MRC PhD Studentship (D.E. og R.V) og en Boehringer Ingelheim Fonds PhD fellesskap (til R.V). Vi takker Kostas Betsios for programmering av oppkjøpet programvare, LMB mekaniske og elektriske Workshops for å bygge eksperimentelle arena.
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 | - |
References
- Eaton, R. C., Bombardieri, R. A., Meyer, D. L. The Mauthner-initiated startle response in teleost fish. J Exp Biol. 66 (1), 65-81 (1977).
- Vale, R., Evans, D. A., Branco, T. Rapid Spatial Learning Controls Instinctive Defensive Behavior in Mice. Curr Biol. 27 (9), 1342-1349 (2017).
- Blanchard, R. J., Flannelly, K. J., Blanchard, D. C. Defensive behavior of laboratory and wild Rattus norvegicus. J Comp Psychol. 100 (2), 101-107 (1986).
- Dill, L. M., Houtman, R. The influence of distance to refuge on flight initiation distance in the gray squirrel (Sciurus carolinensis). Canadian Journal of Zoology. 67 (1), 233-235 (1989).
- Blanchard, R. J., Blanchard, D. C., Rodgers, J., Weiss, S. M. The characterization and modelling of antipredator defensive behavior. Neurosci Biobehav Rev. 14 (4), 463-472 (1990).
- Fanselow, M. S., Lester, L. S. A functional behavioristic approach to aversively motivated behavior: Predatory imminence as a determinant of the topography of defensive behavior. Evolution and learning. , (1988).
- De Franceschi, G., Vivattanasarn, T., Saleem, A. B., Solomon, S. G. Vision Guides Selection of Freeze or Flight Defense Strategies in Mice. Curr Biol. 26 (16), 2150-2154 (2016).
- Bräcker, L. B., et al. Essential role of the mushroom body in context-dependent CO 2 avoidance in Drosophila. Current Biology. 23 (13), 1228-1234 (2013).
- Ghosh, D. D., et al. Neural architecture of hunger-dependent multisensory decision making in C. elegans. Neuron. 92 (5), 1049-1062 (2016).
- Bellman, K. L., Krasne, F. B. Adaptive complexity of interactions between feeding and escape in crayfish. Science. 221 (4612), 779-781 (1983).
- Rodgers, W., Melzack, R., Segal, J. "Tail flip response" in goldfish. Journal of comparative and physiological psychology. 56 (5), 917 (1963).
- Dill, L. M. The escape response of the zebra danio (Brachydanio rerio) II. The effect of experience. Animal Behaviour. 22 (3), 723-730 (1974).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Pompl, P. N., Mullan, M. J., Bjugstad, K., Arendash, G. W. Adaptation of the circular platform spatial memory task for mice: use in detecting cognitive impairment in the APP(SW) transgenic mouse model for Alzheimer's disease. J Neurosci Methods. 87 (1), 87-95 (1999).
- Patil, S. S., Sunyer, B., Höger, H., Lubec, G. Evaluation of spatial memory of C57BL/6J and CD1 mice in the Barnes maze, the Multiple T-maze and in the Morris water maze. Behavioural Brain Research. 198 (1), 58-68 (2009).
- Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Protocol Exchange. , (2007).
- Attar, A., et al. A shortened Barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer's disease. PLoS One. 8 (11), e80355 (2013).
- Harrison, F. E., Reiserer, R. S., Tomarken, A. J., McDonald, M. P. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learn Mem. 13 (6), 809-819 (2006).
- Leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. J Neurosci Methods. 203 (2), 315-324 (2012).
- Mittelstaedt, M. -L., Mittelstaedt, H. Homing by path integration in a mammal. Naturwissenschaften. 67 (11), 566-567 (1980).
- Stackman, R. W., Golob, E. J., Bassett, J. P., Taube, J. S. Passive transport disrupts directional path integration by rat head direction cells. J Neurophysiol. 90 (5), 2862-2874 (2003).
- Yilmaz, M., Meister, M. Rapid innate defensive responses of mice to looming visual stimuli. Curr Biol. 23 (20), 2011-2015 (2013).
- Mongeau, R., Miller, G. A., Chiang, E., Anderson, D. J. Neural correlates of competing fear behaviors evoked by an innately aversive stimulus. J Neurosci. 23 (9), 3855-3868 (2003).
- Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nat Methods. 7 (10), 825-826 (2010).
- Paylor, R., Tracy, R., Wehner, J., Rudy, J. W. DBA/2 and C57BL/6 mice differ in contextual fear but not auditory fear conditioning. Behavioral neuroscience. 108 (4), 810 (1994).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
