Summary
Этот протокол описывает поведенческие анализа, основанный на лабиринт тест Барнс, учиться как инстинктивное оборонительные действия изменяются путем знания пространственной среды.
Abstract
Эволюция выбрала репертуар оборонительного поведения, которые необходимы для выживания во всех видов животных. Эти поведения часто стереотипные действия в ответ на врожденной отрицательной сензорных стимулах, но их успех требует достаточно гибкости для адаптации в различных пространственных сред, которые могут быстро меняться. Здесь мы описываем поведенческих пробирного оценить влияние пространственного знаний оборонительного поведения у мышей. Мы адаптировали широко используемых Барнс лабиринт пространственной памяти пробирного расследовать как мыши перемещаться в приют во время побега ответы на врожденной отрицательной сензорных стимулах в новой среде, и как они приспосабливаются к острой изменения в окружающей среде. Этот новый assay является этологическая парадигмы, которая не требует подготовки и эксплуатирует природные исследования моделей и навигации стратегии в мышей. Мы предлагаем набор протоколов, описанные здесь являются мощным средством изучения целенаправленное поведение и стимул срабатывает навигации, которая должна представлять интерес для обоих полях инстинктивного поведения и пространственной памяти.
Introduction
Инстинктивное оборонительного поведения во многом считаются жестко стимул ответы, такие как C-начало движения у рыб и земноводных, который перемещает животное от источника угрозы1. Однако оборонительного поведения может быть более адаптивной, если они гибко учитывать информацию узнал о текущей среде. Одним из примеров такой гибкости является переход от побега для замораживания показано грызунами, когда сталкиваются с угрозой, в зависимости от предварительного знания о наличии или отсутствии приют в среду2,3. Другие примеры гибкости в врожденное поведение включают адаптации порог начала рейса или бежать скорость в зависимости от расстояния между жертвой и его укрытие4, расстояние до угрозы5,6и предыдущий опыт 11 , 12, а также выбор различных оборонительных стратегий в зависимости от сенсорных свойств отрицательной стимул7, или даже подавление оборонительное поведение перед лицом конкурирующих мотивы таких голода8, 9,10. Зависимость выбора действий на приобретенные знания о пространственной характеристики окружающей среды делает инстинктивное оборонительного поведения в мышах мощную модель для изучения выбора цели, пространственной памяти и навигации. Здесь мы описываем адаптации часто используемые задачи поведенческих, Барнс лабиринт (БМ) пространственной памяти пробирного13, чтобы определить влияние пространственной среды на выбор оборонительные действия в мышей и их навигационной стратегии при Побег к приют.
Стандартный лабиринт Барнс, используется для изучения обучения и пространственной памяти у мышей состоит из платформы диаметр круговой ~ 90 см с 20 равноудаленных отверстия, из которых 19 являются закрытыми, и один приводит к подземном убежище, который мышь искать для того чтобы избежать открытых поле Окружающая среда платформы. Часто слабой отрицательной раздражителей (зуммер, яркий свет, Вентилятор) постоянно используются на протяжении assay отрицательной окружающей среды и таким образом содействовать вступлению в приют14. В наиболее часто используемых пробирного15,16животное имеет один судебный процесс привыкания, где она руководствуется в приют вручную экспериментатор сразу же после позиционируется на платформе. Это сопровождается приобретение 4-дневный период, где каждый день, когда мышь разрешается свободно ориентироваться в лабиринте на 3 мин, после чего она снова вручную руководствуется в приют не достичь его в период разведки. Последний этап анализа является один зонд судебного разбирательства на 5-й день (хотя долгосрочной памяти 7 дневного судебного разбирательства также часто выполняется) когда животное исследует лабиринт с все отверстия закрыты. Обучение и долгосрочной памяти количественно времени найти укрытие и тычет в неправильно отверстия в период приобретения и время, проведенное рядом закрытый приют отверстие в суде зонд. Типичные результаты показывают уменьшение количество ошибок и задержку, чтобы достичь во время приобретения жилья и доля времени, затраченного в квадранте, содержащий закрытые целевой дыра в зонд суда15выше шанс.
В то время как несколько вариантов BM assay были ранее описанных17,18,19, парадигмы, которые мы опишем здесь имеет три фундаментальных изменений от стандартного анализа. Во-первых животное осталось Исследуйте лабиринт и найти убежище на свой собственный, и тестирование проводится в том же сеансе, вскоре после того, как нашли приют, в периоды, когда животное занимается произвольное поведение. Хотя этот параметр не тест долговременной памяти расположения жилья, он предназначен для быть натуралистический сценарий, который имитирует разведки Роман территории, под угрозой хищничество. Кроме того она позволяет как животные приспосабливаются к острой изменения в окружающей среде, такие как внезапные изменения в ландшафте. Во-вторых ключевым аспектом нашего анализа является, что экспериментатор никогда не заставляет животное в или из укрытия, который может дезориентировать животного и исключить путь интеграции20 как жизнеспособной навигации стратегия21. Пути интеграции является стратегия навигации, которая использует самодвижение подсказки, например проприоцептивной и вестибулярные подсказки, вытекающих из интеграции мотор отток, чтобы обновить текущую позицию животного и перейдите к цели, которая не является возможным если Животное перевозится пассивно экспериментатора. В-третьих мы используем врожденной отрицательной визуальные22 и слуховой23 раздражители вызывают побег приют, который легко отличить от текущих пищевое поведение и позволяет оценки и количественного определения навигации конкретных стратегий, используемых во время обороны от неминуемой угрозы. Мы предлагаем что этот assay будет полезным для рассечения роль пространственной памяти в выборе и осуществлении оборонительного поведения, и более вообще более широкого изучения целенаправленной навигации и краткосрочных пространственной памяти. Протоколы, описанные здесь были введены Вале и др. в 2017 году, на который мы ссылаемся читателей для более углубленного обсуждения обоснование экспериментов и результаты.
Protocol
Все эксперименты проводились согласно закону Великобритании животных (научные процедуры) 1986 года (Закон о Госзакупках 70/7652) после местные этические утверждения.
1. Настройка поведенческий аппарат
Примечание: Основной компонент поведенческих аппарата является разновидностью лабиринт Барнс13 , состоящий из белая акриловая круговой платформы (92 см в диаметре) с 20 равноотстоящих, 5 см в диаметре, круглые отверстия, расположенные радиально, 5 см от края платформы . 19 из них должны быть закрыты с черной пластиковой вилкой (глубиной 5 мм), в то время как оставшиеся отверстия приводит к черный Perspex жилья (размеры 15 x 5,8 x 4.7 см), что мышь можно легко войти и выйти. Центральная площадь арены состоит из фиксированной круговой платформы (22 см в диаметре) и периферии, монтируемое на раме, что позволяет вращение на 360 градусов благодаря компьютерным управлением шаговый двигатель. Платформа является повышенный 45 см от слово для того, чтобы предотвратить мышей от восхождения. Увидеть схематический чертеж на рисунке 1.
- Прикрепить visual сигналы на периферии платформы (2D или 3D символов с различной формы, цвета и узоры), по крайней мере 2 см от края для предотвращения мышей от их достижения.
Примечание: Примеры визуальные подсказки, равнина синих квадратов 262 см2, или круги (диаметр 15,5 см) заполнены с диагональной фиолетовый полосы. - Добавьте ~ 2 g постельных принадлежностей от мыши дома клетки внутри Укрытие в качестве местных обонятельных биток. При необходимости позиция Светоиспускающий диод (LED) на входе укрытия для обеспечения местной достопримечательностью визуальный биток.
- Чтобы изолировать мышь от внешних, дистальных визуальные подсказки, собрать восьмиугольными или цилиндрической стены, расширение 40 см и 15 см под поверхностью платформы вокруг арены, 10 см от края платформы.
- Положение УЗИ спикер 50 см выше центра платформы, чтобы доставить отрицательной слуховой раздражители.
- Место полупрозрачного экрана 64 см выше на арену, чтобы накладные расходы отрицательной визуальные раздражители обратно проект с помощью проектора.
- Предоставляемые проектор загорится поведенческий аппарат; калибровать его, так что есть 5-10 lx в центре поверхности платформы. Поместите инфракрасный свет и ИК-камеры выше платформы, с Лонг-фильтр (> 700 Нм) для предотвращения мерцания проектор на приобретенные видео.
- Отслеживайте положение мыши онлайн, используя подходящий алгоритм или коммерчески доступного программного обеспечения. Для отслеживания черный мышей на белом Арена, простой Бинаризация операции следуют расчет центроид маска подходит.
- В идеале место поведенческий аппарат внутри звук и свет взрывозащищенные коробки, чтобы предотвратить влияние эксперимента внешние сигналы.
2. доставку врожденной отрицательной стимулы
Примечание: Раздражители, описанные ниже могут быть созданы с широкий спектр различных пакетов программного обеспечения, включая LabVIEW и Matlab.
- Визуальный стимул
- Проект раздражителей на экране позиционируется 64 см выше на арене. Стимул состоит из линейно расширяющейся темный круг на сером фоне22 (Вебер контраст =-0.98, яркости = 7,95 cd/м2).
Примечание: Стандартный круг в идеале должна быть центризована непосредственно над позиции мыши, стягивающего угол 2.6° с начала и расширяется линейно на 224 ° / s более 200 мс до 47,4 °, на которой он остается для 250 мс до смещения. - При доставке визуальный стимул, его центр выше мыши. Это может быть достигнуто ждать до тех пор, пока указатель мыши проходит через предварительно определенную область на арене, или путем отслеживания позиции мыши онлайн и с помощью отслеживания координат для определения центра окружности.
Примечание: Хотя мы предлагаем проектирование визуальных стимулов непосредственно над мыши, оборонительного поведения могут также быть вызвали если тот же раздражитель прогнозируется впереди мыши (хотя все еще параллельно полу). По нашему опыту это дело по крайней мере до 30 см перед положение мыши.
- Проект раздражителей на экране позиционируется 64 см выше на арене. Стимул состоит из линейно расширяющейся темный круг на сером фоне22 (Вебер контраст =-0.98, яркости = 7,95 cd/м2).
- Слуховой стимул
- Триггер стимул, состоящий из поезда три частотно модулированный вверх зачисток от 17 до 20 кГц23 свыше 3 s, длится 9 s в целом. Уровень звукового давления (SPL), измеренная на уровне платформы, должно быть в диапазоне между 73 и 78 дБ.
- Подключите звуковой картой и усилитель к УЗИ спикер позиционируется выше на арене доставить слуховой стимул.
3. животных:
- Используйте мышей C57BL/6J мужского или женского пола, между 6 и 24 недель. Сохранить животных на свет 12 h цикла с бесплатным доступом в Чоу и воды.
- Убедитесь, что мышей одной размещены по крайней мере за 72 часа перед поведенческих пробирного и испытание их на этапе свет-свет цикла.
Примечание: Мы находим, что базовые произвольное поведение мышей, сингл размещается более сопоставимых через животных чем через размещается группа мышей. Кроме того животных с хирургических имплантатов для записи нейронной активности или манипуляции часто нужно быть одно здание, и таким образом это может быть полезно иметь управления наборы данных в том же жилищных условий.
4. Стандартные поведенческие анализа:
- Тщательно очистите поверхность платформы с 70% этанол или уксусной кислоты, чтобы удалить нежелательные обонятельные сигналы. Полоскать жилья с водой и вымыть его с 70% этиловом спирте, после чего его следует промыть водой снова, чтобы уменьшить запах этанола.
- Просушите платформы и укрытия, как мышь может избежать ввода жилья, если она мокрая.
- Рандомизировать местоположение жилья в платформе для каждого судебного разбирательства путем поворота платформы до эксперимента. Местоположение жилья будет основываться на арене, но будет повернут по отношению к корпусе поведенческий аппарат.
- Принести номер эксперимент в его доме клетки мыши и место Кейдж поверх платформы тестирования на период акклиматизации 10 мин.
- Удалите мышь из своего дома Кейдж и избежать извлечения хвост: Кубок он или дайте ему подняться на обогащение элемент, который может быть поднят. Выбирая мышей за хвост был показать увеличить уровень тревоги и таким образом могут повлиять на поведенческие реакции на угрозу24.
- Осторожно поместите курсор мыши в центре арены и начать видео приобретение.
- Позволяют на период привыкания 7 мин, во время которого представлена не отрицательной стимул. Убедитесь, что мышь имеет достаточно времени, чтобы найти и ввести приют по крайней мере один раз. Рассматривать его как запись, если все четыре конечности внутри укрытия. 7 мин должно быть достаточно для большинства мышей найти и введите укрытие, но в случае, если этого не произойдет, продлить период привыкания на дополнительные периоды 5 мин, до тех пор, пока по крайней мере один вход был проверен.
- Триггер доставки отрицательной стимул (слухового или визуального) либо вручную, наблюдая за живой видео-канал, или автоматически отслеживать положение животного онлайн и предварительного определения региона интерес на арене для инициирования стимул поставка как только животное достигает его. Визуальный стимул обычно доставляются непосредственно над животных, с использованием видео онлайн отслеживания координат.
- Чтобы выявить более чем один побег ответ в том же сеансе, пусть мыши добровольно покинуть укрытия. Если мышь не бежать успешно в приют после последнего отрицательной стимул, подождите по крайней мере 60 s до представления другой стимул.
- После завершения анализа, вернуть свои дома клетка животного. В случае, если требуется дальнейшее тестирование же мыши, подождите по крайней мере 48 часов до переаттестации.
- Очистите платформы и жилье, как описано в шаге 4.1 и 4.2 перед тестированием следующее животное.
Примечание: Шаги 5, 6 и 7 являются независимыми вариации стандартных поведенческих пробирного и каждый может выполняться отдельно.
5. «стратегия навигации» поведенческие анализа:
Примечание: Цель этого анализа необходимо определить какие подсказки, использовать мышь для руководства побега поведение. В этот assay движимые внешняя часть платформы вращается в то время как указатель мыши находится на центре фиксированной Арена, который радиально вытесняет приют, обонятельные сигналы, расположенный внутри укрытия и проксимальной визуальные подсказки, прилагается к платформе. Если мышь находится после любой из подсказок, которые были повернуты для того, чтобы перемещаться в приют, она будет правильно бежать в новое место укрытия, но если он использует другие сигналы, которые остались на месте, он будет перейти в предыдущее расположение жилья.
- Выполните шаги 4.1 до 4,8 стандартных поведенческих assay, описанных выше, вызывая по крайней мере один рейс ответ для использования в качестве базовых.
- Пусть мыши активно покинуть укрытия и ждать его перейти к центральной частью платформы. Поместите небольшое блюдо с постельным бельем в центре поощрения разведки и держать животное в центральной платформы достаточно долго позволить вращение внешняя часть платформы. Добавьте блюдо и постельные принадлежности, в то время как указатель мыши находится внутри укрытия и после успешного побега, который предшествует вращение платформы. Если мышь не удается войти в приют во время побега ответа, дождитесь его добровольно войти приют и затем добавить блюдо и постельных принадлежностей.
- Использование шагового двигателя поворота платформы по крайней мере 36 градусов (2 отверстия) и затем немедленно использовать сенсорные стимулы для получения ответа побег. Вполне возможно, что вращение инициирует старт-рефлекс и даже инициирует реакцию побег.
Примечание: Из нашего опыта, ~ 55% мышей будет работать за пределами центральной платформы (проворота) в то время как внешняя часть по-прежнему вращается, и эти процессы должны быть исключены из анализа. - Платформы и обеспечения жильем и вернуть его домой Кейдж, как описано в шаге 4.10 и 4.11 мыши.
6. ' динамической среды» поведенческие анализа:
Примечание: Этот assay предназначен для оценки как мышей адаптировать их оборонительного поведения на внезапные изменения в окружающей среде. В этих экспериментах, после получения ответа по крайней мере один побег изменилось расположение жилья и мышь разрешено посещать его один раз перед последующей побег инициируется ответ. Если мыши отлично обновляет новое местоположение жилья и вычисляет отсутствие жилья в ее предыдущем местоположении, она должна бежать в новое место. В противном случае он имеет не запомнил новое место укрытия или он память обоих местах, но предпочитает бежать к старому.
- После шаги 4.1 до 4,8 описанных выше, вызывая по крайней мере один рейс ответ как элемент управления выполните этот assay.
- Когда указатель мыши покидает добровольно приют, снимите укрытие и пересмотреть позицию в новое отверстие на противоположном конце платформы.
- Разрешить мыши для изучения окружающей среды до тех пор, пока он входит жилья на новом месте.
- Когда мышь добровольно приходит из укрытия, настоящее оно с отрицательной стимул и наблюдать за его ответ.
- Используйте слуховой стимул для этого эксперимента из-за его продолжительности, как под угрозой длительной, животные могут выполнять дополнительные побег ответы в других местоположениях если они не могут найти приют в первую очередь.
- Платформы и обеспечения жильем и вернуть его домой Кейдж, как описано в шагах 4.10 и 4.11 мыши.
7. ' нет жилья» поведенческие анализа:
Примечание: Цель этот assay состоит в том, чтобы понять, как отсутствие жилья в среде влияет на выражение оборонительного поведения.
- Подключите все 20 отверстий. В этом эксперименте там нет жилья доступны на арене.
- После очистки и сушки платформы (шаги 4.1 и 4.2), осуществляют шаги 4.4-4.6.
- Предусмотреть период привыкания 7 мин.
- Настоящее время визуальный стимул и наблюдать за защитную реакцию. Отсутствие жилья способствует поведение при заморозке, обычно длятся в течение визуальный стимул. Использовать пятно медленно расширения (например. круг, который стягивает равную угол 2.6 ° с начала и расширяется линейно на 11,2 ° / s более 4 s до 47,4 °, на которой он остается для 1 s перед смещением) для облегчения наблюдения замораживания ответы.
- Если более чем один ответ на мышь не требуется, используйте интервал между стимул по крайней мере 60 s.
- После получения требуемое количество ответов в отсутствие жилья, ввести убежище под одно из отверстий и пусть мыши исследовать окружающую среду для по крайней мере 5 минут 5 минут будет достаточно времени для большинства мышей, чтобы найти и ввести новые жилья , но в случае, если этого не произойдет, продлить этот период еще 5 мин блоки до тех пор, пока по крайней мере одна запись проверяется.
- Повторите шаги 4.8 и 4.9 и наблюдать за побег ответы выполняются в присутствии приют в окружающей среде.
- Платформы и обеспечения жильем и вернуть его домой Кейдж, как описано в шагах 4.10 и 4.11 мыши.
8. анализ данных:
Примечание: Каждый из следующих шагов анализ данных могут выполняться независимо друг от друга.
- Побег ответы могут быть легко идентифицированы как внезапное ускорение после представления отрицательной стимул. Количественно оценить задержку, чтобы бежать как время между стимулом презентации и началом движения головы вращения, направлены на цель побега или начале ускорение движения, что наступит раньше.
- Замораживание ответы могут характеризоваться полной неподвижности животного за исключением дыхательные движения25, прочного по крайней мере 0.5 s7. Измерьте задержку заморозить как время между презентации отрицательной стимул и в начале периода неподвижности.
- Для каждого ответа побег количественно линейность траектории полета путем расчета коэффициента расстояния между мышью и приют и фактического перемещения во время полета.
- Для каждого ответа побег Вычислите точность измерения расстояния между где животное направлены свой рейс в отверстие и отверстие, ведущих в приют. Поскольку есть 20 отверстий, каждое отверстие створ представляет декремента 10% в точности (например., 2 отверстия от цели могут быть выражены как 80% точность)
- Для «стратегия навигации» поведенческих assay количественно оценить точность ответа относительно расположения жилья до поворота платформы. Средняя точность, которая существенно не отличается от предварительного вращения точности указывает, что животное не используется любой из сенсорные сигналы, которые были повернуты для навигации к цели побег.
- Для «динамической среды» поведенческих assay Классифицируйте каждый побег ответ вызвал как направляется к нового или старого расположения жилья, или ни один из них. Оцените, как картина развивается вдоль итераций вызвал оборонительного поведения.
- Для «нет жилья» поведенческих assay Сравните скорость мыши после представления отрицательной визуальный стимул в наличие и отсутствие жилья и вычислить задержку начала защитную реакцию. Кроме того Рассчитайте вероятность срабатывания замораживания ответ в ответ на раздражитель для каждой ситуации.
Representative Results
Мышей, до слухового или визуального стимулы инициировал ответы быстро бежать с короткой задержки между началом стимуляции и начало рейса. Средняя задержка уйти от визуальный стимул был 202 ± 16 мс (n = 51 ответов от 26 животных) и значительно дольше для слуховой стимуляции: 510 ± 61 мс (n = 36 ответы от 15 животных, p< 0,0001 t теста между визуальных и слуховых стимуляция; Рисунок 2A) (шаг 8.1). Побег ответы были направлены точно в приют (означает точность для визуального стимула: 97,2 ± 1,4% и 1,4% 95,0 ± для слухового стимул, не значительно отличаются между двумя типами раздражителей, p = 0.1655 t теста; Рисунок 2B) (шаг 8.4), и траекторий полета были близки к прямой линии (среднее отношение смещения на расстояние до приют для визуального стимула 107.3 ± 1,3% и 113.9 ± 1,5% для слухового стимул; Рисунок 2 c) (шаг 8.3). Наблюдения за короткие задержки от стимула важно различать стимул вызвала поведение от самонаведения бежит, и высокой линейностью траектории полета показывает, что побег ответ имеет цель достижения укрытие и не просто отходят от стимула.
Презентация стимул после вращения внешней части лабиринта, в то время как мышь была стационарной платформы центра (диапазон = 36° - 90°, значит 56°) успешно вызвал побег ответы (шаг 5). Все мыши бежали в направлении предыдущего расположения жилья, без снижения точности или линейности траектории полёта по сравнению с разбирательств вращения. Средняя точность, измеряется со ссылкой на исходное положение жилья, был 96,3 ± 1,3% до вращения (n = 25 ответов от 8 мышей) и даже несколько выше после вращения (100 ± 0%, p = 0,009 t теста между пред и пост ротации). Средняя линейность по отношению в исходное местоположение жилья был 109,4 ± 5.0% до поворота (25 ответов от 8 мышей) и 109.1 ± 2,1%, после вращения (n = 8 ответов от 8 мышей), p = 0.957 t теста между до и после поворота, на рисунке 3A и B). Эти результаты показывают, что проксимальной визуальные подсказки не используются для полета в приют (шаги 8.3-8.5).
Изменение расположения жилья после выявления один успешный побег ответ (шаг 6) привело к мышей, посетив новое местоположение жилья вскоре после смены (среднее время для посещения нового саркофага = 33,1 s, диапазон = s 4-82). Последующие последовательные испытания звуковой стимуляции производится постепенное увеличение вероятности побега на новое место (44,4% на первый судебный процесс), достигнув 100% во всех животных судом пятого (n = 9 животных, рис. 3 c). Эти эксперименты зонд динамики обновления памяти расположение жилья для адаптации к изменениям в окружающей среде (шаг 8.6).
После периода акклиматизации 7 мин на лабиринт с нет жилья (шаг 7), презентация 5 s давно визуальный стимул производится поведение при заморозке вместо бежать (замораживание вероятность = 95,2%, среднее время замораживания = 7.9 ± 2,7 s, n = 7 животных). Последующее введение приют в той же сессии и представления давно визуальный стимул вызвал побег ответы надежно, показаны, что мышей может гибко перейти оборонительных стратегий в зависимости от наличия убежище (Рисунок 3D) ( шаги 8.1 и 8.7).
Рисунок 1: схема поведенческой арены. Рисунок из основных компонентов поведенческих Арена, Просмотрели снизу (справа) и со стороны (слева). Большая часть платформы можно вращать, включая жилье и прилагаемый визуальные подсказки. Темные круги в вид сверху находятся отверстия, которые жилья может быть присоединен к, которые идентичны (указывается местоположение жилья пример). Вся Арена заключена в кабинете звук увлажнения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: побег ответы являются быстрые и точные целенаправленного поведения. (A) задержка начала бежать от начала визуальный или звуковой стимуляции. (B) точность навигации в приют во время побега, измеряется таким образом, что значение является 100% если мышь работает непосредственно в приют и 10% меньше для каждого отверстия от укрытия (например., 80%, если отверстие достиг впервые было два отверстия от правильным). (C) перемещение мыши во время побега заговор против линейное расстояние между начальной позиции животного и в целевое расположение, показаны, что рейс близка к линейной. Коробки и усы Показать данные из 10-90 процентилей и оставшиеся точки данных отображаются в виде кругов. Красный цвет участки являются данные от слуховой стимуляции (n = 36 ответы от 15 животных) и черный от визуальной стимуляции (n = 51 ответов от 26 животных). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: мышей не используйте проксимальной визуальные подсказки или подсказки, связанных с жильем для руководства побег ответы. (A) перемещения сюжет как показано на рисунке 2 c, для выработки до и после поворота платформы. (B) точность навигации во время побега в пред- и пост ротации условий. После вращения точность измеряется относительно первоначального расположения жилья и показывает, что мышей перехода обратно в исходное местоположение жилья вместо новой позиции. (C) часть побега ответы, направленные на новое местоположение жилья, заговор против стимуляции номер. После презентации 5й стимул, все животные бежать прямо на новое местоположение жилья (n = 9 животных). (D) означает скорость через животных в ответ на визуальной стимуляции с жильем доступны (красный) или отсутствует (синий), показывая побег и замораживания ответы, соответственно. Скорость нормализуется до базовой линии и согласовать время реакции (определяемой как либо начала рейса или замораживания ответ, пунктирная линия). Затененные области показывают SEM. (n = 7 животных). Для 2A и 2B, коробки и усы Показать данные из 10-90 процентилей и оставшиеся точки данных отображаются в виде кругов. Красный цвет участки являются данные от слуховой стимуляции до платформы вращения (n = 25 ответов от 8 животных) и синий из ответов после вращения платформы (n = 8 ответов от 8 животных). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Discussion
Анализы, которые мы опишем здесь технически просты для выполнения, и за исключением платформы вращения экспериментов, могут быть легко реализованы в стандартной Барнс лабиринт. Тем не менее, могут возникнуть несколько осложнений: с одной стороны, мышь может показаться боится ввода жилья, которое может из-за укрытия не будучи достаточно очищенной или сушеная. С другой стороны мышь может остаться внутри укрытия для очень длительного времени. Это важно для этих экспериментов, что животных никогда не удаляются из укрытия вручную, поскольку это может нарушить пути интеграции, а также бедствия животных и изменить их реакции на угрозу. Мы предлагаем прекращения эксперимент после 90 мин и переаттестации после 48 ч при необходимости. Другим соответствующим практическим соображением является, что когда мышь исследует края платформы, он не может обнаружить визуальные раздражители если его голова угловой через край, и поэтому мы рекомендуем, удержание раздражителей в таких ситуациях. Кроме того мышь может спрыгнуть вниз платформы в редких случаях. Мы предлагаем, закончившийся эксперимент и переаттестации после 48 ч. мышей, которые активно оставляют платформы раз, вероятно, сделать это снова в будущем и может быть исключены из сферы исследования. Наконец из нашего опыта, большинство мышей будут реагировать визуальный раздражитель (34/36 мышей). Однако если мышь не показывают какой-либо ответ на визуальный раздражитель (старт-рефлекс, рейса или замораживания ответ), они должны исключаться из этого исследования.
Важный момент, чтобы рассмотреть является контроль сенсорные сигналы обычно является проблемой в пространственной памяти анализов, как часто трудно устранить все возможные источники загрязнения сигналы. Наши экспериментальные установки снижает внешние визуальные подсказки, вокруг лабиринта с стеной, и она размещается внутри шкаф звук увлажнения для звуковой изоляции. Чтобы свести к минимуму обонятельные сигналы, мы рекомендуем, тщательной очистки установки с 70% этанол или уксусной кислоты между экспериментов.
Наши поведенческие пробирного добавляет предыдущие методы для изучения26 пространственной навигации с помощью инстинктивное оборонительного поведения для зонда пространственной памяти и упором на этологическая сценариев. Критическое различие между процедурами, описанные здесь и стандартного анализа BM является отсутствие учебных занятий. В нашем анализов в период привыкания гарантирует, что мыши посещений жилья по крайней мере один раз и часто много больше раз, которые мы ранее показали, чтобы быть достаточно, чтобы запомнить расположение жилья2. Мы считаем, что важной причиной для высокий уровень успеха и точность в поиске жилья, несмотря на отсутствие профессиональной подготовки вытесняя никогда не пассивно животного во время эксперимента, таким образом делая путь интеграции стратегии жизнеспособной навигации. Однако мы отмечаем, что наши пробирного сделок с памятью формируется и оценке в течение одной сессии, и что мы не испытали для долговременной памяти нахождения жилья, которое обычно является целью стандартных экспериментов BM. Наконец, с помощью дискретных врожденной отрицательной стимулы, а не часто используемые вентилятора или шум для продолжительности сессии, наши пробирного обеспечивает очень хорошо экспериментальный контроль на двух поведения, которые могут использовать различные навигационные стратегии: нагула и жилье направленных побег. Мы считаем, что использование этих анализов в сочетании с современной неврологии методов для записи и манипулирования нервная деятельность может обеспечить важную информацию как нейронных цепей вычислить поведение.
Disclosures
Большая часть данных, включенных в раздел результатов представляет собой подмножество данных, представленных в Вале et. al. 2017.
Acknowledgments
Эта работа финансировалась Уэллком траст Королевского общества Генри Дейл стипендий (098400/Z/12/Z), Совет медицинских исследований (СМИ) предоставить MC-вверх-1201/1 Уэллком траст и Гэтсби благотворительного фонда SWC стипендии (т.б.), MRC PhD стипендии (д.е. и Р.В) и Boehringer Ingelheim Fonds PhD стипендии (до Р.В). Мы благодарим Kostas Betsios для программирования данных приобретения программного обеспечения, ЛКМ, механические и электрические семинары для создания экспериментальной Арена.
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).
