Præsenteres protokollen producerer en vedvarende sensoriske konflikt for eksperimenter med henblik på at studere langsigtede læring. Af permanent iført en fast enhed på deres hoveder, udsættes mus konstant for en sensorisk uoverensstemmelse mellem visuelle og vestibulære input mens du frit flytter i hjem bure.
Langsigtet sensoriske konflikt protokoller er et værdifuldt middel til at studere motoriske læring. Præsenteres protokollen producerer en vedvarende sensoriske konflikt for eksperimenter med henblik på at studere langsigtede læring i mus. Af permanent iført en enhed fast på hovedet, udsættes mus konstant for sensoriske uoverensstemmelse mellem visuelle og vestibulære input mens du frit flytter i hjem bure. Derfor, denne protokol let kan studiet af det visuelle system og multisensoriske interaktioner over en længere tidsramme, der ikke ville ville være tilgængeligt. Ud over at sænke de eksperimentelle omkostningerne ved langsigtede sensoriske læring i naturligt opfører mus, rummer denne tilgang kombinationen af i vivo og in vitro- eksperimenter. I eksemplet rapporterede er video-oculography udført for at kvantificere vestibulo-okulære refleks (VOR) og optokinetic refleks (OKR) før og efter læring. Mus udsættes for denne langsigtede sensoriske konflikt mellem visuelle og vestibulære indgange præsenteret en stærk VOR gevinst fald men udstillet par OKR ændringer. Detaljerede trin enhed forsamling, dyrs pleje, og refleks målinger er hermed rapporteret.
Sensoriske konflikter, såsom visuelle dem, er til stede i dagligdagen, for eksempel, når man bærer briller eller under en hel levetid (udviklingsmæssige vækst, ændringer i sensoriske skarphed, osv.). På grund af en velbeskrevet kredsløb anatomi, let kontrolleret sensoriske input, målelige motor udgange og præcis kvantificering metoder1, blik er stabilisering reflekser blevet brugt som modeller af motordrevne læring i mange arter. I mennesker og aber, er vestibulo-okulære refleks (VOR) tilpasning undersøgt ved hjælp af prismer, som emnet bærer for flere dage2,3,4,5. Da den gnavere model giver kombinationen af adfærdsmæssige og cellulære eksperimenter, udviklet vi en ny metode til at skabe langsigtede sensoriske konflikt i frit opfører sig mus med en hjelm-lignende enhed. Inspireret af den metode, der anvendes i mennesker og aber, protokollen genererer en uoverensstemmelse mellem de vestibulære og visuelle input (dvs. visuo-vestibulære uoverensstemmelse, VVM), der fører til et fald i VOR gevinst.
Klassisk protokoller udløser en VOR gevinst-down tilpasning i gnavere består af roterende hoved-fast dyret på en pladespiller mens roterende det visuelle felt i fase. Dette paradigme skaber en visuo-vestibulære konflikt, hvilket gør VOR kontraproduktiv. Langsigtet tilpasning protokoller består af en gentagelse af denne procedure i løbet af flere på hinanden følgende dage6,7,8. Som et resultat, når en stor gruppe af dyr skal testes, kræver klassisk metode en stor mængde tid. Desuden, fordi dyret er hoved-fast, læring er for det meste begrænset til en diskret frekvens/hastighed og bestå af diskontinuert træninger afbrudt af intertrial intervaller af varierende varighed6. Endelig, klassisk protokoller bruger passiv læring, som den vestibulære stimulation ikke er aktivt genereret af dyrets frivilligt bevægelser, en situation, som kraftigt former vestibulære forarbejdning9,10.
De førnævnte eksperimentelle begrænsninger er overgået af den præsenterede innovative metode. Den krævede kirurgiske tilgang er ligetil, og de anvendte materialer er let tilgængelige kommercielt. Den eneste del, der bygger på dyrere materiale er kvantificering af adfærd; ikke desto mindre, de grundlæggende elementer i protokollen kan anvendes til enhver eksperiment, fra in vitro- undersøgelser til andre adfærdsmæssige undersøgelser af læring. Samlet, ved at generere en midlertidig synshandicap og visuo-vestibulære konflikt over flere dage, denne metodologi kan nemt overføres til enhver undersøgelse beskæftiger sig med sensoriske undertrykkelse af netbårne eller motoriske læring.
Den langsigtede sensoriske undertrykkelse af netbårne beskrevet her består af en visuo-vestibulære uoverensstemmelse produceret i frit opfører sig mus. For at implantere den enhed, der mus bære for 14 dage, er en enkel og kort operation ved hjælp af en kommercielt tilgængelig kirurgisk kit udført. Mus inddrive i mindre end 1 time fra denne headpost implantation procedure og viser ingen tilknyttede tegn på angst fra det. Senere, i det givne eksempel på anvendelse af denne protokol, er VOR og OKR målt ved hjælp af video-oculography teknik. Ikke desto mindre, denne enhed-induceret langsigtede læring protokollen kunne bruges i en lang række eksperimenter som in vitro- Elektrofysiologi1, neuronal imaging og forskellige adfærdsmæssige assays. Rationalet bag udviklingen af denne teknik var inspireret af den prisme-baserede metode, der anvendes i mennesker og aber. Denne teknik, men adskiller sig, fordi det svækker snarere end ændrer vision. Det udgør således, (i sin nuværende form) et ekstremt tilfælde af visuo-vestibulære uoverensstemmelse. Forfatterne mener, at de angivne tekniske oplysninger kan være nyttige for design af en prisme-lignende version af enheden eller videreudvikling af specifikke funktion begrænser enheder16.
Lavet af et lys (0,9 g) poly (mælkesyre) plastik, hovedet enheden var designet til at passe i spidsen for en ung voksen mus, tillader beskyttelse af snuden og forlader nok plads lateralt for at lade dyr gommen. Den forreste del af denne enhed udsætter slutningen af snude at tillade fodring og soignering adfærd. Enheden er lidt uigennemsigtig, så dyret er frataget præcis vision af de omkringliggende men stadig modtager luminans stimulation. De stribede og forlorne implantations er testet for at sikre, at de målte effekter primært skyldes den visuo-vestibulære uoverensstemmelse forårsaget af høj kontrast visuelle signal under selvstændige genereret bevægelser af den stribede enhed og ikke af proprioceptiv modifikation (dvs., vægten af enheden anvendes i mouse´s hoved og hals).
Eksperimentelt, få mus, der bar den stribede enhed viste en betydelig VOR fald på 50% efter læring perioden; stadig, der er en indbyrdes individuelle variation for absolut gevinst værdier. Fingeret mus viste ingen væsentlige VOR få ændringer, således viser at VOR reduktion er forårsaget af den sensoriske konflikt og ikke af motor værdiforringelse. Derudover unge mus (< P26) viste VOR og OKR få værdier lavere end ældre dyr17. Derfor har dyrs alder skal tages i betragtning under planlægningen af forsøget. Endelig er førnævnte mus udelukkelseskriterier (afsnit 4.5) et afgørende skridt, der bør følges for at sikre trivsel samt fastlægge pålidelige resultater.
En af fordelene ved denne protokol er den tid, det sparer eksperimentatorer periode læring i forhold til andre typer af VOR/OKR tilpasning protokoller. Hidtil har er VOR tilpasning i mus blevet undersøgt af hoved-fastsættelse og uddannelse dyret på en roterende drejeskive6,8,18,19, som er tidskrævende, især når en masse dyr skal være uddannet. Præsenteres protokollen giver mulighed for uddannelse af flere dyr på én gang og sparer tid. Desuden, i disse klassiske eksperimenter er træninger typisk begrænset til 1 time om dagen, forlader lange perioder af formodede aflære, der forårsager tilpasning til at være en gentog vekslen af læring/aflære med forskellige dynamics20. Her, hoved-fiksering af enheden giver mulighed for uafbrudt læring. En anden fordel er, at da læring perioden er genereret i en frit opfører hoved-fri situation, mus er i stand til at lære gennem en vifte af naturlige hoved bevægelser, der er aktivt genereres. I de klassiske protokoller er dyret hoved-fast, mens at være passivt roteret på pladespilleren, således at læring sker ved en målrettet stimulering (én frekvens, én hastighed)21 , der ikke afspejler den naturlige udbredelsesområde af hoved bevægelser. Det er vigtigt for at bemærke, at det vestibulære system koder bevægelser forskelligt hvornår de er aktivt genereres af emnet, eller når eksternt anvendt10; således, de cellulære mekanismer, der udløses i begge situationer kan også variere.
Samlet set er den beskrevne metode egnet til kombineret/in vivo/in vitro- undersøgelser på langsigtede sensoriske tilpasninger opstår efter en visuel konflikt og/eller visuo-vestibulære uoverensstemmelse i frit opfører mus. Sensoriske konflikter er en anerkendt årsag til køresyge, som er et felt, der for nylig har tiltrukket brug af mus22,23. For nylig blev det påvist, at gevinst tilpasning forårsaget ved brug af denne enhed tilbyder beskyttelse mod køresyge, når musene er udsat for en provokerende stimulus15. Derfor kunne denne protokol bruges til at identificere de cellulære mekanismer bag tilpasning til en sensorisk konflikt samt udvikle anti-køresyge behandlinger.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Patrice Jegouzo for hoved enheder og headpost udvikling og produktion. Vi takker også s. Calvo, A. Mialot og E. Idoux for deres hjælp i udviklingen af tidligere versioner af enhed og VVM-protokollen.
Dette arbejde blev finansieret ved centret nationale des Etudes Spatiales, CNRS og Université Paris Descartes. J. C. og M. B. modtager støtte fra den franske ANR-13-CESA-0005-02. F. F. B. og M. B. modtager støtte fra den franske ANR-15-CE32-0007.
3D printer | Ulimaker, USA | S5 | |
Blunt scissors | FST | 14079-10 | |
Catalyst V | Sun Medical, Japan | LX22 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Dentalon Plus | Heraeus | 37041 | |
Eyetracking system and software | Iscan | ETN200 | |
Green activator | Sun Medical, Japan | VE-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Monomer | Sun Medical, Japan | MF-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Ocrygel | TvmLab | 10779 | Ophtalmic vet ointment |
Polymer L-type clear (cement) | Sun Medical, Japan | TT12F | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Sketchup | Trimble | 3D modeling software used for the device's ready-to-print design file | |
Turntable | Not commercially available |