Presenterade protokollet ger en ihållande sensorisk konflikt för experiment som syftar till att studera långsiktiga lärande. Genom att permanent bära en fast enhet på deras huvuden, utsätts möss kontinuerligt för en sensorisk obalans mellan visuella och vestibulära ingångar medan fritt rörliga i hem burar.
Långsiktiga sensorisk konflikt protokoll är ett värdefullt sätt att studera motoriskt lärande. Presenterade protokollet ger en ihållande sensorisk konflikt för experiment som syftar till att studera långsiktiga lärande hos möss. Genom att permanent bära en enhet fast på deras huvuden, utsätts möss kontinuerligt för en sensorisk obalans mellan visuella och vestibulära ingångar medan fritt rörliga i hem burar. Detta protokoll kan därför lätt studiet av det visuella systemet och multisensoriska interaktioner över en utsträckt tidsram som annars skulle vara tillgänglig. Förutom att sänka experimentella kostnaderna för långsiktiga sensoriska lärande i naturligt bete möss, rymmer detta tillvägagångssätt kombinationen av in-vivo och in vitro- experiment. I det redovisade exemplet utförs video-oculography för att kvantifiera den vestibulo-okulär reflex (VOR) och optokinetic reflex (OKR) före och efter lärande. Möss utsätts för denna långsiktiga sensorisk konflikt mellan visuella och vestibulära ingångar presenterade en stark VOR vinst minskning men uppvisade några OKR förändringar. Detaljerade steg för enheten församlingen, Djurvård, och reflex mätningar rapporteras härmed.
Sensoriska konflikter, såsom visuella sådana, är närvarande i det dagliga livet, till exempel, om man bär glasögon eller under en hela livslängd (utvecklingsmässiga tillväxt, förändringar i sensoriska skärpa osv.). På grund av en väl beskrivna krets anatomi, lättkontrollerad sensoriska input, kvantifierbara motor utgångar och exakt kvantifiering metoder1, blick har stabilisering reflexer använts som modeller för motor lärande i många arter. Hos människor och apor studeras vestibulo-okulär reflex (VOR) anpassning med hjälp av prismor som föremål bär för flera dagar2,3,4,5. Eftersom gnagare modellen tillåter en kombination av beteendeterapi och cellulära experiment, utvecklat vi en ny metod för att skapa långsiktiga sensorisk konflikt i fritt beter sig möss med en hjälm-liknande anordning. Inspirerad av den metod som används hos människor och apor, protokollet genererar en obalans mellan de vestibulära och visuella ingångar (dvs, visuo-vestibulära mismatch, VVM) som leder till en minskning av VOR vinst.
Klassiskt protokoll utlöser en VOR vinst-down anpassning hos gnagare består av roterande huvud-fast djuret på en skivspelare samtidigt vrida synfältet i fas. Detta paradigm skapar en visuo-vestibulära konflikt, vilket gör VOR kontraproduktiva. Långsiktig anpassning protokoll består av en upprepning av proceduren under loppet av flera dagar i följd6,7,8. Som ett resultat, när en stor grupp av djur behöver testas, kräver klassisk metod en stor mängd tid. Dessutom eftersom djuret är huvud-fast, inlärning är oftast begränsad till en diskret frekvens/hastighet och består av diskontinuerliga träningar avbryts av intertrial intervall av variabel längd6. Slutligen, klassiskt protokoll använder passiv lärande, som vestibulär stimulering inte genereras aktivt av djurets frivilliga rörelser, en situation som kraftigt formar vestibulära bearbetning9,10.
De ovannämnda experimentella begränsningarna är överträffas av den presenterade innovativa metoden. Den krävs kirurgisk metoden är enkel och de material som används är lätt tillgängliga kommersiellt. Den enda del som förlitar sig på dyrare material är kvantifiering av beteendet; grunderna i protokollet får dock användas för alla experiment, från in vitro- undersökningar till andra beteendemässiga studier av lärande. Genom att skapa en tillfällig synnedsättning och en visuo-vestibulära konflikt över flera dagar, kan Sammantaget denna metod enkelt överföras till någon studie som sysslar med sensorisk störning eller motoriskt lärande.
Den långsiktiga sensoriska störning beskrivs här består av en visuo-vestibulära obalans som produceras i fritt-beter sig möss. För att implantera den enhet som möss bära för 14 dagar, utförs en enkel och kort kirurgi med hjälp av ett kommersiellt tillgängliga kirurgiska kit. Möss återhämta sig i mindre än 1 h från proceduren headpost implantation och visar inga associerade tecken på ångest från det. Därefter i det givna exemplet av tillämpningen av detta protokoll mäts VOR och OKR med hjälp av video-oculography-tekniken. Ändå, denna enhet-inducerad långsiktigt lärande protokoll kan användas i en mängd olika experiment som in vitro elektrofysiologi1, neuronal imaging och olika beteendemässiga analyser. Logiken bakom utvecklingen av denna teknik var inspirerad av den prism-baserad metod som används hos människor och apor. Denna teknik skiljer sig dock eftersom det försämrar i stället för att ändrar vision. Det utgör således, (i sin nuvarande form) ett extremfall av visuo-vestibulära mismatch. Författarna anser att den angivna tekniska informationen kan vara användbar för att utforma en prisma-liknande version av enheten eller vidareutveckla specifika funktion-begränsa enheter16.
Gjorda av en ljus (0.9 g) poly (mjölksyra) plast huvud enheten var utformad för att passa huvudet av en ung vuxen mus, vilket gör att skyddet av nosen och lämnar tillräckligt utrymme sidled för att låta djur brudgummen. Den främre delen av denna enhet exponerar slutet av nosen att tillåta utfodring och grooming beteenden. Enheten är svagt ogenomskinlig, så att djuret berövas exakt vision av det omgivande men tar fortfarande emot luminans stimulering. De randiga och simulerade implantationer testas för att säkerställa att de uppmätta effekterna beror främst på den visuo-vestibulära obalans orsakas av hög kontrast visuella signalen under självgenererade rörelser av randiga enheten och inte av proprioceptiva ändring (dvs, vikten av enheten tillämpas i mouse´s huvud och hals).
Experimentellt, få möss som bar randig enheten visade en betydande VOR minskning med 50% efter perioden lärande. ändå kan det vara en interindividuell variabilitet för absoluta vinst värden. Sham möss visade inga betydande VOR få förändringar, vilket visar att minskningen VOR orsakas av sensoriska konflikten och inte av motorisk försämring. Dessutom unga möss (< P26) visade VOR och OKR få värden lägre än äldre djur17. Därför har djurens ålder att beaktas när man planerar experiment. Slutligen är ovannämnda möss uteslutningskriterier (se avsnitt 4.5) ett avgörande steg som bör följas för att säkerställa välbefinnande samt upprätta tillförlitliga resultat.
En av fördelarna med detta protokoll är den tid som det sparar praktiker under perioden lärande jämfört med andra typer av VOR/OKR anpassning protokoll. Hittills, har VOR anpassning hos möss studerats av huvud-fastställande och utbildning djuret på en roterande skivspelare6,8,18,19, vilket är tidskrävande, särskilt när en massa djur måste vara utbildade. Presenterade protokollet tillåter utbildning av flera djur samtidigt och sparar tid. Dessutom i dessa klassiska experiment är utbildningarna vanligtvis begränsad till 1 h per dag, lämnar långa perioder av förmodad unlearning som orsakar anpassning till vara en upprepade växling av lärande/unlearning med olika dynamics20. Här, möjliggör huvud-fixering av enheten oavbruten lärande. En annan fördel är att eftersom perioden lärande genereras i en fritt beter sig huvud-fri situation, möss kan lära sig genom en rad naturliga huvudrörelser som genereras aktivt. I de klassiska protokoll är djuret huvud-fast medan att vara passivt roteras på skivtallriken så att inlärningen sker vid en bestämd stimulering (en frekvens, en hastighet)21 som inte återspeglar huvudrörelser naturliga utbredningsområde. Det är viktigt för att notera att det vestibulära systemet kodar rörelser annorlunda när de genereras aktivt av föremål eller när externt tillämpas10; Således kan de cellulära mekanismer som utlöses i båda situationerna också variera.
Sammantaget är den beskrivna metoden lämplig för kombinerade/Invivo/in vitro- studier på långsiktig sensoriska anpassningar som inträffar efter en visuell konflikt eller visuo-vestibulära mismatch i fritt bete möss. Sensoriska konflikter är en erkänd orsak till åksjuka, som är ett område som rönt nyligen användning av möss22,23. Det visades nyligen att vinst anpassning orsakad av användning av denna enhet erbjuder skydd mot åksjuka när möss utsätts för en provocerande stimulans15. Detta protokoll kunde därför användas för att identifiera de cellulära mekanismer som ligger till grund för anpassning till en sensorisk konflikt samt att utveckla mot åksjuka behandlingar.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar Patrice Jegouzo för huvud-enheter och headpost utveckling och produktion. Vi tackar också P. Calvo, A. Mialot och E. Idoux för deras hjälp i utvecklingen av tidigare versioner av enheten och VVM protokoll.
Detta arbete finansierades av den Centre National des Etudes Spatiales, CNRS och den Université Paris Descartes. J. C. och M. B. få stöd från den franska ANR-13-CESA-0005-02. F. F. B. och M. B. få stöd från den franska 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 |