En metriske test til vurdering af rumlig arbejdshukommelse hos voksne rotter efter traumatisk hjerneskade

Summary

Traumatisk hjerneskade (TBI) er almindeligt forbundet med hukommelsesnedsættelse. Her præsenterer vi en protokol til vurdering af rumlig arbejdshukommelse efter TBI via en metriske opgave. En metriske test er et nyttigt værktøj til at studere rumlig arbejdshukommelse værdiforringelse efter TBI.

Abstract

Svækkelser til sensorisk, kortsigtet og langvarig hukommelse er almindelige bivirkninger efter traumatisk hjerneskade (TBI). På grund af de etiske begrænsninger af humane undersøgelser giver dyremodeller egnede alternativer til testbehandlingsmetoder og til at studere mekanismerne og relaterede komplikationer af tilstanden. Eksperimentelle gnavermodeller har historisk set været de mest anvendte på grund af deres tilgængelighed, lave omkostninger, reproducerbarhed og validerede tilgange. En metriske test, som tester evnen til at huske placeringen af to objekter på forskellige afstande og vinkler fra hinanden, er en teknik til at studere svækkelse i rumlig arbejdshukommelse (SWM) efter TBI. De betydelige fordele ved metriske opgaver omfatter muligheden for dynamisk observation, lave omkostninger, reproducerbarhed, relativ brugervenlighed og miljø med lav stress. Her præsenterer vi en metriske testprotokol til måling af værdiforringelse af SWM hos voksne rotter efter TBI. Denne test giver en mulig måde at evaluere fysiologi og patofysiologi af hjernens funktion mere effektivt.

Introduction

Forekomsten af neurologiske underskud som opmærksomhed, udøvende funktion og visse hukommelsesunderskud efter moderat traumatisk hjerneskade (TBI) er mere end 50 procent^{1,2,3,4,5,6,7,8}. TBI kan føre til alvorlige funktionsnedsættelser i rumlige kortsigtet, langsigtet, og arbejdshukommelse⁹. Disse hukommelsesnedsættelser er blevet observeret i gnavermodeller af TBI. Gnavermodeller har gjort det muligt at udvikle teknikker til at teste hukommelsen, hvilket giver mulighed for dybere undersøgelser af virkningen af TBI på hukommelsesbehandling i neurale hukommelsessystemer.

To tests, der er relateret til henholdsvis topologisk og metrisk fysisk informationsbehandling, hjælper med måling af rumlig arbejdshukommelse (SWM). Den topologiske test afhænger af ændring af størrelsen af miljøområdet eller relaterede rum af forbindelse eller kabinet omkring et objekt, mens den metriske test vurderer ændringer i vinkler eller afstand mellem objekter^10,11. Goodrich-Hunsaker et al. tilpassede først den menneskelige topologiske test for rotter¹⁰ og anvendte den metriske opgave at adskille rollerne for parietal cortex (PC) og dorsal hippocampus i rumlig informationsbehandling¹¹. Tilsvarende gurkoff og kolleger evalueret metriske, topologiske og tidsmæssige bestilling hukommelse opgaver efter lateral væske slagtøj skade⁹. Der er en sammenhæng mellem skader på visse områder af hjernen og svækkelse af metriske eller topologiske hukommelse. Det er blevet foreslået, at metriske hukommelsesnedsættelser er relateret til læsioner i bilateral dorsal dentat gyrus og cornu ammonis (CA) sub-region CA3 af hippocampus, og at topologisk hukommelse svækkelse er relateret til bilaterale parietale cortex læsioner^10,12.

Formålet med denne protokol er at vurdere det rumlige hukommelsesunderskud i en rottepopulation via en metriske opgave. Denne metode er et velegnet alternativ til at undersøge mekanismer af SWM efter hjerneskade, og dens fordele omfatter den relative lethed af gennemførelsen, høj følsomhed, lave omkostninger ved reproducerbarhed, muligheden for dynamisk observation og et lavt stressmiljø. Sammenlignet med andre adfærdsmæssige opgaver som Barnes labyrint^13,14, Morris vand navigation opgave^15,16,17,eller rumlige labyrint opgaver^18,19, denne metriske test er mindre kompliceret. På grund af dens lette implementering kræver den metriske test en kortere og mindre stressende træningsperiode og finder sted over kun 2 dage^9:1 dag til beboelse og 1 dag til opgaven. Desuden er vores foreslåede test lettere at udføre end andre lav stresstest, såsom den nye objektgenkendelse (NOR) opgave, og kræver ikke den ekstra dag med habituation²⁰.

Dette papir giver en enkel model til evaluering af SWM efter hjerneskade. Denne vurdering af swm efter TBI kan bidrage til en mere omfattende undersøgelse af dens patofysiologi.

Protocol

Forsøgene blev udført i kølvandet på anbefalingerne fra Helsinkis og Tokyos erklæringer og retningslinjerne for anvendelse af forsøgsdyr i Det Europæiske Fællesskab. Forsøgene blev godkendt af Animal Care Committee of Ben-Gurion University of the Negev. En protokol tidslinje er illustreret i figur 1. 1. Kirurgiske procedurer og flydende slagtøj TBI Vælg voksne forstugue-dawley-rotter til mænd og kvinder, der har til huse ved en stuetemperatur…

Representative Results

Betydningen af sammenligninger mellem grupper blev bestemt ved hjælp af Mann-Whitney-testen. Statistisk signifikans af resultaterne blev anset for at være på P < 0,05, mens statistisk høj relevans blev målt til P < 0,01. Resultaterne viste ingen forskelle i NSS mellem alle grupper før intervention og 28 dage efter TBI. Hver gruppe bestod af 12 hun- eller 12 hanrotter. NSS-scorerne opnåede 48 timer efter, at TBI er præsenteret i tabel 1. Rotter fra TBI-gruppen, der vist…

Discussion

Ved specifikt at målrette den metriske rumlige informationsproces giver denne metriske test et nødvendigt værktøj til at forstå hukommelsesmangel efter TBI. Den protokol, der præsenteres i dette papir, er en ændring af tidligere beskrevne adfærdsopgaver¹¹. En tidligere beskrevet metriske opgave brugte to forskellige paradigmer, der hver bestod af tre habituationssessioner og en testsession. Det første paradigme bestod i at flytte de velkendte objekter tættere sammen efter beboelse, og de…

Materials

2% chlorhexidine in 70% alcohol solution	SIGMA – ALDRICH	500 cc	For general antisepsis of the skin in the operatory field
Bupivacaine 0.1 %
4 boards of different thicknesses (1.5cm, 2.5cm, 5cm and 8.5cm)			This is to evaluate neurological defect
4-0 Nylon suture	4-00
Bottles	Techniplast	ACBT0262SU	150 ml bottles filled with 100 ml of water and 100 ml 1%(w/v) sucrose solution
Bottlses (four) for topological an metric tasks			For objects used two little bottles, first round (height 13.5 cm) and second faceted (height 20 cm) shape and two big faceted bottles, first 9×6 cm (height 21 cm) and second 7×7 cm (height 21 cm).
Diamond Hole Saw Drill 3mm diameter		Glass Hole Saw Kit	Optional.
Digital Weighing Scale	SIGMA – ALDRICH	Rs 4,000
Dissecting scissors	SIGMA – ALDRICH	Z265969
Ethanol 99.9 %	Pharmacy		5%-10% solution used to clean equipment and remove odors
EthoVision XT (Video software)	Noldus, Wageningen, Netherlands		Optional
Fluid-percussion device	custom-made at the university workshop		No specific brand is recommended.
Gauze Sponges	Fisher	22-362-178
Gloves (thin laboratory gloves)			Optional.
Heater with thermometer	Heatingpad-1	Model: HEATINGPAD-1/2	No specific brand is recommended.
Horizon-XL	Mennen Medical Ltd
Isofluran, USP 100%	Piramamal Critical Care, Inc	NDC 66794-017	Anesthetic liquid for inhalation
Office 365 ProPlus	Microsoft	–	Microsoft Office Excel
Olympus BX 40 microscope	Olympus
Operating  forceps	SIGMA – ALDRICH
Operating  Scissors	SIGMA – ALDRICH
PC Computer for USV recording and data analyses	Intel		Intel® core i5-6500 CPU @ 3.2GHz, 16 GB RAM, 64-bit operating system
Plexiglass boxes linked by a narrow passage			Two transparent 30 cm × 20 cm × 20 cm plexiglass boxes linked by a narrow 15 cm × 15 cm × 60 cm passage
Purina Chow	Purina	5001	Rodent laboratory chow given to rats, mice and hamster is a life-cycle nutrition that has been used in biomedical researc for over 5
Rat cages  (rat home cage or another enclosure)	Techniplast	2000P	No specific brand is recommended
Scalpel blades 11	SIGMA – ALDRICH	S2771
SPSS	SPSS Inc., Chicago, IL, USA	20 package
Stereotaxic Instrument	custom-made at the university workshop		No specific brand is recommended
Timing device	Interval Timer:Timing for recording USV's		Optional. Any timer will do, although it is convenient to use an interval timer if you are tickling multiple rats
Topological and metric tasks device	Self made in Ben Gurion University of Negev		White circular platform 200 cm in diameter and 1 cm thick on table
Video camera	Logitech	C920 HD PRO WEBCAM	Digital video camera for high definition recording of rat behavior under plus maze test
Windows 10	Microsoft