Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Bruk av et rekonfigurerbart labyrintsystem for å forbedre reproduserbarheten av romlige navigasjonstester hos gnagere

Published: December 2, 2022 doi: 10.3791/64754
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Laboratory of Cognitive and Behavioral Neuroscience, Graduate School of Brain Science, Doshisha University

Summary

Den nåværende protokollen beskriver en rekonfigurerbar labyrint, et unikt system for testing av romlig navigasjon og atferdsfenotyper hos gnagere. Tilpasningsevnen til dette labyrintsystemet muliggjør utførelse av ulike eksperimenter i et enkelt fysisk miljø. Den enkle strukturelle omleggingen genererer pålitelige og reproduserbare eksperimentelle resultater.

Abstract

Flere labyrintformer brukes til å teste romlig navigasjonsytelse og atferdsfenotyper. Tradisjonelt krever hvert eksperiment en unik labyrintform, og krever dermed flere separate labyrinter i forskjellige konfigurasjoner. Labyrintgeometrien kan ikke konfigureres på nytt i ett enkelt miljø for å imøtekomme skalerbarhet og reproduserbarhet. Den rekonfigurerbare labyrinten er en unik tilnærming for å løse begrensningene, noe som muliggjør raske og fleksible konfigurasjoner av labyrintveier på en repeterbar måte. Den består av sammenlåsende veier og inkluderer matere, tredemøller, bevegelige vegger og avstengningssensorer. Den nåværende protokollen beskriver hvordan den rekonfigurerbare labyrinten kan gjenskape eksisterende labyrinter, inkludert de T-formede, plussformede, W-formede og figur-åtte labyrinter. I utgangspunktet ble den T-formede labyrinten konstruert inne i et enkelt eksperimentelt rom, etterfulgt av modifikasjoner. Den raske og skalerbare protokollen som er skissert her, demonstrerer fleksibiliteten til den omkonfigurerbare labyrinten, oppnådd gjennom tillegg av komponenter og atferdsopplæringsfaser på en trinnvis måte. Den rekonfigurerbare labyrinten vurderer systematisk og presist ytelsen til flere aspekter av romlig navigasjonsoppførsel.

Introduction

Romlig navigasjon er en grunnleggende evne for et dyr til å identifisere en passende rute til et målrettet mål. Ulike kognitive prosesser, som beslutningstaking, læring og hukommelse, er nødvendig under navigering. Bruk av disse prosessene tillater erfaringslæring når man bestemmer den korteste veien til et mål. Mazetester brukes til å undersøke atferdsmessige og fysiologiske mekanismer for romlig navigasjon1. For eksempel vurderer den T-formede labyrinten2,3, plussformet labyrint4, radialarmlabyrint5,6 og figur-åtte labyrint7 romlig navigasjonsatferd, inkludert kognitive variabler som beslutningstaking8 og angst9.

Hver labyrintform har fordeler og ulemper, og krever mangefasetterte eksperimenter ved hjelp av flere labyrintoppgaver for å vurdere spesifikk læring og minne10,11. For eksempel er den spontane vekslingsoppgaven, der et dyr velger mellom venstre og høyre arm uten å kreve læring, en typisk romlig arbeidsminneoppgave som kan vurderes med de T-formede og Y-formede labyrinter12. De plussformede og radiale armlabyrinter, som bruker hoderetning og eksterne signaler, brukes til å bestemme målrettet navigasjonsevne13. Figur-åtte og modifiserte T-formede labyrinter, som skiller rutene ved valg og retur, brukes til å evaluere romlige arbeidsminneoppgaver ved å analysere navigasjonsfunksjonen etter bane14,15.

Det kan være utfordrende å opprettholde konsistens mellom labyrinter når du bruker flere labyrinter i ett eksperiment. Gnagere antas å bruke visuelle signaler for navigering16,17,18; Olfaktoriske19,20 og somatosensoriske21 modaliteter kan også brukes til romlig kognisjon og kan bidra til navigasjonsevne. Hvis en serie labyrinteksperimenter utføres ved hjelp av forskjellige rom, oppsett, dimensjoner og materialer, kan disse variablene påvirke navigasjonsstrategien til gnagere. Romlige navigasjonsstudier krever strengest mulig kontroll av disse variablene; Imidlertid kan det være kostbart å opprettholde et standardisert labyrintapparat for forskjellige former eller gjenoppbygge labyrinten for hvert eksperiment. Disse vanskelighetene hindrer en systematisk måte å gjennomføre en rekke eksperimenter innenfor samme laboratorium.

For å bekjempe konfigurerte begrensninger i tidligere etablerte labyrintstrukturer, beskrives et labyrintsystem som kan konfigureres i forskjellige former i et enkelt fysisk miljø22 her. Den "rekonfigurerbare labyrinten" kombinerer standardiserte deler, og gir et svært repeterbart, reproduserbart, fleksibelt og skalerbart testmiljø. Denne artikkelen beskriver muligheten for en omkonfigurerbar labyrint til å evaluere romlig navigasjon hos gnagere.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av Doshisha University Institutional Animal Care and Use Committees. Tre mannlige Long-Evans-rotter, i alderen mellom 24 og 28 uker (ved starten av atferdstrening), med kroppsvekter på 300-350 g, ble brukt til denne studien. Rottene ble plassert individuelt i hjemmebur (20 cm x 25 cm x 23 cm) på en 12 t lys / 12 t mørk tidsplan, med lysperioden som startet kl 08:00. Dyrene ble hentet fra en kommersiell kilde (se materialtabell).

1. Komponenter i Maze-systemet

MERK: Labyrintsystemet (inkludert alle komponentene, trinn 1.1-1.5) (se materialfortegnelse) må monteres i et skjermet rom dekket med kobbernett (4 m x 5 m for rotter og 1,8 m × 3,0 m for mus) for samtidig bruk av elektrofysiologisk nevral aktivitetsregistrering. Labyrinten må heves i fast høyde fra gulvet (55 cm for rotter og 34 cm for mus).

  1. Stansebrett
    1. Plasser hullbrettet i aluminium på skjoldgulvet (dimensjoner på stansebrettet: 360 cm x 480 cm x 1,2 cm for rotter; 160 cm x 160 cm x 1,2 cm for mus) (figur 1F,G).
      MERK: Eksperimentøren kan stå på brettet.
    2. Utstyr stansebrettet med et rutenett med like fordelte hull (for både rotter og mus, 25 mm hullavstand og 6 mm hulldiameter) (figur 2C).
      MERK: Disse hullene gjør det mulig å plassere svært repeterbare labyrinter (figur 2D).
  2. Tårn med fotplate
    1. Utvikle et tårn med en grunnplate laget av aluminium for å danne veier med fast høyde (dimensjonene til stammedelen av tårnet er 55 cm × 6 cm × 2 cm for rotter og 34 cm × 1,3 cm × 1,3 cm for mus) (figur 1A).
    2. Bruk grunnplaten til å fikse posisjonen til labyrintdelene (dimensjonene på grunnplaten er 18 cm × 11 cm × 0,5 cm for rotter og 12 cm × 7 cm × 0,3 cm for mus).
    3. Utstyr grunnplaten med fremspring for å koble et rutenett med like fordelte hull i stansebrettet (fremspringsdiameteren er 6 mm) (figur 2B).
    4. Bruk hullene til å koble sammen komponenter som matere, bevegelige vegger og tredemøller (se Materialfortegnelse) utstyrt med tårn med baseplater.
      MERK: For rotter hadde bunnplaten fire fremspring (lengde på 8 mm) (figur 1F) satt inn i hullene i stansebrettet. For mus var bunnplaten for lett til å støtte banen, så bolter ble satt inn i hullene (boltlengder var 14 mm) (figur 1G).
  3. Maze sti
    MERK: Den kommersielt tilgjengelige veien (49 cm × 10 cm for rotter og 39 cm × 5 cm for mus) ble laget av polyvinylklorid (tykkelse på 5 mm for rotter og 3 mm for mus) (se materialfortegnelse).
    1. Konstruer den minste delen av labyrinten ved å plassere stien i den øvre delen av tårnet (figur 1B).
    2. Design den øvre delen av tårnet for å samsvare med dimensjonene på undersiden av stien (dimensjonene på tårnets øvre del er 48 cm × 8 cm × 1 cm for rotter og 21,9 cm × 3,9 cm × 0,3 cm for mus). For å fikse stien til tårnet, plasser den på toppen.
    3. Sørg for sidebarrierer laget av polyvinylklorid for å forhindre at dyr faller (45 mm for rotter og 30 mm for mus).
      MERK: Flere mønstre er tilgjengelige for å koble stiene på forskjellige måter, for eksempel deler med bare en sidebarriere fjernet. 3D-modeller av banedelene er tilgjengelige (https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeParts) og kan skrives ut med en 3D-skriver (se Materialfortegnelse).
  4. Medfølgende deler
    MERK: Delene som kreves for atferdseksperimenter kan implementeres ved å feste en felles baseplate med banen.
    1. Plasser matere på siden av en hvilken som helst vei for å endre belønningsstedet (figur 1C).
      MERK: Dyr som stikker i matere, oppdages av avstengningssensorene (se materialfortegnelse).
    2. Plasser bevegelige vegger i mellomrommene mellom stiene for å tvinge dyr til å lede bevegelsesretningen (figur 1D).
      MERK: For rotter, når den bevegelige veggen er hevet, er veggens høyde 90 cm fra gulvet og 29,5 cm fra sidebarrierene til stien. Når den bevegelige veggen senkes, er veggens høyde 54 cm fra gulvet og -5,5 cm fra sidebarrierene på stien. For mus, når den bevegelige veggen er hevet, er veggens høyde 55 cm fra gulvet og 17 cm fra sidebarrierene til stien. Når den bevegelige veggen senkes, er veggens høyde 35 cm fra gulvet og -3 cm fra sidebarrierene til stien.
    3. Plasser tredemøller med stier for å tvinge frem løpsforsinkelser i faste posisjoner (figur 1E).
  5. Kontrollboks
    MERK: Kontroller hver del automatisk via kontrollboksen (figur 1H) (se materialfortegnelse).
    1. Bruk en mikrokontroller for å motta signaler fra tredemøller og matere via kontrollboksen.
      MERK: Avstengningssensoren på materen og antall tredemøllerotasjoner kan oppdages.
    2. Bruk en mikrokontroller til å sende aktiveringssignaler til tredemøller, matere og bevegelige veggaktuatorer i henhold til en fastsatt oppgaveplan via kontrollboksen. Kontroller individuelt dispensering og kassering av pellets, og heving og senking av den bevegelige veggen.

2. Evaluering av spesiell navigasjon av gnagere i den omkonfigurerbare labyrinten

MERK: Et dyreatferdseksperiment ble utført ved hjelp av den rekonfigurerbare labyrinten (utviklet i trinn 1).

  1. Eksempel konstruksjon av en labyrint
    MERK: Et eksempel på hvordan man monterer en T-formet labyrint for rotter som brukes i eksperimentet med forsinket veksling, er gitt i figur 3.
    1. Sett tårn med baseplater inn i stansebrettet for å danne et T-formet rammeverk (figur 3A).
    2. Fest stier til den øvre delen av tårnene (figur 3B).
    3. Erstatt banen i det forsinkede området med en tredemølle (figur 3C).
      MERK: Tredemøllen kan erstattes av en bane med samme høyde og lengde.
    4. Fest matere til hver kant av labyrinten (figur 3D).
    5. Fest bevegelige vegger til venstre og høyre gren (figur 3E).
      MERK: Pass på at dyrets pote og hale ikke blir fanget i hullene mellom seksjonene.
       
  2. Dyr
    1. Sørg for at kroppsvekten til rottene forblir mellom 300 og 350 g, og utfør alle atferdseksperimenter på dagtid.
  3. Utførelse av oppgave
    1. Oppstart og tilkobling av kontrollboksen, mikrokontrolleren og PC-en.
    2. Skriv et program for å sette opp oppgaveplanen og motta parametrene som trengs for eksperimentet.
    3. Skriv programmet til mikrokontrolleren og utfør en oppgave.
      MERK: Eksemplet på en fast oppgaveplan skrevet i C ved hjelp av et mikrokontrollerkort er tilgjengelig i et offentlig depot (https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeExample).
  4. Atferdseksperiment
    1. Konstruer ønsket labyrintform (trinn 2.1).
    2. Flytt rottene fra hjemmeburene og plasser dem i vilkårlig posisjon av labyrinten.
    3. La rottene fritt utforske den konstruerte labyrinten i 10 minutter for å venne seg.
    4. Sett opp et program for å utføre den forsinkede vekslingsoppgaven med tredemølle23,24.
      MERK: Parametrene som kreves for eksperimentet kan fås automatisk av programinnstillingene (f.eks. antall poking ganger, varighet av eksperimentet, tredemølle hastighet, etc.).
    5. Endre formen på labyrinten om nødvendig.
    6. Plasser rottene i vilkårlig posisjon i labyrinten og utfør trening eller test av den forsinkede vekslingsoppgaven.
      MERK: I denne studien ble treningsøktene gjennomført med gradvis økende forsinkelsestid og testøkter (med 5 s forsinkelsestid).
    7. Sett rottene tilbake i hjemmeburet etter hver oppgave.
    8. Tørk labyrinten grundig med 70% etanol etter hver rotte og vent minst 5 min før du bruker labyrinten igjen.
      MERK: Delene av stien kan løsnes fra tårnet slik at de kan tørkes grundig av lukt og smuss.

3. Atferdsmessig ytelse og dataanalyse

  1. Dyr bane
    1. Ta opp dyrs atferd under den forsinkede vekslingsoppgaven med et takmontert digitalt videokamera (se Materialfortegnelse).
      MERK: Ved å plassere kameraet i taket, kan eksperimentøren hele tiden registrere dyrenes bevegelser når de løper rundt labyrinten under oppgaven.
    2. Spor løpebanene ved hjelp av markørløs programvare for estimering av positur25 (se Materialfortegnelse) basert på bilder tatt med 50 bilder/s.

Representative Results

Noen deler av den rekonfigurerbare labyrinten brukte standard labyrintkonstruksjoner beskrevet i tidligere studier 3,4,7,26,27. Her ble det lineære sporet, T-formede, W-formede og figur-åtte labyrinter rekonfigurert i samme fysiske miljø (figur 4A-D). For å demonstrere at den rekonfigurerbare labyrinten kunne implementere den ønskede atferdstesten jevnt ved gradvis og rask skalering, inkluderte protokollen som ble brukt for representative resultater fire treningsfaser (figur 5A).

I fase I og II ble belønninger mottatt ved å stikke Feeder R etter å ha pirket Feeder A. I fase III og IV ble belønningen mottatt ved å stikke mater R etter å ha pirket matere A og B, i den rekkefølgen. I fase IV utløste poking av mater A tredemøllens rotasjon, og mater B kunne bare nås etter 5 s tvungen løping. I testfasen (forsinket vekslingsoppgave) var prosedyren lik fase IV, men mater R var i armene på hver kant av den T-formede labyrinten, og rotter ble belønnet ved å stikke motsatt mater fra forrige fase. Rotter var i stand til å bevege seg som svar på lengden og formen på den forlengende banen og endre matersteder (figur 5B). Alle faser ble utført i 30 forsøk, med hvert forsøk definert som en forekomst av rotta som nådde Feeder R. Oppgavevarigheten til de tre rottene som fullførte 30 forsøk i hver fase er vist i figur 6A. Gjentatte tiltak ANOVA bekreftet at fullføringstiden for rotter varierte mellom faser (F (4, 8) = 16,98, p < 0,05, Greenhouse-Geisser korrigert28). Rottene var i stand til å tilpasse seg fleksibelt til endringer i banelengde og belønningsforhold. I testfasen, som ble gjennomført dagen etter, nærmet alle rottene seg asymptotisk de høye prosentandelene av riktige valgresponser innen 3 dager (figur 6B).

Flere eksperimenter konstruerte labyrinter for å bekrefte at en slik trinnvis labyrintutvidelse kunne utføres raskt (figur 6C). I denne artikkelen ble tiden for de medfølgende delene (tredemølle, matere) lagt til morphing-tiden til banen i forrige rapport22 for å måle labyrintens konstruksjonstid praktisk. Ved hjelp av prosedyren for den forsinkede vekslingsoppgaven (figur 5A) endret fem eksperimenter labyrinten fra fase II-formen til testfaseformen. Tiden konvergerte til 67,80 ± 3,03 s (gjennomsnitt ± SE) på den tredje studien. Testen inkluderte eksperimenter som hadde brukt dette labyrintsystemet i flere år, og de som sjelden hadde brukt det.

Figure 1
Figur 1: Elementer i den rekonfigurerbare labyrinten. (A-E) Tårn med bunnplate og tilsvarende deler for rotter. (F,G) Festemetoden til grunnplaten er forskjellig for rotter og mus. Pilene indikerer fremspring (hvit) og bolter (blå). (H) Signalinngang/-utgang via kontrolleren for helautomatiske oppgaver. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Koble stansebrettet til bunnplaten. (A) Sett fra siden av bunnplaten, stansebrettet og et nærbilde av et fremspring. (B) Toppvisning av bunnplaten og stansebrettet, og et nærbilde av hullene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Prosess med T-formet labyrintmontering for forsinket vekslingsoppgave. (A-E) Bilder av den rekonfigurerbare labyrinten tatt ovenfra. Bildene av monteringsprosessen er i rekkefølge fra venstre til høyre. De røde pilene indikerer posisjonene til den nymonterte tredemøllen (C), matere (D) og bevegelige vegger (E). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Flere labyrintformer i ett enkelt miljø. Bilder av den rekonfigurerbare labyrinten. (AD) Rekonfigurerbar labyrinttest for rotter. Banedelene ble omkonfigurert til flere former i ett enkelt miljø, med referanse til plasseringen av banedelene omsluttet av rødt i (A). (VG Nett) Rekonfigurerbar labyrinttest for mus. Disse labyrinter ble plassert med matere (røde piler) og bevegelige vegger (grønne piler) hvor som helst. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Labyrintutvidelse og baner til en rotte . (A) Labyrintformen endres gradvis i løpet av tog- og testfasene av den forsinkede vekslingsoppgaven. Typen mater som brukes i oppgaven, er angitt med en farget boks. (B) Løpebaner for en representativ rotte. Hver bane tilsvarer fasen i (A). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Utførelse av labyrinteksperimenter. (A-B) Atferdsytelsen i 4 dager, fra treningsstart til testens slutt. (A) Fullføringstid for hver treningsfase og første dag i testfasen (n = 3). (B) Prosentandelen av riktige valgsvar (gjennomsnitt ± SE) i den forsinkede vekslingstesten. Stiplede linjer angir sjansenivåer. SE: standardfeil av gjennomsnittet. (C) Rekonfigurerbar labyrint monteringstid. Det lineære sporet ble modifisert til en T-formet labyrint (øverst). Modifikasjonen inkluderte tillegg av stier (hvit firkant), matere (svart firkant) og en tredemølle (grønn firkant). Fem eksperimenter utførte tre forsøk hver (nederst). Før testen utførte ekspertbrukeren (eksperiment 1) ett forsøk som et eksempel. Alle forsøkene ble utført samme dag. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Discussion

Den rekonfigurerbare labyrinten gjorde det mulig for oss å utføre en rekke labyrintoppgaver i et enkelt miljø. Like fordelte hull på gulvet og et forriglingssystem koordinert av tårn med baseplater garanterte en høy grad av repeterbarhet og reproduserbarhet. I tillegg kan strukturen enkelt festes og løsnes, og ønsket labyrintform kan konfigureres umiddelbart, og fungere som et effektivt, fleksibelt og skalerbart system.

Den omkonfigurerbare labyrinten tillot dyrene å lære raskt. I konvensjonelle labyrinteksperimentelle miljøer kan det være vanskelig å rekonfigurere lengden og formen på banen, og det er tidkrevende å gjennomføre tester som kombinerer flere labyrinter. Som demonstrert i denne studien, muliggjør den rekonfigurerbare labyrinten labyrintforlengelse på en trinnvis måte, der trening etter modifisering av komplekse atferdstester utføres effektivt på en enkelt dag (figur 6A, B). Videre er det enkelt for eksperimentøren å gjøre endringer. I denne studien ble labyrintmonteringstiden målt i flere forsøk, og eksperimentene fullførte konsekvent rekonstruksjonene på omtrent 1 til 2 minutter (figur 6A).

En stor fordel med dette labyrintsystemet er at det gjør det mulig å finjustere formen på labyrinten. Fordi gulvet er fylt med hull på stansebrettet, er det mulig å utføre fleksible labyrinteksperimenter som ville være vanskelig å oppnå med konvensjonelle labyrintsystemer. I den forsinkede vekslingsoppgaven som ble utført i denne studien, startet rottene forsinkelsen og forlot forsinkelsesområdet ved å stikke (figur 5A). Å plassere to matere i nærheten, som vi har gjort her, er vanskelig i et konvensjonelt labyrintsystem med fast geometri. I tillegg muliggjør dette labyrintsystemet motbalanserte modifikasjoner; for eksempel kan posisjonen til mater B enkelt byttes ut på motsatt side (figur 5A). Denne fordelen tillater også replikering av labyrintkonfigurasjoner på tvers av laboratorier. Flere labyrinter brukes til den forsinkede vekslingsoppgaven, inkludert figur-åtte-labyrinten, Y-labyrinten og W-labyrinten26,29,30. Belønningssonen, forsinkelsesområdet og forsinkelsesmetoden varierer også fra studie til studie23,31. Med den rekonfigurerbare labyrinten kan alle disse forskjellige labyrinter opprettes i et enkelt fysisk miljø og reproduseres i forskjellige laboratorier. Hvis dette systemet blir utbredt, kan det føre til standardisering av labyrintoppgaver mellom laboratorier.

Den rekonfigurerbare labyrinten støtter elektrofysiologiske multienhetsopptak, som undersøker nevrale korrelater som støtter romlig navigasjon22. I hippocampus-formasjon, som anses å spille en viktig rolle i romlig navigasjon, har flere typer celler blitt rapportert å kode romlig informasjon, for eksempel celler som skyter når de passerer en bestemt posisjon32 eller når de nærmer seg grensen til det ytre miljø33. Disse celletypene endrer sin avfyringsaktivitet basert på endringer i fjerne landemerker16,17,18. Dette systemet er ideelt for registrering av nevral aktivitet under romlige navigasjonseksperimenter fordi den rekonfigurerbare labyrinten bare kan endre formen på labyrinten samtidig som det samme miljøet opprettholdes. Den rekonfigurerbare labyrinten opprettholder streng ekstern miljøkontroll, en spesifikasjon som er relevant for eksperimentering med nevral aktivitet.

Den rekonfigurerbare labyrinten gir et optimalt miljø for labyrinteksperimenter, med noen forbehold. For det første konstrueres labyrinten ved å montere deler i hull i et stansebrett, slik at vinklene ikke kan endres fleksibelt. Den sirkulære labyrinten (figur 4E) overvinner dette problemet til en viss grad, men det er begrensninger for å legge kurver og vinkler til banen samtidig som man sikrer stabiliteten til labyrinten. I tillegg er noen klassiske labyrinter, som Morris vannlabyrint 34 og Barnes labyrint 35, og labyrinter utviklet de siste årene som honeycomb labyrinten36,37, vanskelig å konstruere ved å kombinere deler av de rekonfigurerbare labyrinter. Fremtidig innsats bør fokusere på å utforske metoder for å slå sammen disse labyrinttypene med den omkonfigurerbare labyrinten for å øke tilpasningsevnen og dekke mer kognitiv eksperimentering.

Disclosures

ST er en oppfinner av en undersøkt japansk patentsøknadspublikasjon (nr. P7137179, søker: Doshisha University) knyttet til den rekonfigurerbare labyrinten. F.S., K.I., H.A. og Y.T. oppgir ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av det japanske samfunnet for fremme av vitenskap, Kakenhi gir 16H06543 og 21H05296 til ST

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D printer Stratasys Ltd. uPrint
Arduino Mega 2560 R3 Elegoo JP-EL-CB-002
Camera Basler acA640-750uc
Control box O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-IF
DeepLabCut Mathis laboratory at Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne N/A
Feeder unit O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-PD
Free maze system for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-M1
Free maze system for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-R1
Long-Evans Rat Shimizu Laboratory Supplies, Co. LTD.  N/A
MATLAB MathWorks Matlab2020b
Movable wall for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-DM
Movable wall for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-DM
Pathway and tower for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-SS
Pathway and tower for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-SS
Pellet dispenser O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. PD-020D/PD-010D
Photo beam sensors unit for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-PS
Punching board for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-ST
Punching board for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-ST
Treadmill for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-TM

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Olton, D. S. Mazes, maps, and memory. American Psychologist. 34 (7), 583-596 (1979).
  2. Small, W. S. Experimental Study of the Mental Processes of the Rat. The American Journal of Psychology. 12 (2), 206-239 (1901).
  3. Jaffard, R., Dubois, M., Galey, D. Memory of a choice direction in a T maze as measured by spontaneous alternation in mice: Effects of intertrial interval and reward. Behavioural Processes. 6 (1), 11-21 (1981).
  4. Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 14 (3), 149-167 (1985).
  5. Olton, D. S., Collison, C., Werz, M. A. Spatial memory and radial arm maze performance of rats. Learning and Motivation. 8 (3), 289-314 (1977).
  6. Olton, D. S. The radial arm maze as a tool in behavioral pharmacology. Physiology & Behavior. 40 (6), 793-797 (1987).
  7. Baeg, E. H., et al. Dynamics of population code for working memory in the prefrontal cortex. Neuron. 40 (1), 177-188 (2003).
  8. Redish, A. D. Vicarious trial and error. Nature Reviews Neuroscience. 17 (3), 147-159 (2016).
  9. Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2 (2), 322-328 (2007).
  10. Levin, E. D. Learning about cognition risk with the radial-arm maze in the developmental neurotoxicology battery. Neurotoxicology and Teratology. 52, 88-92 (2015).
  11. Crawley, J. N., Paylor, R. A proposed test battery and constellations of specific behavioral paradigms to investigate the behavioral phenotypes of transgenic and knockout mice. Hormones and Behavior. 31 (3), 197-211 (1997).
  12. d'Isa, R., Comi, G., Leocani, L. Apparatus design and behavioural testing protocol for the evaluation of spatial working memory in mice through the spontaneous alternation T-maze. Scientific Reports. 11 (1), 21177 (2021).
  13. Gill, P. R., Mizumori, S. J. Y., Smith, D. M. Hippocampal episode fields develop with learning. Hippocampus. 21 (11), 1240-1249 (2011).
  14. Takahashi, S. Hierarchical organization of context in the hippocampal episodic code. eLife. 2, 00321 (2013).
  15. Lipton, P. A., White, J. A., Eichenbaum, H. Disambiguation of overlapping experiences by neurons in the medial entorhinal cortex. The Journal of Neuroscience. 27 (21), 5787-5795 (2007).
  16. Muller, R. U., Kubie, J. L. The Effects of Changes in the Environment on the Spatial Firing of Hippocampal Complex-Spike Cells. The Journal of Neuroscience. 7 (7), 1951-1968 (1987).
  17. Knierim, J. J. Dynamic interactions between local surface cues, distal landmarks, and intrinsic circuitry in hippocampal place cells. The Journal of Neuroscience. 22 (14), 6254-6264 (2002).
  18. Fyhn, M., Hafting, T., Treves, A., Moser, M. B., Moser, E. I. Hippocampal remapping and grid realignment in entorhinal cortex. Nature. 446 (7132), 190-194 (2007).
  19. Maaswinkel, H., Whishaw, I. Q. Homing with locale, taxon, and dead reckoning strategies by foraging rats: sensory hierarchy in spatial navigation. Behavioural Brain Research. 99 (2), 143-152 (1999).
  20. Wallace, D. G., Gorny, B., Whishaw, I. Q. Rats can track odors, other rats, and themselves: implications for the study of spatial behavior. Behavioural Brain Research. 131 (1-2), 185-192 (2002).
  21. Carvell, G. E., Simons, D. J. Biometric analyses of vibrissal tactile discrimination in the rat. The Journal of Neuroscience. 10 (8), 2638-2648 (1990).
  22. Hoshino, S., et al. The reconfigurable maze provides flexible, scalable, reproducible, and repeatable tests. iScience. 23 (1), 100787 (2019).
  23. Salz, D. M., et al. Time cells in hippocampal area CA3. The Journal of Neuroscience. 36 (28), 7476-7484 (2016).
  24. Kraus, B. J., et al. During running in place, grid cells integrate elapsed time and distance run. Neuron. 88 (3), 578-589 (2015).
  25. Mathis, A., et al. DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning. Nature Neuroscience. 21 (9), 1281-1289 (2018).
  26. Frank, L. M., Brown, E. N., Wilson, M. Trajectory encoding in the hippocampus and entorhinal cortex. Neuron. 27 (1), 169 (2000).
  27. Gothard, K. M., Skaggs, W. E., McNaughton, B. L. Dynamics of mismatch correction in the hippocampal ensemble code for space: interaction between path integration and environmental cues. The Journal of Neuroscience. 16 (24), 8027-8040 (1996).
  28. Greenhouse, S. W., Geisser, S. On methods in the analysis of profile data. Psychometrika. 24 (2), 95-112 (1959).
  29. Kraus, B. J., Robinson, R. J., White, J. A., Eichenbaum, H., Hasselmo, M. E. Hippocampal "time cells": time versus path integration. Neuron. 78 (6), 1090 (2013).
  30. Lenck-Santini, P. -P., Save, E., Poucet, B. Place-cell firing does not depend on the direction of turn in a Y-maze alternation task. European Journal of Neuroscience. 13 (5), 1055-1058 (2001).
  31. Pastalkova, E., Itskov, V., Amarasingham, A., Buzsáki, G. Internally generated cell assembly sequences in the rat hippocampus. Science. 321 (5894), 1322-1327 (2008).
  32. O'Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research. 34 (1), 171-175 (1971).
  33. Lever, C., Burton, S., Jeewajee, A., O'Keefe, J., Burgess, N. Boundary vector cells in the subiculum of the hippocampal formation. The Journal of Neuroscience. 29 (31), 9771-9777 (2009).
  34. Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
  35. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 93 (1), 74-104 (1979).
  36. Ormond, J., O'Keefe, J. Hippocampal place cells have goal-oriented vector fields during navigation. Nature. 607 (7920), 741-746 (2022).
  37. Wood, R. A., et al. The honeycomb maze provides a novel test to study hippocampal-dependent spatial navigation. Nature. 554 (7690), 102-105 (2018).

Tags

Atferd utgave 190
Bruk av et rekonfigurerbart labyrintsystem for å forbedre reproduserbarheten av romlige navigasjonstester hos gnagere
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sawatani, F., Tamatsu, Y., Ide, K.,… More

Sawatani, F., Tamatsu, Y., Ide, K., Azechi, H., Takahashi, S. Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents. J. Vis. Exp. (190), e64754, doi:10.3791/64754 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter