Test della memoria spaziale tramite uso di labirinti

L'apprendimento spaziale e la memoria sono funzioni neurologiche che ci permettono di ricordare le cose associate al nostro ambiente. Ci consentono di svolgere compiti semplici, come evitare aree pericolose in base alla nostra esperienza precedente e ricordarci dove teniamo le nostre cose. A nostro vantaggio, o svantaggio, tratti simili sono osservati nei roditori, rendendoli modelli eccellenti per studiare questo fenomeno, che gli scienziati comportamentali fanno con l'aiuto di labirinti.

Questo video esaminerà brevemente i principi e la neurobiologia dell'apprendimento spaziale e della memoria, i protocolli generalizzati per eseguire esperimenti con diversi tipi di labirinti e come i ricercatori neurocomportamentali utilizzano questi strumenti nei laboratori di oggi.

Iniziamo con una breve panoramica dell'apprendimento spaziale e della memoria e dei principi generali alla base dei test del labirinto nei roditori.

Mentre un organismo naviga in un ambiente sconosciuto, ottiene informazioni sulla posizione di punti di riferimento, ostacoli e punti di interesse. Queste informazioni spaziali sono incorporate transitoriamente nella memoria di lavoro o più permanentemente incorporate nella memoria di riferimento. L'ippocampo svolge un ruolo unico nella memorizzazione di queste informazioni. Studi che utilizzano la risonanza magnetica funzionale o fMRI hanno dimostrato che porzioni dell'ippocampo sono attive durante le attività che testano l'apprendimento spaziale e la memoria.

I ricercatori comportamentali esaminano l'apprendimento spaziale e la memoria nei roditori manipolando l'ambiente circostante dell'organismo con l'aiuto di labirinti. In senso lato, un labirinto è qualsiasi tipo di ambiente artificiale che un roditore deve navigare per raggiungere un obiettivo. Tipicamente, questi labirinti impiegano uno stimolo negativo, come la luce o l'acqua che spinge l'animale a viaggiare e arrivare a uno specifico. Il percorso e il tempo impiegato da un roditore per completare questo processo servono come parametro per quantificare l'apprendimento spaziale e la memoria.

Ora che hai imparato a conoscere i principi alla base dell'apprendimento spaziale e della memoria, discutiamo i protocolli generali degli esperimenti che coinvolgono diversi tipi di labirinti.

Per prima cosa, diamo un'occhiata al labirinto d'acqua di Morris, che è un test classico eseguito per valutare l'apprendimento spaziale e la memoria di riferimento. Questo labirinto è costituito da un serbatoio circolare pieno d'acqua. I segnali visivi sono disposti attorno al labirinto per associare ogni quadrante a un simbolo specifico. Viene quindi introdotta una piattaforma e per scopi di allenamento viene sollevata sopra l'acqua. Sebbene i roditori possano nuotare, non preferiscono; quindi l'acqua funge da stimolo negativo e cercano di raggiungere la piattaforma. Un roditore dovrebbe imparare ad associare la posizione della piattaforma con la posizione di uno specifico segnale visivo.

Per i test, un animale viene posto in un labirinto con acqua torbrata e una piattaforma sommersa. La quantità di tempo e i percorsi che l'animale prende per raggiungere la piattaforma sommersa vengono registrati per valutare l'apprendimento spaziale. Per valutare la memoria di riferimento, viene eseguita una prova della sonda in cui viene rimossa la piattaforma sommersa. La quantità di tempo che un roditore trascorre nel quadrante che aveva la piattaforma viene quindi registrata per valutare la memoria di riferimento.

Il prossimo labirinto di cui parleremo è il labirinto d'acqua radiale, che viene utilizzato per valutare la memoria di lavoro e di riferimento. Come indica il nome, questo labirinto coinvolge otto bracci radiali posti in un serbatoio pieno d'acqua. Qui, l'acqua funge di nuovo da stimolo negativo, che spinge l'animale a trovare una piattaforma posta all'estremità di una delle braccia. I segnali visivi sono solitamente posizionati intorno alla periferia del labirinto. Inizialmente, le piattaforme sommerse si trovano casualmente alle estremità di alcune delle braccia e per le prove di addestramento un roditore viene posto in un braccio di partenza senza piattaforma. Il roditore quindi nuota fino a raggiungere una delle piattaforme. Questo può essere ripetuto più volte e i dati raccolti durante questa fase possono essere utilizzati per valutare la memoria di lavoro o l'apprendimento spaziale.

Successivamente, la piattaforma utilizzata dal roditore durante l'allenamento viene rimossa per valutare la memoria di riferimento. I ricercatori valutano la memoria di riferimento registrando il numero di volte in cui un roditore visita il braccio che conteneva la piattaforma durante le prove di addestramento.

Infine, discutiamo del labirinto di Barnes, che segue gli stessi principi del labirinto d'acqua di Morris, ma è asciutto, il che lo rende meno stressante per questi animali terrestri.

Questo labirinto è costituito da una tavola con fori attorno alla sua circonferenza su cui sono posizionate luci brillanti. I roditori sono notturni, quindi la luce funge da stimolo negativo. Come altri labirinti, i segnali visivi si trovano intorno al tabellone. Per le prove di allenamento, un foro rimane aperto; questo è l'obiettivo del labirinto poiché conduce a una gabbia scura lontana dalla luce avversa.

Durante le prove di addestramento, un roditore corre il labirinto più volte e l'apprendimento spaziale viene valutato osservando i cambiamenti nella quantità di tempo e i percorsi che un roditore prende per arrivare al buco della gabbia. Per valutare la memoria di riferimento, il foro aperto nel labirinto di Barnes è coperto e registrare il tempo che un roditore trascorre nel quadrante dove una volta si trovava il foro della gabbia, è un modo per valutare la memoria di riferimento.

Ora che abbiamo esaminato diversi tipi di labirinti, esploriamo come gli scienziati neurocomportamentali li stanno usando oggi.

Per collegare i geni con l'apprendimento spaziale e la memoria, i ricercatori eseguono manipolazioni genetiche seguite da test del labirinto. In questo esperimento, gli scienziati hanno inibito l'espressione di specifici geni neuronali con l'aiuto della chirurgia stereotassica e poi hanno condotto il test del labirinto d'acqua di Morris. I risultati del test hanno fornito informazioni sul ruolo dei geni mirati nell'apprendimento spaziale e nella memoria.

I labirinti possono anche essere utilizzati per valutare come il danno cerebrale influisce sulla memoria spaziale. In questo esperimento, i ricercatori hanno analizzato l'effetto della lesione cerebrale ipossica causata da basse concentrazioni di ossigeno sulla memoria spaziale nel test del labirinto d'acqua del braccio radiale. Gli scienziati hanno dimostrato che tale danno ha influenzato negativamente sia la memoria di lavoro che la memoria di riferimento.

Infine, i labirinti possono essere abbinati a farmaci o sostanze chimiche per valutarne gli effetti. In questo particolare studio, i topi sono stati trattati con concentrazioni crescenti di bisfenolo A, o BPA, e testati nel labirinto di Barnes. I risultati hanno dimostrato che i topi che ricevevano dosi più elevate di BPA hanno dimostrato difetti nell'apprendimento spaziale, evidenziati da una maggiore latenza per raggiungere il buco della gabbia in studi successivi.

Hai appena visto il video di JoVE sul test dell'apprendimento spaziale e della memoria con l'aiuto di labirinti. Questo video ha fornito una panoramica dell'apprendimento spaziale e della memoria, ha discusso diversi tipi di labirinti e ha anche toccato il modo in cui i ricercatori stanno attualmente utilizzando i labirinti per comprendere meglio le basi genetiche e anatomiche dell'apprendimento spaziale e della memoria. Come sempre, grazie per aver guardato!