בדיקת זיכרון מרחבי באמצעות מבוכים

למידה מרחבית וזיכרון הם פונקציות נוירולוגיות המאפשרות לנו לזכור דברים הקשורים לסביבה שלנו. הם מאפשרים לנו לבצע משימות פשוטות, כמו להימנע מאזורים מסוכנים על סמך הניסיון הקודם שלנו, ומזכירים לנו היכן אנו שומרים את הדברים שלנו. לטובתנו, או חיסרון, תכונות דומות נצפות מכרסמים, מה שהופך אותם מודלים מצוינים לחקור את התופעה, אשר מדענים התנהגותיים לעשות בעזרת מבוכים.

וידאו זה יסקור בקצרה את העקרונות והנוירוביולוגיה של למידה מרחבית וזיכרון, פרוטוקולים כלליים להפעלת ניסויים עם סוגים שונים של מבוכים, וכיצד חוקרים נוירוביורל משתמשים בכלים אלה במעבדות כיום.

נתחיל בסקירה קצרה של למידה מרחבית וזיכרון, ועקרונות כלליים מאחורי מבחני מבוך במכרסמים.

כאשר אורגניזם מנווט בסביבה לא מוכרת, הוא מקבל מידע לגבי מיקומם של ציוני דרך, חסימות ונקודות עניין. מידע מרחבי זה משולב באופן ארעי בזיכרון העבודה, או משולב באופן קבוע יותר בזיכרון הפניה. ההיפוקמפוס ממלא תפקיד ייחודי באחסון מידע זה. מחקרים המשתמשים בהדמיית תהודה מגנטית תפקודית או fMRI הראו כי חלקים מההיפוקמפוס פעילים במהלך משימות לבדיקת למידה מרחבית וזיכרון.

חוקרים התנהגותיים בוחנים למידה מרחבית וזיכרון במכרסמים על ידי מניפולציה של סביבת האורגניזם בעזרת מבוכים. במובן רחב, מבוך הוא כל סוג של סביבה מלאכותית כי מכרסם חייב לנווט כדי להגיע למטרה. בדרך כלל, מבוכים אלה משתמשים בגירוי שלילי, כגון אור או מים שדוחפים את החיה לנסוע ולהגיע למקום מסוים. הדרך כמו גם הזמן שנדרש על ידי מכרסם כדי להשלים את התהליך הזה משמש פרמטר כדי לכמת למידה מרחבית וזיכרון.

עכשיו שלמדתם על העקרונות שמאחורי למידה מרחבית וזיכרון, בואו נדון בפרוטוקולים כלליים של ניסויים הכוללים סוגים שונים של מבוכים.

ראשית, בואו נסתכל על מבוך המים מוריס, שהוא מבחן קלאסי המבוצע כדי להעריך למידה מרחבית וזיכרון התייחסות. מבוך זה מורכב ממיכל עגול מלא במים. רמזים חזותיים מסודרים סביב המבוך כדי לשייך כל רבע לסמל מסוים. לאחר מכן מוצגת פלטפורמה, ולמטרות אימון מורמת מעל המים. למרות מכרסמים יכולים לשחות, הם לא מעדיפים; לכן מים משמשים גירוי שלילי והם מנסים להגיע לרציף. מכרסם צריך ללמוד לשייך את המיקום של הפלטפורמה עם המיקום של רמז חזותי מסוים.

לצורך ניסויים, בעל חיים ממוקם במבוך עם מים מעוננים ופלטפורמה שקועה. משך הזמן והמסלולים שבעל החיים לוקח כדי להגיע לרציף השקוע נרשמים כדי להעריך למידה מרחבית. כדי להעריך זיכרון הפניה, מתבצע ניסוי בדיקה שבו הפלטפורמה השקועה מוסרת. משך הזמן שמבלה מכרסם ברביע שהפלטפורמה הייתה בו נרשם לאחר מכן כדי להעריך את זיכרון הייחוס.

המבוך הבא שנדון בו הוא מבוך המים הרדיאלי, המשמש להערכת זיכרון עבודה והתייחסות. כפי שהשם מציין, מבוך זה כולל שמונה זרועות רדיאליות שהונחו במיכל מלא מים. כאן, מים משמשים שוב כמו גירוי שלילי, אשר תוחם את החיה למצוא פלטפורמה להציב בסוף אחת הזרועות. רמזים חזותיים ממוקמים בדרך כלל סביב הפריפריה של המבוך. בתחילה, פלטפורמות שקועות ממוקמות באופן אקראי בקצו של חלק מהזרועות, ולניסויי האימון מכרסם ממוקם בזרוע התחלה ללא פלטפורמה. לאחר מכן המכרסם שוחה עד שהוא מגיע לאחת הפלטפורמות. ניתן לחזור על כך מספר פעמים, וניתן להשתמש בנתונים שנאספו במהלך שלב זה כדי להעריך זיכרון עבודה או למידה מרחבית.

לאחר מכן, הפלטפורמה המשמשת את המכרסם במהלך האימון מוסרת כדי להעריך זיכרון התייחסות. חוקרים מעריכים זיכרון התייחסות על ידי רישום מספר הפעמים שמכרסם מבקר בזרוע שהכילה את הפלטפורמה במהלך ניסויי האימון.

לבסוף, בואו נדון במבוך בארנס, שעוקב אחר אותם עקרונות כמו מבוך המים מוריס, אבל הוא יבש, מה שהופך אותו פחות מלחיץ עבור בעלי חיים יבשתיים אלה.

מבוך זה מורכב מלוח עם חורים סביב היקפו שעליו ממוקמים אורות בהירים. מכרסמים הם ליליים, כך שהאור משמש כגירוי שלילי. כמו מבוכים אחרים, רמזים חזותיים ממוקמים סביב הלוח. לניסויי אימון, חור אחד נשאר פתוח; זוהי מטרת המבוך מכיוון שהוא מוביל לכלוב חשוך הרחק מהאור המרתע.

במהלך ניסויי אימון, מכרסם מפעיל את המבוך מספר פעמים, ולמידה מרחבית מוערכת על ידי התבוננות בשינויים בכמות הזמן, כמו גם מסלולים שמכרסם לוקח כדי להגיע לחור הכלוב. כדי להעריך זיכרון התייחסות, החור הפתוח במבוך בארנס מכוסה, והקלטת הזמן שמכרסם מבלה ברביע שבו היה פעם חור הכלוב, היא דרך אחת להעריך זיכרון התייחסות.

כעת, לאחר שסקרנו סוגים שונים של מבוכים, בואו נחקור כיצד מדענים נוירו-בהביורל משתמשים בהם היום.

כדי לחבר גנים עם למידה מרחבית וזיכרון, החוקרים מבצעים מניפולציות גנטיות ואחריו בדיקות מבוך. בניסוי זה, מדענים עיכבו את הביטוי של גנים עצביים ספציפיים בעזרת ניתוח סטריאוטקסי ולאחר מכן ערכו את מבחן מבוך המים מוריס. תוצאות הבדיקה סיפקו מידע על תפקידם של גנים ממוקדים בלמידה מרחבית ובזיכרון.

מבוכים יכולים לשמש גם כדי להעריך כיצד נזק מוחי משפיע על זיכרון מרחבי. בניסוי זה, החוקרים ניתחו את ההשפעה של פגיעה מוחית היפוקסית הנגרמת על ידי ריכוזי חמצן נמוך על זיכרון מרחבי במבחן מבוך מים בזרוע רדיאלית. מדענים הוכיחו כי נזק כזה השפיע לרעה הן על זיכרון העבודה והן על זיכרון הייחוס.

לבסוף, מבוכים ניתן לזווג עם תרופות או כימיקלים כדי להעריך את ההשפעות שלהם. במחקר מסוים זה, עכברים טופלו בריכוזים הולכים וגדלים של ביספנול A, או BPA, ונבדקו במבוך בארנס. התוצאות הראו כי עכברים שקיבלו מינונים גבוהים יותר של BPA הדגימו פגמים בלמידה מרחבית, המוכחים על ידי השהיה מוגברת כדי להגיע לחור הכלוב בניסויים רצופים.

הרגע צפית בסרטון של JoVE על בדיקת למידה מרחבית וזיכרון בעזרת מבוכים. סרטון זה סיפק סקירה של למידה מרחבית וזיכרון, דן בסוגים שונים של מבוכים, וגם נגע באופן שבו חוקרים משתמשים כיום במבוכים כדי להבין טוב יותר את הבסיס הגנטי והאנטומי של למידה מרחבית וזיכרון. כמו תמיד, תודה שצפית!