Instinctieve defensief gedrag zijn grotendeels beschouwd als hardwired stimulus-respons, zoals de beweging van de C-start in vissen en amfibieën, die het dier uit de buurt van een bedreiging bron1 beweegt. Defensief gedrag kunnen echter meer adaptieve neemt ze flexibel rekening met informatie over de huidige omgeving geleerd. Een voorbeeld van een dergelijke flexibiliteit is de overgang van ontsnappen naar bevriezing getoond door knaagdieren wanneer zij worden geconfronteerd met de dreiging, afhankelijk van de voorkennis over de aanwezigheid of afwezigheid van een schuilplaats in de omgeving2,3. Andere voorbeelden van flexibiliteit in aangeboren gedrag omvatten aanpassing van de vlucht initiatie drempel of ontsnappen van de snelheid afhankelijk van de afstand tussen een prooi en haar schuilplaats4, afstand naar bedreiging5,6, en eerdere ervaring 11 , 12, evenals verschillende defensieve strategieën, afhankelijk van de zintuiglijke eigenschappen van de aversieve stimulus7te selecteren, of zelfs het onderdrukken van defensief gedrag ten opzichte van concurrerende motivaties zoals honger8, 9,10. De afhankelijkheid van actie selecteren op verworven kennis over de ruimtelijke kenmerken van het milieu maakt instinctieve defensief gedrag in muizen een krachtig model voor het bestuderen van doel selectie, ruimtelijke geheugen en navigatie. Hier beschrijven we de aanpassing van een veelgebruikte gedrags taak, het Barnes doolhof (BM) ruimtelijke geheugen assay13, om te bepalen van de invloed van de ruimtelijke omgeving op defensieve actie selecteren bij muizen, en hun strategieën navigatie wanneer ontsnappen naar een schuilplaats.
De standaard Barnes doolhof gebruikt bij het bestuderen van leren en ruimtelijk geheugen in muizen bestaat uit een cirkelvormige ~ 90 cm diameter platform rijggat 20 gelijkelijk verdeelde, waarvan 19 zijn gesloten, en een leidt naar een ondergrondse schuilplaats die muizen zoeken om te voorkomen dat de open-veld omgeving van het platform. Vaak zijn zwakke aversieve prikkels (zoemer, fel licht, fan) continu gedurende de test het milieu aversieve en dus het bevorderen van binnenkomst in de schuilplaats14gebruikt. In de meest gebruikte assay15,16heeft het dier een gewenning proces waar het wordt geleid naar het opvangcentrum handmatig door de experimentator onmiddellijk na wordt geplaatst op het platform. Dit wordt gevolgd door een periode van 4-daagse acquisitie, waar elke dag die de muis is toegestaan om vrij te navigeren in de maze voor 3 min, waarna het wordt opnieuw handmatig geleid naar het asiel als het het niet tijdens de periode van exploratie bereikt. De laatste fase van de test is één sonde trial op de 5th dag (hoewel een lange-termijn geheugen van zeven dagen proef wordt ook vaak uitgevoerd) wanneer het dier de doolhof met alle gaten gesloten verkent. Leren en lange termijn geheugen worden gekwantificeerd door de tijd genomen om de opvang en pokes in de verkeerde gaten zoeken tijdens de periode van de verwerving en de tijd doorgebracht in de buurt van het gesloten onderdak gat in het proces van de sonde. Typische resultaten tonen een daling van het aantal fouten en de latency te bereiken de shelter tijdens overname, en een deel van de boven-kans van tijd doorgebracht in het kwadrant met het gesloten doelstelling gat in de sonde proef15.
Hoewel verschillende varianten van de BM-assay eerder beschreven17,18,geweest heeft19, het paradigma we hier beschrijven drie fundamentele wijzigingen ten opzichte van de standaard assay. Ten eerste, het dier wordt overgelaten aan de doolhof verkennen en zoeken de beschutting op eigen en testen is gedaan in dezelfde sessie, kort nadat de schuilplaats heeft gevonden, tijdens perioden waarin het dier houdt zich bezig met verkennend gedrag. Hoewel deze instelling niet lange-termijn geheugen van de locatie van de schuilplaats test, is het ontworpen om een naturalistische scenario dat de verkenning van nieuwe grondgebied, onder de dreiging van predatie nabootst. Verder staat het testen van hoe dieren zich aan acute veranderingen in de omgeving, zoals plotselinge veranderingen in landschap aanpassen. Ten tweede, een belangrijk aspect van onze test is dat de experimentator nooit dwingt het dier binnen of buiten de shelter, die kan het dier te desoriënteren en pad integratie20 als een levensvatbare navigatie strategie21uitsluiten. Pad integratie is een navigatie-strategie die zichzelf beweging aanwijzingen, zoals proprioceptief en vestibulair signalen, die voortvloeien uit de integratie van motor uitstroom, gebruikt bijwerken van de huidige positie van het dier te navigeren naar een doel, dat niet mogelijk is als de dier wordt passief bewogen door de experimentator. Ten derde, we aangeboren aversieve visuele22 en auditieve23 stimuli gebruiken om te ontlokken ontsnappen naar de schuilplaats, die gemakkelijk onderscheiden van lopende foerageren gedrag is en laat de beoordeling en de kwantificering van Truckspecifieke navigatie strategieën gebruikt tijdens de verdediging van imminente dreigingen. Wij stellen voor dat deze test nuttig zitten zal voor het ontleden van de rol van ruimtelijk geheugen in de selectie en uitvoering van defensief gedrag, en meer in het algemeen het bredere studie van doelgericht navigatie en ruimtelijke kortetermijngeheugen. De protocollen die hier beschreven werden geïntroduceerd door Vale et al. in 2017, waarnaar wij de lezers voor meer diepgaande bespreking van de reden voor experimenten en resultaten verwijzen.
Deze test kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van ruimtelijk geheugen, zoals hoe dieren navigeren naar een recent geleerde doellocatie. Het grote voordeel van dit paradigma is dat het etiologisch belangrijk doelgericht navigatiegedrag oproept dat wordt geactiveerd door goed gecontroleerde sensorische stimuli, en het vereist geen voorafgaande training van de muizen. Begin met het bevestigen van visuele aanwijzingen aan de rand van het platform, dat minstens twee centimeter van de rand moet zijn om te voorkomen dat muizen ze bereiken.
Bevestig de schuilplaats aan het platform. Plaats vervolgens een lichtgevende diode, of LED, bij de ingang van de schuilplaats om een lokaal visuele baken aanwijzing te geven. Vervolgens, om de muis te isoleren van externe distale visuele aanwijzingen, bouw een achthoekige muur die zich 40 centimeter boven en 15 centimeter onder het platformoppervlak rond de arena uitstrekt, gepositioneerd op 10 centimeter afstand van de rand van het platform.
Plaats een ultrasoon luidspreker 50 centimeter boven het centrum van het platform om aversieve auditieve stimuli te leveren en sluit een geluidskaart en versterker aan op een luidspreker. Plaats vervolgens een doorschijnende scherm 64 centimeter boven de arena om overhead aversieve visuele stimuli terug te projecteren met behulp van een projector. Kalibreer het projectorlicht zodat er vijf tot tien knoppen in het midden van het platformoppervlak zijn.
Plaats infrarood lichten en een infrarood camera met een losse pasfilter boven het platform om flikkeren van de beschermer in de verkregen video te voorkomen. Plaats vervolgens het gedragsapparaat in een geluid- en lichtdichte doos om te voorkomen dat externe aanwijzingen het experiment beïnvloeden. Gebruik tenslotte commercieel beschikbare software om de positie van de muis online te volgen.
Begin met het projecteren van de visuele stimuli op het scherm boven de arena. Volg de positie van de muis online en definieer vooraf een gebied van interesse in de arena dat overeenkomt met de locatie van de eerder gedefinieerde visuele stimulus om de visuele stimulus boven het dier te centreren. Test vervolgens de auditieve stimulus die bestaat uit een trein van drie frequentie gemoduleerde opsweeps van 17 tot 20 kilohertz gedurende drie seconden die in totaal negen seconden duurt.
Begin met het grondig schoonmaken van het platformoppervlak met 70%ethanol om ongewenste olfactorische aanwijzingen te verwijderen. Spoel de schuilplaats met water en 70%ethanol af en was vervolgens nogmaals met water om de ethanolgeur te verminderen. Droog zowel het platform als de schuilplaats grondig, omdat de muis de schuilplaats kan vermijden als deze nat is.
Verander de locatie van de schuilplaats in het platform voor elke proef door het platform voor het experiment te draaien. Breng vervolgens de muis naar de experimentkamer in zijn eigen kooi en plaats de kooi naast het testplatform voor een acclimatisatieperiode van 10 minuten. Voeg twee gram strooisel uit de thuiskooi van de muis toe aan de binnenkant van de schuilplaats om als lokale olfactorische aanwijzing te dienen.
Verwijder de muis uit zijn eigen kooi en vermijd het er aan de staart uit te halen. Beker het of laat het op een verrijkingsartikel klimmen dat kan worden opgeheven. Plaats vervolgens de muis voorzichtig in het midden van de arena en start de video-acquisitie.
Sta een acclimatisatieperiode van zeven minuten toe, waarin geen aversieve stimulus wordt gepresenteerd. Zorg ervoor dat de muis genoeg tijd heeft om de schuilplaats te vinden en ten minste een keer binnen te gaan, dat wil zeggen wanneer alle vier de ledematen in de schuilplaats zitten. Activeer vervolgens automatisch of handmatig de levering van de visuele stimulus gecentreerd boven de muis zodra het dier een vooraf gedefinieerd gebied van interesse bereikt.
Om meer dan één ontsnappingsreactie in dezelfde sessie op te roepen, laat de muis vrijwillig de schuilplaats verlaten. Nadat het onderzoek is voltooid, breng het dier terug naar zijn eigen kooi. Reinig ten slotte het platform en de schuilplaats voordat u het volgende dier test.
Muizen die werden blootgesteld aan auditieve of visuele stimuli initieerde snelle ontsnappingsreacties met korte latenties tussen het begin van de stimulatie en het begin van de vlucht. De gemiddelde latentie om uit de stimulus te ontsnappen was significant langer voor de auditieve stimulatie dan voor de visuele. Verder was de navigatie naar de schuilplaats nauwkeurig en waren de vluchtbanen dicht bij een rechte lijn voor alle soorten stimuli.
Na een acclimatisatieperiode van zeven minuten in het doolhof zonder schuilplaats, produceerde de presentatie van een lange visuele stimulus bevriezingsgedrag in plaats van ontsnapping. Zodra deze techniek is beheerst, kan deze in 90 minuten worden uitgevoerd als deze goed wordt uitgevoerd. Terwijl u deze procedure probeert, is het belangrijk om te onthouden om de visuele stimulus boven of boven in het hoofd van de muis te presenteren, en niet terwijl de muis de rand van het platform onderzoekt, omdat hij het stimulus waarschijnlijk zal missen.
Na de ontwikkeling ervan, maakte deze techniek de weg vrij voor onderzoekers op het gebied van instinctief gedrag om de controle van geleerd kennis over instinctief verdedigend gedrag bij muizen te verkennen. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u verdedigend gedrag bij muizen kunt oproepen en hoe u ze kunt gebruiken om ruimtelijke navigatie tijdens ontsnappingsreacties te bestuderen.