Test behawioralny do badania roli pamięci przestrzennej podczas instynktownej obrony u myszy

Instynktowne zachowania obronne są w dużej mierze uważane za wbudowane w bodźce reakcje, takie jak ruch C-start u ryb i, który odsuwa zwierzę od źródła zagrożenia¹. Jednak zachowania obronne mogą być bardziej adaptacyjne, jeśli elastycznie uwzględniają informacje zdobyte na temat bieżącego środowiska. Jednym z przykładów takiej elastyczności jest przejście od ucieczki do zamrożenia wykazywane przez gryzonie w obliczu zagrożenia, w zależności od wcześniejszej wiedzy na temat obecności lub braku schronienia w środowisku^2,3. Inne przykłady elastyczności w zachowaniach wrodzonych obejmują dostosowanie progu rozpoczęcia lotu lub prędkości ucieczki w zależności od odległości między ofiarą a jej schronieniem⁴, odległość do zagrożenia^5,6 i poprzednie doświadczenie^11,12, a także wybór różnych strategii obronnych w zależności od właściwości sensorycznych bodźca awersyjnego⁷, a nawet tłumienie zachowań obronnych w obliczu konkurencyjnych motywacji, takich jak głód^8,9,10. Zależność doboru działań od nabytej wiedzy o cechach przestrzennych środowiska sprawia, że instynktowne zachowania obronne u myszy są potężnym modelem do badania wyboru celów, pamięci przestrzennej i nawigacji. W tym miejscu opisujemy adaptację powszechnie stosowanego zadania behawioralnego, testu pamięci przestrzennej labiryntu Barnesa (BM) ¹³, w celu określenia wpływu środowiska przestrzennego na wybór działań obronnych u myszy i ich strategie nawigacyjne podczas ucieczki w kierunku schronienia.

Standardowy labirynt Barnesa używany do badania uczenia się i pamięci przestrzennej u myszy składa się z okrągłej platformy o średnicy ~90 cm z 20 równomiernie rozmieszczonymi otworami, z których 19 jest zamkniętych, a jeden prowadzi do podziemnego schronienia, którego myszy szukają, aby uniknąć otwartego środowiska platformy. Często słabe bodźce awersyjne (brzęczyk, jasne światło, wentylator) są używane w sposób ciągły przez cały czas trwania testu, aby środowisko było awersyjne, a tym samym ułatwiało wejście do schronu¹⁴. W najczęściej używanym teście^15,16, zwierzę przechodzi jedną próbę habituacji, w której jest kierowane do schroniska ręcznie przez eksperymentatora natychmiast po umieszczeniu na platformie. Po tym następuje 4-dniowy okres akwizycji, w którym każdego dnia mysz może swobodnie poruszać się po labiryncie przez 3 minuty, po czym jest ponownie ręcznie kierowana do schronu, jeśli nie dotrze do niego w okresie eksploracji. Ostatnim etapem testu jest jedna próba sondy w^piątym dniu (chociaż często przeprowadza się również próbę długotrwałej pamięci siedmiodniowej), podczas której zwierzę eksploruje labirynt z zamkniętymi wszystkimi otworami. Uczenie się i pamięć długotrwała są określane ilościowo na podstawie czasu potrzebnego na znalezienie schronienia i wkłucia w niewłaściwe otwory w okresie akwizycji oraz czasu spędzonego w pobliżu zamkniętego otworu w schronieniu w próbie sondy. Typowe wyniki wskazują na zmniejszenie liczby błędów i opóźnień w dotarciu do schronu podczas namierzania oraz ponadprawną proporcję czasu spędzonego w kwadrancie zawierającym zamknięty otwór docelowy w próbie sondy¹⁵.

Chociaż kilka wariantów testu BM zostało już wcześniej opisanych^17,18,19, paradygmat, który tutaj opisujemy, ma trzy fundamentalne zmiany w stosunku do standardowego testu. Po pierwsze, zwierzę pozostawia się do samodzielnego zbadania labiryntu i znalezienia schronienia, a testy są wykonywane podczas tej samej sesji, wkrótce po znalezieniu schroniska, w okresach, w których zwierzę jest zaangażowane w zachowania eksploracyjne. Chociaż to ustawienie nie testuje pamięci długotrwałej lokalizacji schronienia, zostało zaprojektowane jako naturalistyczny scenariusz, który naśladuje eksplorację nowego terytorium pod groźbą drapieżnictwa. Ponadto umożliwia badanie, w jaki sposób zwierzęta przystosowują się do gwałtownych zmian w środowisku, takich jak nagłe zmiany krajobrazu. Po drugie, kluczowym aspektem naszego testu jest to, że eksperymentator nigdy nie zmusza zwierzęcia do wejścia lub wyjścia ze schroniska, co może zdezorientować zwierzę i wykluczyć integrację ścieżki²⁰ jako realną strategię nawigacji²¹. Integracja ścieżki to strategia nawigacyjna, która wykorzystuje sygnały samoruchu, takie jak wskazówki proprioceptywne i przedsionkowe, wynikające z integracji odpływu motorycznego, aby zaktualizować aktualną pozycję zwierzęcia i nawigować w kierunku celu, co nie jest możliwe, jeśli zwierzę jest biernie poruszane przez eksperymentatora. Po trzecie, używamy wrodzonych awersyjnych bodźców visual²² i auditory²³, aby wywołać ucieczkę do schronienia, co można łatwo odróżnić od trwających zachowań związanych z żerowaniem i pozwala na ocenę i kwantyfikację konkretnych strategii nawigacyjnych stosowanych podczas obrony przed bezpośrednimi zagrożeniami. Proponujemy, że ten test będzie przydatny do analizy roli pamięci przestrzennej w selekcji i realizacji zachowań obronnych, a bardziej ogólnie do szerszego badania nawigacji ukierunkowanej na cel i krótkotrwałej pamięci przestrzennej. Opisane tutaj protokoły zostały wprowadzone przez Vale'a i wsp. w 2017 roku, do którego odsyłamy czytelników w celu bardziej szczegółowego omówienia przesłanek eksperymentów i wyników.