マウスでラシュリーIIIの迷路を用いた低ストレスルートの学習

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Neuroscience

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Summary

ラシュリーIIIの迷路は、嫌悪刺激や視覚的な合図に依存しない経路学習のタスクです。それは、このように、特に老化したマウスに、あるいはどこにストレスが考慮される、学習と記憶を評価するための非常に魅力的なオプションです。

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Bressler, A., Blizard, D., Andrews, A. Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice. J. Vis. Exp. (39), e1786, doi:10.3791/1786 (2010).

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Abstract

、特にマウス、げっ歯類での学習と記憶を評価するタスクの買収に意欲を起こさせるための視覚的な手がかり、食品および/または水の欠乏、または他の嫌悪刺激に依存するように設計された多くの動作テスト。動物の年齢として、感覚モダリティが劣化する。例えば、マウスの多くの株は、赤字や白内障を聞いて開発する。タスクの取得中にマウスを導くために必要な感覚系の変化は、老化動物での学習の変化を解釈する際に潜在的な困惑を提示する。ストレスに差の感度を持つマウスを比較するときにまた、タスクを学ぶために動物をやる気にさせるための嫌悪刺激の使用は、潜在的交絡です。交絡の影響これらのタイプを最小限に抑えるために、我々はラシュリーIIIの迷路の修正バージョンを実装しています。彼らは0で、開始位置から擬似ホームケージへのパスをナビゲートするまで、この迷路は、マウスが低応力条件下での反復暴露、例えば、暗期、食べ物のない/水欠乏、を経由して迷路をナビゲートすることを学ぶことにより、ルートの学習に依存していますかつの連続した​​試験に関するエラー1。それはタスクの迷路と学習の探査を奨励するために嫌悪刺激に依存しないため、我々は、低応力挙動のテストとしてこれを分類する。装置は、モジュラーの開始ボックス、4アーム迷路のボディ、および目標のボックスから構成されています。目標ボックスの終了時に動物のホームケージで見られるのと同様寝具が含まれていると迷路のテストの間、各動物に固有の擬似ホームケージです。それは、この疑似ホームケージに迷路をナビゲートすることを学ぶためにマウスをやる気にさせる十分な報酬を提供することが以前に実証されている

Protocol

1。準備:

  1. ラシュリーIIIの迷路はプレキシグラスで構成されていると図1に示されています。スタートボックス、迷路の腕、および目標のボックスには、迷路の清掃と修正可能性を可能にするモジュラ型です。スタートボックス、迷路の腕、および目標のボックスの壁は外からと迷路内の視覚的な手がかりを排除するために黒色プレキシグラスで構成されている。迷路の腕には管45cm長さは7センチの高さ、および5センチ幅です。迷路の連続した​​腕につながる扉は4cm × 4 cmであると迷路の外側の壁から11センチメートルに位置しています。目標ボックスは19.5センチ× 7センチの高さ× 5センチ幅です。スタートボックスは、8cm × 9.5センチ× 7センチメートルです。別々の透明なプレキシグラス片をエスケープからマウスを防ぎながら、それが迷路を進むように各マウスの可視化を可能にするために、開始ボックス、迷路、そして目標のボックスの上に配置されます。迷路は、迷路の3つに加えて動物の標準的な家庭のケージと同じサイズの擬似ホームケージを保持するのに十分な大きさの赤いプレキシグラスから構築された基盤にかかっている。
  2. 前第迷路試験、出入り口(2㎝× 2cm)を両面にカットを持つ個々のケージの底に追加される動物のホームケージで使用されるのと同じ種類の新鮮な寝具の材料に擬似ホームケージを準備する。場所ワイヤーこれらのケージの底でトップと個別に番号を付けて、試験のコホートにおける各動物用です。これらのケージは、試験期間の間、各動物の個々の擬似ホームケージとして機能します。我々は、ストレスおよび/または学習と記憶における不安関連行動の役割を調査されているため、我々は彼らのホームケージでの個別住宅のマウスを避けるために、擬似ホームケージを使用してください。しかし、これらの要因が主な関心事はない場合、動物は単独で成功した迷路のナビゲーションのためのホームケージとして使用できる出入り口とこれらのケージで修正されたホームケージに収容することができます。

2。テスト:

  1. それらをテスト環境に順応できるようにテスト前に毎日は、動物が行動試験室一時間の最小値に移動されます。
  2. テストの開始時刻、食料や水の前に三十分は、すべてのホームケージから削除されます。マウスの手の届かないところの挙動の試験室が外に食べ物や水を保つ。食料と水は、通常、ピークの給餌が行われた後、暗期に光の位相から変更後30分を削除されます。しかし、この期間中にテストがタスクの完了時に明白な食糧や水の報酬がないにもかかわらず、迷路を移動するには、小さな追加の原動力を提供する;これはその動物は主に食品となる水-飽き飽きし試験前には確実に
  3. 30分プレテスト期間が経過した後に、70%エタノールで迷路を清掃してください。腕を閉じて迷路に開始ボックスから先頭のドアをあけてください。目標ボックスの両端の扉が開いたままにされています。
  4. 目標ボックスの端で最初の動物に対応する擬似家庭ケージを置きます。
  5. あなたの手でそれをカッピング、迷路に最初のマウスを運ぶ。スタートボックスにマウスを置くと蓋を交換してください。
  6. 閉塞することなく迷路を観察する位置で、スタートボックスのドアを開けるとすぐにthreeストップウォッチを起動すると。
  7. マウスのすべての4つの足がスタートのボックスを離れた際に、開始ボックスのドアを閉じて、最初のタイマーを停止する。
  8. 手でそれが迷路の移動に応じてマウスが移動する経路を記録します。すべての4つの足が(図1参照)、その領域に交差しているときにマウスが迷路の新しいゾーンや腕に入ります。
  9. すべての4つの足がゴールボックスを入力すると、迷路と目標のボックスの間に主要なドアを閉めと第二ストップウォッチを停止します。
  10. マウスが完全に擬似ホームケージに入っているときに、目標ボックスとケージとの間のドアを閉じます。第三ストップウォッチを停止します。
  11. threeストップウォッチから回を記録。マウスが作られているエラーの数をカウントします。 (例えば、から行くか、迷路の既に、旅腕を通って旅し、エラーが行き止まりの袋小路ゾーン(図1。たとえば、腕のLからゾーンKに行く)へのエントリとして定義されていますアームCにアームF;図1)。。それが発生しているように我々はマウスの性能を獲得しながら、それが目でまたは自動化されたソフトウェアのいずれかによって、その後のスコアリングを可能にするためにビデオテープに可能またはそうでなければ、レコード迷路試験です。実験者の判断は適切な方法を選択するために使用する必要があります。
  12. そのホームケージに返す前に1分間の擬似ホームケージで動物を残す。
  13. 試験コホート内のすべてのマウスのために2.12のステップ2.3を繰り返します。
  14. コホート内の最後のマウスがホームケージに戻されている場合、30分のタイマーを起動します。この30分の期間の終了時に、コホート内のすべてのマウスに食物と水を返し、次にそれらのコロニーの部屋に動物を返します。
  15. コホート内のすべてのマウスは、定義された学習基準に到達したり、所定のnまでが完了するまで、動物の一日あたりのテストごとに一つの試験で、連泊でこの手順を繰り返します。テストトライアルのアンバーが発生しました。マウスは、この連続した​​2つの試験で0または1エラー(s)でタスクを実行できるときに迷路を学んだものとして分類されます。マウスは、連続した試験で同じ順序でテストされます。

3。代表的な結果:

(基準に達する)を学習する日を分析し、特定の研究で別のグループ(図2Aおよび3A)との間で比較することができます。さらに、迷路の買収を特徴づける学習インデックスは(比率を学習)、、テスト期間(図2Bおよび3B)の最初の4日間で評価することができます。学習のインデックスは、正しいパスセグメントの数の比率は、それぞれの試験のために旅したパスセグメントの合計数に旅です。平均的な学習のインデックスは、マウスが最初に迷路に露出して偶然に移動しているときに、約0.5試験1のはずです。その学習が起こっていることを示す試験2と4の間の学習のインデックスが増加し、1に近づく。図2では、若い(2カ月)と高齢化(24カ月)の雄C57Bl/6NCrマウスは、最大15試験までラシュリーの迷路で訓練された。若いマウスでは7.2(± ​​1.5)で迷路を学んだD.これとは対照的に、高齢の動物は、11.7を取った(± 2.1)、Dの基準に到達する。片側t検定、 先験的な仮説を学習する日が老化に長いことが、迷路を([T(23)= 1.59、P = 0.056]習得に時間がかかる高齢C57Bl/6NCrマウスに対して強い傾向があったマウス)。学習インデックスが計算されている場合、両方の年齢層は4(時間の有意な主効果はP <0.001)を介して試験の2から学習インデックスが着実に増加を示す。しかし、若いC57マウスと古いC57マウス(年齢の主効果P = 0.58)との間の学習のインデックスには統計的に有意な差は認められなかった。

図3は、動作を学習する上でのバックグラウンド株の影響を調べる研究の代表です。図に示すように、若い男性C57Bl/6NCrからのデータ。 2は、今の若いCRLからのデータと比較されています:CD - 1(ICR)BRマウス[CD - 1、4-5 MO]。 CD - 1マウスでは4.5でラシュリーIIIの迷路を学んだ(± 1.4)、Dが、学ぶために日中の菌株との間に有意差(図3Aはなかった、[T(18)= 1.328、P = 0.20]、2 両側 t検定)。すべての動物が偶然一審で迷路をナビゲートしている間、学習インデックスショーのコントラスト、検査によって、CD - 1マウスは、(株P <0.001の主な効果)をより速くタスクを学びました。これは、C57Bl/6NCrのマウスに比べてCD - 1マウスに4までの試験2における学習インデックスの統計的に有意な増加によって示されている。興味深いことに、CD - 1マウスでは基準に達するのポイントを超えて迷路で訓練が続けば、彼らは以下に更に詳細に説明されている(図4)オーバートレーニングの指標と挙動を示す。

図1
図1:。ラシュリーIIIの迷路は、迷路の行き止まりの袋小路のゾーンは、例示目的のみのため、この図では赤で表示されます。ベースと実際の迷路の腕は、単色(挿入図)です。迷路は、スケール(テキストの大きさ)に描かれています。

図2
図2:2、24ヶ月齢の雄C57Bl/6NCrマウスでラシュリーIIIの迷路のパフォーマンスラシュリーIIIの迷路は、若い(2カ月)と高齢化(24カ月)の雄C57Bl/6NCrマウスでの学習経路を評価するために使用されていました。測定されたパラメータは、基準、エラー0または1エラーで2連泊のために迷路を実行するためにマウスに必要な日数まで()日であったと、(b)学習のインデックス、正しい四足腕のエントリ数ラシュリーIIIの迷路のテストの日1-4製アームのエントリの合計数に対して行った。グループごとの動物の数は24カ月齢のマウスでのn = 10 2の月齢とn = 15であった。

図3
図3:若い男性C57Bl/6NCrとCD - 1マウスでラシュリーIIIの迷路のパフォーマンスラシュリーIIIの迷路は、2ヵ月齢C57Bl/6NCrと4-5ヶ月のCD - 1マウスでの学習経路を評価するために使用されていました。測定されたパラメータは、()基準、エラー0または1のエラーで2連泊のための迷路を実行するためにマウスに必要な日数の日であったと、(b)学習のインデックス、正しい四足腕のエントリ数ラシュリーIIIの迷路のテストの日1-4製アームのエントリの合計数に対して行った。グループごとの動物の数は、CD - 1マウス用C57Bl/6NCrとn = 10 n = 10とした。統計的有意性:* P <0.05、** P <0.01対C57Bl/6NCrマウス。

図4
図4:4-5カ月齢の雄CD - 1マウスでラシュリーIIIの迷路のパフォーマンスラシュリーIIIの迷路連続15日間に10個4〜5カ月齢の雄CD - 1マウスでの学習経路を評価するために使用されていました。測定されたパラメータは、()デッドエンドの袋小路のゾーンまたは迷路の既に、旅腕を走行中に四つ足のエントリとして定義されているエラーで、一日ごとに行われるエラーの数だった;および(b)時間は一日あたりの迷路の中で過ごした。基準に到達した時点の日は赤い矢印で示されています。

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Discussion

学習と記憶を評価する最も一般的に使用される齧歯類の行動テストでは、モリス水迷路と恐怖条件付け2の変形したものです。これらのテストは、タスク3を完了するために動物をやる気にさせるための学習と嫌悪刺激(例えば、水、フットショック)のための視覚的または聴覚的手がかりに依存しています。老化げっ歯類では、老化ヒトのように、感覚モダリティは時間の経過に伴い。マウスのいくつかのバックグラウンド株は自分の聴覚が失われたり、水の欠乏の23.5 hを彼らは4の年齢としてマウスで増加させることが示された後、彼らの年齢、および死亡率のような白内障を開発する。従って、これらのより広く使用されている試験で性能の変化は、加齢齧歯類で解釈することが困難な場合があります。

ラシュリーIIIの迷路は、1929 5でカールラシュリーによって記述されていた。ラシュリーは皮質lesioningの手法を用いて皮質内のメモリの記憶痕跡を検索するには、このパラダイムを使用していました。我々はわずかに老化げっ歯類を対象とした研究への幅広い適用を可能にするためにオリジナルの迷路を変更しました。私たちは、迷路の食品キューさナビゲーションを排除し、擬似家庭ケージの環境は迷路1を移動するには、両方の若者と高齢マウスに十分な動機付けを提供することを明らかにした。他の捜査官はまた、ラシュリーIIIの迷路7の学習を容易にするために食品ペレットの報酬を利用してきた。視覚的にキューさナビゲーションは、モリス水迷路とバーンズ円形の迷路の中で必要とされるように、2,6,8を最小化されています。放射状迷路、Y -迷路とT -迷路タスク2,9-10のいくつかのバリエーションのために必要とされるマウスは、自分の体重の90%に奪わ食べ物ではありません。むしろ、食料や水は、動物自由に摂取に利用可能で、唯一、通常はアクティブな暗期の間に行われたテストで、各試験の試験前に30分を削除されます。食べ物は、タスクを完了したコホート内の最後のマウスの後に30分を返却し、擬似ホームケージに戻るから一時的にそのようなタスクを完了するための明白な報酬として機能することではない解離する。重要なのは、コホート全体のための食料と水の使用不能は、裁判4〜5時間の期間を超えてはならない。さらに、別の実験群を代表するマウスは、同じ夜に一緒にテストする必要があります。

ラシュリーIIIの迷路のモジュール性は保持して学習の様々な側面をテストするために設計変更が可能。マウスは、タスクを完了するために反対方向に、すなわちをオンにする必要が、マウスは開始ボックスから出て右折するように、例えば、買収は、特定の構成で迷路で行われている間、一度取得が確立されると、迷路が回転することができますうまく取得中に迷路をナビゲートする、しかし学習(リコール)の柔軟性は、マウスが成功したナビゲーションの開始ボックスから左折する必要があるように迷路を回転させることによって測定することができます。試験手順の追加のバリエーションは、一定期間(通常14日)のために学習してから、迷路学習の保持が測定されるまでの数週間の遅延間隔を可能にする確立が含まれます。保持間隔は、パイロットの作業によって確立される必要があるとstudy-/strain-dependentです。長いトレーニングセッションは、より長い保持間隔に関連付けられる傾向がある。ラシュリーIIIの迷路の手続き自体の修正は成功した迷路のナビゲーションのための追加の動機を提供するために、臭気の手がかりやノイズの刺激を加えることが含まれます。このような拘束ストレスなどのストレス要因は、中、または、状態依存学習と記憶を調査するために買収した後、前に別々のタイミングで適用することができます。

ラシュリーIIIの迷路を実装する際に考慮すべき重要な要因は、トレーニングの間隔の時間です。 C57BL / 6、スイスウェブスター、および組換え近交系マウスをBXD含む近交系と近交系マウスのほとんどは利用可能な菌株は、、14日以内に学習基準に到達します。特に一部の菌株、CD - 1マウスは、わずか7日後に基準に達する。マウスの一部の菌株のオーバートレーニングとマウスは、迷路を探索費やした裁判と時間ごとに行われるエラーの数の着実かつ急速な増加を示すために開始されますここで、迷路の異常な動作を生成します。図4は4-5カ月齢の雄CD - 1マウスではオーバートレーニングの代表です。迷路への最初の暴露後、我々は、それぞれのマウスのための試行ごとに15分のカットオフ期間を提起。 15分後、マウスは擬似ホームケージに迷路を率いていると15分のマークに到達すると、エラーはカウントされません。コホート内や大規模な研究のいくつかのマウスは、学習基準に到達した後迷路を主導する必要がある場合、これはオーバートレーニングの可能性を示唆しています。オーバートレーニングの問題を回避し、全体の試験時間を短縮するために、我々はいくつかの研究で4つの試験にアクイジションフェーズを制限し、学習のスコアを決定するために3番目と4番目の試験から学ぶ指数を平均している。この学習のスコアはの代わりに比較することができます。学ぶために日。

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Disclosures

すべての行動のプロトコルは、ペンシルベニア州立大学の動物実験使用の委員会によって承認された。報告する財務情報開示はありません。

Acknowledgments

これらの実験に使用ラシュリーIIIの迷路は、ペンシルバニア州立大学物理学科のマシンショップからティムBowmaster、ポールコーマン、バリーDutrow、ライアンJabco、とティムTreasterによって建てられました。著者らは、図2-4に示した実験を行う際に援助のために氏Shoba Belegunduさん、タラシュルザノスキー、およびMsアレクサンドラルイスに感謝したいと思います。氏はウォルタージャクソンは、このプロトコルの準備のために貴重なフィードバックを提供した。この作品は、国立精神衛生研究所(AMAにMH064756とMH077978)からの資金によってサポートされていました。内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしも精神的健康や国立衛生研究所の国立研究所の公式見解を表すものではありません。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Lashley III maze PSU Physics Machine Shop N/A Maze must be custom-built, not commercially available

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References

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