알츠하이머병 모델 마우스에서 학습 및 메모리 적자에 대한 모리스 워터 메이즈 테스트

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Published 7/20/2011
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Neuroscience
 

Summary

모리스 워터 미로는 hippocampal 종속적인 학습과 기억을 테스트하는 행동 작업입니다. 이것은 널리 설치류 모델에서 신경 생물학, 신경 약리학과 neurocognitive 장애의 연구에 사용되었습니다.

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Bromley-Brits, K., Deng, Y., Song, W. Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer's Disease Model Mice. J. Vis. Exp. (53), e2920, doi:10.3791/2920 (2011).

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Abstract

모리스 워터 미로 (MWM)는 첫번째 공간 memoryand 장기 공간 메모리 1 인수를 포함 hippocampal 종속적인 학습을 테스트하기 위해 1981 년 신경학 리처드 G. 모리스에 의해 설립되었습니다. MWM은 일반적으로 육일 재판, 공간적 (숨겨진 플랫폼) 사이의 차별되는 큰 장점이 아닌 공간 (표시 플랫폼) 조건을 2-4로 구성된 비교적 간단한 절차입니다. 또한, MWM 테스트 환경은 냄새 트레일 간섭 5 줄여줍니다. 이것은 공간 학습과 기억의 신경 생물학과 신경 약리학의 연구에 광범위하게 사용되는 작업을 주도하고 있습니다. MWM은 알츠하이머 병 6, 7과 같은 neurocognitive 장애에 대한 쥐 모델의 검증에 중요한 역할을합니다. 이 프로토콜 우리는 일반적으로 알츠하이머 질환 유전자 변형 마우스 모델에 사용되는 시험 학습과 메모리 및 데이터 분석을위한 MWM의 일반적인 절차를 논의했다.

Protocol

1. 준비

  1. 장비 준비
    1. 150cm의 직경 50cm (그림 1)의 깊이있는 원형 수영장을 구합니다. 검은 마우스를 사용하는 경우, 흰색 수영장을 사용해야합니다, 흰 생쥐를 사용하는 경우, 검은 수영장을 사용해야합니다.
    2. 테스트중인 동물 테스트 중에 실험자을 볼 수 없다는 같은 방을 배열. 이것은 커튼이나 객실 디바이더로 수행할 수 있습니다.
    3. 및 / 또는 수면 위에서 될 위치에있는 수영장의 내부에 공간에 대한 높은 콘트라스트 공간적 단서를 놓습니다.
    4. 하얀 수영장, 블랙 풀에 대한 명확한 플렉시 글라스를위한 화이트 - 수영장에서 10cm 직경 플랫폼을 놓습니다. 플랫폼이 수면 위에 1cm까지 물이 수영장을 채우십시오. 물이 실내 온도 (22 ° C)에 평형하자. 물 온도에 따라이 1~3일 걸릴 수도 있고, 또는 온수는 평균 속도를 추가할 수 있습니다.
  2. 소프트웨어 준비
    1. 카메라가 픽셀 기반 정보의 물리적인 거리 정보를 만들 수 있도록 컴퓨터 소프트웨어의 수영장을 보정합니다. 4 quadrants에 수영장을 나눕니다. 각각의 재판과 함께 변경할 수있는 변수 영역으로 플랫폼 영역을 지정합니다. 각 사분면에있는 하나와 수영장의 중심에서 한 - 5 플랫폼 subzones를 만듭니다. 보정을 저장하고 나머지 시험 일 동안 그것을 사용합니다. (예를 들어 그림을 참조하십시오. 2).
    2. 60 초로 최대 시험 시간을 설정합니다. 마우스가이 시간 전에 플랫폼을 발견하면, 플랫폼이 발견되었을 때 재판을 중지 프로그램 소프트웨어.
    3. 자동으로 추적 시작 프로그램, 실험자가 종료 테스트 영역을 지정합니다. 소프트웨어 패키지가 제공하는 "반사 최소화"옵션을 활용합니다.
    4. 각 사분면에있는 동안 경로 길이, 이스케이프 지연과 시간을 추적할 수 있습니다.

2. 1 일 공개 플랫폼

  1. 컴퓨터 프로그램
    1. 추적 소프트웨어로 수영장 보정을로드합니다.
    2. 실험에 해당하는 인터 재판 간격으로, 5 시련을 만듭니다. 플랫폼 위치와 각각의 재판과 다를 시작 방향을 프로그램. 예제 프로토콜 표 1을 참조하십시오.
  2. 프로 시저를 테스트
    1. 그들의 주거 시설에서 동작 룸에 쥐를 전송합니다. 그들은 수영장이나 공간적 단서를 볼 수 없습니다 영역에서 생쥐 보관하십시오. 그들이 테스트하기 전에 최소한 30 분 동안 새로운 환경에 적응하자.
    2. 의 가시성을 높이기 위해 플랫폼에 깃발을 놓으십시오.
    3. 테스트를 시작하려면, 꼬리의 기지에 의해 홈 케이지에서 마우스를 올려. 당신이 테스트 영역에 가져다으로 마우스를 지원합니다. 꼬리의 기본으로 마우스를 리프팅하는 것은 부드럽게 수영장의 가장자리를 마주보고, 바다에 마우스를 놓으십시오. 신속하게 테스트 영역을 둡니다.
    4. 마우스 60 초 전에 플랫폼을 발견하면 컷 - 오프, 마우스가 5 초 동안 플랫폼에 머물 수 있도록 다음의 홈 케이지로 돌아갑니다. 마우스 플랫폼을 찾을 수없는 경우, 플랫폼에서 마우스를 배치하고 그 홈 케이지에 반환하기 전에 20 초 동안 그 자리에 있으면서 수 있습니다.
    5. 흔적의 모든 생쥐에 대해 반복합니다. 귀하의 소프트웨어에 프로그램이 같은 다른 플랫폼 위치와 방향을 시작으로 각 후속 재판을 시작합니다.
    6. 테스트가 완료되면, 자신의 주택 시설에 생쥐를 반환합니다. 생쥐에서 건조하고 normothermia는 동물 시설로 귀환하기 전에 보장합니다.
    7. 다음날을위한 준비에서 플랫폼에서 플래그를 제거하고 표면 아래에 1cm로 잠수함 플랫폼을 위해 수영장에 추가 물을 추가합니다.

3. 일 2-5 : 숨겨진 플랫폼

  1. 컴퓨터 프로그램
    1. 추적 소프트웨어로 수영장 보정을로드합니다.
    2. 실험에 해당하는 인터 재판 간격으로, 5 시련을 만듭니다. 프로그램 플랫폼 모든 시련과 일 내내 같은 위치에 유지하는 위치에 있지만, 시작 방향을 매일, 각 시험과 다릅니다.
  2. 프로 시저를 테스트
    1. 검은 생쥐 들어, 풀에 무독성, 백색, 분말 온도 페인트를 추가하고 철저히 섞는다. 충분히 잠수 플랫폼이 수면에서 보이지 않는 그러한 페인트를 사용하십시오. 하얀 생쥐 들어, 맑은 물, 맑은 플렉시 글라스 플랫폼과 검은 수영장을 사용해야합니다.
    2. 2.2.6 단계 2.2.3를 따르십시오.

4. 일 6 : 프로브 트라이얼

  1. 컴퓨터 프로그램
    1. 추적 소프트웨어로 수영장 보정을로드합니다.
    2. 노 플랫폼 영역 1 재판 하나 시작 방향을 만듭니다. 일 2-5에 사용되는 플랫폼 사분에서 멀리 떨어져 시작하는 방향을 선호합니다. 60 초에 트레일 길이를 설정합니다.
  2. 프로 시저를 테스트
    1. 수영장에서 플랫폼을 제거합니다.
    2. 2.2.6 단계 2.2.3를 따르십시오.

5. 데이터 분석

  1. 매일 각 마우스 평균 5 시련 각 시험 과목에 대해 하나의 경로 길이와 탈출 대기 시간을 제공합니다. 적절하게 결합하여 오류를 계산합니다. 일 6, 간단하게 각각의 마우스에 대한 플랫폼 사분면에있는 동안 경로 길이, 이스케이프 지연, 그리고 시간을 수집합니다.
  2. 어떤 차이가 일 1 그룹간에 존재하는 경우, 그것은 가능성이 오히려 학습과 메모리보다 비전있는 문제입니다. 어떤 차이가 1 일에 보지 경우에만 분석 진행합니다.
  3. 데이터 집합에 대한 적절한 통계를 사용하는 일 2-5에 대한 학습 곡선을 비교합니다. 험한 곡선 빠른 작업 인수를 나타냅니다, 얕은 곡선 작업 인수의 적자를 나​​타냅니다. 일 5 일 2 데이터 ANOWA를 사용하여 분석하고 있습니다.
  4. 6 일 들어, 데이터 세트에 적절한 통계를 사용하여 이전에 배운 플랫폼 사분면에 보낸 시간의 비율을 비교. 플랫폼 사분면에있는 동안 시간의 높은 비율은 메모리 유지의 높은 수준으로 해석됩니다.

6. 대표 결과

우리는 광고 pathogenesis (7)과 valproic 산성 (VPA) 유전자 변형 광고 모델 마우스에서 AD 치료 (6)의 제약 가능성에 hypoxia의 효과를 검토하기 위해 모리스 워터 미로 테스트를 사용했습니다. 그림 3은 우리가 APP23 AD 마우스 모델 (6)에서 메모리 적자에 VPA의 영향에 대한 연구에 보고된 대표적인 결과이다. 1 일 (보이는 플랫폼 재판)에서 VPA 치료 및 제어 그룹 지연 (그림 3A)와 그룹 모두 비슷한 모터와 시각적인 기능을 가지고 나타내는 경로 길이 (그림 3A) 사이에는 차이가 없습니다. 이것에서 우리는 생쥐가 표시된 플랫폼과 환경을 주변에서 신호를 볼 수 있으며, acceptably 수영을 얻을 수 있습니다. 일 2-5의 경우 (숨겨진 플랫폼 실험의 4 주 1) 예를 들어 VPA 치료 쥐가 컨트롤보다 훨씬 더 나은 수행되는 제안, 탈출 대기 (그림 3C)와 그룹 간의 경로 길이 (그림 3D)에 차이를 보여줍니다 시간이 지남에. 프로브 트레일 마우스가 숨겨진 플랫폼 이전에 배치되었다 세 번째 사분로 여행 횟수가 제어 (그림 3E)에 비해 VPA 치료로 상당히 큰 것을 마지막 날 (6 일) 공연에 발생합니다. 이러한 데이터는 VPA 치료가 APP23 생쥐에서 본 메모리 적자를 상당히 향상을 나타냅니다.

그림 1
그림 1. 모리스 워터 미로 보이는 플랫폼 테스트 하루에 장비 설치가. 수영장은 객실 디바이더를 사용하여 실험자 차단할 수 있습니다. 공간적 단서는 벽에 위치하고 있으며, 원하는 경우 어쩌면, 수면 위, 수영장의 내부에 위치하고 있습니다. 수영장은 표면 위에 1cm있는 플랫폼으로, 맑은 물로 가득 차 있습니다. 플래그는 가시성을 향상시키는 플랫폼에 배치되었습니다.

그림 2
그림 2. 풀 교정을 보여주 모든 - 메이즈 ™ 비디오 추적 시스템에서 화면 캡처. 수영장이 RTV24 디지타이저와 흑백 아날로그 추적 카메라로 위에서 볼 수 있습니다. 여러 영역은 소프트웨어 내에 정의되며 총 수영장 4 quadrants으로 나누어져 있습니다. NW, NE, SW, SE, 또는 센터 다섯째, 플랫폼 영역이있는가 다섯 가지 지역과 시련에 걸쳐 다를 수 있습니다 입력됩니다. 교정 라인 (중앙 통해 쳤다 라인) 소프트웨어가 실제 거리에 픽셀 거리를 변환할 수 있도록 추가됩니다.

그림 3
그림 3. 모리스 워터 미로에 대한 대표 결과가. 인간 스웨덴어 돌연변이 APP 유전자를 갖고 7 개월 APP23 유전자 변형 생쥐는 매일 VPA (n은 = 30 생쥐) 또는 차량 솔루션 (n은 = 30 생쥐) 주사 1 개월 후에 테스트되었습니다. (A) 동안 보이는 플랫폼 시험의 첫날은 VPA 치료 및 제어 APP23 생쥐가 보이는 플랫폼에 탈출하기 위해 유사한 지연 전시. P> 0.05 학생의 T - 테스트에 의해. (B) VPA - 처리 및 제어 APP23 생쥐가 보이는 플랫폼 테스트에서 보이는 플랫폼에 탈출하기 전에 유사한 수영 거리를했다. P> 0.05로 학생의 T - 테스트합니다. (C) 숨겨진 플랫폼 테스트에서는 VPA는 APP23 생쥐는 3 및 4 번째 날, P에 숨겨진 플랫폼에 ANOVA에 의해 <0.001를 탈출하는 짧은 대기 시간을 보여주 취급. (D)는 VPA - 처리 APP23 마우스는 ANOVA에 의해 3 및 4 번째 날, P에 숨겨진 플랫폼에 <0.01를 탈출하기 전에 짧은 수영장 길이를했다. (E) 6 일에 프로브 재판에서 VPA - 대우 APP23 쥐가 여행 에 숨겨진 플랫폼 이전에 배치되었다 세 번째 사분면, 컨트롤보다 훨씬 더 많은 시간. * P <; 0.005 학생의 T - 테스트로. (적응 및 원래 메드 도이 J.의 특급 출판 실험 의학 205 2781년에서 2789년까지, 2008 년 록펠러 대학 출판부의 저널에서 reprinted :... 10.1084/jem.20081588) (6).

  1 일 날 2 3 일 일 사 5 일 6 일
플랫폼 위치 시작 방향 플랫폼 위치 : SW는 다음과 같이 위치 시작 : 아무 플랫폼 없습니다.
시행 1 SW 에스 W N N E N
트라이얼 2 NW N 에스 W E 에스
트라이얼 3 NE 에스 N E W W
트라이얼 4 센터 E E W 에스 E
트라이얼 5 SE W 에스 에스 N N

표 1. 샘플 물 미로 프로토콜 *
시작 방향을 변경하면서 플랫폼 위치와 일 1 방향의 변화를 시작, 둘 다 일 2-5에 플랫폼 위치가 일정하게 유지하는 방법 * 반면에 있습니다. 일 6, 아무 플랫폼과 단일 재판이 없습니다. 생쥐들이 이전에 배운 플랫폼 사분면에 들어가기 전에 몇 가지 거리를 여행해야하므로 6 일 시작 방향은 이전 플랫폼 위치 (SW)에서 멀리이다.

Discussion

나이, 성별, 종 및 스트레인 차이 MWM 성능 (8) 영향을줍니다. 연구는 남성 설치류가 여성보다 나은 수행하는 동안 세 생쥐가 MWM의 성능 저하를 나타냅니다; 또한 부유는 쥐 (9, 10)보다 쥐가 더 발음됩니다. 따라서 이러한 요소는 모든 테스트를 통해 동일시한다. 증거 또한 스트레스 동물 MWM (11) 더 제대로 실행하는 것이 좋습니다, 같은 온도, 빛, 소음 등 스트레스를 일으킬 수 있으므로 환경 요인은 모니터 및 작업을 통해 지속적인 보관해야합니다.

Disclosures

모든 실험은 브리티시 컬럼비아 애니멀 케어 및 사용위원회 CIHR 지침의 대학에 따라 실시되었다.

Acknowledgements

이 작품은 건강 연구의 캐나다 연구소 (CIHR), 타운센드 가족, 잭 브라운 가정 알츠하이머 연구 재단 (WAS)를 지원했습니다. WAS는 알츠하이머 병에있는 캐나다 연구 의자의 소유자입니다. PL은 NSERC 알렉산더 그레이엄 벨 캐나다의 대학원 장학금 박사 연구 대상 및 건강 연구 시니어 대학원 학생이기 위해 마이클 스미스 재단에 의해 지원되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AnyMaze Video Tracking System Stoelting Co.
Tempera Paint Reeves Poole Groups White, powdered

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References

  1. Morris, R. G. M. Spatial localization does not require the presence of local cues. Learning and Motivation. 12, 239-260 (1981).
  2. O'Keefe, J. A review of the hippocampal place cells. Prog Neurobiol. 13, 419-439 (1979).
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  4. Eichenbaum, H., Stewart, C., Morris, R. G. Hippocampal representation in place learning. J Neurosci. 10, 3531-3542 (1990).
  5. Block, F. Global ischemia and behavioural deficits. Progress in Neurobiology. 58, 279-295 (1999).
  6. Qing, H., He, G., Ly, P. T., Fox, C. J., Staufenbiel, M., Cai, F., Zhang, Z., Wei, S., Sun, X., Chen, C. H. Valproic acid inhibits Abeta production, neuritic plaque formation, and behavioral deficits in Alzheimer's disease mouse models. J Exp Med. 205, 2781-2789 (2008).
  7. Sun, X., He, G., Qing, H., Zhou, W., Dobie, F., Cai, F., Staufenbiel, M., Huang, L. E., Song, W. Hypoxia facilitates Alzheimer's disease pathogenesis by up-regulating BACE1 gene expression. Proc Natl Acad Sci U S A. 18727-18732 (2006).
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  10. Lipp, H. P., Wolfer, D. P. Genetically modified mice and cognition. Curr Opin Neurobiol. 8, 272-280 (1998).
  11. Sandi, C. The role and mechanisms of action of glucocorticoid involvement in memory storage. Neural Plast. 6, 41-52 (1998).

Comments

4 Comments

  1. Hello,
    I have a major concern regarding the protocol: placing cues inside the pool is not common and most would disagree with doing so as it will increase associative vs pure spatial memories: mice will learn that the platform is left of a certain cue placed inside the pool for example. Placing distal cues only outside the pool will help "triangulation" and avoid this bias.
    Other minor concerns is that it is better to gently guide the animal toward the platform instead of taking it out of the water onto the platform, and also in the video the mouse is dropped in the water at the starting point whereas you should gently place it in the water before letting it go.

    Reply
    Posted by: norbert l.
    January 23, 2012 - 8:28 AM
  2. Hello Mand,

    In our written protocol we stated that cues should be placed around the room "and/or" on the interior of the pool. In our laboratory, we study spatial memory using distal cues only (as you can see by the photos in the paper); however, others sometimes use the water maze task as a way to study both spatial and cue-associated learning (see J Neurosci. ²000 Jun 15;²0(1²):473²-9) and use cues on the interior of the pool. The video shows the most uses of the apparatus. I agree this could have been made more clear; thank you for your comments.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    January 23, 2012 - 10:09 AM
  3. Hi Prof.
    I have one small basic question. Can we use this test on P14 mice. If not from how many months of mice born I can apply this test.

    Thanking you in anticipation

    Ramesh

    Reply
    Posted by: Ramesh K.
    April 30, 2012 - 2:39 PM
  4. Hi;
    I have found some articles that have conducted the Morris water maze experiment in a one day session instead of a multi-day experiment. I was wondering whether this procedure is valid or not? (The Alzheimer model was developed by hyppocamp injection of beta-amyloid. the first day was training day and the next day was probe)
    Ref: http://dx.doi.org/10.1016/j.bbr.²01².04.006

    Reply
    Posted by: Golnaz K.
    December 21, 2012 - 3:13 AM

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