Morris Water Maze test voor leren en geheugen Tekortkomingen in de ziekte van Alzheimer Model Muizen

* These authors contributed equally
Published 7/20/2011
4 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Neuroscience
 

Summary

De Morris Water Maze is een gedrags taak om hippocampus-afhankelijke leer-en geheugen te testen. Het is op grote schaal gebruikt in de studie van neurobiologie, neurofarmacologie en neurocognitieve stoornissen in knaagdier modellen.

Cite this Article

Copy Citation

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

De Morris Water Maze (MWM) werd het eerst vastgesteld door neurowetenschapper Richard G. Morris in 1981 om hippocampus-afhankelijke leren, inclusief de verwerving van ruimtelijke memoryand op lange termijn een ruimtelijk geheugen te testen. De MWM is een relatief eenvoudige ingreep meestal bestaat uit zes dagen proeven, het belangrijkste voordeel dat het onderscheid tussen de ruimtelijke (verborgen-platform) en niet-ruimtelijke (zichtbaar platform) voorwaarden 2-4. Daarnaast is de MWM testomgeving vermindert de geur trail storing 5. Dit heeft ertoe geleid dat de taak op grote schaal toegepast in de studie van de neurobiologie en neurofarmacologie van het ruimtelijk leren en geheugen. De MWM speelt een belangrijke rol bij de validatie van modellen voor knaagdier neurocognitieve stoornissen zoals de ziekte van Alzheimer 6, 7. In dit protocol hebben we gesproken over de typische procedure van de MWM voor het testen van leren en het geheugen en data-analyse vaak gebruikt bij de ziekte van Alzheimer transgene muizen-model.

Protocol

1. Voorbereiding

  1. Apparatuur voorbereiding
    1. Verkrijgen van een rond zwembad met een diameter van 150 cm en een diepte van 50 cm (figuur 1). Bij gebruik van zwarte muizen, moet een witte pool worden gebruikt; bij gebruik van witte muizen, een zwarte pool moet worden gebruikt.
    2. Schik de ruimte zodanig dat het dier wordt getest kan niet de experimentator te zien tijdens het testen. Dit kan worden bereikt met gordijnen of muurscheidingen.
    3. Plaats een hoog contrast spatial cues over de kamer, en / of op de binnenkant van het zwembad op een locatie die zou worden boven het wateroppervlak.
    4. Plaats een 10cm diameter platform in het zwembad - wit voor een wit zwembad, helder plexiglas voor een zwarte pool. Vul het zwembad met water tot het platform is 1 cm boven het wateroppervlak. Laat het water op kamertemperatuur (22 ° C). Afhankelijk van de temperatuur van het water dit kan een tot drie dagen, of anders heet water kan worden toegevoegd aan het versnellen evenwicht.
  2. Software voorbereiding
    1. Kalibreer het zwembad in de computer software, zodat de camera kan fysieke afstand informatie van pixel-gebaseerde informatie te creëren. Verdeel het zwembad in 4 kwadranten. Geef de platform-zone als een variabele zone die kan veranderen met elke proef. Maak 5 subzones platform - een in elk kwadrant, en een in het midden van het zwembad. Sla de kalibratie en het gebruiken voor de resterende dagen te testen. (Zie bijvoorbeeld Fig. 2).
    2. De maximale proef tijd als 60 sec. Als de muis vindt het platform voor dit tijdstip, het programma van de software om het proces te stoppen bij het perron is gevonden.
    3. Geef het programma begint met het volgen automatisch, wanneer de onderzoeker verlaat de testruimte. Gebruik maken van een "reflectie minimalisatie"-opties van uw software pakket biedt.
    4. Track weglengte, ontsnappen latency, en de tijd doorgebracht in elk kwadrant.

2. Dag 1: Zichtbaar Platform

  1. Computer Program
    1. Laad het zwembad kalibratie in de tracking software.
    2. Maak vijf proeven, met een inter-trial interval geschikt is voor uw experiment. Programma van het platform locatie en het starten van richting te verschillen met elke trial. Zie tabel 1 voor een voorbeeld protocol.
  2. Testprocedure
    1. Breng de muizen uit hun behuizing mogelijkheid om het gedrag kamer. Houd de muizen in een gebied waar ze niet kunnen zien het zwembad of spatial cues. Laat ze aan de nieuwe omgeving aan te passen voor ten minste 30 minuten voor het testen.
    2. Plaats een vlag op het platform om de zichtbaarheid te verhogen.
    3. Om te beginnen testen, lift muis van de kooi door de basis van de staart. Ondersteuning van de muis terwijl je naar het testgebied. Het optillen van de muis door de basis van de staart, voorzichtig Plaats de muis in het water, met uitzicht op de rand van het zwembad. Snel verlaten van de testruimte.
    4. Als de muis vindt het platform voor de 60 sec cut-off, laat de muis om op het platform blijven gedurende 5 seconden daarna terug in de kooi. Als de muis niet kan vinden van het platform, plaatst u de muis op het platform en laat het daar te blijven gedurende 20 seconden voordat hij terugkeerde naar haar kooi.
    5. Herhaal dit voor alle muizen in het parcours. Begin elke volgende proef met een ander platform locatie en het starten van richting, zoals u hebt geprogrammeerd in uw software.
    6. Bij het testen is voltooid, de terugkeer van de muizen naar hun woning faciliteit. Muizen zijn opgedroogd en normothermie is voorafgaand verzekerd terug te keren naar dier faciliteit.
    7. Ter voorbereiding voor de volgende dag, verwijder de vlag van het platform en voeg extra water naar het zwembad om onder te duiken het platform om 1 cm onder het oppervlak.

3. Dagen 2-5: Verborgen Platform

  1. Computer Program
    1. Laad het zwembad kalibratie in de tracking software.
    2. Maak vijf proeven, met een inter-trial interval geschikt is voor uw experiment. Programma van het platform plaats te blijven in dezelfde positie in alle proeven en dag, maar hebben de start richting verschillen met elke proef, elke dag.
  2. Testprocedure
    1. Voor zwarte muizen, toe te voegen niet-giftig, wit, poeder tempera verf aan het zwembad en meng goed. Gebruik voldoende verf zodanig dat het ondergedompeld platform niet zichtbaar is van het oppervlak van het water. Voor witte muizen, moet een zwarte zwembad met helder water en een helder plexiglas platform worden gebruikt.
    2. Volg de stappen 2.2.3 tot 2.2.6.

4. Dag 6: Probe Trial

  1. Computer Program
    1. Laad het zwembad kalibratie in de tracking software.
    2. Maak een proef met geen platform-zone, en een start richting. Het uitgangspunt richting het verst van het platform kwadrant gebruikt op dag 2-5 is de voorkeur. Stel het pad lengte tot 60 sec.
  2. Testprocedure
    1. Verwijder het platform van het zwembad.
    2. Volg de stappen 2.2.3 tot 2.2.6.

5. Data-analyse

  1. Voor elke dag en elke muis, het gemiddelde van de vijf proeven om een ​​weglengte en ontsnappen latentie te geven voor elke proefpersoon. Adequaat berekent u de totale fout. Voor dag 6, eenvoudig het verzamelen van de weglengte, ontsnappen latency, en de tijd doorgebracht in het platform kwadrant voor elke muis.
  2. Als er verschillen bestaan ​​tussen de groepen op dag 1, is het waarschijnlijk een probleem met visie in plaats van leren en geheugen. Alleen doorgang bij de analyse als er geen verschillen zijn te zien op dag 1.
  3. Vergelijk de leercurve voor de dag 2-5 met behulp van statistieken geschikt is voor uw gegevens in te stellen. Een steilere curve geeft sneller taak overname; een ondieper curve geeft een tekort in taak overname. De gegevens van dag 2 tot en met 5 dagen worden geanalyseerd met behulp ANOWA.
  4. Voor dag 6, vergelijk het percentage van de tijd doorgebracht in de eerder geleerde platform kwadrant, het gebruik van statistieken geschikt is voor uw gegevens in te stellen. Een hoger percentage van de tijd doorgebracht in het platform kwadrant wordt geïnterpreteerd als een hoger niveau van het geheugen vast te houden.

6. Representatieve resultaten

Wij hebben gebruik gemaakt van de Morris Water Maze test om het effect van hypoxie te onderzoeken op AD pathogenese (7) en valproïnezuur (VPA) 's farmaceutische potentieel voor AD behandeling (6) in transgene AD model muizen. Figuur 3 is de vertegenwoordiger resultaat dat we gemeld in onze studie effect VPA's op het geheugen tekorten in de APP23 AD muismodel (6). Op dag 1 (zichtbaar platform trials), is er geen verschil tussen de VPA behandelde en de controlegroepen in de latency (Fig. 3A) en de weglengte (Fig. 3A) dat aangeeft dat de beide groepen soortgelijke motor en visuele mogelijkheden zijn. Hieruit kunnen we aannemen dat de muizen in staat zijn om de gemarkeerde-platform en de signalen in de omgeving te zien, en kan aanvaardbaar zwemmen. Voor dag 2-5 (Dag 1 tot 4 van verborgen platform studies) het voorbeeld toont een verschil in de ontsnapping latency (fig. 3C) en de weglengte (fig. 3D) tussen de groepen, wat suggereert dat VPA behandelde muizen beduidend beter dan de controlegroep in de tijd. De probe trail resultaten op de laatste dag (Dag 6) blijkt dat het aantal keren dat de muizen reisde in het derde kwadrant, waar de verborgen platform eerder was geplaatst, was significant groter met VPA behandeling in vergelijking met de controlegroep (Afb. 3E). Deze gegevens wijzen erop dat de VPA behandeling aanzienlijk het geheugen tekorten zien in APP23 muizen verbetert.

Figuur 1
Figuur 1. Het installeren van apparatuur voor de Morris Water Maze zichtbaar platform testdag. Het zwembad is afgeschermd van de onderzoeker met behulp van scheidingswanden. Spatial cues bevinden zich op de muren, en misschien op de binnenkant van het zwembad, boven het wateroppervlak, indien gewenst. Het zwembad is gevuld met helder water, met het platform bevindt zich 1 cm boven het oppervlak. Een vlag is geplaatst op het platform om de zichtbaarheid te verbeteren.

Figuur 2
Figuur 2. Screen te nemen van de Any-Maze ™ Video Tracking System demonstreren zwembad kalibratie. Het zwembad is van bovenaf gezien door een zwart-wit analoge camera met een tracking RTV24 Digitizer. Verschillende zones zijn gedefinieerd in de software en de totale zwembad is verdeeld in vier kwadranten. Een vijfde, platform-zone wordt ingevoerd, die kan variëren in de onderzoeken, met vijf mogelijke locaties: NW, NE, SW, SE, of Center. Een ijklijn (aangevinkt lijn over het midden) wordt toegevoegd om de software om pixel afstanden te zetten in fysieke afstanden.

Figuur 3
Figuur 3. Representatieve resultaten voor de Morris Water Maze. De 7-maanden APP23 transgene muizen die de menselijke Zweedse mutant APP-gen werden getest na een maand van dagelijkse VPA (n = 30 muizen) of voertuig oplossing (n = 30 muizen) injecties. (A) tijdens de eerste dag van zichtbare platform tests, de VPA behandelde en de controlegroepen APP23 muizen vertoonden een vergelijkbaar latency te ontsnappen naar de zichtbare platform. P> 0,05 door de student t-test. (B) De VPA-behandelde en controle muizen APP23 soortgelijke zwemmen afstanden had voordat ontsnappen naar de zichtbare platform in het zichtbare platform te testen. P> 0,05 door de student t-test. (C) in verborgen platform tests, VPA behandelde APP23 muizen bleek een kortere wachttijd aan op de verborgen platform te ontsnappen op de 3 e en 4 e dag, P <0.001 door ANOVA. (D) De VPA-behandelde muizen hadden APP23 een kortere lengte te zwemmen voordat de rook op de verborgen platform op de 3 e en 4 e dag, P <0.01 van ANOVA. (E) In de sonde proef op de 6e dag, de VPA-behandelde muizen APP23 reisde in het derde kwadrant, waar de verborgen platform eerder was geplaatst, significant vaker dan de controlegroep. * P <; 0.005 door de student t-test. (Aangepast en herdrukt uit The Journal of Experimental Medicine 205, 2781-2789, 2008, Rockefeller University Press, Oorspronkelijk gepubliceerd in J. Exp Med doi:... 10.1084/jem.20081588) (6).

  Dag 1 Dag 2 Dag 3 Dag 4 Dag 5 Dag 6
Platform locatie Beginnend Direction Platform Woonplaats: ZW Startlocatie als volgt: Geen platform.
Trial 1 SW S W N N E N
Trial 2 NW N S W E S
Trial 3 NE S N E W W
Trial 4 Centrum E E W S E
Trial 5 SE W S S N N

Tabel 1. Monster water maze protocol *
* Merk op hoe zowel het platform positie en het starten van richting te veranderen op een dag, terwijl op dag 2-5 van het platform positie constant blijft, terwijl het uitgangspunt van richting verandert. Op dag 6, is er geen platform en een enkel proces. Het uitgangspunt richting voor dag 6 is het verst van de vorige platform locatie (SW), zodat de muizen moet een afstand afleggen, voordat u het eerder geleerde platform kwadrant.

Discussion

Leeftijd, geslacht, soort en stam verschillen beïnvloeden MWM performance (8). Studies tonen aan dat oude muizen slechte prestaties in de MWM hebben, terwijl mannelijke knaagdieren beter presteren dan vrouwen, bovendien, zweven is meer uitgesproken bij muizen dan ratten (9, 10). Daarom moet deze elementen worden gelijkgesteld in alle tests. Bewijs suggereert ook dat gestresste dieren meer slecht presteren in de MWM (11), waardoor het milieu factoren die stress, zoals temperatuur, licht en geluid kunnen veroorzaken, moeten worden gecontroleerd en constant gehouden over de taak.

Disclosures

Alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de Universiteit van British Columbia Dierverzorging en gebruik commissie en CIHR richtlijnen.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door de Canadese Institutes of Health Research (CIHR), de familie Townsend, en Jack Brown en familie de ziekte van Alzheimer Research Foundation (naar WAS). WS is de houder van de Canada Research Chair bij de ziekte van Alzheimer. PL werd ondersteund door een NSERC Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarship Doctoral Research Award en een Michael Smith Foundation for Health Research senior studententijd.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).
  3. Scoville, W. B., Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 20, 11-21 (1957).
  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).
  8. D'Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Research Reviews. 36, 60-90 (2001).
  9. Brandeis, R., Brandys, Y., Yehuda, S. The use of the Morris Water Maze in the study of memory and learning. Int J Neurosci. 48, 29-69 (1989).
  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

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Video Stats