在阿尔茨海默氏病模型小鼠学习和记忆障碍的Morris水迷宫测试

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Published 7/20/2011
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Neuroscience
 

Summary

Morris水迷宫测试海马依赖的学习和记忆是一种行为的任务。它已被广泛应用在神经生物学,神经和神经紊乱的啮齿动物模型的研究。

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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

神经学家理查德G.莫里斯Morris水迷宫(MWM)最初成立于1981年,以测试海马依赖的学习,包括收购空间memoryand长期空间记忆 1 。 MWM的是一个相对简单的的程序通常包含进行为期6天的试验中,之间的空间(隐藏平台的主要优势)的分化和非空间(可视化平台)的条件 2-4 。此外,MWM的测试环境,减少气味径干扰 5 。这导致了广泛的任务要使用的空间学习和记忆的神经生物学和神经药理学的研究。的MWM中起着重要作用,在啮齿类动物模型的神经认知障碍,如阿尔茨海默氏病6,7验证。在这个协议中,我们讨论的MWM测试学习记忆和阿尔茨海默氏症的转基因小鼠模型中常用的数据分析的典型过程。

Protocol

1。制备

  1. 设备的准备工作
    1. 获取与150厘米直径和深度为50cm(图1)的圆形水池。如果使用的是黑色的老鼠,白池应使用;如果使用的是白老鼠,应使用黑色池。
    2. 安排的房间,被测试的动物无法看到在测试过程中,实验者。这可以用窗帘或房间隔断。
    3. 在房间里放置的高对比度空间感,和/或对室内游泳池的位置,这将高出水面。
    4. 将在游泳池直径10cm平台 - 白色为白池,清晰的黑色池有机玻璃。装满水的池中,直到平台高出水面1厘米。让水平衡至室温(22℃)。根据水的温度,这可能需要一至三天,或者可以加入热水,加快了平衡。
  2. 软件的编制
    1. 在计算机软件的校准池,使相机可以创建从基于像素的信息物理距离信息。分成4个象限池。指定作为一个变量可以改变每次试验区的平台区。创建5个平台子区域 - 在每个象限,并在池的中心之一。保存校准和使用,其余的测试天。 (例如图2)。
    2. 设置最大试验时间为60秒。如果鼠标的平台,在此之前找到程序的软件平台被发现时停止试验。
    3. 指定程序开始自动跟踪,当实验者退出试验区。利用任何“反射最小化”选项,你的软件包提供。
    4. 跟踪路径的长度,逃避潜伏期和时间花费在每个象限。

2。第1天:可视化平台

  1. 计算机程序
    1. 跟踪软件装入池校准。
    2. 创建5个试验,审间的间隔,适合你的实验。编程平台的位置,并开始每次试验不同的方向。请参阅表1为例协议。
  2. 测试过程
    1. 将小鼠从他们的住房设施的行为房间。保持在一个地区,在那里他们可以没有看到游泳池或空间线索的老鼠。让他们适应新的环境测试前至少30分钟。
    2. 放置在平台上,以提高其知名度的一个标志。
    3. 要开始测试,电梯从家里笼鼠标尾部的基础。支持鼠标,你把它的试验区。解除鼠标的尾巴基地,轻轻放入水中鼠标,面向池边。迅速离开试验区。
    4. 如果鼠标发现截止前60秒的平台,让鼠标的平台上停留5秒钟,然后返回到其家笼。如果鼠标没有找到平台,平台上放置鼠标和允许留20秒,然后返回到其家笼。
    5. 重复线索小鼠。随后的审讯开始每个不同的平台的位置和方向开始,你已经到你的软件编程。
    6. 当测试完成后,返回的老鼠,他们的住房设施。小鼠干之前返回到动物设施的正常体温是保证。
    7. 在翌日准备,从平台中删除的国旗和添加额外的水淹没的平台,在地表以下1厘米池。

3。 2-5:隐藏的平台

  1. 计算机程序
    1. 跟踪软件装入池校准。
    2. 创建5个试验,审间的间隔,适合你的实验。计划的平台位置保持在相同的位置在所有试验和天,但出发方向不同,每次试验中,每一天。
  2. 测试过程
    1. 黑鼠,无毒,白色粉末温度油漆添加到池中,调匀。使用足够的涂料等,被淹没的平台是从水面不可见。对于白老鼠,与清澈的海水和明确的有机玻璃平台的黑色游泳池应该使用。
    2. 按照步骤2.2.3至2.2.6。

4。第6天:探头审判

  1. 计算机程序
    1. 跟踪软件装入池校准。
    2. 创建1审判没有平台区,和一开始的方向。从2-5天使用的平台象限最远的起始方向是首选。径长度为60秒。
  2. 测试过程
    1. 从池中删除的平台。
    2. 按照步骤2.2.3至2.2.6。

5。数据分析

  1. 对于每一天,每一个鼠标,平均5个试验,每个测试题目给一个单一的路径长度和逃避潜伏期。正确计算相结合的错误。对于第6天,只需收集路径的长度,逃避潜伏期和时间花费在每个鼠标的平台象限。
  2. 如果组第1天之间存在的任何分歧,它可能是一个问题,而不是学习和记忆的视野。只有1天进行分析,如果没有差异。
  3. 比较天使用适合您的数据集的统计数据2-5的学习曲线。一个陡峭的曲线代表更快的任务收购;浅的曲线表示在收购任务的赤字。从2天到5天的数据分析使用ANOWA。
  4. 第6天,比较%的时间花费在以前学过的平台象限,使用适合你的数据集的统计数据。一个较高的百分比在平台象限所花费的时间将被解释为一个更高级别的内存保留。

6。代表性的成果

我们用Morris水迷宫测试,以检查AD的发病机制(7)和丙戊酸(VPA)的转基因AD模型小鼠的治疗AD(6)医药潜力缺氧的效果。图3是代表性的结果,我们在我们丙戊酸钠的记忆障碍的影响,在APP23 AD小鼠模型(6)研究报告。在第1天(可视化平台试验),没有VPA治疗组和对照组(图3A)在延迟和路径长度(图3A),表明这两个组也有类似的电机和可视化功能之间的差异。我们从这个假设的老鼠能够看到标记的平台和周围环境的线索,可以游泳,可以接受的。 2-5天(隐藏的平台试验的第1天至4)的例子显示了一个在逃避潜伏期(图3C),组与组之间的路径长度(图3D)的区别,表明丙戊酸钠治疗小鼠的表现明显比对照组更好随着时间的推移。探头线索的最后一天(6日)显示结果,多次前往小鼠进入第三象限,是以前被隐藏的平台,与丙戊酸钠治疗控制(图3E)相比显着。这些数据表明,丙戊酸钠治疗显着提高APP23小鼠的记忆中看到的赤字。

图1
图1。 Morris水迷宫可见平台测试当天的设备安装 。池屏蔽从实验者使用房间隔断。位于空间线索的墙壁上,可能放置在室内池,水面以上,如果需要的话。池充满了清澈的水,表面上方1厘米平台。一个标志,一直放在提升知名度的平台。

图2
图2。屏幕捕获的任何迷宫™视频跟踪,展示池校准系统 。池是从上面看,一个RTV24数字转换器的模拟跟踪摄像机由黑色和白色。几个区域内的软件定义和划分成4个象限的总池。第五,平台区的输入可以各不相同试验的5个可能的地点:西北,东北,西南,东南,或者中心。添加一个校准线(打勾跨越中心线),让软件将其转换成物理距离的像素距离。

图3
图3。 Morris水迷宫代表性的结果。,7个月APP23携带人类瑞典突变APP基因的转基因小鼠每天VPA(N = 30只小鼠)或车辆溶液(N = 30只小鼠)注射一个月后进行了测试。(a )在的可视化平台测试的第一天,丙戊酸钠治疗和控制APP23小鼠表现出类似的延迟逃脱的可视化平台上。 (二)P <0.05学生的t检验。VPA的治疗和控制APP23小鼠收到类似的游泳距离在可视化平台测试的可视化平台上逃跑。 P> 0.05由学生的t检验。隐藏的平台测试,丙戊酸钠治疗APP23小鼠一个较短的延迟,以逃脱的3 4天,P到的隐藏平台<由方差0.001。(四)丙戊酸钠治疗APP23小鼠面前逃避到隐藏平台上的第3 4天,P <0.01由方差一个游泳的长度较短(E)在第6天的探测试验,丙戊酸钠治疗APP23小鼠前往进入第三象限,是以前被隐藏的平台,更多的时间比对照组显着。 * P <0.005学生的t检验。 (改编并从205医学实验 ,2781年至2789年,2008年,美国洛克菲勒大学出版社出版的医学期刊在J.进出口, 杂志转载。10.1084/jem.20081588)(6)。

  第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天
平台的位置 起始方向 平台位置:西南启动位置如下: 没有平台。
审判1 申银万国小号 W ñ ñ Ë ñ
审判2 净重 ñ 小号 W Ë 小号
试用3 东北小号 ñ Ë W W
审判4 中心 Ë Ë W 小号 Ë
试验5 东南 W 小号小号 ñ ñ

表1。样品水迷宫协议*
*请注意平台的位置,第1天开始改变方向,而2-5天的平台的地位保持不变,而出发的方向变化。第6天,有没有平台和审单。第6天开始的方向是最远从以前的平台位置(SW),使小鼠必须旅行之前进入以前学过的平台象限的一段距离。

Discussion

年龄,性别,品种,和应变的差异影响的MWM性能(8)。研究表明,老年小鼠在MWM表现不佳,而男性的啮齿类动物的表现比女性更好;此外,浮动比老鼠(9,10)的小鼠更明显。因此,这些元素应等同于在所有的测试。证据还表明,强调动物的MWM(11)执行更差,因此环境因素可能会造成压力,如温度,光照和噪音,,应监测和保持常数了任务。

Disclosures

所有实验均在与不列颠哥伦比亚省的动物护理和使用委员会和CIHR指引大学的规定进行。

Acknowledgements

这项工作是由加拿大卫生研究院研究院(CIHR),汤森家庭,和杰克布朗和家庭阿尔茨海默氏症研究基金会(到WAS)的支持。 WAS是加拿大研究主席在阿尔茨海默氏病的人。 PL是一个NSERC亚历山大格雷厄姆贝尔加拿大研究生奖学金博士后科研奖和迈克尔史密斯健康研究基金会高级研究生助学金的支持。

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).
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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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  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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