Test Morris Water Maze pour les déficits d'apprentissage et de mémoire chez la souris modèle de la maladie d'Alzheimer

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Published 7/20/2011
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Neuroscience
 

Summary

La piscine de Morris est une tâche comportementale afin de tester l'hippocampe dépend apprentissage et la mémoire. Il a été largement utilisée dans l'étude de la neurobiologie, la neuropharmacologie et les troubles neurocognitifs dans des modèles rongeurs.

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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

La piscine de Morris (MWM) a été créé par Richard Morris neuroscientifique G. en 1981 afin de tester l'hippocampe apprentissage dépendant, y compris l'acquisition de données spatiales memoryand à long terme la mémoire spatiale 1. Le MWM est une procédure relativement simple consistant généralement de six essais par jour, le principal avantage étant la différenciation entre le spatial (cachés-plateforme) et non-spatiales (visible plate-forme) les conditions de 2-4. En outre, l'environnement de test MWM réduit les interférences sentiers odeurs 5. Cela a conduit la tâche à être largement utilisé dans l'étude de la neurobiologie et neuropharmacologie de l'apprentissage spatial et la mémoire. Le MWM joue un rôle important dans la validation des modèles de rongeurs pour les troubles neurocognitifs comme la maladie d'Alzheimer 6, 7. Dans ce protocole, nous avons discuté de la procédure typique de MWM pour l'apprentissage et la mémoire des tests et des analyses de données couramment utilisés dans la maladie d'Alzheimer souris modèle transgénique.

Protocol

1. Préparation

  1. Préparation de l'équipement
    1. Obtenir un bassin circulaire avec un diamètre de 150cm et une profondeur de 50cm (Fig. 1). Si vous utilisez la souris noire, une piscine blanc doit être utilisé; si vous utilisez la souris blanche, une piscine noire doit être utilisé.
    2. Disposer la salle de telle sorte que l'animal testé ne pouvez pas voir l'expérimentateur lors des essais. Ceci peut être accompli avec des rideaux ou des cloisons.
    3. Placez des repères spatiaux à haut contraste sur la salle, et / ou à l'intérieur de la piscine à un endroit qui serait au-dessus de la surface de l'eau.
    4. Placez une plateforme 10 cm de diamètre dans la piscine - blanc pour une piscine de blanc, en plexiglas transparent pour une piscine de noir. Remplissez la piscine à l'eau jusqu'à la plateforme est 1cm au-dessus de la surface de l'eau. Laissez l'eau s'équilibrer à température ambiante (22 ° C). Selon la température de l'eau ce qui peut prendre un à trois jours, ou encore l'eau chaude peut être ajouté pour accélérer l'équilibrage.
  2. Logiciels de préparation
    1. Calibrer la piscine dans le logiciel informatique afin que la caméra peut créer des informations de distance physique à base de pixels d'information. Divisez la piscine en 4 quadrants. Spécifiez la zone comme une zone plate-forme de variable qui peut changer à chaque procès. Créer cinq sous-zones plateforme - un dans chaque quadrant, et un dans le centre de la piscine. Enregistrer l'étalonnage et l'utiliser pour les jours d'essai restant. (Voir Fig exemple. 2).
    2. Réglez le temps d'essai maximale de 60 sec. Si la souris trouve la plate-forme avant ce temps, programmer le logiciel pour arrêter le procès lorsque la plate-forme est trouvée.
    3. Spécifiez le programme pour commencer à suivre automatiquement, lorsque l'expérimentateur quitte la zone de test. Utiliser toute «réflexion minimisation" des options de votre logiciel fournit.
    4. Suivre la longueur du trajet, la latence s'échapper, et le temps passé dans chaque quadrant.

2. Jour 1: Plate-forme visible

  1. Programme informatique
    1. Chargez le calibrage piscine dans le logiciel de suivi.
    2. Créer cinq essais, avec un intervalle entre les essais appropriés pour votre expérience. Programme de l'emplacement et la direction plateforme de départ diffèrent à chaque procès. Voir tableau 1 pour un protocole par exemple.
  2. Procédure d'essai
    1. Transférer la souris de leur logement à la salle de comportement. Gardez la souris dans une zone où ils ne peuvent pas voir la piscine ou des indices spatiaux. Laissez-les s'adapter à leur nouvel environnement pendant au moins 30 minutes avant le test.
    2. Placez un drapeau sur la plate-forme pour accroître sa visibilité.
    3. Pour commencer le test, ascenseur souris à partir de la cage par la base de la queue. Soutien de la souris comme vous l'apporter à la zone d'essai. Lifting de la souris par la base de la queue, placez doucement la souris dans l'eau, face au bord de la piscine. Quitter rapidement la zone de test.
    4. Si la souris trouve la plate-forme avant le sec 60 de coupure, permettant la souris pour rester sur la plate-forme pour 5 secondes, puis le retourner dans sa cage à la maison. Si la souris ne trouve pas la plate-forme, placez la souris sur la plate-forme et lui permettre d'y rester pendant 20 sec avant de le retourner dans sa cage à la maison.
    5. Répétez l'opération pour toutes les souris dans le sentier. Commencez chaque procès subséquent avec un emplacement autre plate-forme et le sens de départ, comme vous avez programmé dans votre logiciel.
    6. Lorsque le test est terminé, retournez la souris de leur logement en question. Les souris sont taries et les normothermie est assuré avant de revenir à l'animalerie.
    7. En préparation pour le jour suivant, retirer le drapeau de la plate-forme et ajouter de l'eau à la piscine de submerger la plate-forme de 1 cm en dessous de la surface.

3. Jours 2-5: plate-forme cachée

  1. Programme informatique
    1. Chargez le calibrage piscine dans le logiciel de suivi.
    2. Créer cinq essais, avec un intervalle entre les essais appropriés pour votre expérience. Programme de l'emplacement plateforme de rester dans la même position tout au long des essais et des jours, mais ils ont le sens de départ différents à chaque essai, chaque jour.
  2. Procédure d'essai
    1. Pour les souris noire, ajouter non-toxique, blanc, peinture en poudre température de la piscine et bien mélanger. Utilisez suffisamment de peinture tels que la plate-forme immergée n'est pas visible de la surface de l'eau. Pour les souris blanches, une piscine noire avec de l'eau claire et d'une plateforme en plexiglas transparent doit être utilisé.
    2. Suivez les étapes 2.2.3 à 2.2.6.

4. Jour 6: Essai de la sonde

  1. Programme informatique
    1. Chargez le calibrage piscine dans le logiciel de suivi.
    2. Créer une zone de non essai avec plate-forme et une direction de départ. La direction de départ la plus éloignée du quadrant plate-forme utilisée, les 2-5 jours est préférable. Réglez la longueur du tracé à 60 sec.
  2. Procédure d'essai
    1. Retirez la plate-forme de la piscine.
    2. Suivez les étapes 2.2.3 à 2.2.6.

5. L'analyse des données

  1. Pour chaque jour et chaque souris, la moyenne des 5 essais pour donner une longueur de voie unique et la latence d'échappement pour chaque sujet d'essai. Calculer l'erreur combinée de manière appropriée. Pour le jour 6, il suffit de recueillir la longueur du chemin, la latence s'échapper, et le temps passé dans le quadrant plate-forme pour chaque souris.
  2. Si des différences existent entre les groupes sur une journée, il est probablement un problème avec la vision plutôt que de l'apprentissage et la mémoire. Seuls procéder à l'analyse si aucune différence n'est vu le jour 1.
  3. Comparer les courbes d'apprentissage pour les Jours 2-5 à l'aide de statistiques appropriées pour votre ensemble de données. Une plus forte courbe représente une acquisition plus rapide des tâches; une plus faible courbe représente un déficit dans l'acquisition de la tâche. Les données du jour 2 au jour 5 sont analysées à l'aide Anowa.
  4. Pour 6 jours, comparez les pour cent du temps passé dans le quadrant plateforme déjà appris, à l'aide de statistiques appropriées pour votre ensemble de données. Un pourcentage plus élevé de temps passé dans le quadrant plateforme est interprété comme un niveau plus élevé de rétention de la mémoire.

6. Les résultats représentatifs

Nous avons utilisé le test Morris Water Maze pour examiner l'effet d'hypoxie sur la pathogenèse AD (7) et l'acide valproïque (VPA) de l 'potentiel pharmaceutique pour le traitement AD (6) dans le modèle de souris transgéniques MA. La figure 3 est le résultat représentatif nous avons signalé dans notre étude sur l'effet de l'APV sur les déficits de la mémoire dans le modèle AD APP23 souris (6). Le jour 1 (essais plateforme visibles), il n'ya aucune différence entre l'APV et de traiter des groupes de contrôle de la latence (figure 3A) et la longueur du trajet (figure 3A), indiquant que les deux groupes ont à moteur similaire et des capacités visuelles. De cela, nous supposons que les souris sont capables de voir la plate-forme et le pavillon-repères dans le milieu environnant, et peut nager de façon acceptable. Pendant des jours 2-5 (jour 1 à 4 du procès plateforme cachée) de l'exemple montre une différence dans la latence d'échappement (figure 3C) et la longueur du trajet (figure 3D) entre les groupes, ce qui suggère que les souris traitées APV nettement mieux que les contrôles au fil du temps. Les résultats sentiers sonde sur la dernière journée (Jour 6) montrent que le nombre de fois où la souris a voyagé dans le troisième quadrant, où la plate-forme cachée était auparavant placé, était significativement supérieure avec le traitement APV par rapport au témoin (Fig. 3E). Ces données indiquent que le traitement améliore significativement l'APV déficits de mémoire vu dans APP23 souris.

Figure 1
Figure 1. Configuration de l'équipement pour l'eau de Morris test du labyrinthe plateforme visible de jour. La piscine est à l'abri de l'expérimentateur en utilisant des cloisons. Indices spatiaux sont situés sur les murs, et peut-être placée à l'intérieur de la piscine, au-dessus de la surface de l'eau, si désiré. La piscine est remplie d'eau claire, avec la plate-forme située 1cm au-dessus de la surface. Un indicateur a été mis sur la plate-forme pour améliorer la visibilité.

Figure 2
Figure 2. Capture d'écran de la Toute-Maze Tracking System ™ Vidéo montrant l'étalonnage de la piscine. La piscine est vu de dessus par une caméra de suivi analogiques en noir et blanc avec un numériseur RTV24. Plusieurs zones sont définies dans le logiciel et le pool total est divisé en quatre quadrants. Un cinquième, une zone plate-forme est entré qui peut varier selon les essais, avec cinq emplacements possibles: NO, NE, SO, SE, ou le Centre. Une droite d'étalonnage (ligne cochée dans le centre) est ajouté pour permettre au logiciel pour convertir des distances pixel dans les distances physiques.

Figure 3
Figure 3. Les résultats représentatifs pour la piscine de Morris. Le APP23 de 7 mois souris transgéniques portant humaine suédoises gène mutant APP ont été testés après un mois de la vie quotidienne APV (n = 30 souris) ou de solution véhicule (n = 30 souris) injections. (A) pendant la première journée de tests plate-forme visible, l'APV traités et témoins APP23 souris présentaient un temps de latence de fuite similaires sur la plateforme visible. P> 0,05 par étudiant t-test (B). L'APV-traités et le contrôle APP23 souris avaient similaires distances de natation avant de s'échapper vers la plate-forme visible dans le test de la plate-forme visible. P> 0,05 par étudiant t-test. (C) Dans les tests plate-forme cachée, l'APV traité APP23 souris a montré une latence plus courte pour échapper sur la plate-forme cachée sur le 3 ème et 4 ème jour, P <0,001 par ANOVA. (D) L' APV-traitée APP23 souris avaient une longueur plus courte de natation avant de s'échapper vers la plate-forme cachée sur le 3 ème et 4 ème jour, P <0,01 par ANOVA. (E) Dans l'essai de sonde sur le 6ème jour, l'APV APP23 souris traitées voyagé dans le troisième quadrant, où la plate-forme cachée était auparavant placé, parfois beaucoup plus que les témoins. * P <; 0,005 par étudiant t-test. (Adapté et réimprimé dans le Journal of Experimental Medicine 205, 2781-2789, 2008, Rockefeller University Press, publié initialement dans J. Exp Med doi:... 10.1084/jem.20081588) (6).

  Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4 Jour 5 Jour 6
Lieu Platform Direction de départ Lieu Plate-forme: SO partir Localisation comme suit: Aucune plate-forme.
Essai 1 SO S W N N E N
Essai 2 NO N S W E S
Essai 3 NE S N E W W
Essai 4 Centre E E W S E
Essai 5 SE W S S N N

Tableau 1. L'échantillon d'eau du protocole labyrinthe *
* Notez comment la fois la position de départ plate-forme et changer de direction le 1er jour, alors que sur la position jours 2-5 plateforme reste constant tandis que les changements de direction de départ. Au jour 6, il n'ya pas de plate-forme et un seul essai. La direction de départ pour le jour 6 est le plus éloigné de l'emplacement de la plate-forme précédente (SW) de sorte que la souris doit parcourir une certaine distance avant d'entrer dans le quadrant plateforme appris précédemment.

Discussion

Age, sexe, espèce, souche et les différences influent sur les performances MWM (8). Des études indiquent que des souris âgées ont mauvaise performance dans le MWM, tandis que les rongeurs mâles performants que les filles; de plus, flottant est plus prononcée chez les souris que les rats (9, 10). Par conséquent, ces éléments devraient être assimilée à travers toutes les épreuves. Les preuves suggèrent également que les animaux stressés effectuer plus mal dans le MWM (11), donc des facteurs environnementaux qui peuvent causer du stress, comme la température, la lumière et le bruit, doivent être surveillées et maintenues constantes au cours de la tâche.

Disclosures

Toutes les expériences ont été menées en conformité avec l'Université de la Colombie Soins des animaux-Britannique et le comité de l'utilisation et les lignes directrices des IRSC.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par les Instituts canadiens de recherche en santé du Canada (IRSC), la famille Townsend, et Jack Brown et la famille d'Alzheimer Research Foundation (WAS). WS est le titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur la maladie d'Alzheimer. PL a été soutenue par une CRSNG Alexander Graham Bell Canada bourse d'études supérieures de recherche au doctorat et d'une Fondation Michael Smith pour la recherche en santé diplômés bourse d'études supérieurs.

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).
  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

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