T-מבוך לסירוגין בכפייה של שמאל וימין משימות אפליה להערכת עבודה וזיכרון העזר עכברים

Published 2/26/2012
5 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Neuroscience
 

Summary

מאמר זה מציג את פרוטוקול של T-מבוך בדיקות באמצעות מנגנון אוטומטי שונה להערכת הלמידה והזיכרון פונקציות בעכברים.

Cite this Article

Copy Citation

Shoji, H., Hagihara, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice. J. Vis. Exp. (60), e3300, doi:10.3791/3300 (2012).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

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

Abstract

לסירוגין בכפייה שמאל ימין משימות אפליה באמצעות T-במבוך היה בשימוש נרחב על מנת להעריך עבודה וזיכרון התייחסות, בהתאמה, מכרסמים. במעבדה שלנו, בדקנו שני סוגי הזיכרון ביותר מ -30 זנים של עכברים באמצעות הנדסה גנטית את הגרסה האוטומטית של מנגנון זה. כאן, אנו מציגים שונה T-במבוך המנגנון מופעל על ידי מחשב עם מערכת מעקב וידאו ופרוטוקולי שלנו בפורמט של סרט. מנגנון T-מבוך מורכב המסלולים מחולקות הנחה על ידי דלתות הזזה שניתן לפתוח באופן אוטומטי כלפי מטה, כל אחד עם תיבת התחלה, סמטה בצורת האות T, שתי קופסאות עם מכשירי אוטומטיים גלולה בצד אחד של התיבה, ושני L בצורת סמטאות . כל סמטה בצורת מחובר תיבת ההתחלה כך העכברים יכולים לחזור לתיבת התחלה, אשר אינה כוללת את ההשפעות של טיפול הניסוי על התנהגות העכבר. המנגנון הזה יש גם יתרון כי microdialysis vivo, in vivo electrophysiology, ו techn optogeneticsiques ניתן לבצע במהלך הופעה T-במבוך, כי הדלתות נועדו לרדת אל הרצפה. במאמר זה סרט, אנו מתארים T-מבוך משימות באמצעות מנגנון אוטומטי את הביצועים T-מבוך של α-CaMKII + / - עכברים, המדווחים להראות לעבוד גירעונות זיכרון במשימה 8 זרוע מבוך רדיאלי. הנתונים שלנו הצביעו על כך α-CaMKII + / - עכברים הראה הגירעון זיכרון העבודה, אבל לא פגיעה בזיכרון הפניה ולאחר עולות בקנה אחד עם ממצאים קודמים באמצעות משימה 8 זרוע מבוך רדיאלי, התומך את תוקפו של הפרוטוקול שלנו. בנוסף, הנתונים שלנו מצביעים על כך מוטנטים נטו להציג גירעונות להיפוך למידה, דבר המצביע על כך α-CaMKII חסר גורם גמישות התנהגותית מופחת. לפיכך, מבחן T-במבוך באמצעות מנגנון אוטומטי שונה שימושי להערכת עבודה וזיכרון התייחסות וגמישות התנהגותית בעכברים.

Protocol

1. מנגנון הגדרה

  1. אוטומטית שונה T-במבוך המנגנון (או 'הרה ושות', טוקיו, יפן) בנוי המסלולים פלסטיק לבנים עם 25 ס"מ חומות גבוהות 1. המבוך מחולק למחיצות אל תוך 6 אזורים (A1, A2, S1, S2, P1, P2) על ידי דלתות הזזה (S1, S2, S3, A1, A2, P1, P2) (איור 1) שניתן לפתוח באופן אוטומטי כלפי מטה. גזע של T מורכב באזור S2 (13 X 24 ס"מ) בזרועות T מהווים אזורים A1 ו-A2 (11.5 x 20.5 ס"מ). תחומי P1 ו-P2 מהווים הקטעים המחברים של הזרוע (אזור A1 או A2) לתא ההתחלה (S1 שטח).
  2. בסוף כל זרוע מצוידת מנפק גלולה באופן אוטומטי מספק סוכרוז גלולה (20 מ"ג, פורמולה 5 תות, TestDiet, Richmond, IN, ארה"ב) כפרס. צריכת גלולה ידי העכבר הוא זוהה על ידי חיישן אינפרא אדום נרשם באופן אוטומטי על ידי המחשב.
  3. מצמידים מטען התקן (CCD) המצלמה מותקנת מעל מנגנון לפקח על העכבר & #x2019, ההתנהגות של, ותמונות של המכשיר ועכבר נתפס על ידי המחשב.
  4. מניחים את מנגנון T-מבוך בחדר אטום לרעש (170 x 210 x 200 ס"מ, או 'הרה ושות', טוקיו, יפן) ככל האפשר. מנגנון מואר באורות ניאון על 100 לוקס במעבדה שלנו. עוצמת האור יכולה להיות חלשה יותר לוקס ברמה זו, אך צריך להיערך ברמה קבועה במהלך כל הניסויים.

2. בעלי חיים הכנה

  1. בית על שניים עד ארבעה עכברים בכל כלוב בחדר בטמפרטורה מבוקרת (23 ± 2 ° C) עם מחזור אור / חושך של 12 שעות (אורות בשעה 7:00 בבוקר), על פי הנחיות ופרוטוקולים שנקבעו על ידי טיפול בבעלי חיים מקומיים ושימוש הוועדה.
  2. להעביר את כל כלובי עכברים המכילים לחדר אטום לרעש מחדר הדיור לפחות 30 דקות לפני המבחן הראשון מתחיל.
  3. כל הניסויים יש לבצע תמיד במהלך אותה תקופה (למשל, 9:00 בבוקר עד השעה 06:00). במהלך PE בדיקותלתיעוד המלחמה, נושאים את הגנוטיפ של כל מצב או ניסיוני צריכה להיבדק על מנת מתאזן, מאחר שלא יכול להיות ההשפעה הפוטנציאלית של פעם ביום על ביצוע המשימה.

3. מזון הגבלה

  1. עד תחילת הניסוי, לתת גישה חופשית לרמת גלולה האוכל והמים עכברים.
  2. החל מהשבוע 1 לפני האימון מראש פגישות, שוקל לעכברים מדי יום להאכיל אותם עם תקן גלולה האוכל לשמור על 80% עד 85% ממשקלם האכלה חופשית הגוף לאורך כל הניסוי.
  3. לספק מדי יום עם שמונה כדורי סוכרוז לכל עכבר, בנוסף לרמת גלולה האוכל בכלוב בביתם להרגיל את כדורי סוכרוז עד תחילת מראש האימונים.

4. הרגלה למנגנון מראש אימונים

  1. מקום שלתמורה לעבודה כדורי סוכרוז לכל העכבר אל המרכז של כל אחד מששת תאים של מערך, ואת ההפקדה 1 גלולה למגש כל אחת מכשירי מזון.
  2. מניחים את כל העכברים בכלוב לתוך המנגנון ולאפשר להם לחקור בחופשיות את המכשיר עם כל הדלתות פתוחות למשך 30 דקות.
  3. מיום 1 אחרי התרגלות, עכברים נחשפים מדי יום לאימון המוקדם. עם כל הדלתות סגורות גלולה שהופקדו מגש האוכל, עכבר המקום לאזור A1. אם העכבר צורכת לחלוף גלולה או 5 דק ', להעביר את העכבר כדי A2 השטח ולהתחיל הכשרה מראש שוב. אימון כזה חוזר על עצמו חמש פעמים ביום, ונמשכה עד העכברים לצרוך יותר מ 80% של כדורי.
  4. לאחר אימון לפני המפגשים יהיו מלאים, העכברים חשופים לפעילות או לסירוגין כפייה או של שמאל וימין המשימה אפליה.

5. לסירוגין נאלץ המשימה

  1. במשימה נאלץ לסירוגין, כל ניסוי מורכב fol נאלץ לרוץ הבחירהגעה על ידי ריצה בחירה חופשית.
  2. הפעל את תוכנית היישום (תמונה TM) על תחילת המשימה, ואת המקום העכבר בתיבה התחל (S1 שטח).
  3. לחץ על לחצן התחל ולאחר ריצה כפייה הבחירה מתחיל. בטווח הזה, הדלתות של תיבת התחלה (הדלת S2) ועל אחת באזור A1 (דלת א 1) או אזור A2 (A2 הדלת) נפתחות, סוכרוז גלולה מועבר באופן אוטומטי למגש האוכל של האזור עם דלת פתוחה . עכבר מותר להיכנס לאזור לצרוך גלולה. כאשר העכבר אכל גלולה, דלת ליד מגש האוכל של הזרוע כי העכבר כעת נשאר (או P1 הדלת או P2) נפתח. ואז, העכבר מתקרב לדלת (או S1 או S3) השכנה תיבת התחלה, ואו הדלת P1 או P2 סגור את הדלת (S1 או S3) נפתח כך העכבר יכול לחזור לתיבת ההתחלה. אם העכבר לא מצליח לאכול את הכדור בתוך 30 שניות, בתגובה נרשמת "שגיאה, השמטה". ואז, גלולה יוסר אוטומטית מהמגש מזון לאהוא הדלת של הזרוע שעכברים נשארו (או P1 או P2) נפתח, ואז העכבר יכול לחזור לתיבת ההתחלה.
  4. לאחר הריצה כפייה הבחירה, לרוץ חופשי, בחירה אוטומטית מתחיל. הדלת S2 ושניהם A1 ו-A2 דלתות נפתחות. עכבר רשאי לבחור בין שתי הזרועות. אם העכבר נכנס הזרוע הפוכה כי נאלצה לבחור בטווח כפוי בחירה, בתשובתה נחשב "נכון" ועכבר מקבל סוכרוז גלולה. אם העכבר לא מצליח לאכול את הכדור בתוך 30 שניות, בתגובה נרשמת "שגיאה, השמטה", ואת גלולה תוסר באופן אוטומטי ממגש האוכל. אם העכבר הולך יד זהה לזה ביקרו במשימה כפוי בחירה, עכבר מוגבל בשטח של 10 שניות בתור עונש (תגובה "שגיאה"). לאחר מכן, הדלתות של P1 (או S1) ו P2 (או S3) נפתחים, ועכבר יכולים לחזור תיבת ההתחלה.
  5. העכבר הוא נתון 10 מחקרים עוקבים בפגישה דולרהיום (בזמן החיתוך, 50 דקות). עכברים שליטה מאומנים מדי יום כדי להגיע לממוצע קבוצת התשובה הנכונה 80% במושב. הממוצע של הקבוצה התשובה הנכונה מחושב על ידי חישוב ממוצע התשובות% נכון של העכבר בכל בפגישה בכל קבוצה.
  6. אחרי עכברים שליטה ו / או ניסיוני מאומנים הקריטריון, תוכל להמשיך לבדוק את העכברים במשימה לסירוגין מתעכב על ידי הוספת 3 -, 10 -, 30 - או 60-S עיכובים הבחירה בין כפייה לבין בחירה חופשית פועל.
  7. לאחר כל פגישה, להחזיר את העכברים לכלוב ביתם, ולנקות את המכשיר במים hypochlorous סופר (pH 6-7), כדי למנוע הטיה על פי רמזים חוש הריח.

6. שמאל וימין אפליה המשימה

  1. במשימה של שמאל וימין אפליה, כל עכבר ניתנת בחירה חופשית בטווח של 10 או 20 ניסויים. סוכרוז גלולה מועבר תמיד למגש האוכל של אחת הזרועות, כלומר, הזרוע המטרה. העכברים צריכים ללמוד להיכנס הזרוע המטרה. מיקום המטרההזרוע היא בלתי משתנה על פני ניסויים והפעלות, והוא מתאזן על פני מלאה בעכברים ניסיוניים.
  2. הפעל את תוכנית היישום (תמונה TM) על תחילת המשימה, ואת המקום העכבר לתוך התיבה התחל (S1 שטח).
  3. לחץ על לחצן התחל ולאחר ריצה חופשית הבחירה מתחיל. בטווח הזה, הדלת S2 ושניהם A1 ו-A2 דלתות נפתחות, מנפק גלולה אוטומטי מספקת גלולה למגש האוכל של הזרוע המטרה. עכבר מותר באופן חופשי לבחור בין הזרועות על ימין ועל שמאל. כאשר העכבר נכנס הזרוע המטרה, זה נחשב התשובה הנכונה. אם העכבר אוכל גלולה או 30 שניות לחלוף, P1 הדלת (או P2) נפתח. כאשר העכבר מתקרב תיבת התחלה על ידי עובר דרך P1 שטח (או P2), הדלת (S1 או S3) נפתח כך העכבר יכול לחזור לתיבת ההתחלה.
  4. העכבר הוא נתון בדרך כלל 10 עד 20 משפטים רצופים הפגישה ליום (בזמן החיתוך, 50 דקות). עכברים שליטה מאומנים מדי יום כדי להגיע לממוצע קבוצת קור 80%ECT בתגובה בפגישה. הממוצע של הקבוצה התשובה הנכונה מחושב על ידי חישוב ממוצע התשובות% נכון של העכבר בכל בפגישה בכל קבוצה.
  5. אחרי עכברים להגיע קריטריון, אתה יכול לתת פגישות נוספות על עכברים או להעריך זיכרון שימור הלמידה מחדש על ידי הכנסת עיכוב של מספר שבועות בין הפגישות או להעריך גמישות התנהגותית על ידי הנחת שכר הפוך, זרוע unbaited קודם לכן (כלומר היפוך למידה), לפי הצורך.
  6. לאחר כל פגישה, להחזיר את העכברים לכלוב ביתם, ולנקות את המכשיר במים hypochlorous סופר (pH 6-7), כדי למנוע הטיה על פי רמזים חוש הריח.

7. ניתוח תמונה

  1. התנהגויות של מנגנון T-מבוך, נרשם על ידי מצלמת וידאו המחוברת למחשב ואת התמונה מאוחסנת בפורמט TIFF. היישום משמש עבור רכישת וניתוח נתונים התנהגותיים (תמונה TM) מבוסס על תוכנית ברשות הציבור תמונה J (שפותחה על ידיוויין Rasband במכון הלאומי לבריאות הנפש וזמין בכל http://rsb.info.nih.gov/ij/ ), אשר שונה על ידי טסויושי Miyakawa (זמין באמצעות אוהרה ושות', טוקיו, יפן).
  2. תוכנית תמונה TM באופן אוטומטי את קבצי טקסט עבור שיעור התשובה הנכונה, השהיה (SEC) כדי להשלים את הפגישה, המרחק במהלך הפגישה, ומספר שגיאות השמטה הפגישה. כמו כן, תמונות זעירות של העכבר, נתוני המיקום גלם, ונתונים תגובה גלם (השמטה הנכון, או טעות) בטווח זה מיוצרים והציל.

8. ניתוח סטטיסטי

לנתח כל נתונים התנהגותיים אגב-2 (תנאי ניסיונית (למשל, גנוטיפ) x מושב או תנאי ניסיונית עיכובים X) חזר אמצעים ניתוח שונות.

9. נציג תוצאות

דוגמה ביצועים T-מבוך של α-CaMKII + / - תואר שניעכברים לה טמפ ו שגרים wild-type שלהם שליטה C57BL/6J (רקע) (11-18 שבועות, n = 10 לכל קבוצה לסירוגין כפייה או של שמאל וימין המשימה אפליה) מוצג במספרים 2-4. כי α-CaMKII + / - עכברים להציג רמות גבוהות של תוקפנות כלפי חבריהם לכלוב 2,3, הן מוטציות ועכברים בקרה שוכנו בנפרד בכלוב פלסטיק (22.7 x 32.3 צילומי 12.7 ס"מ) לאחר הגמילה. הניסויים אושרו על ידי טיפול בבעלי חיים מוסדי ועדת שימוש Fujita בריאות האוניברסיטה.

במשימה נאלץ לסירוגין, עכברים שליטה יהיה יותר ויותר ללמוד לקבל החלטות נכונות, והוא יכול להגיע בדרך כלל בקריטריון של התגובה הממוצע הנכון 80% בתוך כ 1-2 שבועות (איור 2 א). לעומת עכברים שליטה, α-CaMKII + / - עכברים הראו שיעור נמוך משמעותית של תשובות נכונות (גנוטיפ: F (1,18) = 29.04, p <0.0001) וזמן המתנה קצר יותר (גנוטיפ: F (1,18) = 8.88 , p = 0.008, X גנוטיפ מושב: F (9,162) = 2.24, P = 0.0218) ונסע ד קצר יותרistance (גנוטיפ: F (1,18) = 8.67, p = 0.0086; x גנוטיפ מושב: F (9,162) = 3.19, P = 0.0014) מאשר עכברים שליטה (איור 2 א ', ב' וג'). השפעה משמעותית של הגנוטיפ נמצא שגיאות השמטת (איור 2 ד). כמו כן, במשימה לסירוגין מאוחרת, אחוזי בחירה נכונה של α-CaMKII + / - העכברים היו נמוכים משמעותית מאלה של wild-type עכברים בכל עת עיכוב (גנוטיפ: F (1,18) = 38.781, p <0.0001; עיכובים : F (3,54) = 8.074, p = 0.0002; גנוטיפ x השהיה: F (3,54) = 0.223, p = 0.88; איור 3). תוצאות אלו מצביעות כי מוטציות להציג את ביצועי לקוי לעומת שליטה העכברים אם כי העכברים שעברו מוטציה יכול לבצע את המשימה מהר יותר מאשר שולטת, דבר המצביע על כך α-CaMKII חסר גורם הגירעון זיכרון העבודה.

במשימה של שמאל וימין אפליה, אחוזי בחירה נכונה של α-CaMKII + / - מוטנטים גדל בהדרגה על פני מפגשים, בדומה לשליטה עכברים (איור 4 א). כמו כן, כאשר עיכוב 1 חודשים הוכנס בין הפגישותלא היו הבדלים משמעותיים אחוזים הנכון בין עכברים שעברו מוטציה ושליטה. כמו במשימה נאלץ לסירוגין, α-CaMKII + / - מוטנטים הראו חביון קצר יותר באופן משמעותי כדי להשלים את הפגישה (גנוטיפ: F (1,18) = 12.12, p = 0.0027) ומרחק קצר נסע במנגנון במהלך הפגישה (גנוטיפ : F (1,18) = 25.08, p <0.0001; x גנוטיפ מושב: F (15,270) = 2.83, P = 0.0004) מאשר עכברים שליטה על פני האימונים (איור 4 ב 'וג'). נתונים אלו מעידים כי α-CaMKII מינון חסר אינו משפיע על הזיכרון התייחסות כפי שנבחנו על ידי פעילות זו. את היפוך-learning הפעלות, לעומת זאת, α-CaMKII + / - מוטנטים הראה אחוז נמוך משמעותית של תשובות נכונות (גנוטיפ: F (1,18) = 10.92, p = 0.0039; x מושב גנוטיפ: F (5,90) = 5.54, p = 0.0002; איור 4 א) והיו לו שגיאות השמטת יותר (גנוטיפ: F (1,18) = 17.12, p = 0.0006; איור 4D) מאשר עכברים שליטה. ממצאים אלה מראים כי α-CaMKII + / - עכברים שעברו מוטציה צמצמו גמישות התנהגותית.

<בכיתה P = "jove_content"> איור 1
באיור 1. () T-מבוך מנגנון לסירוגין בכפייה שמאל ימין משימות אפליה. הנתון מצוטט מ טאקאו et al. (2008). (ב ') תמונה נתפס על ידי מצלמת CCD עלה מעל המכשיר. T-מבוך מחולק למחיצות אל תוך 6 אזורים (A1, A2, S1, S2, P1, P2) על ידי דלתות הזזה (S1, S2, S3, A1, A2, P1, P2). (ג) תצורה הכיוון של אותות מכשירים מבוך במיוחד בחדר אטום לרעש. שני המנגנונים ממוקמים מול באותו כיוון לעבר הקיר בחדר אטום לרעש, וחפצים, כמו הדלת של החדר, אורות ניאון על התקרה, קירות החדר, מצלמות CCD של מנגנוני את ומדפים כדי להכיל את העכבר כלובי מוגדרים.

איור 2
איור 2. T-מבוך נאלץ המשימה לסירוגין. העכברים קיבלו 10 ניסויים יומיים לכל session. נתונים על אחוז (א) התשובות הנכונות, (ב) חביון (שניות), (ג) המרחק (ס"מ), (ד) מספר טעויות השמטת המיוצגים כאמצעי עם סטיות תקן עבור כל בלוק של שני מפגשים, והיו ונותחו על ידי ANOVA אמצעי דו כיווני חזר. α-CaMKII + / - עכברים הראו שיעור נמוך יותר של תשובות נכונות (p <0.0001) ו - latency קצר יותר (p = 0.008), ונסע מרחק קצר יותר (p = 0.0086) מאשר עכברים שליטה על פני מפגשים.

איור 3
איור 3. T-מבוך נאלץ המשימה לסירוגין עם עיכובים של 3, 10, 30 ו 60 שניות. כ 24 שעות לאחר האימון האחרון, העכברים היו נתונים מחמישה מפגשים עיכוב. אחוז התשובות הנכונות עבור כל עיכוב מיוצג כאמצעי עם סטיות תקן, ו נותחו על ידי ANOVA אמצעי דו כיווני חזר. α-CaMKII + / - עכברים הראו שיעור נמוך יותר של תשובות נכונות מאשר עכברים שליטה על כל עיכובזמן (p <0.0001).

איור 4
איור 4. T-מבוך של שמאל וימין המשימה אפליה. העכברים קיבלו ביום 10 או 20 ניסויים בפגישה. נתונים על אחוז (א) התשובות הנכונות, (ב) חביון (שניות), (ג) המרחק (ס"מ), (ד) מספר טעויות השמטת מיוצגות כאמצעי עם סטיות תקן עבור כל בלוק של 20 ניסויים, אשר נותחו על ידי ANOVA אמצעי דו כיווני חזר. במהלך האימונים הראשונים ופגישות הלמידה מחדש 1 חודש לאחר האימון האחרון, אחוז התשובות הנכונות לא שונה באופן משמעותי בין α-CaMKII + / - מוטציה לבין עכברים שליטה. עכברים שעברו מוטציה, לעומת זאת, הראו שיעור נמוך משמעותית של תשובות נכונות מאשר עכברים שליטה במהלך הלמידה הפעלות היפוך (p = 0.0039).

Discussion

כפייה לסירוגין ועל שמאל וימין משימות אפליה באמצעות T-מבוך נמצאים בשימוש נרחב להערכת עבודה וזיכרון התייחסות, בהתאמה, מכרסמים 4.5. ב T-מבוך משימות, ידוע כי מכרסמים יכולים להשתמש באסטרטגיות שונות כדי לבצע את המשימות, בהתבסס על רמזים מרחביים ולא מרחביים, כמו מבוך במיוחד רמזים, תצורה של רמזים חדר, התמצאות במבוך, וכן הלאה 6,7,8. הכיוון של מבוך בחדר ואת, את יציבותו היעדרות או נוכחות של מקטב רמזים בחדר, והיכולת של מכרסמים לראות רמזים בחדר עשוי להשפיע על אסטרטגיות. לכן, החוקרים צריכים לשקול בתצורת והכיוון של מנגנון רמזים בחדר בביצוע הניסוי פרשנות של נתונים התנהגותיים. במעבדה שלנו, אנו שמים 2 מול המנגנון באותו כיוון לעבר הקיר בחדר אטום לרעש וחפצים קבועים, כגון הדלת של החדר, אורות ניאון על התקרה, קירות החדר, מצלמות CCD שלמנגנוני ומדפים כדי להתאים כלובי עכברים, שעשויים לשמש מבוך במיוחד רמזים מרחביים של עכברים (ראה איור 1 ג).

במקרים רבים, T-במבוך הבדיקות נערכו באופן ידני כדלקמן ידי הנסיין האנושי: במשפט אחד, עורך הניסוי מטיל סוכרוז גלולה על מגש האוכל, ופותח את דלתות הגיליוטינה של המכשיר כדי להפעיל את הבדיקה. לאחר מכן, כאשר העכבר נכנס באחת הזרועות, הנסיין סוגר את הדלתות, תיעוד התנהגות העכבר מעביר את העכבר מהזרוע התיבה התחל ביד. המשתנים מבלבלים האפשריות של טיפול אינטראקציה עם גנוטיפ העכבר או תנאי הניסוי עלול להשפיע על T-מבוך הביצועים. במהלך העשור האחרון, שונה T-מבוך מבחן המשימה לסירוגין רציפה שאינה כרוכה בהעברה ידנית של הנושא מהזרוע המטרה לחזור תיבת ההתחלה הייתה בשימוש. 9-11 גם כאשר המכשיר, פרוטוקולי הבדיקה, ו משתנים סביבתיים רבים השוו במרץ, STAבדיקות התנהגותיות ndardized לא תמיד תוצאות דומות מעבדות שונות 12,13. הנסיינים ספציפיים ביצוע בדיקות יכול להיות ייחודי למעבדה כל יכול גם להשפיע על התנהגותם של עכברים. בנוסף, הניסוי האנושי הוא בדרך כלל נוטים לעשות טעויות, כגון טעות במיקום סוכרוז גלולה, פתיחה או סגירה דלתות אחרות, כמו גם טעויות מעקב אחר מספר ניסוי מדידת זמן. כדי להקטין את ההשפעה של משתנים מבלבלים ואת המופע של טעויות אנוש, פיתחנו והשתמש מנגנון אוטומטי T-מבוך הנשלט על ידי מערכת וידאו מעקב עם תוכנית תמונה TM. מנגנון משופר T-במבוך יש גם יתרונות המאפשרים לנו להשתמש microdialysis, electrophysiology, וטכניקות optogenetics בהופעה T-במבוך, כי הדלתות נועדו לרדת אל הרצפה. לכן, המנגנון האוטומטי הוא כלי שימושי כדי להקל על מחקרים לנוירוביולוגיה של עבודה וזיכרון התייחסות מכרסמים.

כדי לאפשר ביצוע אוטומטי ברציפות בסדרה של ניסויים הפעלה, פרוטוקולים שלנו יש מספר חסרונות פוטנציאליים. לדוגמה, במשימה נאלץ לסירוגין, פעם עבור העכברים לחזור S1 מ A1 או A2 עלול להשפיע על הביצועים שלהם. אולי זה לא יהיה בעיה רצינית, אם כי, מאז P1 להישאר או אזור P2 עצמה יכולה להיות סימן מרחבית ושהייה ארוכה או קצרה באזור גם בטווח כפייה הבחירה לא יכול לשנות את עומס הזיכרון. בעיה נוספת היא כי הפוטנציאל שובל הריח על ידי העכברים, במקום זיכרון עבודה מרחבי, יוכל לשמש. עם זאת, לאחר מספר נסיונות כמו, שבילי ריח יכול להיות מספר רב של פעמים מוחלפים יהיה קשה להיות מנוצל כמו רמזים. כמו כן, במשימה שמאל האור אפליה, שבילי ריח עשוי לשמש אותות חוש הריח של העכברים כדי למצוא את המיקום של הפרס על מחקרים עוקבים. רמזים יכולים להשפיע על תהליך הלמידה והזיכרון על ניסויים בפגישה, המהווים פוטנציאל להיות בעיה. עם זאת,עכברים לא יכולים להשתמש באסטרטגיה שובל ריח במשפט הראשון בפגישה ולכן ההופעות של הניסויים הראשונים היו לשמש כמדד כלומר ללא שימוש הפוטנציאל של האסטרטגיה שובל הריח.

כפי שניתן לראות את התוצאות מייצגות, אחוז התגובות הנכונות של העכברים C57BL/6J שליטה מוגברת בהדרגה משימות על פני שתי ישיבות. הממצאים מאשרים כי עכברים C57BL/6J יכולים ללמוד לקבל החלטות נכונות אוטומטית שונה T-במבוך. במחקר זה, העכברים נשאר בסביבות 80% בחירות נכונות ולא יותר, גם לאחר הכשרה מקיפה (ראה איור 2 א). בהתחשב בכך הם שומרים על מראה כמה טעויות השמטת ברחבי האימונים, המוטיבציה שלהם לא יכול להיות כל כך גבוה עבור העכברים על מנת להגיע לרמה גבוהה יותר של ביצועים. במשימה נאלץ לסירוגין, α-CaMKII + / - עכברים הראו שיעור נמוך יותר של תשובות נכונות מאשר עכברים שליטה. כך, העכברים שעברו מוטציה להציג ביצועי לקוי לעומת העכברים השליטה ת"א זהSK. תוצאה זו עולה בקנה אחד עם ממצאים קודמים שהושגו במבחן שמונה הזרוע מבוך רדיאלי 2,14, מתן עדות נוספת כי α-CaMKII חסר גורם הגירעונות בזיכרון העבודה כי המשימה לסירוגין נאלץ במנגנון T-מבוך אוטומטי מזהה במדויק עובד גירעונות זיכרון של עכברים שעברו מוטציה. במשימה של שמאל וימין אפליה, התוצאות מצביעות על כך α-CaMKII מינון חסר אינו משפיע על הזיכרון התייחסות. כפי שניתן לראות את התוצאות של היפוך-learning הפעלות, לעומת זאת, α-CaMKII חסר עשויה להפחית גמישות התנהגותית. העכברים שעברו מוטציה גם להציג שגיאות השמטת יותר מאשר עכברים שליטה בפגישות למידה ההיפוך. הגידול במספר הטעויות השמטת יכול להפחית את ההזדמנות ללמוד איזו יד קשורה זכתה. לכן, רכישת למידה מאוחרת יכול להיות בשל הגידול במספר הטעויות השמטת בפגישות הראשונות, אבל לא אני היפוך לקוילהרוויח. אפשרות אחרת היא כי מוטציות יכול להתבלבל ידי שינוי בכללים, אשר עשוי לעורר טעויות של השמטה ולהפריע פונקציה המבצעת. לכן, כדי להסיק מסקנה סבירה, שגיאות השמטת יש לבחון, כמו גם אחוז הבחירה הנכונה.

תוכנית תמונה TM יוצרת תוצאות נוספות עבור חביון ומרחק נסע להשלים את הפגישה, כמו גם אחוז התשובה הנכונה ואת מספר שגיאה, השמטה. ההבדלים חביון ומרחק נסע להשלים את הפגישה לא יתפרש כאילו הוא ההבדל ברמת הפעילות של תנועה, נטייה אימפולסיבית לבחירת נשק, המוטיבציה לבצע את המשימה, רמת הרגלה על אסטרטגיה, משימות למידה שונות וכו 'לגבי התוצאות מייצגות, α-CaMKII + / - עכברים הראו חביון קצר ומרחק קצר נסע מאלה של הפקדים. למעשה, α CaMKII + / - עכברים הראו פעילות hyperlocomotor לעומת tהוא לשלוט עכברים 3 ו פנוטיפ זה יכול ביסוד ההבדלים המדדים.

במעבדה שלנו, יש לנו להעריך יותר מ -36 זנים של עכברים מהונדסים גנטית ופרוע מסוג עכברים שליטה במבחן T-מבוך באמצעות מנגנון אוטומטי על מנת להבהיר את הקשר בין גנים, מוח, והתנהגות 15,16. קיבלנו קבוצה גדולה של נתונים גולמיים של יותר מ 1200 עכברים, דיווחו על נתוני הביצועים T-המבוך של מספר זנים של עכברים שעברו מוטציה 3,16-22. הנתונים של זנים שכבר התפרסמו במאמר המחקר כלולים "מסד נתונים עכבר ההתנהגות הפנוטיפ" כמו מסד הנתונים הציבורית (כתובת האתר: http://www.mouse-phenotype.org/~~V ). חלק מהמחקרים הראו כי עכברים עם מוטציה Dtnbp1 1, Nrd1 20, או 21 Plp1 גנים להראות לעבוד גירעונות זיכרון. כך, פרוטוקול סטנדרטי שלנו עבור T-מבוך עם משימות אוטומטיותמנגנון מתאים לגילוי השפעות גנטיות על תפקוד הזיכרון בין עכברים שליטה מוטנטים ו wild-type. הפרוטוקולים מבחן ההתנהגות צריך להיות אחיד, משוכפל, ואת התוצאות בהשוואה מול מעבדות. מנגנון משופר T-מבוך מוביל אוטומציה של נוהלי הבדיקה, אשר יכול לתרום סטנדרטיזציה של פרוטוקולים להשתמש בה בכל המעבדות.

כפי שניתן לראות במאמר זה וידאו, את הגירסה הנוכחית של המכשיר ותוכנית יכול לאפשר לנו לבחון שחור או agouti עכברים, אבל העכברים לא לבקנים. עכשיו, אנחנו מייצרים גרסה שונה של המערכת כדי לאפשר עכברים לבקנים להיבדק. למערכת יש יתרון כי microdialysis vivo, in vivo electrophysiology, וניסויים optogenetics ניתן לבצע במהלך הבדיקה T-במבוך, כי הדלתות נועדו לרדת מתחת לרצפה. למשל, חוקרים מסוימים לנסות לחקור את תכונות אלקטרו של נוירונים בהיפוקמפוס במהלך הבחירה של נשקלמרות שיפורים מסוימים של מכשירים יש צורך בהזמנה כדי למזער את הרעש החשמלי דלתות מנגנון גלולה מפעילים הסרת.

יחדיו, T-מבוך נאלץ לסירוגין ועל שמאל וימין משימות אפליה באמצעות מנגנון אוטומטי שונה שימושיים להערכת עבודה וזיכרון התייחסות וגמישות התנהגותית בעכברים.

Disclosures

אין ניגוד עניינים הצהיר.

Acknowledgements

אנו מודים קזואו נאקאנישי על עזרתו בתוכנית פיתוח תמונה TM לניתוח התנהגותי. מחקר זה נתמך על ידי מענק סיוע-in-למחקר גישוש (19653081), גרנט-in-Aid למחקר מדעי (ב) (21300121), גרנט-in-Aid למחקר מדעי על תחומי חדשני (רשת מקיפה מדעי המוח) מ משרד החינוך, המדע, הספורט והתרבות של יפן, מענק Neuroinformatics יפן מרכז (NIJC), מענקי מפסגת & ציפור יפן מדע וטכנולוגיה הסוכנות (JST).

References

  1. Takao, K., Toyama, K., Nakanishi, K., Hattori, S., Takamura, H., Takeda, M., Miyakawa, T., Hashimoto, R. Impaired long-term memory retention and working memory in sdy mutant mice with a deletion in Dtnbp1, a susceptibility gene for schizophrenia. Mol. Brain. 1, 11-11 (2008).
  2. Chen, C., Rainnie, D. G., Greene, R. W., Tonegawa, S. Abnormal fear response and aggressive behavior in mutant mice deficient for alpha-calcium-calmodulin kinase II. Science. 266, 291-294 (1994).
  3. Yamasaki, N., Maekawa, M., Kobayashi, K., Kajii, Y., Maeda, J., Soma, M., Takao, K., Tanda, K., Ohira, K., Toyama, K. Alpha-CaMKII deficiency causes immature dentate gyrus, a novel candidate endophenotype of psychiatric disorders. Mol. Brain. 1, 6-6 (2008).
  4. Aultman, J. M., Moghaddam, B. Distinct contributions of glutamate and dopamine receptors to temporal aspects of rodent working memory using a clinically relevant task. Psychopharmacology. 153, 353-364 (2001).
  5. Papaleo, F., Yang, F., Garcia, S., Chen, J., Lu, B., Crawley, J. N., Weinberger, D. R. Dysbindin-1 modulates prefrontal cortical activity and schizophrenia-like behaviors via dopamine/D2 pathways. Molecular Psychiatry. 1-14 (2010).
  6. Douglas, R. J. Cues for spontaneous alternation. J. Comp. Physiol. Psychol. 62, 171-183 (1966).
  7. Dudchenko, P. A., Davidson, M. Rats use a sense of direction to alternate on T-mazes located in adjacent rooms. Anim. Cogn. 5, 115-118 (2002).
  8. Dudchenko, P. A. An overview of the tasks used to test working memory in rodents. Neurosci Biobehav. Rev. 28, 699-709 (2004).
  9. Gerlai, R. A new continuous alternation task in T-maze detects hippocampal dysfunction in mice: A strain comparison and lesion study. Behav. Brain. Res. 95, 91-101 (1998).
  10. Wood, E. R., Dudchenko, P. A., Robitsek, R. J., Eichenbaum, H. Hippocampal neurons encode information about different types of memory episodes occurring in the same location. Neuron. 27, 623-633 (2000).
  11. Lee, I., Griffin, A. L., Zilli, E. A., Eichenbaum, H., Hasselmo, M. E. Gradual translocation of spatial correlates of neuronal firing in the hippocampus toward prospective reward locations. Neuron. 51, 639-650 (2006).
  12. Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
  13. Wahlsten, D., Metten, P., Phillips, T. J., Boehm, S. L., Burkhart-Kasch, S., Dorow, J., Doerksen, S., Downing, C., Fogarty, J., Rodd-Henricks, K. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54, 283-311 (2003).
  14. Matsuo, N., Yamasaki, N., Ohira, K., Takao, K., Toyama, K., Eguchi, M., Yamaguchi, S., Miyakawa, T. Neural activity changes underlying the working memory deficit in alpha-CaMKII heterozygous knockout mice. Front Behav. Neurosci. 3, 20-20 (2009).
  15. Takao, K., Miyakawa, T. Investigating gene-to-behavior pathways in psychiatric disorders: the use of a comprehensive behavioral test battery on genetically engineered mice. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1086, 144-159 (2006).
  16. Takao, K., Yamasaki, N., Miyakawa, T. Impact of brain-behavior phenotypying of genetically-engineered mice on research of neuropsychiatric disorders. Neurosci. Res. 58, 124-132 (2007).
  17. Ikeda, M., Hikita, T., Taya, S., Uraguchi-Asaki, J., Toyo-oka, K., Wynshaw-Boris, A., Ujike, H., Inada, T., Takao, K., Miyakawa, T. Identification of YWHAE, a gene encoding 14-3-3epsilon, as a possible susceptibility gene for schizophrenia. Hum. Mol. Genet. 17, 3212-3222 (2008).
  18. Nakatani, J., Tamada, K., Hatanaka, F., Ise, S., Ohta, H., Inoue, K., Tomonaga, S., Watanabe, Y., Chung, Y. J., Banerjee, R. Abnormal behavior in a chromosome-engineered mouse model for human 15q11-13 duplication seen in autism. Cell. 137, 1235-1246 (2009).
  19. Hashimoto-Gotoh, T., Iwabe, N., Tsujimura, A., Takao, K., Miyakawa, T. KF-1 Ubiquitin Ligase: An Anxiety Suppressor. Front. Neurosci. 3, 15-24 (2009).
  20. Ohno, M., Hiraoka, Y., Matsuoka, T., Tomimoto, H., Takao, K., Miyakawa, T., Oshima, N., Kiyonari, H., Kimura, T., Kita, T., Nishi, E. Nardilysin regulates axonal maturation and myelination in the central and peripheral nervous system. Nat. Neurosci. 12, 1506-1513 (2009).
  21. Tanaka, H., Ma, J., Tanaka, K. F., Takao, K., Komada, M., Tanda, K., Suzuki, A., Ishibashi, T., Baba, H., Isa, T., Shigemoto, R., Ono, K., Miyakawa, T., Ikenaka, K. Mice with altered myelin proteolipid protein gene expression display cognitive deficits accompanied by abnormal neuron-glia interactions and decreased conduction velocities. J. Neurosci. 29, 8363-8371 (2009).
  22. Sagata, N., Iwaki, A., Aramaki, T., Takao, K., Kura, S., Tsuzuki, T., Kawakami, R., Ito, I., Kitamura, T., Sugiyama, H., Miyakawa, T., Fukumaki, Y. Comprehensive behavioural study of GluR4 knockout mice: implication in cognitive function. Genes. Brain Behav. 9, 899-909 (2010).

Comments

5 Comments

  1. I have a question regarding the "trials to criterion". Each and every mouse tested should reach the criterion? Or can group all mice and see if the mean fits to the criterion. Thank you in advance and congratulations for the excelent protocol.

    Reply
    Posted by: Guilherme G.
    October 30, 2012 - 12:50 PM
  2. In the case of alpha-CaMKII heterozygous knockout mice and the wild-type control mice, not all the control mice reached the criterion (80 % correct responses) at the last session. They showed 70-100 % correct responses; the mean % responses of the group fitted to the criterion.
    In most studies, the criterion is generally 75-90 %. You can adopt the criterion that you want to use, depending on your research.

    Reply
    Posted by: Hirotaka S.
    October 31, 2012 - 7:29 AM
  3. Hello, thank you for this excellent article. Is there a way to obtain the Image TM software or a guide on modifying ImageJ? Thank you in advance.

    Reply
    Posted by: Maxym M.
    November 4, 2012 - 8:51 PM
  4. We are planning to distribute the software freely and now preparing downloadable one. We will make an announce once it is ready. By the way, we are planning same thing for elevated plus maze test ( http://www.jove.com/video/1088/elevated-plus-maze-for-mice ) and the light dark transition test ( http://www.jove.com/video/104/lightdark-transition-test-for-mice ).

    Reply
    Posted by: Tsuyoshi M.
    November 4, 2012 - 9:10 PM
  5. Now, Image TM is freely available from this URL. http://www.mouse-phenotype.org/software.html
    Hope it helps!

    Reply
    Posted by: Tsuyoshi M.
    November 25, 2013 - 1:54 AM

Post a Question / Comment / Request

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

Video Stats