تحليل السلوكي للتحقيق في دور الذاكرة المكانية خلال الدفاع الغريزي في الفئران

Behavior
 

Summary

ويصف هذا البروتوكول تحليل السلوكي، استناداً إلى اختبار المتاهة بارنز، لدراسة دفاعية غريزية كيف يتم تعديل الإجراءات بعلم البيئة المكانية.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Vale, R., Evans, D., Branco, T. A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice. J. Vis. Exp. (137), e56988, doi:10.3791/56988 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

وقد اختارت تطور مرجع للسلوكيات الدفاعية التي لا غنى عنها للبقاء على قيد الحياة عبر جميع الأنواع الحيوانية. غالباً ما تكون هذه السلوكيات النمطية الإجراءات أثارت في الاستجابة للمحفزات الحسية الفطرة البرود، لكن نجاحها يتطلب قدرا كافياً من المرونة للتكيف مع البيئات المكانية المختلفة، التي يمكن أن تتغير بسرعة. وهنا يصف لنا تحليل السلوكي لتقييم تأثير المعرفة المكانية المستفادة في السلوكيات الدفاعية في الفئران. ونحن قد تكيفت المقايسة الذاكرة المكانية المتاهة بارنز المستخدمة على نطاق واسع للتحقيق كيف انتقل الفئران إلى مأوى خلال الردود الهروب إلى المنبهات الحسية الفطرة البرود في بيئة جديدة، وكيفية التكيف مع التغيرات الحادة في البيئة. هذا الفحص الجديد هو معياراً اثولوجيكال التي لا تتطلب تدريبا ويستغل الطبيعية استكشاف أنماط واستراتيجيات التنقل في الفئران. ونحن نقترح أن مجموعة البروتوكولات المذكورة هنا هي وسيلة قوية لدراسة السلوكيات الموجهة الهدف والتنقل أدت الحوافز، التي ينبغي أن تكون ذات فائدة لكلا الحقلين سلوكيات غريزية والذاكرة المكانية.

Introduction

سلوكيات دفاعية غريزية تعتبر إلى حد كبير أن تكون ماثلة التحفيز-الردود، مثل حركة ج-البدء في الأسماك والبرمائيات، الذي ينقل الحيوان بعيداً عن مصدر تهديد1. ومع ذلك، يمكن أن تكون السلوكيات الدفاعية التكيفية أكثر إذا كانت مرنة تأخذ في الاعتبار المعلومات المستخلصة عن البيئة الحالية. ومن الأمثلة على هذه المرونة هو التحول من الهروب إلى تجميد أبدته القوارض عندما تواجه الخطر، تبعاً لمعرفة مسبقة حول وجود أو عدم وجود مأوى في البيئة2،3. أمثلة أخرى على المرونة في سلوكيات فطرية تشمل تكييف على عتبة بدء الرحلة أو الهروب السرعة اعتماداً على المسافة بين فريسة و المأوى لها4، تجربة المسافة إلى التهديد5،6، والسابقة 11 , 12، كذلك تحديد استراتيجيات دفاعية مختلفة تبعاً للخصائص الحسية من التحفيز البرود7، أو حتى قمع السلوك الدفاعي في مواجهة الدوافع المتنافسة مثل الجوع8، 9،10. تبعية اختيار العمل على المعارف المكتسبة حول الميزات المكانية للبيئة يجعل السلوكيات دفاعية غريزية في الفئران نموذج قوية لدراسة اختيار الهدف والذاكرة المكانية والملاحة. هنا، يمكننا وصف تكييف مهمة السلوكية استخداماً، والذاكرة المكانية المتاهة (BM) بارنز الاعتداء13، لتحديد تأثير البيئة المكانية على اختيار إجراءات دفاعية في الفئران، واستراتيجياتها الخاصة بالملاحة عند الهروب نحو ملجأ.

المتاهة بارنز القياسية المستخدمة في دراسة التعلم والمكانية الذاكرة في الفئران ويتكون من منصة دائرية ~ 90 سم القطر مع ثقوب متباعدة بالتساوي 20، التي أغلقت 19، وواحد يؤدي إلى ملجأ تحت الأرض التي تسعى الفئران تجنبا لفتح مجال البيئة لمنهاج العمل. في كثير من الأحيان، ضعف المحفزات البرود (صفارة، الضوء الساطع، مروحة) تستخدم باستمرار في جميع أنحاء المقايسة لجعل البيئة البرود وبالتالي التشجيع على دخول المأوى14. في15،التحليل الأكثر استخداماً16، قد الحيوان واحد التعود المحاكمة حيث أنها تسترشد إلى الملجأ يدوياً المجرب فورا بعد يجري وضعه على المنصة. هذا هو تليها فترة الحصول على 4 أيام، حيث كل يوم مسموح بالماوس للتنقل بحرية في متاهة لمدة 3 دقائق، بعدها أنه مرة أخرى يدوياً يسترشد إلى المأوى إذا أنها لا تصل إلى أنه خلال فترة الاستكشاف. المرحلة الأخيرة من الفحص مسبار واحد للمحاكمة في اليومال 5 (على الرغم من أن ذاكرة سبعة أيام طويلة الأجل لمحاكمة أيضا عادة تتم) عند الحيوان يستكشف المتاهة مع جميع الثقوب مغلقة. الذاكرة التعلم وطويلة الأجل هي كمية الوقت اللازم للعثور على مأوى والوخزات في الثقوب خاطئة خلال فترة حيازة، والوقت الذي يقضيه قرب الحفرة المأوى مغلقة في محاكمة التحقيق. النتائج النموذجية تظهر انخفاضا في عدد الأخطاء والكمون للوصول إلى المأوى أثناء اقتناء، ونسبة أعلاه فرصة من الوقت الذي يقضيه في رباعي يحتوي على حفرة مغلقة المستهدفة في التحقيق المحاكمة15.

وبينما كانت عدة متغيرات للمقايسة BM18سبق وصفها17،،19، النموذج الذي يصف لنا هنا قد ثلاثة تغييرات أساسية من التحليل القياسي. أولاً، يتم ترك الحيوان لاستكشاف المتاهة وإيجاد المأوى بمفردها، ويتم اختبار في الدورة نفسها، بعد أن تم العثور على الملجأ، خلال فترات حيث تشارك الحيوان في السلوك الاستكشافي. على الرغم من أن هذا الإعداد لا اختبار الذاكرة على المدى الطويل من موقع المأوى، فإنه صمم ليكون سيناريو طبيعي أن يقلد استكشاف الأرض الرواية، تحت التهديد بالافتراس. وباﻹضافة إلى ذلك، فإنه يسمح لاختبار كيف الحيوانات تتكيف مع التغيرات الحادة في البيئة، مثل التغيرات المفاجئة في المناظر الطبيعية. ثانيا، هو أحد جوانب رئيسية للمقايسة لدينا أن المجرب قوات ابدأ الحيوان أو الخروج من الملجأ، الذي يمكن تضليل الحيوان واستبعاد مسار التكامل20 ك استراتيجية قابلة للتطبيق ملاحة21. مسار التكامل هو استراتيجية تنقل الذي يستخدم إشارات ذاتية الحركة، مثل الرموز المخصوص والدهليزيه، الناشئة عن دمج تدفق السيارات، إلى تحديث الموضع الحالي للحيوان، والانتقال نحو هدف، وليس من الممكن إذا التي تنقل الحيوانات سلبية بالمجرب. ثالثا، نستخدم البرود الفطرة البصرية22 والمنبهات السمعية23 للحصول على الهروب إلى المأوى، والتي يتم تمييزها بسهولة من السلوك مساحات العلف الجارية ويسمح للتقييم والتقدير الكمي لاستراتيجيات محددة الملاحة المستخدمة خلال الدفاع عن التهديدات الوشيكة. ونحن نقترح أن هذا التحليل سوف تكون مفيدة لتشريح دور الذاكرة المكانية في اختيار وتنفيذ سلوك دفاعي، وأكثر عموما إلى أوسع دراسة للتنقل الموجه بالهدف والذاكرة المكانية على المدى القصير. عرض البروتوكولات المذكورة هنا Vale وآخرون. في عام 2017، الذي نشير إليه القراء لأكثر في عمق مناقشة الأساس المنطقي للتجارب والنتائج.

Protocol

جميع التجارب التي أجريت بموجب قانون "المملكة المتحدة الحيوانات" (إجراءات علمية) 1986 (PPL 70/7652) عقب الموافقة الأخلاقية المحلية.

1. إعداد "جهاز السلوكية"

ملاحظة: العنصر الرئيسي لجهاز السلوكية، هو البديل من المتاهة بارنز13 يتألف من منصة دائرية اكريليك بيضاء (92 سم في القطر) مع 20 مسافة واحدة، قطرها 5 سم، ثقوب دائرية، يقع إشعاعيا، 5 سم من الحافة من النظام الأساسي . 19 هذه أن تكون مغلقة مع المكونات البلاستيكية السوداء (عمق 5 مم)، بينما يؤدي حفرة المتبقية إلى ملجأ Perspex أسود (أبعاد 4.7 × 5.8 × 15 سم) أن الفئران ويمكن بسهولة الدخول والخروج. منطقة وسط الساحة يتكون من منصة دائرية ثابتة (22 سم في القطر) والهامش شنت على إطار الذي يسمح تناوب أكثر من 360 درجة مئوية من خلال محرك السائر الكمبيوتر التي تسيطر عليها. النظام الأساسي ارتفاع 45 سم من الكلمة لمنع الفئران من التسلق إلى أسفل. راجع الرسم التخطيطي في الشكل 1.

  1. إرفاق العظة البصرية على هامش النظام الأساسي (الرموز 2D أو 3D مع مختلف الأشكال والألوان والأنماط)، على الأقل 2 سم بعيداً عن حافة لمنع الفئران من الوصول إليهم.
    ملاحظة: أمثلة للإشارات المرئية مربعات زرقاء عادي 262 سم2، أو دوائر (قطرها 15.5 سم) مليئة المشارب الأرجواني قطري.
  2. إضافة ~ 2 ز الفراش من الصفحة الرئيسية-القفص الماوس إلى داخل الملجأ بمثابة جديلة حاسة الشم محلية. بشكل اختياري، ضع ضوء التي تنبعث منها صمام ثنائي (LED) عند مدخل الملجأ لتقديم أحد الرموز تاريخية بصرية محلية.
  3. لعزل الماوس من الخارجية، تجميع القاصي مرئية، جدار مثمنة أو أسطواني، تمتد 40 سم فوق و 15 سم تحت سطح منصة، حول الساحة، وضع 10 سم بعيداً عن حافة المنصة.
  4. ضع الموجات فوق الصوتية متكلم 50 سم فوق المركز من النظام الأساسي، لتقديم المحفزات سمعي البرود.
  5. ضع شاشة نصف شفافة سم 64 أعلاه على الساحة للمحفزات البصرية أحمال البرود المشروع مرة أخرى باستخدام جهاز عرض.
  6. سوف تضيء على ضوء المقدمة من جهاز الإسقاط على جهاز السلوكية؛ معايرة أنه حيث أن هناك 5-10 lx في وسط السطح الأساسي. وضع مصابيح الأشعة تحت الحمراء وكاميرا الأشعة تحت حمراء فوق المنصة، مع مرشح تمرير طويل (> 700 nm) لمنع وميض جهاز العرض في شريط الفيديو المكتسبة.
  7. تتبع موقف الماوس على الإنترنت، باستخدام البرمجيات المتاحة تجارياً أو خوارزمية مناسبة. تتبع الفئران السوداء على ساحة بيضاء، عملية بسيطة عتبة متبوعاً بحساب centroid قناع المناسبة.
  8. ومن الناحية المثالية، ضع جهاز السلوكية داخل مربع واقية صوت وضوء، للحيلولة دون منبهات الخارجية التي تؤثر على التجربة.

2-تقديم المحفزات الفطرة البرود

ملاحظة: يمكن أن تتولد المحفزات المبينة أدناه مع مجموعة واسعة من حزم البرامج المختلفة، بما في ذلك LabVIEW ومطلب.

  1. التحفيز البصرية
    1. المشروع المحفزات إلى الشاشة في وضع سم 64 أعلاه على الساحة. الحافز الذي يتألف من دائرة الظلام توسيع خطيا على خلفية رمادية22 (فيبر التباين =-0.98، الإنارة = 7.95 cd/م2).
      ملاحظة: من الناحية المثالية ينبغي أن يكون محورها مباشرة فوق موضع الماوس، سوبتيندينج من زاوية بصرية ° 2.6 في بداية الدائرة القياسية ويوسع خطيا في 224 °/ق ما يزيد على 200 مرض التصلب العصبي المتعدد إلى 47.4 درجة، الذي يبقى على 250 مللي ثانية قبل إزاحة.
    2. عند تسليم التحفيز البصرية، أنها مركز فوق الماوس. يمكن تحقيق هذا عن طريق الانتظار حتى الماوس يمر عبر منطقة محددة مسبقاً في الساحة، أو تتبع موضع الماوس على الإنترنت واستخدام الإحداثيات التتبع لتحديد مركز الدائرة.
      ملاحظة: على الرغم من أن نقترح إسقاط التحفيز البصري مباشرة فوق الماوس، السلوكيات الدفاعية يمكن أيضا الحصول إذا كان يتوقع أن الحافز نفسه قبل الماوس (في حين لا يزال الموازية للكلمة). في تجربتنا، هذا هو الحال على الأقل حتى 30 سم قبل وضع الماوس.
  2. التحفيز السمعية
    1. يؤدي حافز تتألف من القطار من ثلاثة التضمين تردد أعلى-الاحتلالات من 17 إلى 20 كيلوهيرتز23 أكثر من 3 s، دائم 9 s في المجموع. مستوى ضغط الصوت (SPL)، تقاس على مستوى النظام الأساسي، ينبغي أن يكون في نطاق بين dB 73 و 78.
    2. قم بتوصيل كرت الصوت ومكبر للصوت المتكلم بالموجات فوق الصوتية المتمركزة أعلاه على الساحة لتقديم الحافز السمعي.

3-الحيوانات:

  1. استخدام الفئران C57BL/6J ذكرا كان أو أنثى، بين 6 و 24 أسبوعا القديمة. الحفاظ على الحيوانات على ضوء ح 12 دورة مع حرية الوصول إلى المياه وتشو.
  2. ضمان أن الفئران واحد يضم على الأقل 72 ح قبل التحليل السلوكي واختبار لهم مرحلة الضوء-الضوء دورة.
    ملاحظة: نجد أن الأساس سلوك استكشافي واحد يضم الفئران أكثر قابلية للمقارنة عبر الحيوانات من عبر فريق يضم الفئران. وباﻹضافة إلى ذلك، الحيوانات مع عملية زرع جراحية لتسجيل النشاط العصبي أو التلاعب في كثير من الأحيان بحاجة إلى أن تكون واحدة إيواء، وأنه وبالتالي يمكن أن تكون مفيدة لمراقبة مجموعات البيانات في نفس ظروف السكن.

4-معيار التحليل السلوكية:

  1. دقة تنظيف سطح المنصة مع الإيثانول 70% أو حمض الخل لإزالة الإشارات حاسة الشم غير المرغوب فيها. شطف المأوى مع الماء وغسله مع الإيثانول 70%، بعدها ينبغي أن يكون شطفها بماء مرة أخرى للتقليل من رائحة الإيثانول.
  2. تجفيف منهاج العمل والمأوى تماما، كما الماوس قد تجنب الدخول في المأوى إذا كان الرطب.
  3. عن طريق تناوب المنصة قبل التجربة بطريقة عشوائية موقع المأوى في منهاج لكل محاكمة. موقع المأوى سوف ترتكز على الساحة ولكن سيتم تدويرها فيما يتصل بالعلبة جهاز السلوكية.
  4. الماوس إلى غرفة التجربة في قفصة المنزل ومكان القفص فوق منصة الاختبار لفترة تأقلم 10 دقيقة.
  5. إزالة الماوس من قفصة المنزل وتجنب استرداد من ذيله: كأس عليه أو السماح لها بالصعود إلى عنصر تخصيب اليورانيوم التي يمكن أن ترفع. التقاط الفئران من ذيله وقد تبين أن زيادة مستويات القلق ومما قد يؤثر على الاستجابات السلوكية التهديد24.
  6. بلطف ضع الماوس في وسط الساحة وبدء تشغيل الفيديو-اقتناء.
  7. السماح لفترة تعود 7 دقيقة، قدم من خلالها لا حافز البرود. تأكد من أن الماوس لديه ما يكفي من الوقت للعثور على وأدخل المأوى مرة واحدة على الأقل. تنظر فيه كإدخال إذا كان جميع أطرافه الأربعة داخل الملجأ. 7 دقيقة ينبغي أن يكون كافياً لمعظم الفئران العثور على وأدخل في المأوى، ولكن في حال لم يحدث ذلك، تمديد فترة التعود بفترات إضافية لمدة 5 دقائق حتى تم التحقق من مدخل واحد على الأقل.
  8. يؤدي تقديم حافز البرود (سمعية أو بصرية) أما يدوياً بواسطة مراقبة يعيش الفيديو تغذية، أو تلقائياً من خلال تتبع موقف الحيوان على الإنترنت وقبل تعريف منطقة الاهتمام في الساحة لتحريك الحوافز-التسليم وبمجرد الحيوان تصل إليه. عادة ما يتم تسليم التحفيز البصري مباشرة أعلاه الحيوان باستخدام الفيديو على شبكة الإنترنت تتبع الإحداثيات.
  9. للحصول على استجابة الهروب واحد أو أكثر في نفس الدورة، واسمحوا الماوس طوعا مغادرة المأوى. إذا كان الماوس لم يفلت بنجاح إلى المأوى على حافز آخر البرود، الانتظار على الأقل 60 ثانية قبل تقديم حافز آخر.
  10. بعد الانتهاء من الفحص إرجاع الحيوان إلى قفصة المنزل. في حالة إجراء مزيد من التجارب للماوس نفسه مطلوب، انتظر 48 ساعة على الأقل قبل إعادة الاختبار.
  11. تنظيف منهاج العمل والمأوى كما هو موضح في الخطوة 4، 1 و 4-2 قبل اختبار الحيوان القادم.

ملاحظة: الخطوات 5 و 6 و 7 اختلافات مستقلة من التحليل السلوكي القياسية، ويمكن أن يؤديها كل على حدة.

5. 'استراتيجية التنقل' التحليل السلوكي:

ملاحظة: أن الهدف من هذا التحليل هو تحديد ما هي العظة الفئران تستخدم لتوجيه سلوك الهروب. في هذا التحليل، يتم تدوير الجزء الخارجي منقولة من المنصة بينما الفأر في وسط الساحة الثابتة، الذي يزيح إشعاعيا المأوى والعظة حاسة الشم الموجودة داخل الملجأ والدانية من الإشارات المرئية التي تعلق على المنصة. إذا كان الماوس هو اتباع أي من الرموز التي قد تم تدويرها من أجل الانتقال إلى المأوى، سوف بشكل صحيح الهروب إلى الموقع الجديد توفير المأوى، ولكن إذا كان يستخدم أي من الإشارات الأخرى التي ظلت في المكان، سوف انتقل إلى موقع المأوى السابق.

  1. نفذ الخطوات 4.1 إلى 4.8 من مقايسة السلوكية القياسية المذكورة أعلاه، الحصول على استجابة رحلة واحدة على الأقل لاستخدامها كخط أساس.
  2. واسمحوا الماوس بنشاط مغادرة المأوى وانتظر للانتقال إلى جزء أساسي من النظام الأساسي. ضع طبق صغير مع الأسرة في المركز لتشجيع الاستكشاف وإبقاء الحيوان في المنبر المركزي طويلة بما يكفي للسماح لتناوب الجزء الخارجي من منهاج العمل. إضافة طبق والأسرة بينما الفأر داخل الملجأ، وبعد الهروب الناجحة التي تسبق تناوب المنصة. في حال دخول المأوى خلال استجابة الهروب الماوس، انتظر للدخول طوعا في المأوى، ثم قم بإضافة طبق والفراش.
  3. استخدم المحرك السائر لتدوير منصة مالا يقل عن 36 درجة (ثقوب 2) ثم استخدم حافزا حسية فورا للحصول على استجابة هروب. فمن الممكن أن التناوب مشغلات جفل وحتى يبدأ استجابة هروب.
    ملاحظة: من خلال تجربتنا، سيتم تشغيل ~ 55% الفئران خارج المنبر المركزي (غير الدورية) بينما لا يزال يدور الجزء الخارجي، وينبغي أن تستبعد هذه المحاكمات من التحليل.
  4. تنظيف منصة والمأوى، والعودة الماوس إلى قفصة الصفحة الرئيسية كما هو موضح في الخطوة 4، 10 و 4.11.

6. 'دينامية البيئة' التحليل السلوكي:

ملاحظة: تم تصميم هذا التحليل لتقييم كيفية الفئران تكييف سلوكهم الدفاعية للتغيرات المفاجئة في البيئة. في هذه التجارب، وبعد الحصول على استجابة الهروب واحد على الأقل، هو تغيير موقع المأوى والماوس مسموح له بزيارة فإنه حالما يتم تشغيله استجابة قبل عملية هروب لاحقة. إذا كان الماوس تماما بتحديث الموقع الجديد للمأوى ويحسب غياب المأوى في موقعها السابق، فإنه ينبغي أن الهروب إلى الموقع الجديد. خلاف ذلك، أما أنه لم يحفظ الموقع الجديد للمأوى أو قد يحفظون كلا الموقعين ولكن يفضل الهروب إلى القديم.

  1. إجراء هذا الفحص بعد الخطوات 4.1 إلى 4.8 الموصوفة أعلاه، الحصول على استجابة رحلة واحدة على الأقل كعنصر تحكم.
  2. مجرد الماوس يترك طوعا المأوى، إزالة الملجأ وإعادة وضعه في حفرة جديدة في الجهة المقابلة لمنهاج العمل.
  3. تسمح الماوس لاستكشاف البيئة حتى يدخل المأوى في موقعة الجديد.
  4. عندما الماوس طوعا يخرج من الملجأ، هذا هو مع حافز البرود ومراقبة ردها.
  5. استخدام التحفيز السمعية لهذه التجربة بسبب مدة أطول، كما تحت التهديد بفترة طويلة، الحيوانات قد تؤدي ردود إضافية الهروب إلى أماكن أخرى إذا فشلوا في العثور على المأوى في البداية.
  6. تنظيف منصة والمأوى والعودة الماوس إلى قفصة الصفحة الرئيسية كما هو موضح في الخطوات 4.10 و 4.11.

7-'لا مأوى' التحليل السلوكية:

ملاحظة: الهدف من هذا التحليل أن نفهم كيف يؤثر عدم وجود مأوى في البيئة على التعبير عن السلوكيات الدفاعية.

  1. قم بتوصيل جميع الثقوب 20. في هذه التجربة، لا تتوفر أي المأوى في الساحة.
  2. بعد التنظيف والتجفيف تنفيذ منهاج العمل (خطوات 4.1 و 4.2)، الخطوات 4، 4، 4-6.
  3. يسمح بفترة تعود 7 دقيقة.
  4. تقديم حافز البصرية، ومراقبة استجابة دفاعية. ويعزز عدم وجود مأوى تجميد السلوك، وعادة ما تستغرق مدة التحفيز البصرية. استخدام بقعة الآخذة في توسع ببطء (على سبيل المثال. دائرة سوبتيندس زاوية بصرية ° 2.6 بداية ويوسع خطيا في 11.2 °/ق أكثر من 4 s إلى 47.4 درجة، الذي يبقى 1 s قبل إزاحة) لتسهيل مراقبة تجميد الردود.
  5. إذا كان مطلوباً أكثر من الاستجابة للماوس, استخدم فاصل بين تحفيز على الأقل 60 ثانية.
  6. بعد الحصول على العدد المطلوب من الردود في غياب المأوى، تقديم المأوى تحت واحدة من الثقوب واسمحوا الماوس استكشاف البيئة من أجل على الأقل 5 دقيقة 5 دقائق سوف يكون وقتاً كافياً لمعظم أجهزة الماوس للعثور على وأدخل المأوى أدخلت حديثا ، ولكن في حال لم يحدث ذلك، تمديد هذه الفترة بمدة 5 دقائق إضافية كتل حتى يتم التحقق من إدخال واحد على الأقل.
  7. كرر الخطوات 4، 8 و 4-9، ومراقبة ردود الهروب يؤديها وجود ملجأ في البيئة.
  8. تنظيف منصة والمأوى والعودة الماوس إلى قفصة الصفحة الرئيسية كما هو موضح في الخطوات 4.10 و 4.11.

8-بيانات التحليل:

ملاحظة: كل خطوة من خطوات تحليل البيانات التالية يمكن أن يؤديها بشكل مستقل.

  1. يمكن تحديد الاستجابات الهروب بسهولة وصفه تسارع مفاجئ بعد تقديم حافز البرود. قياس زمن الوصول للهروب كالوقت بين تقديم الحوافز وبداية حركة دوران الرأس الموجهة نحو الهدف المتمثل في الهروب أو بداية حركة التسارع، أيهما يأتي أولاً.
  2. تجميد الردود يمكن أن تتسم بالجمود التام للحيوان باستثناء التنفس حركات25، دائمة مالا يقل عن 0.5 s7. قياس زمن الوصول تجميد الوقت بين تقديم حافز البرود وبداية فترة الجمود.
  3. لكل استجابة الهروب، كمياً الخطي لمسار الرحلة عن طريق حساب نسبة المسافة بين الماوس والمأوى والتشرد الفعلية أثناء الرحلة.
  4. لكل استجابة الهروب، حساب الدقة بقياس المسافة بين الحفرة حيث توجه الحيوان رحلتها إلى والحفرة المؤدية إلى الملجأ. نظراً لوجود ثقوب 20، يمثل كل حفرة قبالة الهدف إنقاص 10% بدقة (على سبيل المثال.، يمكن التعبير عن ثقوب 2 قبالة الهدف بدقة 80%)
  5. للتحليل السلوكي 'استراتيجية التنقل'، قياس دقة الاستجابة بالنسبة لموقع المأوى قبل التناوب منصة. دقة متوسط لا تختلف اختلافاً كبيرا عن دقة التناوب السابقة تشير إلى أن الحيوان لا يستخدم أي من الإشارات الحسية التي تم تدويرها من أجل الانتقال إلى الهدف الهروب.
  6. للتحليل السلوكي 'دينامية البيئة'، تصنيف كل استجابة الهروب أثارت كتوجه نحو موقع المأوى القديمة أو الجديدة، أو إلى أي منهما. تقييم كيفية تطور النمط على طول التكرار للسلوكيات الدفاعية انتزع.
  7. للتحليل السلوكي 'لا مأوى'، قارن سرعة الماوس بعد تقديم الحوافز البصرية البرود في وجود وعدم وجود مأوى وحساب زمن الوصول لبدء استجابة دفاعية. بالإضافة إلى ذلك، حساب احتمال التسبب في استجابة تجميد استجابة للحافز لكل حالة.

Representative Results

بدأت الفئران المعرضة للمنبهات السمعية أو البصرية الردود الهروب السريع مع الاختفاء قصيرة بين بداية التحفيز والشروع في الرحلة. الكمون يعني الهروب من التحفيز البصري كان 202 ± 16 مرض التصلب العصبي المتعدد (n = 51 ردود الحيوانات 26) وأطول بشكل ملحوظ للتحفيز السمعية: ± 510 61 مرض التصلب العصبي المتعدد (n = 36 ردود 15 الحيوانات، ف< 0.0001 اختبار t بين البصرية والسمعية التحفيز؛ الشكل 2 (أ)) (الخطوة 8، 1). الردود الهروب ووجهت بدقة للمأوى (يعني الدقة للتحفيز البصرية: 97.2 ± 1.4% و 95.0 ± 1.4% للتحفيز السمعية، لا تختلف اختلافاً كبيرا بين هذين النوعين من المحفزات، ف = 0.1655 اختبار t؛ الشكل 2B) (الخطوة 8، 4)، ومسارات الطيران كانت قريبة من خط مستقيم (يعني نسبة التشرد للمسافة بتوفير المأوى للتحفيز البصرية 107.3 ± 1.3% و 113.9 ± 1.5% للتحفيز السمعية؛ الشكل 2) (الخطوة 8.3). مراقبة من كمون قصيرة من الحافز مهم للتمييز بين السلوك التحفيز أثارت من يدير صاروخ موجه، والخطي عالية من مسار الرحلة يوضح أن استجابة الهروب بهدف الوصول إلى المأوى، وليس مجرد التحرك بعيداً من التحفيز.

عرض الحوافز بعد تناوب الجزء الخارجي من المتاهة كانت ثابتة في مركز منصة الماوس (النطاق = يعني 36°-90°، 56°) بنجاح وأثارت ردود الهروب (الخطوة 5). جميع الفئران فروا باتجاه الموقع السابق للمأوى، مع أي انخفاض في دقة أو الخطي لمسار الرحلة بالمقارنة مع المحاكمات قبل التناوب. متوسط دقة، تقاس في إشارة إلى موقف المأوى الأصلي، كان 96.3 ± 1.3% قبل التناوب (n = 25 الردود من الفئران 8) وأعلى قليلاً حتى بعد التناوب (100 ± 0%، ف = 0.009 الاختبار t بين ما قبل وبعد التدوير). الخطي يعني فيما يتعلق بموقع المأوى الأصلي كان 5.0 في المائة ± 109.4 التناوب السابقة (25 الردود من الفئران 8) و 109.1 ± 2.1%، بعد التناوب (n = 8 ردود من الفئران 8)، p = 0.957 الاختبار t بين ما قبل وما بعد التناوب، الشكل 3 ألف وب). وتبين هذه النتائج أن الإشارات المرئية الدانية لا تستخدم لتوجيه الطائرة إلى المأوى (خطوات 8.3-8.5).

تغيير موقع المأوى بعد التماس واحد الهروب الناجحة استجابة (الخطوة 6) أسفرت عن الفئران زيارة موقع المأوى الجديدة بعد وقت قصير من التغيير (متوسط الوقت لزيارة مأوى جديد = 33.1 s، مجموعة = s 4-82). المحاكمات اللاحقة متسلسلة من التحفيز سليمة تنتج زيادة تدريجية في احتمال هروبه إلى الموقع الجديد (44.4 في المائة في المحاكمة الأولى)، تصل إلى 100% عبر جميع الحيوانات قبل المحاكمة الخامسة (n = 9 الحيوانات، الشكل 3). هذه التجارب التحقيق القوى المحركة لتحديث الذاكرة موقع المأوى للتكيف مع التغيرات في البيئة (الخطوة 8، 6).

وبعد فترة تأقلم 7 دقيقة للمتاهة مع لا المأوى (الخطوة 7)، أنتجت تقديم حافز طويلة البصرية s 5 تجميد السلوك بدلاً من الهروب (تجميد احتمال = 95.2%، يعني تجميد الوقت = 7.9 ± 2.7 s, n = 7 الحيوانات). مقدمة اللاحقة من ملجأ في نفس الدورة وتقديم حافز البصرية طويلة أثارت هربا من الردود موثوق بها، تبين أن الفئران يمكن التبديل مرونة استراتيجيات دفاعية اعتماداً على الوجود (ملجأ (الشكل 3D) خطوات 8.1 و 8.7).

Figure 1
رقم 1: التخطيطي الساحة السلوكية. رسم المكونات الرئيسية للساحة السلوكية ينظر إليها من الأعلى (يمين) ومن الجانب (إلى اليسار). يمكن تدويرها جزء كبير من النظام الأساسي، بما في ذلك المأوى والإشارات المرئية المرفقة. الدوائر الداكنة في عرض أعلى هي الثقوب التي يمكن إرفاق المأوى، وكلها متطابقة (المشار إليها بموقع مأوى في مثال). مرفق طيه الساحة كامل في خزانة الملطف الصوت. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: الهروب الردود هي سريعة ودقيقة من السلوكيات الموجهة الهدف. (أ) زمن الوصول إلى بداية الهروب من بداية التحفيز البصرية أو السمعية. (ب) قياس دقة الملاحة إلى المأوى أثناء الهروب، أن القيمة هي 100% إذا كان الماوس يعمل مباشرة إلى الملجأ، و 10% أقل لكل حفرة بعيداً عن المأوى (على سبيل المثال-، 80% إذا كان الثقب الذي تم التوصل إليه أول اثنين من الثقوب بعيداً عن الصحيح). (ج) التشريد للماوس أثناء الهروب رسم مقابل المسافة الخطية بين الموقف المبدئي للحيوان وموقع الهدف، تبين أن الرحلة قريبة من الخطية. مربع وشعيرات إظهار البيانات من 10-90 مئوية وتظهر نقاط البيانات المتبقية كدوائر. قطع اللون الأحمر هي البيانات من التحفيز السمعية (n = 36 ردود الحيوانات 15) وهي سوداء من التحفيز البصري (n = 51 ردود الحيوانات 26). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
رقم 3: لا تستخدم الفئران الدانية مرئية أو الإشارات المتعلقة بالمأوى لتوجيه الاستجابات الهروب. (أ) التشريد الأرض كما في الشكل 2، للردود ما قبل وما بعد تناوب المنصة. (ب) دقة الملاحة أثناء الهروب في ظروف ما قبل وما بعد التناوب. دقة التناوب بعد يتم قياس إشارة إلى الموقع الأول للمأوى، وتبين أن الفئران انتقل مرة أخرى إلى الموقع الأصلي المأوى بدلاً من ذلك الموضع الجديد. (ج) جزء من الهروب الاستجابات الموجهة نحو موقع المأوى الجديدة رسم مقابل عدد التحفيز. وبعد تقديم الحافزال 5، جميع الحيوانات الهروب مباشرة نحو موقع المأوى الجديدة (n = 9 الحيوانات). (د) يعني السرعة عبر الحيوانات استجابة للتحفيز البصري مع مأوى متوفرة (أحمر) أو غيابه (أزرق)، عرض الهروب وتجميد الردود، على التوالي. تم تطبيع خط الأساس للسرعة والانحياز إلى وقت رد الفعل (ويعرف أما بداية رحلة أو تجميد استجابة، خط متقطع). إظهار المناطق المظللة sem. (n = 7 الحيوانات). 2A و 2B وشعيرات مربع إظهار البيانات من 10-90 مئوية وتظهر نقاط البيانات المتبقية كدوائر. قطع اللون الأحمر هي البيانات من التحفيز السمعية قبل التناوب منصة (n = 25 الردود من الحيوانات 8) وهي الأزرق من الردود بعد تناوب المنصة (n = 8 ردود من الحيوانات 8). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

فحوصات يصف لنا هنا واضحة من الناحية الفنية لأداء، واستثناء المنصة تجارب التناوب، يمكن سهولة تنفيذها في متاهة بارنز قياسية. ومع ذلك، قد تنشأ مضاعفات قليلة: من ناحية، الماوس قد يبدو خائفا من دخول المأوى، الذي قد يكون سبب المأوى لا يجري تنظيفها بما فيه الكفاية أو المجففة. من ناحية أخرى، قد تبقى الماوس داخل المأوى لفترات طويلة جداً من الزمن. من الأهمية بمكان لهذه التجارب أن الحيوانات ابدأ مزالة من المأوى يدوياً، هذا يمكن أن تعطل مسار التكامل، فضلا عن الضائقة الحيوانات وتغيير استجابتهم للتهديد. ونحن نقترح إنهاء التجربة بعد 90 دقيقة وإعادة الاختبار بعد 48 ساعة إذا لزم الأمر. آخر النظر في العملية ذات الصلة أنه عندما يحقق الماوس على حافة المنصة، قد لا يكشف المحفزات البصرية إذا كانت الزاوية برأسه على الحافة، وهكذا نوصي بحجب المحفزات في مثل هذه الحالات. بالإضافة إلى ذلك، قد تقفز الفئران أسفل من المنصة في مناسبات نادرة. نقترح إنهاء التجربة وإعادة الاختبار بعد 48 حاء الفئران التي تترك بنشاط المنصة مرة واحدة ومن المرجح أن تفعل ذلك مرة أخرى في المستقبل وقد تستبعد من الدراسة. وأخيراً، من خلال تجربتنا، معظم أجهزة الماوس سوف تستجيب للتحفيز البصرية (الفئران 34/36). ومع ذلك، إذا كانت الفئران لا تظهر أي نوع من استجابة لحافز البصرية (أما من جفل، ورحلة أو استجابة تجميد)، ينبغي أن يستبعدن من الدراسة.

نقطة هامة للنظر أن السيطرة على الإشارات الحسية عادة مشكلة في فحوصات الذاكرة المكانية، حيث غالباً ما يصعب القضاء على جميع المصادر الممكنة لتلويث العظة. لدينا الإعداد التجريبية يقلل الإشارات المرئية الخارجية المحيطة بالمتاهة مع جدار، ويتم وضعها داخل خزانة الملطف صوت لعزل الصوت. للتقليل من إشارات حاسة الشم، نوصي بدقة تنظيف الإعداد مع الإيثانول 70% أو حمض الخليك بين التجارب.

ويضيف لدينا التحليل السلوكي للأساليب السابقة لدراسة الملاحة الفضائية26 باستخدام سلوكيات دفاعية غريزية للتحقيق في الذاكرة المكانية وتركز على سيناريوهات اثولوجيكال. فرق حاسم بين الإجراءات الوارد وصفها هنا والمقايسة BM القياسية هو عدم وجود دورات تدريبية. في لدينا فحوصات، يضمن فترة التعود أن الماوس الزيارات المأوى مرة واحدة على الأقل، وغالباً ما عدة مرات أكثر، مما قد أظهرنا سابقا أن تكون كافية لحفظ موقع المأوى2. ونحن نعتقد أن أحد أسباب مهمة لارتفاع نسبة النجاح والدقة في إيجاد المأوى على الرغم من الافتقار إلى التدريب هو تشريد ابدأ سلبية الحيوان أثناء التجربة، مما يجعل مسار إدماج استراتيجية قابلة للتطبيق ملاحة. غير أننا نلاحظ أن لدينا المقايسة يتعامل مع الذاكرة شكلت وتقييمها خلال جلسة واحدة، وأن نحن لم تختبر للذاكرة على المدى الطويل من موقع المأوى، الذي عادة ما يكون الهدف من معيار BM التجارب. أخيرا، باستخدام المحفزات الفطرة البرود منفصلة بدلاً من مروحة استخداماً أو الطنين لمدة الدورة، لدينا المقايسة يوفر تحكم تجريبية جيدة جداً اثنين من السلوكيات التي قد تستخدم استراتيجيات مختلفة التنقل: جمع العلف و الهروب الموجه من المأوى. ونحن نعتقد أن استخدام هذه الاختبارات في تركيبة مع التقنيات الحديثة في علم الأعصاب لتسجيل ومعالجة النشاط العصبي يمكن أن توفر أفكاراً هامة في الدوائر العصبية كيف تحسب السلوك.

Disclosures

ومعظم البيانات المدرجة في قسم النتائج مجموعة فرعية من البيانات المقدمة في عام 2017 Vale et. al .

Acknowledgments

تم تمويل هذا العمل من صندوق ويلكوم الاستئماني الملكي "المجتمع هنري دايل زمالة" (098400/Z/12/Z)، منح مجلس البحوث الطبية (MRC) MC-متابعة-1201/1، مؤسسة ويلكوم ترست ومؤسسة خيرية غاتسبي SWC زمالة (ليد)، منحة الدكتوراه MRC (إلى دي و R.V) وزمالة "بورنغير انغلهايم Fonds الدكتوراه" (إلى R.V). ونحن نشكر كوستاس بيتسيوس لبرمجة البرنامج الحصول على البيانات، LMB الميكانيكية والكهربائية ورش العمل لبناء على الساحة التجريبية.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Infrared iluminators TV6700 Abus -
DLP projector Infocus IN3126 Infocus 0001740992-00000001
Ultrasound speaker Pettersson L60 Pettersson Elektronik -
Amplifier QTX PRO240 QTX -
Soundcard Xonar D2 Asus 90-YAA021-1UAN00Z
HP Z840 desktop HP F5G73AV
100 micron drafting film Xerox 3R98145
Near infrared camera: Basler acA1300-60gmNIR Basler 106202
National Instruments BNC-2110 National instruments 777643-01
LabVIEW 2015 64-bit National instruments -
Custom made Barnes maze MRC Laboratory of Molecular Biology mechanical workshop -

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Eaton, R. C., Bombardieri, R. A., Meyer, D. L. The Mauthner-initiated startle response in teleost fish. J Exp Biol. 66, (1), 65-81 (1977).
  2. Vale, R., Evans, D. A., Branco, T. Rapid Spatial Learning Controls Instinctive Defensive Behavior in Mice. Curr Biol. 27, (9), 1342-1349 (2017).
  3. Blanchard, R. J., Flannelly, K. J., Blanchard, D. C. Defensive behavior of laboratory and wild Rattus norvegicus. J Comp Psychol. 100, (2), 101-107 (1986).
  4. Dill, L. M., Houtman, R. The influence of distance to refuge on flight initiation distance in the gray squirrel (Sciurus carolinensis). Canadian Journal of Zoology. 67, (1), 233-235 (1989).
  5. Blanchard, R. J., Blanchard, D. C., Rodgers, J., Weiss, S. M. The characterization and modelling of antipredator defensive behavior. Neurosci Biobehav Rev. 14, (4), 463-472 (1990).
  6. Fanselow, M. S., Lester, L. S. A functional behavioristic approach to aversively motivated behavior: Predatory imminence as a determinant of the topography of defensive behavior. Evolution and learning. (1988).
  7. De Franceschi, G., Vivattanasarn, T., Saleem, A. B., Solomon, S. G. Vision Guides Selection of Freeze or Flight Defense Strategies in Mice. Curr Biol. 26, (16), 2150-2154 (2016).
  8. Bräcker, L. B., et al. Essential role of the mushroom body in context-dependent CO 2 avoidance in Drosophila. Current Biology. 23, (13), 1228-1234 (2013).
  9. Ghosh, D. D., et al. Neural architecture of hunger-dependent multisensory decision making in C. elegans. Neuron. 92, (5), 1049-1062 (2016).
  10. Bellman, K. L., Krasne, F. B. Adaptive complexity of interactions between feeding and escape in crayfish. Science. 221, (4612), 779-781 (1983).
  11. Rodgers, W., Melzack, R., Segal, J. "Tail flip response" in goldfish. Journal of comparative and physiological psychology. 56, (5), 917 (1963).
  12. Dill, L. M. The escape response of the zebra danio (Brachydanio rerio) II. The effect of experience. Animal Behaviour. 22, (3), 723-730 (1974).
  13. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93, (1), 74-104 (1979).
  14. Pompl, P. N., Mullan, M. J., Bjugstad, K., Arendash, G. W. Adaptation of the circular platform spatial memory task for mice: use in detecting cognitive impairment in the APP(SW) transgenic mouse model for Alzheimer's disease. J Neurosci Methods. 87, (1), 87-95 (1999).
  15. Patil, S. S., Sunyer, B., Höger, H., Lubec, G. Evaluation of spatial memory of C57BL/6J and CD1 mice in the Barnes maze, the Multiple T-maze and in the Morris water maze. Behavioural Brain Research. 198, (1), 58-68 (2009).
  16. Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Protocol Exchange. (2007).
  17. Attar, A., et al. A shortened Barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer's disease. PLoS One. 8, (11), e80355 (2013).
  18. Harrison, F. E., Reiserer, R. S., Tomarken, A. J., McDonald, M. P. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learn Mem. 13, (6), 809-819 (2006).
  19. Leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. J Neurosci Methods. 203, (2), 315-324 (2012).
  20. Mittelstaedt, M. -L., Mittelstaedt, H. Homing by path integration in a mammal. Naturwissenschaften. 67, (11), 566-567 (1980).
  21. Stackman, R. W., Golob, E. J., Bassett, J. P., Taube, J. S. Passive transport disrupts directional path integration by rat head direction cells. J Neurophysiol. 90, (5), 2862-2874 (2003).
  22. Yilmaz, M., Meister, M. Rapid innate defensive responses of mice to looming visual stimuli. Curr Biol. 23, (20), 2011-2015 (2013).
  23. Mongeau, R., Miller, G. A., Chiang, E., Anderson, D. J. Neural correlates of competing fear behaviors evoked by an innately aversive stimulus. J Neurosci. 23, (9), 3855-3868 (2003).
  24. Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nat Methods. 7, (10), 825-826 (2010).
  25. Paylor, R., Tracy, R., Wehner, J., Rudy, J. W. DBA/2 and C57BL/6 mice differ in contextual fear but not auditory fear conditioning. Behavioral neuroscience. 108, (4), 810 (1994).
  26. Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203, (2), 151-164 (2009).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics