Cincinnati vattenlabyrint
Cincinnati Water Maze (CWM) är en typ av vattenlabyrint . Vattenlabyrinter är experimentell utrustning som används i laboratorier; de är labyrinter som delvis är fyllda med vatten, och gnagare placeras i dem för att observeras och tajmas när de tar sig igenom labyrinten. Generellt sätts två uppsättningar gnagare genom labyrinten, en som har behandlats och en annan som inte har gjort det, och resultaten jämförs. Försöksledaren använder denna typ av labyrint för att lära sig om ämnets kognitiva eller emotionella processer.
Översikt
Cincinnati Water Maze är en vattenlabyrint som har nio sammankopplade T-korsningar . Råttorna tvingas hitta vägen från ena änden av labyrinten till den andra genom att navigera genom öppningar i väggarnas sida snarare än i slutet av varje passage. Väggarna är tillräckligt breda så att råttan inte kan stödja sig på väggen, och väggarna är gjorda av plexiglas , för att förhindra att försökspersonerna utför något oönskat beteende som att klättra över väggen eller hitta sömmar i väggarna för att ta tag i. Dessa labyrinter är fyllda med vatten eftersom råttor vanligtvis är naturliga simmare, men råttor föredrar att inte vara i vattnet, så det ger motivation för alla försökspersoner att vilja slutföra labyrinten.
Detta test kan också köras i mörker om forskaren vill ha ett större fokus på försökspersonens egocentriska navigeringsförmåga eftersom om råttan inte kan referera visuella signaler på avstånd kan den inte använda den andra typen av referensbaserad navigering, allocentrisk navigering . Det finns två delar av egocentrisk navigering som är utvärderad, ruttbaserad navigering, en tydligt definierad väg genom en miljö. Den andra delen är vägintegrerad navigering, möjligheten att ta en annan och mer direkt väg till en startplats än den utgående vägen. Egocentrisk navigering utvärderas genom att observera försökspersonerna och registrera hur många gånger individen korsar en förutbestämd linje vid varje T-korsning med huvudet och framtassarna, vilket indikerar att de går åt fel håll, eller med andra ord, de är förlorade.
Historia
Föregångaren till Cincinnati Water Maze (CWM), Biel Water Maze (BWM), uppfanns 1940 av WC Biel för att testa råttors egocentriska navigeringsförmåga. Som sådan var BWM innesluten i en behållare för att förhindra externa stimuli, såsom ljus, från att hjälpa försökspersonen att slutföra uppgiften. Detta säkerställer att råttans minne från tidigare försök är den primära informationskällan. Dessutom hade den ursprungliga designen av BWM väggar som mätte drygt en femtedels meter i höjd, vilket lämnade cirka 20 cm avstånd mellan toppen av labyrinten och taket på containern. Designen av BWM gjordes så att varje korsning bildade en T-korsning.
Ändå fanns det flera bekymmer med BWM, inklusive överflödet av T-korsningar, vilket föranledde innovationen som skulle resultera i skapandet av CWM. I motsats till BWM har CWM bredare kanaler för att förhindra större råttor från att stötta sig, och har den extra fördelen av asymmetri och extra skärningspunkter. Dessutom avbröts strategin som främst sågs i BWM, där råttor simmade i en rak linje tills de tvingades vända, av den inneboende asymmetrin hos CWM. Istället, om råttorna började vid punkt-A, för att komma till punkt-B skulle de behöva vända halvvägs ner i en korridor innan de når en återvändsgränd. Omvänt, att börja vid punkt-B mot punkt-A tillåter den tidigare nämnda standardmetoden.
Används
Cincinnati Water Maze utvecklades av Dr Charles V. Vorhees. Många förbättringar utvecklades i samarbete med Dr. Michael T. Williams. CWM används oftast för att mäta flyktlatens, vilket är den tid som krävs för att försökspersonen ska fly labyrinten. Forskare kan också mäta antalet fel som försökspersonen gör, som räknas när försökspersonen rör sig in i stammen eller armarna på en återvändsgränd återvändsgränd. Djuret kommer vanligtvis att placeras i samma labyrint i 2 försök per dag i 5 dagar om det testas i ljuset och 18 eller fler dagar om det testas i mörker. Målet är att bedöma råttans procedurinlärning . Ämnet måste lära sig rutten eftersom det bara finns en utväg. Råttor får en tidsgräns på 5 minuter om de inte kan hitta flykten för att förhindra trötthet. Genom att studera djurets flyktlatens och fel har forskarna ett standardiserat test för inlärningshastigheten i ett ämne. CWM:er är särskilt användbara eftersom de är ett direkt test av egocentrisk inlärning/navigering. Utan yttre visuella signaler tvingas råttan att komma ihåg sekvensen av svängar från tidigare försök för att fly. Detta är användbart för att bestämma effekten av droger på egocentrisk inlärning i korttidsminnet . Testet är också användbart för att kartlägga områden i hjärnan där rumslig inlärning sker genom att registrera områden med hjärnaktivitet under testet. I en variant, lägga till ljus eller andra visuella signaler, kan forskare mäta allocentriskt lärande/minne. Med denna procedur blir testet likt Morris Water Maze , där rumslig inlärning testas. Dessutom, i denna variant kan råttan använda både allocentriska och egocentriska ledtrådar för att fly. Detta är särskilt användbart för att studera det rumsliga minnet, eftersom råttorna kan använda båda typerna av navigationssignaler. CWM är inte användbart för möss. Möss har inte den kognitiva förmågan att hitta flykten från en så komplex labyrint. Vidare måste CWM föregås av en träningsdag där de måste lära sig att simma en enkel rak vattenfylld kanal från ena änden till den andra under 4 försök. Detta gör att man kan mäta simhastigheten för att se att alla grupper är lika innan de går in i labyrinten och för att lära råttorna att den nedsänkta plattformen i slutet är flykten. Utan denna tidigare utbildning finns det höga felfrekvenser när råttor sattes in i CWM. Även med denna träning, när de körs under infrarött ljus i mörker, tar det kontrollråttor 5–7 dagar att precis börja lära sig att fly och 18–24 dagar att visa behärskning.
Analys
Svagheter
Eftersom vattenlabyrint mest har använts med råttor och möss är extrapoleringen av forskningsdata från dessa experiment till andra organismer och människor begränsad. Cincinnati Water Maze (CWM) innebär vissa begränsningar för experimenterande, eftersom man med alla gnagartester måste extrapolera till mänsklig egocentrisk/procedurinlärning och minne där olika tester används. Till exempel skiljer sig elementet av vattenflykt från att använda matrestriktioner tillsammans med mat eller sötad vätska som används i aptitretande labyrinter. En fördel med vattenlabyrinter är att de kräver mindre träning än aptitretande labyrinter, och om råttor har redan existerande aktivitetsskillnader (om de är hyperaktiva eller hypoaktiva i ett öppet fält) påverkar dessa skillnader inte simningen och påverkar därför inte labyrintens prestanda. . CWM mäter endast ruttbaserad egocentrisk navigering när den körs i mörker, den mäter inte den andra komponenten i egocentrisk navigering, det vill säga vägintegration, där en råtta kan lära sig en direkt eller kort väg från början till målet som djur kan göra i vissa ostrukturerade labyrinter. En annan fördel med vattenlabyrinter är att de är okänsliga för kroppsviktsskillnader. Därför, om en experimentell behandling minskar tillväxten och kroppsvikten hos en grupp jämfört med kontroller, har det liten eller ingen effekt på inlärning av vattenlabyrint. Forskning har visat att CWM har en brant inlärningskurva jämfört med Morris Water Maze; gör data som samlats in om tidiga försök mindre användbar.
Jämförelse med andra labyrinter
- Original T-labyrinter är mycket enkla jordade labyrinter (torra) som ger råttan två alternativ att välja mellan.
- Tillåter försöksledaren att dra slutsatser av råttornas kognitiva beslutsförmåga samt leta efter mönster i vilken påverkan ett beslut kommer att ha på det andra.
- Flera T-labyrinter hjälper till att extrapolera resultaten förknippade med rätt och fel beslutsfattande, eftersom många tvåvalsbeslut måste fattas i följd för att slutföra denna typ av labyrint.
- Mycket lik T-labyrint, är original Y-labyrint en jordad labyrint med ett enkelt tvåvalsbeslut som ska fattas.
- Kognitiva beslutsfattande förmågor i fokus i labyrinten, liknande T-labyrint.
- Y-form av labyrint har visat större inlärningsbenägenhet, på grund av mer gradvisa övergångar till valmöjligheter (Y-form istället för T).
- En aptitretande labyrint eller vattenlabyrint där råttan är placerad i mitten av labyrinten med 8, 12 eller 17 utstrålande armar vid döda av varje är en belöning om den springer aptitret efter matrestriktioner eller en flyktplattform om den körs som en simlabyrint.
- Korttidsminnet testas av hur många gånger djuret går ner i en arm mer än en gång, därför är inlärningen provberoende. När den väl har gått in i en arm ska den inte gå in i den igen om den ska optimera att få belöningar för varje arm den besöker. En variant av labyrinten med radiell arm använder en blandning av några armar som betas vid varje försök och några armar som aldrig betas. Besök på armar utan bete återspeglar referensminnesfel medan återinträde till bete armar efter att betet har tagits representerar arbetsminnesfel. Den aptitliga versionen kan användas med råttor eller möss, simversionen fungerar endast för råttor.
- Råttan kan tajmas för att se hur lång tid det tar att besöka alla vägar; notera upprepade besök på stigar.
Morris vattennavigeringsuppgift
- MWM genomförs i en cirkulär vattenpool som är särdragen inuti och har flera distinkta signaler utanför. Ett djur placeras i vatten från en annan startplats vid varje försök och måste hitta en dold nedsänkt plattform för att fly. Plattformen förblir i samma position under försök. Latens, väglängd och vägeffektivitet (förhållandet mellan en rak linje till målet dividerat med väglängden djuret simmar) mäts med hjälp av programvara för videospårning. Djur ges flera försök per dag och detta kallas förvärv. Vid slutet av förvärvet, vanligtvis 24 timmar senare, ges djuret en sondförsök för att testa referensminne utan någon plattform närvarande. Där djuret letar speglar dess minne efter var plattformen brukade vara. Många experimentörer flyttar sedan plattformen till motsatt kvadrant och testar kognitiv flexibilitet i en omvänd inlärningsfas. Vanligtvis används samma antal försök och dagar för reversering som för förvärv med en reverseringssondsförsök som ges 24 timmar efter den sista reverseringsplattformsförsöket. Vissa lägger till detta en skiftfas som liknar förvärv och reversering men med plattformen flyttad till en ny kvadrant.
- Råttor är naturliga simmare och lär sig uppgiften bra, men tank och plattformsstorlek är viktiga faktorer för att bestämma uppgiftens svårighetsgrad. Möss mår bäst i bassänger med en diameter på 122 till 150 cm. Råttor mår bäst i bassänger på 183, 200-210 eller till och med 244 cm i diameter. Hos råttor gör de större poolstorlekarna testet mer känsligt för rumsliga inlärningsunderskott. Försökslängden är vanligtvis begränsad till 90 till 120 sekunder för råttor för att förhindra trötthet. Om ett djur når tidsgränsen placeras det antingen på plattformen av försöksledaren eller guidas dit, men vägledning representerar försöksledarens inblandning och rekommenderas i allmänhet inte.
- Råttan har massor av fritt utrymme för att utföra denna labyrint. Efter att alla försök med dolda plattformar har körts, är en viktig kontrollprocedur att sedan genomföra cued-försök. För dessa gardiner är stängda runt poolen för att blockera siktlinje åtkomst till distala signaler och plattformen är markerad med en distinkt signal. För dessa försök ändras både startpositionen för djuret runt omkretsen och platsen för plattformen vid varje försök för att förhindra att djuret använder några kvarvarande distala signaler, dvs. så att det inte kan använda rumslig inlärning. Den cued-versionen förlitar sig på djuret som används proximala snarare än distala ledtrådar, och proximala ledtrådar är inte hippocampusberoende.
- Läkemedel kan ges till råttan för att undersöka beteendet i vatten och påverka motivationen.
- MWM kräver att råttan förlitar sig på flera visuella signaler för att triangulera platsen för plattformen oavsett var den börjar vid varje försök. Detta kräver användning av många allocentriska ledtrådar i motsats till de som används i enkla T-labyrinter.
- Från denna labyrint kan man observera om råttan kan identifiera den korrekta platsen för den andra plattformen genom att undersöka dess sökmönster.
Cincinnati Water Maze (CWM) kan sammanfattas som en kombination av labyrinter som kan användas med eller utan distala signaler. Råttorna står inför en mycket annorlunda utmaning jämfört med enkla T- eller Y-labyrinter på grund av den större komplexiteten hos denna labyrint. När CWM körs i mörker är det extremt utmanande för råttor att lära sig men denna komplexitet kan avslöja egocentriska, striatalrelaterade och kanske laterala entorhinala cortexavvikelser eftersom dessa är de regioner som är associerade med procedurinlärning och minne.
Var och en av labyrinterna centrerade på kognitiv forskning mäts genom att observera försökspersonens förmåga att manövrera genom labyrinten oavsett om detta mäts med tid, antal försök och misstag. Konsistens från råtta till råtta i deras förmåga att lösa labyrintuppgiften är viktig och gör det möjligt för forskare att sedan leta efter vad som kan orsaka en avvikelse i prestanda hos en viss råtta, eller grupper av råttor.