Wodny labirynt Cincinnati
Labirynt wodny Cincinnati (CWM) to rodzaj labiryntu wodnego . Labirynty wodne to sprzęt eksperymentalny używany w laboratoriach; są to labirynty częściowo wypełnione wodą, w których umieszcza się gryzonie, aby można je było obserwować i mierzyć czas, gdy przechodzą przez labirynt. Zwykle przez labirynt przepuszcza się dwie grupy gryzoni, jedną leczoną, a drugą nie, a następnie porównuje się wyniki. poznawcze lub emocjonalne podmiotu .
Przegląd
Labirynt wodny Cincinnati to labirynt wodny, który ma dziewięć połączonych ze sobą T-skrzyżowań . Szczury są zmuszone znaleźć drogę z jednego końca labiryntu na drugi, przechodząc przez otwory w ścianach, a nie na końcu każdego przejścia. Ściany są na tyle szerokie, że szczur nie może się oprzeć na ścianie, a ściany są wykonane z pleksiglasu , aby uniemożliwić badanym wykonywanie niepożądanych zachowań, takich jak wspinanie się po ścianie lub znajdowanie szwów w ścianach do chwycić. Te labirynty są wypełnione wodą, ponieważ szczury są zazwyczaj naturalnymi pływakami, ale szczury wolą nie przebywać w wodzie, więc motywuje to wszystkich badanych do ukończenia labiryntu.
Ten test można również przeprowadzić w ciemności, jeśli badacz chce bardziej skoncentrować się na egocentrycznych zdolnościach nawigacyjnych badanego, ponieważ jeśli szczur nie może odwoływać się do wizualnych wskazówek w oddali, nie może korzystać z innego rodzaju nawigacji opartej na odniesieniach, nawigacji allocentrycznej . Oceniane są dwie części nawigacji egocentrycznej, nawigacja oparta na trasie, jasno określona ścieżka przez środowisko. Druga część to nawigacja zintegrowana ze ścieżką, czyli możliwość wybrania innej i bardziej bezpośredniej ścieżki do miejsca początkowego niż ścieżka wychodząca. Nawigacja egocentryczna jest oceniana poprzez obserwację badanych i rejestrowanie, ile razy badany przekracza z góry określoną linię na każdym przecięciu T głową i przednimi łapami, co wskazuje, że idą w złym kierunku lub innymi słowy, że się zgubili.
Historia
Poprzednik Cincinnati Water Maze (CWM), Biel Water Maze (BWM), został wynaleziony w 1940 roku przez WC Biel w celu przetestowania egocentrycznych zdolności nawigacyjnych szczurów. W związku z tym BWM był zamknięty w pojemniku, aby żadne bodźce zewnętrzne, takie jak światło, nie pomagały podmiotowi w wykonaniu zadania. Gwarantuje to, że pamięć szczura z poprzednich prób jest głównym źródłem informacji. Ponadto oryginalny projekt BWM miał ściany mierzące nieco ponad jedną piątą metra wysokości, pozostawiając około 20 cm prześwitu między górną częścią labiryntu a sufitem kontenera. Projekt BWM został wykonany w taki sposób, aby każde skrzyżowanie tworzyło przecięcie w kształcie litery T.
Niemniej jednak było kilka obaw związanych z BWM, w tym obfitość przecięć typu T, co skłoniło do innowacji, które doprowadziły do stworzenia CWM. W przeciwieństwie do BWM, CWM posiada szersze kanały, aby uniemożliwić większym szczurom podpieranie się, i ma dodatkową zaletę w postaci asymetrii i dodatkowych przecięć. Co więcej, strategia, która była głównie obserwowana w BWM, gdzie szczury pływały w linii prostej, dopóki nie zostały zmuszone do skrętu, została zniweczona przez nieodłączną asymetrię CWM. Zamiast tego, gdyby szczury zaczynały w punkcie A, aby dotrzeć do punktu B, musiałyby skręcić w połowie korytarza, zanim dotarłyby do ślepego zaułka. I odwrotnie, rozpoczęcie od punktu B w kierunku punktu A pozwala na zastosowanie standardowej metody wspomnianej wcześniej.
Używa
Labirynt wodny Cincinnati został opracowany przez dr Charlesa V. Vorheesa. Wiele ulepszeń opracowano we współpracy z dr Michaelem T. Williamsem. CWM jest najczęściej używany do pomiaru opóźnienia ucieczki, czyli czasu potrzebnego obiektowi na ucieczkę z labiryntu. Badacze mogą również mierzyć liczbę błędów popełnianych przez badanego, które są liczone, gdy badany wkracza w łodygę lub ramiona ślepej uliczki. Zwierzę będzie zazwyczaj umieszczane w tym samym labiryncie na 2 próby dziennie przez 5 dni w przypadku badania na świetle i 18 lub więcej dni w przypadku badania w ciemności, celem jest ocena procesu uczenia się szczura . Podmiot musi poznać trasę, ponieważ jest tylko jedno wyjście. Szczury otrzymują 5-minutowy limit czasu, jeśli nie mogą znaleźć ucieczki, aby zapobiec zmęczeniu. Badając opóźnienie ucieczki i błędy zwierzęcia, badacze mają znormalizowany test szybkości uczenia się przedmiotu. CWM są szczególnie przydatne, ponieważ stanowią bezpośredni test egocentrycznego uczenia się/nawigacji. Bez zewnętrznych wskazówek wizualnych szczur jest zmuszony zapamiętać sekwencję zwrotów z poprzednich prób ucieczki. Jest to przydatne do określenia wpływu leków na pamięci krótkotrwałej . Test jest również przydatny do mapowania obszarów mózgu, w których uczenie się przestrzenne , poprzez rejestrowanie obszarów aktywności mózgu podczas testu. W jednym wariancie, dodając światło lub inne wizualne wskazówki, badacze mogą mierzyć allocentryczne uczenie się / pamięć. Dzięki tej procedurze test staje się podobny do labiryntu wodnego Morrisa , w którym testowane jest uczenie się przestrzenne. Co więcej, w tej odmianie szczur jest w stanie użyć zarówno allocentrycznych, jak i egocentrycznych wskazówek, aby uciec. Jest to szczególnie przydatne do badania pamięci przestrzennej, ponieważ szczury są w stanie korzystać z obu rodzajów wskazówek nawigacyjnych. CWM nie jest przydatne dla myszy. Myszy nie mają zdolności poznawczych, aby znaleźć wyjście z tak złożonego labiryntu. Ponadto CWM musi być poprzedzone dniem treningu, podczas którego muszą nauczyć się pływać prostym, prostym kanałem wypełnionym wodą od jednego końca do drugiego przez 4 próby. Pozwala to zmierzyć prędkość pływania, aby zobaczyć, czy wszystkie grupy są równe przed wejściem do labiryntu i nauczyć szczury, że zanurzona platforma na końcu jest ucieczką. Bez tego wcześniejszego szkolenia istnieje wysoki wskaźnik niepowodzeń, gdy szczury zostały wprowadzone do CWM. Nawet przy takim treningu, gdy szczury kontrolne biegają w ciemności w świetle podczerwonym, potrzeba 5–7 dni, aby nauczyć się ucieczki i 18–24 dni, aby wykazać się mistrzostwem.
Analiza
Słabości
Ponieważ labirynty wodne były używane głównie ze szczurami i myszami, ekstrapolacja danych badawczych z tych eksperymentów na inne organizmy i ludzi jest ograniczona. Wodny labirynt Cincinnati (CWM) stwarza pewne ograniczenia dla eksperymentatorów, ponieważ w przypadku wszystkich testów na gryzoniach należy ekstrapolować ludzkie egocentryczne / proceduralne uczenie się i pamięć, w których stosuje się różne testy. Na przykład element ucieczki wody różni się od stosowania restrykcji pokarmowych wraz z jedzeniem lub słodzonym płynem, jak to jest stosowane w apetycznych labiryntach. Zaletą labiryntów wodnych jest to, że wymagają mniej treningu niż labirynty apetyczne, a jeśli szczury mają wcześniej istniejące różnice w aktywności (jeśli są nadpobudliwe lub hipoaktywne na otwartym polu), różnice te nie wpływają na pływanie, a zatem nie wpływają na wydajność labiryntu . CWM mierzy tylko egocentryczną nawigację opartą na trasie, gdy działa w ciemności, nie mierzy drugiego składnika nawigacji egocentrycznej, to jest integracji ścieżki, w której szczur może nauczyć się bezpośredniej lub skróconej ścieżki od początku do celu jak zwierzęta w niektórych nieuporządkowanych labiryntach. Kolejną zaletą labiryntów wodnych jest to, że są one niewrażliwe na różnice w masie ciała. Dlatego też, jeśli leczenie eksperymentalne zmniejsza wzrost i masę ciała w jednej grupie w porównaniu z grupą kontrolną, ma niewielki lub żaden wpływ na uczenie się w labiryncie wodnym. Badania wykazały, że CWM ma stromą krzywą uczenia się w porównaniu z labiryntem wodnym Morrisa; sprawiając, że dane zebrane podczas wczesnych prób są mniej przydatne.
Porównanie z innymi labiryntami
- Oryginalne labirynty T to bardzo proste labirynty uziemione (suche), które dają szczurowi dwie opcje do wyboru.
- Umożliwia eksperymentatorowi dokonywanie dedukcji poznawczych zdolności decyzyjnych szczurów, a także poszukiwanie wzorców wpływu jednej decyzji na drugą.
- Wielokrotne labirynty T pomagają ekstrapolować ustalenia związane z podejmowaniem właściwych i złych decyzji, ponieważ wiele decyzji z dwoma wyborami musi zostać podjętych kolejno, aby ukończyć ten rodzaj labiryntu.
- Bardzo podobny do labiryntu T, oryginalny labirynt Y to labirynt uziemiony, w którym należy podjąć dwie proste decyzje.
- Poznawcze zdolności decyzyjne skupiają się na labiryncie, podobnie jak w labiryncie T.
- Labirynt w kształcie litery Y wykazuje większą skłonność do uczenia się, ze względu na bardziej stopniowe zmiany opcji wyboru (kształt Y zamiast T).
- Labirynt apetyczny lub wodny, w którym szczur jest umieszczony w środku labiryntu z 8, 12 lub 17 promieniującymi ramionami przy śmierci każdego z nich, jest nagrodą, jeśli biega z apetytem po ograniczeniu jedzenia lub platformą ewakuacyjną, jeśli biega jako labirynt do pływania.
- Pamięć krótkotrwała jest testowana na podstawie tego, ile razy zwierzę opuszcza ramię więcej niż jeden raz, dlatego uczenie się zależy od próby. Po wejściu do ramienia nie powinien wchodzić do niego ponownie, jeśli ma to zoptymalizować otrzymywanie nagród za każde odwiedzone ramię. Odmiana labiryntu z promieniowymi ramionami wykorzystuje mieszankę niektórych ramion z przynętą przy każdej próbie i niektórych ramion nigdy nie z przynętą. Wizyty w ramionach bez przynęty odzwierciedlają błędy pamięci referencyjnej, podczas gdy ponowne wejścia do ramion z przynętą po pobraniu przynęty reprezentują błędy pamięci roboczej. Wersja apetyczna może być stosowana ze szczurami lub myszami, wersja pływająca działa tylko na szczury.
- Szczurowi można ustawić czas, aby zobaczyć, ile czasu zajmuje odwiedzenie wszystkich ścieżek; odnotowując powtarzające się wizyty na ścieżkach.
Zadanie nawigacji wodnej Morrisa
- MWM odbywa się w okrągłym basenie z wodą, który jest pozbawiony cech wewnątrz i ma wiele charakterystycznych wskazówek na zewnątrz. W każdej próbie zwierzę jest umieszczane w wodzie z innego miejsca początkowego i musi znaleźć ukrytą zanurzoną platformę, aby uciec. Platforma pozostaje w tej samej pozycji podczas prób. Opóźnienie, długość ścieżki i wydajność ścieżki (stosunek linii prostej do celu podzielony przez długość ścieżki, którą pływa zwierzę) są mierzone za pomocą oprogramowania do śledzenia wideo. Zwierzęta poddawane są wielokrotnym próbom dziennie i nazywa się to nabywaniem. Pod koniec akwizycji, zwykle 24 godziny później, zwierzę poddaje się próbie sondy w celu przetestowania pamięci referencyjnej bez obecności platformy. Miejsce, w którym zwierzę szuka, odzwierciedla jego pamięć o miejscu, w którym kiedyś znajdowała się platforma. Następnie wielu eksperymentatorów przenosi platformę do przeciwnej ćwiartki i testuje elastyczność poznawczą w odwróconej fazie uczenia się. Zwykle do odwrócenia stosuje się taką samą liczbę prób i dni, jak do akwizycji z próbą z sondą odwrócenia podaną 24 godziny po ostatniej próbie z platformą odwrócenia. Niektórzy dodają do tego fazę przesunięcia, która jest podobna do akwizycji i odwrócenia, ale z platformą przeniesioną do nowego kwadrantu.
- Szczury są naturalnymi pływakami i dobrze uczą się zadania, ale rozmiar zbiornika i platformy są ważnymi czynnikami przy określaniu trudności zadania. Myszy najlepiej czują się w basenach o średnicy od 122 do 150 cm. Szczury najlepiej czują się w basenach o średnicy 183, 200-210, a nawet 244 cm. U szczurów większe rozmiary puli sprawiają, że test jest bardziej wrażliwy na deficyty uczenia się przestrzennego. Długość próby jest zwykle ograniczona do 90 do 120 sekund dla szczurów, aby zapobiec zmęczeniu. Jeśli zwierzę osiągnie limit czasu, jest albo umieszczane na platformie przez eksperymentatora, albo tam prowadzone, ale prowadzenie stanowi ingerencję eksperymentatora i generalnie nie jest zalecane.
- Szczur ma dużo wolnego wybiegu podczas wykonywania tego labiryntu. Po uruchomieniu wszystkich prób na ukrytej platformie ważną procedurą kontrolną jest przeprowadzenie prób ze wskazówkami. Ponieważ te zasłony są zamknięte wokół basenu, aby zablokować dostęp do dystalnych wskazówek w linii wzroku, a platforma jest oznaczona charakterystyczną wskazówką. W przypadku tych prób zarówno pozycja początkowa zwierzęcia na obwodzie, jak i położenie platformy są zmieniane przy każdej próbie, aby zapobiec używaniu przez zwierzę jakichkolwiek resztkowych wskazówek dystalnych, tj. tak, aby nie mogło ono korzystać z uczenia przestrzennego. Wersja ze wskazówkami opiera się na wskazówkach proksymalnych, a nie dystalnych, a sygnały proksymalne nie są zależne od hipokampa.
- Leki można podawać szczurowi w celu zbadania zachowania w wodzie i wpływu na motywację.
- MWM wymaga, aby szczur polegał na wielu wizualnych wskazówkach, aby triangulować położenie platformy bez względu na to, gdzie zaczyna się w każdej próbie. Wymaga to użycia wielu wskazówek allocentrycznych, w przeciwieństwie do prostych T-labiryntów.
- Z tego labiryntu można zaobserwować, czy szczur jest w stanie zidentyfikować właściwą lokalizację drugiej platformy, badając swój wzorzec wyszukiwania.
Labirynt wodny Cincinnati (CWM) można podsumować jako kombinację labiryntów, z których można korzystać z lub bez obecności dystalnych wskazówek. Szczury stoją przed znacznie innym wyzwaniem niż proste labirynty T lub Y ze względu na większą złożoność tego labiryntu. Kiedy CWM jest prowadzony w ciemności, nauka dla szczurów jest niezwykle trudna, ale ta złożoność może ujawnić egocentryczne, związane z prążkowiem i być może nieprawidłowości bocznej kory śródwęchowej, ponieważ są to regiony związane z proceduralnym uczeniem się i pamięcią.
Każdy z labiryntów skoncentrowanych na badaniach poznawczych jest mierzony poprzez obserwację zdolności podmiotu do manewrowania w labiryncie, niezależnie od tego, czy mierzy się to czasem, liczbą prób i błędów. Konsekwencja między szczurami w ich zdolności do rozwiązania zadania w labiryncie jest ważna i pozwala naukowcom szukać, co może powodować odchylenie w wydajności u określonego szczura lub grup szczurów.