Лабиринт Барнса: оценка пространственного обучения и памяти у грызунов.

Введение

Лабиринт Барнса – это инструмент, используемый в психологических лабораторных экспериментах для оценки пространственного обучения и памяти. Тест был впервые разработан доктором Кэрол Барнс в 1979 году. В качестве испытуемых обычно используют грызунов, таких как мыши или лабораторные крысы, которые могут служить контрольной группой или иметь определенную генетическую особенность или дефицит, влияющие на их поведение в лабиринте. Основная задача лабиринта Барнса – измерить способность мыши обучаться и запоминать местоположение целевой зоны, ориентируясь по конфигурации удаленных визуальных ориентиров, расположенных вокруг тестовой площадки. Эта неинвазивная методика полезна для оценки влияния новых химических соединений на когнитивные функции, а также для выявления когнитивных нарушений у трансгенных линий грызунов, используемых в качестве моделей заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Нейробиологи также используют этот лабиринт для определения причинно-следственной связи между легкой черепно-мозговой травмой и нарушениями обучения (в ходе тренировочных испытаний) и сохранения пространственной памяти (в ходе зондирующих испытаний) в острую и хроническую фазы. Выполнение этой задачи зависит от естественного стремления испытуемых избежать неприятной среды и от пространственной опорной памяти, зависящей от гиппокампа.

Настройка

Лабиринт Барнса состоит из круглой поверхности с до 20 круглыми отверстиями по окружности. Вокруг стола, в поле зрения животного, размещаются визуальные ориентиры, такие как цветные фигуры или узоры. Поверхность стола ярко освещена верхним освещением. Под одним из отверстий находится "коробка для выхода", до которой грызун может добраться через соответствующее отверстие в столешнице. Модель основана на естественном у грызунов избегании открытых пространств, что мотивирует испытуемого искать укрытие в коробке для выхода. Нормальный грызун научится находить коробку для выхода в течение четырех-пяти попыток и будет направляться непосредственно к ней, не пытаясь выбраться через неправильные отверстия. Измеряются различные параметры, включая латентность выхода, длину пути, количество ошибок и скорость. Выбор исходной линии (фона) и поведенческих задач существенно влияют на результат эксперимента. Эти переменные помогают установить, что врожденная тревожность и когнитивные способности значительно различаются у разных линий мышей.

Выступление

Успех обычно измеряется количеством ошибок, совершаемых грызуном, то есть количеством раз, когда он засовывает нос в отверстие, не содержащее спасательную коробку. Скорость снижения количества ошибок в ходе испытания может быть рассчитана для построения кривой обучения. Также можно измерять другие показатели эффективности, такие как длина пути к спасательной коробке, при этом более короткий путь свидетельствует о меньшем количестве ошибок. Кроме того, стратегия, используемая каждым грызуном, может быть оценена как случайная (беспорядочная проверка каждого отверстия), систематическая (проверка каждого отверстия по определенному шаблону) или пространственная (прямое движение к отверстию со спасательной коробкой). В силу пространственной природы лабиринта Барнса, повреждение гиппокампа приводит к нарушениям в выполнении задачи. Эксперимент, проведенный на дегу – конкретном виде грызунов, – показал, что в лабиринте Барнса могут наблюдаться половые различия в эффективности. В процессе обучения, когда происходит кодирование информации, самки чаще используют пространственную стратегию, в то время как самцы предпочитают последовательную, случайную или альтернативную стратегии. Кроме того, было отмечено, что способность к пространственному удержанию у самок крыс в значительной степени зависит от фазы их эстрального цикла. Различия между самцами и самками проявляются в период кодирования, но не в период хранения, что указывает на то, что на приобретение и консолидацию информации пол оказывает разное влияние у дегу. Лабиринт Барнса идеально подходит для минимизации искажений, вызванных стрессом. Однако из-за отсутствия сильных негативных стимулов некоторые грызуны могут быть недостаточно мотивированы для выполнения задачи. После адаптации к лабиринту испытуемые могут предпочесть исследование выполнению задания. Для решения этой проблемы важно использовать различные параметры для анализа данных. Латентность, длина пути к спасательной коробке и количество ошибок до первого касания носом отверстия со спасательной коробкой ранее использовались в качестве показателей. Еще один недостаток лабиринта Барнса заключается в том, что при тестировании нескольких животных запаховые следы, оставленные предыдущими животными, могут повлиять на результаты последующих испытуемых. Эту проблему можно легко решить, очищая лабиринт после каждого испытания.

Performance is typically measured by number of errors the rodent makes, i. e. the number of times it pokes its nose into a hole that does not contain the escape box. The rate of decline in the number of errors per trial can be calculated to represent a learning curve. Other performance values can also be measured, such as path length to the escape box, with a shorter path indicating fewer errors. Additionally, the strategy used by each rodent can be scored as random (randomly checking each hole), systematic (checking each hole in a pattern) or spatial (direct movement to the hole with the drop box). Due to the spatial nature of the Barnes maze, damage to the hippocampus leads to deficits in performance of the task. An experiment done on degu, a specific rodent species, showed that there can be sex differences in performance on the Barnes maze. During the task training where encoding would occur, females used more frequently a spatial strategy, while males preferably applied either serial, random or opposite strategies. In addition, it was noted that the spatial retention ability of female rats was largely dependent on the phase of their estrus cycle. The differences between males and females are found during the encoding period but not during the storage, indicating that acquisition and consolidation are differently influenced by sex in degu. on the task, making the Barnes maze ideal for eliminating stress induced confounds. However, due to the lack of a strong aversive stimuli, some rodents may lack motivation to complete the task. Once acclimated to the maze, subjects may prefer to explore instead of complete the task. Using different parameters to analyze the data is important for avoiding this issue. Latency, path length to escape box, and number of errors to the first nose poke at the escape hole have been used as measures previously. Another drawback to the Barnes maze is that when testing multiple animals, scent cues left on the maze by the previous animal could alter the performance of subsequent subjects. This can be easily corrected by cleaning the maze after each trial.