バーンズ迷路は心理学実験において空間学習と記憶を測定するために用いられるツールである。この検査は1979年にキャロル・バーンズ博士によって初めて開発された。[1]被験動物は通常マウスや実験用ラットなどのげっ歯類であり、これらは対照群として機能するか、あるいは迷路に対する反応を変えるような遺伝的変数や欠損を持つ場合がある。バーンズ迷路の基本的な機能は、検査領域の周囲にある遠位視覚手がかりの構成を用いて、マウスが標的ゾーンの位置を学習し記憶する能力を測定することである。[2]この非侵襲的な課題は、新規化学物質が認知機能に及ぼす影響を評価するために有用であるほか、アルツハイマー病などの疾患をモデルとするげっ歯類の遺伝子組み換え系統における認知障害の特定にも有用である。[3]神経科学者は、軽度の外傷性脳損傷後の学習障害（獲得試験）と空間記憶保持（プローブ）に急性期[4]と慢性期[5]で因果関係があるかどうかを判断するためにもこの方法を用いています。この課題は、被験者が嫌悪環境から逃避しようとする本能的な傾向と、海馬依存性の空間参照記憶に依存しています。[6]
設定
バーンズ迷路は、円周上に最大20個の円形の穴が開けられた円形の表面で構成されています。色や模様などの視覚的な手がかりは、マウスの目に見えるようにテーブル上に配置されます。テーブル面は天井照明によって明るく照らされます。穴の一つの下には「脱出箱」があり、マウスはテーブル上の対応する穴からそこにアクセスできます。このモデルは、マウスが開放空間を嫌うという性質に基づいており、被験者は脱出箱に避難しようとします。通常のマウスは4～5回の試行で脱出箱を見つけることを学習し、間違った穴から脱出しようとすることなく、脱出箱へと直進します。脱出までの時間、経路長、エラー数、速度など、様々なパラメータが測定されます。背景系統の選択と行動課題の選択は、実験結果を左右する上で重要です。これらの変数は、マウスの系統間で生来の不安と認知能力が大きく異なることを検証するのに役立ちます。[7]
パフォーマンス
パフォーマンスは通常、げっ歯類が犯すエラーの数、つまり脱出箱のない穴に鼻を突っ込んだ回数で測定されます。試行ごとのエラー数の減少率を計算することで、学習曲線を表すことができます。脱出箱までの経路の長さなど、他のパフォーマンス値も測定できます。経路が短いほどエラーが少ないことを示します。さらに、各げっ歯類が使用する戦略は、ランダム（各穴をランダムにチェックする）、システマティック（各穴をパターンに沿ってチェックする）、または空間的（ドロップボックスのある穴に直接移動する）として評価できます。
バーンズ迷路の空間的性質により、海馬が損傷されると課題の遂行能力に障害が生じる。[8]特定のげっ歯類であるデグーを使った実験では、バーンズ迷路での遂行能力に性差があることが示された。エンコーディングが行われる課題訓練中、メスは空間戦略をより頻繁に使用したのに対し、オスは連続戦略、ランダム戦略、または反対の戦略を好んで適用した。さらに、メスのラットの空間保持能力は、発情周期の段階に大きく依存していることが指摘されている。[9]オスとメスの違いはエンコーディング期間中に見られるが、記憶保持期間中には見られないことから、デグーでは獲得と強化が性別によって異なる影響を受けることが示唆される。[9]
他の迷路との比較
バーンズ迷路は、モリス水中ナビゲーション課題や放射状迷路課題に類似していますが、強化として強い嫌悪刺激（モリス水迷路のように水泳によって誘発されるストレス）や剥奪（放射状迷路のように食物や水の剥奪）を利用しません。高レベルのストレスを伴う行動課題は、課題における動物のパフォーマンスに影響を及ぼす可能性があるため[10]、バーンズ迷路はストレス誘発性の交絡因子を排除するのに最適です。しかし、強い嫌悪刺激がないため、げっ歯類の中には課題を完了する動機がない場合があります。被験者は迷路に慣れると、課題を完了するよりも探索することを好む場合があります。この問題を回避するには、さまざまなパラメーターを使用してデータを分析することが重要です。潜時、脱出箱までの経路長、脱出穴での最初のノーズポークまでのエラー数が、これまで評価基準として使用されてきました。[11]バーンズ迷路のもう一つの欠点は、複数の動物を試験する場合、前の動物が迷路に残した匂いの手がかりが、後続の動物の成績に影響を与える可能性があることである。これは、各試験後に迷路を清掃することで簡単に修正できる。
参照
参考文献
- ^ Barnes, CA (1979). 「老化に伴う記憶障害：ラットにおける神経生理学的および行動学的研究」J Comp Physiol Psychol. 1979年2月;93(1):74-104.
- ^ Harrison FE, Hosseini AH, MacDonald MP(2009). 「水迷路とバーンズ迷路の空間記憶課題における内因性不安とストレス反応」Behavioral Brain Research 198 (2009) 247–251.
- ^ Reiserer, RS., Harrison F>E., Syverud, DC., McDonald, MP. アルツハイマー病のAPPSwe + PSEN1DeltaE9バイジェニックマウスモデルにおける空間学習障害. Genes Brain Behav. 6:54-65 (2007).
- ^ MOuzon, B; Chaytow, H (2012年12月). 「マウスモデルにおける反復性軽度外傷性脳損傷は、組織学的変化を伴う学習・記憶障害を引き起こす」(PDF) . J Neurotrauma . 29 (18): 2761–73 . doi :10.1089/neu.2012.2498. PMID 22900595.
- ^ Mouzon, B; Bachmeier, C (2014年2月). 「反復性軽度外傷性脳損傷モデルにおける慢性神経病理学的および神経行動学的変化」. Ann. Neurol . 75 (2): 241– 254. doi :10.1002/ana.24064. PMID 24243523. S2CID 20622669.
- ^ Harrison FE, Hosseini AH, McDonald MP. 2009. 水迷路とバーンズ迷路の空間記憶課題における内因性不安とストレス反応. Behav Brain Res 198(1):247-51.
- ^ Harrison, FE., Hosseini, AH., McDonald, MP. (2009)「水迷路とバーンズ迷路の空間記憶課題における内因性不安とストレス反応」行動脳研究198(1):247-251.
- ^ Fox, GB., Fan, L., LeVasseur, RA., Faden, AI. 外傷性脳損傷がバーンズ円形迷路におけるマウスの空間学習および非空間学習に及ぼす影響. J Neurotrauma 15:1037-1046 (1998).
- ^ ab Popovic, N、Madrid, JA、Rol, MA、Caballero-Bleda, M、Popvic M. (2010) 「オクトドン デグーのバーンズ迷路パフォーマンスは性別に依存する」。行動脳研究。ボリューム:212(2)
- ^ Holscher C. ストレスは空間水迷路学習課題のパフォーマンスを低下させる. Behav Brain Res. 100:225-235 (1999).
- ^ Harrison, FE., Reiserer, RS., Tomarken, AJ., McDonald, MP. Barnes迷路における空間的および非空間的脱出戦略. Learn Mem. 13:809-819 (2006).
