1. Laberinto Circular de Barnes (Aprendizaje Espacial).
Circular labyrinth of Barnes (Spatial Learning).
Carlos A. Puentes M.
Instituto de Neurociencias de la Universidad El Bosque.
cpuentesm@unbosque.edu.co
En el presente se realizan diferentes estudios para analizar la recuperación del aprendizaje
de una tarea espacial en roedores (Wistar) de laboratorio. Por lo anterior la Universidad El
Bosque realizó diferentes pruebas con una rata no real e implementaron un laberinto
circular de Barnes como laboratorio típico para estas pruebas. En este experimento la rata
debe aprender a encontrar una caja de escape, ubicada en uno de 20 agujeros distribuidos en
la mesa del laberinto, conforme a esta prueba se adquieren datos importantes y cruciales del
ensayo como: distancia total recorrida por el roedor, tiempo consumido y el mapeo de los
movimientos hechos por el roedor todo esto desde que la rata es liberada sobre la mesa del
laberinto hasta que el roedor encuentra la caja de escape al finalizar el experimento. Se
espera que el roedor invierta menor tiempo en encontrar la caja de escape cada vez que se
haga un ensayo nuevo debido a su aprendizaje espacial. Después de haber aprendido la
ruta hacia la caja de escape más directa, el roedor será sometido a diferentes estímulos, a
los cuales normalmente no se encuentra expuesto (luminosidad, sonido y radiación
electromagnética) ejecutándolos en medio del experimento o al inicio del mismo. Con base a
los resultados identificar si el estímulo afecta en la memoria espacial del roedor y en cuanto
porcentaje. Por lo anterior se diseñó, implementó y probó el Hardware, la compatibilidad
con el Software y la respectiva documentación necesaria para las diferentes pruebas sobre
los roedores asociados a este laboratorio.
Palabras clave: Laberinto de Barnes, memoria espacial, Rata Wistar.
In the present different studies are realized to analyze the recovery of learning of a spatial
task in rodents (Wistar) of laboratory. For previous the El Bosque University realized
different tests with not real rat and they implemented a circular labyrinth of Barnes like
typical laboratory for these tests. In this experiment the rat must learn to find a box of
leakage, located in one of 20 holes distributed in the table of the labyrinth, in accordance
with this test there is acquired important and crucial information of the essay as: entire
distance covered by the rodent, emaciated time and the map of the movements done by the
rodent all this since the rat is liberated on the table of the labyrinth until the rodent finds
the leakage box on having finished the experiment. One hopes that the rodent should invest
less time in finding the leakage box whenever there is done a new essay due to its spatial
learning. After having learned the route towards the most direct leakage box, the rodent will
be submitted to different stimuli, to which normally it is not exposed (luminosity, sound
and electromagnetic radiation) executing them in the middle of the experiment or to the
beginning of the same one. Based on the results to identify if the stimulus affects in the
spatial memory of the rodent and as soon as percentage. By the previous thing it was
designed, implemented and proved the Hardware, the compatibility with the Software and
the respective papers necessary for the different tests on the rodents associated with this
laboratory.
Keywords: Labyrinth of Barnes, spatial memory, Rat Wistar.
2. Introducción
El laberinto circular de Barnes es una herramienta utilizada
en experimentos de laboratorio psicológicos para medir el
aprendizaje espacial y consolidación de la memoria. La
prueba fue desarrollada por primera vez por la Dra. Carol
Barnes en 1979 quien diseñó un laberinto circular de 18
agujeros, este sistema fue desarrollado para analizar el
aprendizaje, los sujetos de prueba son generalmente
roedores tales como ratones o ratas de laboratorio, que, o
bien sirven como un control o puede tener alguna variable
o deficiencia genética presente en ellos que se hará
reaccionar de manera diferente en el laberinto. La función
básica del laberinto de Barnes es medir la capacidad de un
ratón para aprender y recordar la localización de una zona
de destino mediante señales visuales distales situados
alrededor de la zona de pruebas.
Este instrumento consiste en una plataforma circular 1.22
cm de diámetro elevada 90 cm del piso elaborada
en acrílico. En la circunferencia de dicha plataforma se
encuentran ubicados veinte agujeros circulares de 9 cmde
diámetro espaciados entre sí por 20º de arco. En la parte
de abajo del laberinto se puede poner una caja negra
removible denominada caja de escape. En el centro de la
plataforma ubicamos una caja de forma circular
(denominada caja de inicio), al iniciar cada sesión se debe
trasladar la rata en esta caja desde el bioterio, cubriendo
al animal y retirándola cuando la rata sea liberada en la
mesa de esta forma comenzará a buscar la caja escape. En
la sala experimental se localizan estímulos visuales que no
cambian de posición a lo largo del entrenamiento para que
el roedor lo tome como pistas para su orientación (Barnes
CA 1979).
La memoria espacial puede verse afectada por diferentes
factores externos e internos, entre ellos el estrés. Se ha
demostrado que el estrés puede mejorar o deteriorar la
memoria relacionada con tareas diversas (p.ej.:
reconocimiento de objetos, condicionamiento clásico o
navegación espacial). Por lo anterior para poder analizar y
estudiar estos casos de memoria espacial la Universidad
El Bosque bajo la dirección de la facultad de Ingeniería
Electrónica, desarrolló un proyecto de investigación que
desencadene en la obtención de un Laberinto de Barnes
propio para la Universidad con el fin de satisfacer las
necesidades de las diferentes facultades que requieren del
material para llevar a cabo este tipo de estudios.
Siendo así, es preciso en implementar el hardware
apropiado del laberinto circular de Barnes. Este laberinto,
constará de una superficie plana y de forma circular, la
cual tendrá veinte agujeros, diseñados específicamente,
para que se realicen los experimentos (ratas tipo Wistar),
con una base metálica de una altura específica, un techo
falso que contendrá los elementos de estímulos, la caja de
control y un ordenador que será la interfaz hacia el
psicólogo (cliente final).
Actualmente, el prototipo del laberinto circular de
Barnes ya se encuentra en las instalaciones del Instituto
de Neurociencias de la Universidad El Bosque y tras la
ubicación en un sitio fijo con las características
determinadas se podrá iniciar con la realización de las
pruebas con roedores reales.
A. Metodología.
En la Fig. 1, se describe toda la metodología utilizada en la
elaboración del proyecto. Las etapas de definición y justificación
del problema fueron aprobadas en las diferentes fases anteriores
con la presentación del anteproyecto, la definición de objetivos
generales y específicos y requerimientos, fueron realizadas en el
primer semestre del proyecto de grado.
La etapa de diseño (global y detallado), se realizaron en la
siguiente fase, con ello se buscaba obtener un diseño optimo y
funcional que eliminara los objetos distractores que lograran dar
alguna orientación a la rata cuando se encuentre en la superficie
de la mesa. Las etapas de implementación y pruebas,
actualmente se llevaron a cabo con éxito en el laberinto circular
de Barnes arrojando el cumplimiento de los requerimientos
favorablemente y a cabalidad.
Vale la pena a aclarar que todas estas etapas, van ligadas a
una etapa de documentación con el objetivo de que cada fase
quede bien referenciada y documentada en su momento.
Fig. 1. Metodología general del proyecto
3. B. Fase de diseño.
Fig. 2. Metodología Comparativa del proyecto
En esta Fase se realizó un cuadro comparativo en donde se
revisaron cuáles fueron los requerimientos planteados a cumplir.
Una vez que se obtuvieron los resultados se procedió a evaluar
cada uno de los componentes que hacen parte de la
implementación del Laberinto Circular De Barnes.
Con los objetivos planteados se procedió con la etapa de
diseño que tenía como objetivo acondicionar los sistemas de
luces y de ruido con estímulos hacia el roedor, empezando con la
construcción del lugar donde estos elementos se ubicarían, su
acople con la caja de control y compatibilidad hacia la interfaz
(Cliente-Maquina), dándose inicio a la etapa de implementación
y posteriormente pruebas para validar su óptimo
funcionamiento
C. Diseño Global.
Fig. 3. Diseño Global Del Proyecto
Para el diseño del techo falso se utilizó MDF, un material liviano
donde fueron ubicados los sistemas aversivos como las luces, la
cámara, la sirena y el motor que se utiliza para subir o bajar la
caja de inicio.
En el componente de Software se utilizó la plataforma abierta de
java, obteniendo como resultados la visualización del recorrido
que realiza la rata durante su estancia en la plataforma de
laberinto, el almacenamiento de la información capturada del
experimento en un archivo tipo Excel y el mapeo en archivo tipo
png.
Aparte de esto otras bondades como: estímulos hacia el roedor
en cualquier momento del experimento, con selección de la
duración del tiempo del estímulo, combinaciones de los
estímulos, campo para observaciones dadas por el psicólogo
asociado, conteo de huecos erróneos durante la prueba de forma
resumida y detallada, finalmente la identificación de huecos para
la calibración de la mesa.
.
II. RESULTADOS DEL DISEÑO DETALLADO
Módulo Hardware:
En este módulo contamos con dos elementos de estímulo: las
luces y la sirena que a su vez son exitados por la caja de control
y dirigido desde el computador operado por el psicólogo, desde
allí se varia la intensidad según sea el caso en mención: El
sistema de luz tendrá una variación en un rango de 0 a 700
lúmenes ya que intensidades superiores son aversivas al sistema
visual de la rata (Marí Assumpció, Núria Ferré, 1987) y el
sistema de ruido tendrá una intensidad no mayor a 90 dB ya que
al ser mayor provocará dolor o daños mecánicos en el sistema
auditivo del roedor (Marí Assumpció, Núria Ferré, 1987).
Se utilizó una Caja de Inicio construida en el material de acrílico
con el fin de alojar la rata para que en ella sea transportada desde
el bioterio hasta la base de la mesa del laberinto, una vez se
encuentra en dicha base se procederá a liberarla por medio de una
tapa que se desliza de la caja de inicio.
Por medio de un sistema de poleas y un sistema de anclaje
impulsado por un motorreductor que se encuentra ubicado en la
parte superior del techo falso, la caja de inicio es llevada hacia la
parte superior del techo por medio de la caja de control
electrónico que a su vez es dirigida por el computador manejado
por el operario, que permite realizar el proceso de subida y
bajada de la caja de inicio.
4. Fig. 4. Techo falso.
Modulo Software:
En este módulo se utilizó una cámara digital para computador
con el objetivo de obtener una imagen clara y nítida de la rata
durante su permanencia en la base del laberinto para así poder
realizar el trazado de la rata y poder visualizarla en la interfaz
gráfica del software. Para obtener la conexión de la cámara con el
computador, se hace a travez de un puerto USB el cual se
controla por medio del Software realizado que se encarga de
realizar las capturas de las imágenes que posteriormente se
guardaran para futuro análisis y estudios del experimento.
Fig. 5. Software Final Del Proyecto.
Modulo Usuario final
El usuario final o las personas que van a interactuar con el
laberinto circular de Barnes se encontraran con un sistema de
análisis completo y fácil de usar, en él encontraran un panel de
control que les permitirá variar y utilizar los diferentes métodos
aversivos que contiene el proyecto (Luz y Sonido) y el manejo
del sistema del motor arriba/abajo de la caja de la caja de inicio,
adicional contaran con un software simple y amigable, fácil de
usar cuya interfaz gráfica contendrá los ítems necesarios para el
almacenamiento de la información de la rata, tales como el código
de la rata, el número del experimento, marcar el número del
hueco que se destinara como hueco de escape, un panel de
visualización en tiempo real de la base del laberinto, un botón de
inicio, los huecos de error en detalle, entre otros, que nos
servirán para almacenar esta información en un archivo tipo
Excel y una imagen con el mapeo (png) para ser consultados y la
realización de estudios posteriores.
Fig. 6. Mapeo de un ensayo .png
.
Fig. 7. Documento Excel.
Finalmente con la unión de todos los módulos descritos
anteriormente se obtiene un producto final con el cual se podrán
iniciar las pruebas requeridos en el laboratorio y tomar las
5. muestras para estudios posteriores, este producto se muestra en
la figura 8.
Fig. 8. Hardware Final Del Proyecto.
Resultados
Se realizó unas pruebas con un roedor familiar de la
rata Wistar, de edad temprana y el roedor aprendió la ruta
rápida a la caja final después de 5 días, se espera que
lleguen las ratas tipo Wistar en poco tiempo para realizar
pruebas finales y la publicación de los resultados finales.
Conclusiones
Se realizó el componente del Software con base a los
requerimientos establecidos con el fin de obtener archivos
portables en los cuales se puedan guardar los datos de las
diferentes pruebas realizadas para más tarde ser consultados, se
realiza y se entrega una herramienta amigable para el usuario
final de la herramienta.
Se realizó el componente del Hardware con base a los
requerimientos establecidos con el fin de la visualización y
captura del mapeo del roedor en tiempo real, la modificación a
voluntad de los psicólogos sobre los estímulos (lumínicos y
sonoros) hacia el roedor en medio o al inicio del experimento,
una caja de escape donde el roedor podrá resguardarse al
encontrar el hueco de llegada y un sensor dentro de la caja el cual
hace la detención de las variables tiempo y distancia en el
Software.
Se realizó la estructura del Laberinto Circular de Barnes
trasladable con el fin de poder ser desplazado a otros sitios de
manera fácil.
Agradecimientos
A Dios por su ayuda y sabiduría dada a los hombres y
a mi familia: Nor Stella Morales, Carlos Lino Puentes,
Diana Marcela Puentes y Jhon Darwin Puentes Morales,
por todo su apoyo incondicional, Finalmente pero con
igual importancia al director del proyecto los Doctores
Gerardo Aristizabal A., y Francisco Pereira Manrique, por
sus aportes fundamentales e incondicionales para el
desarrollo del mismo.
Referencias
Barnes CA, (1979) "Memory deficits associated with
senescence: A neurophysiological and behavioral
study in the rat.” J Comp Physiol Psychol. LINA
FERNANDA GONZÁLEZ-MARTÍNEZ Y
MARISOL LAMPREA, (2011) “Laboratorio de
aprendizaje y comportamiento animal
los niveles de iluminación durante el entrenamiento
afectan la recuperación de una tarea de memoria
espacial en el laberinto de Barnes en ratas wistar”
Universidad Nacional de Colombia (ascofapsi); .
Available: http://www.ascofapsi.org.co/documentos/2
012/revista_laberinto2011.pdf.
Marí Assumpció Martí, Núria Ferré, (1987), "Organización y
mantenimiento de un estabulario de ratas para la
investigación en psicología (I)," Organización y
Mantenimiento De Un Estabulario De Ratas Para La
Investigación En Psicología (I), vol. ISSN 0210-9395,
pp.
http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=65975
ANY-MAZE, (2009). Available:
http://www.sandiegoinstruments.com/any-maze-
video-tracking/.
ANY-maze™ 视频跟踪系统, (2008). Available:
http://www.biomart.cn/infosupply/1053605.htm.
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Available: http://www.oberlin.edu/staff/gknight/WT20
05.html.
Oberlin College
(2005). http://new.oberlin.edu/dotAsset/1598024.pdf.
A. Holmes, C. C. Wrenn, A. P. Harris, (25 JAN 2002). Genes,
Brain and Behavior [Behavioral profiles of inbred
strains on novel olfactory, spatial and emotional tests
