Латерализованные Запах модель обучения у новорожденных крыс для Пройдя Формирование нервной схемы Основополагающее памяти

Summary

This protocol introduces lateralized early odor preference learning in rats using acute single naris occlusion. Lateralized learning permits the examination of behavioral outcomes and underpinning biological mechanisms within the same animals, reducing variance induced by between-animal designs. This protocol can be used to investigate molecular mechanisms underpinning early odor learning.

Abstract

Rat pups during a critical postnatal period (≤ 10 days) readily form a preference for an odor that is associated with stimuli mimicking maternal care. Such a preference memory can last from hours, to days, even life-long, depending on training parameters. Early odor preference learning provides us with a model in which the critical changes for a natural form of learning occur in the olfactory circuitry. An additional feature that makes it a powerful tool for the analysis of memory processes is that early odor preference learning can be lateralized via single naris occlusion within the critical period. This is due to the lack of mature anterior commissural connections of the olfactory hemispheres at this early age. This work outlines behavioral protocols for lateralized odor learning using nose plugs. Acute, reversible naris occlusion minimizes tissue and neuronal damages associated with long-term occlusion and more aggressive methods such as cauterization. The lateralized odor learning model permits within-animal comparison, therefore greatly reducing variance compared to between-animal designs. This method has been used successfully to probe the circuit changes in the olfactory system produced by training. Future directions include exploring molecular underpinnings of odor memory using this lateralized learning model; and correlating physiological change with memory strength and durations.

Introduction

Обоняние является основным сенсорной модальности у грызунов, без которых они не смогли бы успешно ориентироваться или выжить в их среде. Это особенно важно для новорожденных щенков, которые не могут ни видеть, ни слышать во время первого послеродовой недели, чтобы использовать обоняние для того, чтобы найти свою мать, чтобы прокормить ^1. В результате, неонатальные крысят может быть обусловлено, предпочитают запахи с простых экспериментальных манипуляций. Разнообразие стимулов были использованы в качестве безусловного раздражителя (UCS), чтобы вызвать условные ответов на новых запахов (условный раздражитель, CS) в новорожденных, в том числе гнездования среды ^2,3, молока сосания ^4-6 поглаживая или тактильной стимуляции ^{7- 12,} хвост щепотку ^13, материнской слюны ^13, мягкий нога шок ^14-18, и внутричерепное стимуляция мозга ^19. Настоящее исследование использует устоявшуюся рано запах предпочтений парадигму, где запах, в этом случае мяты, яы в сочетании с тактильной стимуляции для получения предпочтение перечной 24 часа спустя ^10,11,20. Эти запахи воспоминания зависят от неповрежденной обонятельной схемы, в первую очередь в том числе обонятельной луковицы (ОВ) ^21-23 и передней грушевидной коры (APC) ^24,25.

Экспериментальные исследования раннего обучения предпочтение запаха углубили и расширили наше понимание молекулярных и физиологических основ памяти млекопитающих. Эта модель млекопитающих имеет ряд преимуществ по изучению механизмов памяти. Во-первых, нейронные источники сигнала UCS были идентифицированы. Различные раздражители, как упомянутые выше стимулировать голубого пятна норэпинефрина релиз ^26, который в свою очередь активирует несколько адренорецепторов в OB и APC, вызывая клеточные и физиологические эффекты, которые поддерживают обучение ^22,27,28. Во-вторых, механизмы памяти, поддерживающих состоится в четко определенных слоистых нейронных структур.простота обонятельной схемы в новорожденных крыс предоставляет исследователям идеального рамках с которой, чтобы раскрыть запутанные процессы, связанные с синаптической пластичности. Обонятельные сенсорные нейроны (OSN) в обонятельной проекта эпителия Онто митрального / тафтинговые клеток в Обской и этих митрального / тафтинговые клетки, в свою очередь проекта ипсилатерально до грушевидной коры (ПК) через боковой обонятельный тракт (LOT), среди других структур ^29. Оба OSN синапсы в OB ^30,31 и LOT синапсы ^24,25 в APC были определены в качестве критической локусов для синаптических изменений, которые поддерживают обучение и память. В-третьих, в раннем возрасте у крыс, обонятельные входы могут быть легко латерализованные. Каждый аРС имеет доступ к двусторонней информации запаха через передней спайки, как только это белое вещество полностью сформированной в послеродовой день 12 (PD12) ^32. Перед PD 12, вход запах может быть выделен в ipisilateral OB и APC через одного NARIS окклюзии ^{24,25,31,33,34 <}/ SUP>. Одноместный Нарис окклюзии позволяет образовывать запах памяти из открытой ноздри, и предотвращает ту же память от закупоренной ноздри предшествующих PD 12 ^33. Запахи памяти изолирован на ипсилатеральном полушарии включая как OB и APC. Таким образом, каждый крысят может быть своим собственным управления для обучения и способствующие физиологию.

В настоящем исследовании, латерализованные протокол предпочтения обучения рано запах вводится. Этот метод служит мощным инструментом для изучения нейронных механизмов, лежащих в основе запаха обучения, обеспечивая контроль внутри животных ^24,25,31, тем самым снижая как количество животных, необходимых и общее изменение. Нарис окклюзии является обратимым в том, что жир или нос пробка может быть применен и удален с минимальным стрессом или повреждения животного. Здесь, прежде всего, подробные процедуры рано запаха привилегированную обучения и тестирования описаны, с акцентом на латерализованные протокола с использованием одного NARIS окклюзии с ГАИэ плагин. Тогда результаты представлены для демонстрации эффективности одной ноздри окклюзии в изоляции вход запаха и производстве латерализованные память запаха. Наконец, обсуждаются потенциалы с помощью этого латерализованные модель обучения для изучения физиологических изменений в обонятельной системе, что и генерировать обучения и поддержки памяти выражение.

Protocol

Sprague Dawley крыс (Charles River) щенки обоих полов используются. Пометы отсеиваются до 12 на ПК1 (рождение будучи Pd0). Плотины ведутся на 12 ч цикле свет / темнота с свободном доступе к пище и воде. Экспериментальные процедуры были одобрены институционального комитета по уходу за животными Мемор?…

Representative Results

Здесь мы рассмотрим некоторые из ранее установленных результатов 24, чтобы продемонстрировать эффективность NARIS окклюзии в изоляции вход запаха и обучение одного полушария, и обратимость этого метода. Одноместный Нарис окклюзия в начале обучения предпочтение зап…

Discussion

Латерализованные запах обучения и памяти модель в крысят в критическом временного окна была впервые установлена ​​зале и коллег. В серии исследований ^33,34,36, они показали, что предпочтения памяти запах может быть латерализованные по запаху + молока пар в одной ноздри в PD 6 в крысят…

Materials

Polythylene 20 tubing	Intramedic	427406	Non radiopaque, Non toxic
3-0 silk suture thread	Syneture	Sofsilk	Non absorbant
Silicone grease	Warner Instrument	64-0378	Odorless
2% xylocaine gel	AstraZeneca	Prod. No 061	Lidocaine hydrochloride jelly,  purchased at local pharmacy
Paint brush	Dynasty	206R	Similar size/other brands work too
Peppermint extract	Sigma-Aldrich	W284807	Other brand should be okay too
Training box	Custom-made	N/A	Acrylic box (20x20x5cm3), see Figure 2A. Parameters and material for the box are not critical and can be modified. Material used should be odorless and does not absorb odors
Testing chamber	Custom-made	N/A	Stainless steel (30x20x18cm3), see Figure 2B. Parameters and material for the chamber are not critical and can be modified. For example, an acrylic chamber instead of a stainless steel one can be used
pCREB antibody	Cell Signaling	9198	Ser 133 (87G3) Rabbit mAb
Chloral hydrate	Sigma-Aldrich	C8383	N/A
Paraformaldehype	Sigma-Aldrich	P6148	N/A
Sucrose	Sigma-Aldrich	S9378	N/A