En objektiv og reproducerbare Test af olfaktoriske læring og diskrimination i mus
Summary
Her tog vi mus på en associative læring opgave at teste lugt forskelsbehandling. Denne protokol tillader også undersøgelser på læring-inducerede strukturelle ændringer i hjernen.
Abstract
Lugtesansen er den fremherskende sensoriske modalitet i mus og påvirker mange vigtige opførsel, herunder fouragering, predator opdagelse, parring og forældrerollen. Vigtigere, kan mus være uddannet til at knytte nye lugte til specifikke adfærdsmæssige reaktioner at give indsigt i olfaktoriske kredsløb funktion. Denne protokol beskriver proceduren for uddannelse mus på en Go/nej-go-go operant indlæring opgave. I denne tilgang, mus er uddannet på hundredvis af automatiserede forsøg dagligt til 2 – 4 uger og kan derefter testes på roman Go/nej-go-go lugt par at vurdere olfaktoriske forskelsbehandling, eller anvendes til undersøgelser på hvordan lugt læring ændrer struktur eller funktion af de olfaktoriske kredsløb. Derudover tilbyder mus olfaktoriske pære (OB) løbende integration af voksen-født neuroner. Interessant, øger olfaktoriske læring synaptiske forbindelser af disse voksen-født neuroner og overlevelse. Denne protokol kan derfor kombineres med andre biokemiske, elektrofysiologiske og Billeddannende teknikker til at studere læring og aktivitet-afhængige faktorer, der mægle neuronal overlevelse og plasticitet.
Introduction
Musen OB, hvor lugt oplysninger først træder det centrale nervesystem (CNS), giver en fremragende model for at studere erfaringer-afhængige strukturelle ændringer. OB circuity integrerer løbende voksen-født neuroner i en aktivitet-afhængige måde. Voksen-født neuron prækursorer opdele fra stamfaderen, denne linje subventricular zonen støder op til den laterale hjertekamre1. Ved overflytning til OB, disse neuronal prækursorer enten overleve, differentiere, integrere som hæmmende granula celler og gennemgå apoptose2. Udvalg for celle skæbne er påvirket af olfaktoriske aktivitet, herunder olfaktoriske læring3,4,5,6. Efter integrationen sker læring-induceret synaptic ændringer i granula celler under en to-ugers kritiske periode7,8. Således er assays til olfaktoriske læring nyttige til at undersøge hvordan erfaring-afhængige plasticitet påvirkninger strukturelle og funktionelle reorganisering af modne hjernens kredsløb.
Denne protokol tilbyder én tilgang til olfaktoriske uddannelse ved hjælp af en operant betingning paradigme. I denne opgave, er vand-berøvet mus uddannet til at knytte en lugt (lugt om “Gå”) med en vand belønning og en anden lugt (“No-Go” lugt) med en retssag timeout straf. Mus fremskridt gennem en gradueret serie af uddannelse faser i løbet af 2-4 uger. Når uddannelsen er afsluttet, mus reagerer på Go eller No-Go lugten med diskrete, tilsvarende adfærd (søger en vand belønning på Go forsøg og ikke søger vand belønning på No-Go forsøg) (fig. 1A). Efter træning er færdig, mus kan være yderligere udfordret med kemisk lignende lugt par at teste forskelsbehandling eller blive skiftet til undersøgelser undersøge hvordan olfaktoriske læring ændrer struktur eller funktion af OB. Selv om lugt forskelsbehandling opgaver har været tidligere beskrevet, mest stole på subjektive målinger såsom antal snøfter mellem to Duftenes9,10. Desuden er behovet for menneskelige scoring af sådanne opgaver også tidskrævende. Go/nej-go-go olfaktoriske læring opgaven beskrevet i denne protokol tilbyder en fordomsfri, direkte måling af lugt forskelsbehandling og olfaktoriske læring.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den gnaver olfaktoriske system giver en enestående model for at studere sensoriske afhængige plasticitet. Her præsenterer vi en olfaktoriske læring paradigme for at træne mus tilknyttes lugtstof par med enten en belønning eller straf. Gennem denne læring opgave, kan downstream kredsløb ændringer studeres i senere eksperimenter (Elektrofysiologi, i vivo neuronal billedbehandling, osv.). Ved afslutningen, vil mus lære at udføre en simpel lugt cued opgave for at knytte en vand belønning med en …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne protokol er tilpasset fra tidligere arbejde inden for vores lab (Huang et al. 8). alle metoder beskrevet her er blevet godkendt af Animal Care og brug udvalg (ACUC) af Baylor College of Medicine. Det er støttet af McNair Medical Institute, NINDS grant R01NS078294 til B.R.A., NIH IDDRC legat U54HD083092, NIDDK grant F30DK112571 til JMP og NINDS grant F31NS092435 til CKM.
Materials
| Glass vial | Qorpak | GLC-01016 | |
| Silicon Tubing | Thermo Scientific | 86000030 | |
| 18 gauge needles | BD | 305196 | |
| 1-Butanol | Sigma Aldrich | 437603 | |
| Propionic Acid | Sigma Aldrich | 402907 | |
| Mouse Chamber | Med Associates | ENV-307W | |
| Chamber Floor | Med Associates | ENV-307W-GFW | |
| Water Port | Med Associates | ENV-313W | Need two |
| Odor stimulus | Med Associates | ENV-275 | Contain 2 valves to gate odor delivery |
| Odor Port | Med Associates | ENV-375W-NPP | |
| USB Interface | Med Associates | DIG-703A-USB | |
| Desktop Computer with Windows 2000, XP, Vista, or 7 | |||
| Flow meter | VWR | 97004-952 | |
| Behavioral software | Med Associates | SOF-735 | This software, which runs each training stage, has now been replaced with Med-PC V |
| Data Transfer software | Med Associates | SOF-731 | This software formats the data to Excel |
| Training Software | Med Associates | DIG-703A-USB | This software is used to program each training stage |
| Water Valve | Neptune Research | 225P012-11 | This valve is used to gate the water delivery. Need Two |
| Odor Valve | Neptune Research | 360P012-42 | This valve is used to gate the odor delivery. Need Two |
References
- Carleton, A., Petreanu, L. T., Lansford, R., Alvarez-Buylla, A., Lledo, P. M. Becoming a new neuron in the adult olfactory bulb. Nat Neurosci. 6 (5), 507-518 (2003).
- Petreanu, L., Alvarez-Buylla, A. Maturation and death of adult-born olfactory bulb granule neurons: role of olfaction. J Neurosci. 22 (14), 6106-6113 (2002).
- Yamaguchi, M., Mori, K. Critical period for sensory experience-dependent survival of newly generated granule cells in the adult mouse olfactory bulb. PNAS. 102 (27), 9697-9702 (2005).
- Rochefort, C., Gheusi, G., Vincent, J. D., Lledo, P. M. Enriched odor exposure increases the number of newborn neurons in the adult olfactory bulb and improves odor memory. J Neurosci. 22 (7), 2679-2689 (2002).
- Arenkiel, B. R., et al. Activity-induced remodeling of olfactory bulb microcircuits revealed by monosynaptic tracing. PloS one. 6 (12), 29423 (2011).
- Alonso, M., Viollet, C., Gabellec, M. M., Meas-Yedid, V., Olivo-Marin, J. C., Lledo, P. M. Olfactory discrimination learning increases the survival of adult-born neurons in the olfactory bulb. J Neurosci. 26 (41), 10508-10513 (2006).
- Quast, K. B., et al. Developmental broadening of inhibitory sensory maps. Nat Neurosci. 20 (2), 189 (2017).
- Huang, L., et al. Task learning promotes plasticity of interneuron connectivity maps in the olfactory bulb. J Neurosci. 36 (34), 8856-8871 (2016).
- Arbuckle, E. P., Smith, G. D., Gomez, M. C., Lugo, J. N. Testing for odor discrimination and habituation in mice. J Vis Sci. (99), e52615 (2015).
- Zou, J., Wang, W., Pan, Y. W., Lu, S., Xia, Z. Methods to measure olfactory behavior in mice. Curr Protoc Toxicol. , 11-18 (2015).
- Uchida, N., Takahashi, Y. K., Tanifuji, M., Mori, K. Odor maps in the mammalian olfactory bulb: domain organization and odorant structural features. Nat Neurosci. 3 (10), 1035 (2000).
- Cang, J., Isaacson, J. S. In vivo whole-cell recording of odor-evoked synaptic transmission in the rat olfactory bulb. J Neurosci. 23 (10), 4108-4116 (2003).
- Parthasarathy, K., Bhalla, U. S. Laterality and symmetry in rat olfactory behavior and in physiology of olfactory input. J Neurosci. 33 (13), 5750-5760 (2013).
- Rajan, R., Clement, J. P., Bhalla, U. S. Rats smell in stereo. Science. 311 (5761), 666-670 (2006).
- Batista-Brito, R., Close, J., Machold, R., Fishell, G. The distinct temporal origins of olfactory bulb interneuron subtypes. J Neurosci. 28 (15), 3966-3975 (2008).
- Sakamoto, M., et al. Continuous postnatal neurogenesis contributes to formation of the olfactory bulb neural circuits and flexible olfactory associative learning. J Neurosci. 34 (17), 5788-5799 (2014).
- Resendez, S. L., Jennings, J. H., Ung, R. L., Namboodiri, V. M. K., Zhou, Z. C., Otis, J. M., Stuber, G. D. Visualization of cortical, subcortical, and deep brain neural circuit dynamics during naturalistic mammalian behavior with head-mounted microscopes and chronically implanted lenses. Nat Protoc. 11 (3), 566 (2016).
- Park, S., et al. One-step optogenetics with multifunctional flexible polymer fibers. Nat Neurosci. 20 (4), 612 (2017).
