Una prueba objetiva y Reproducible de aprendizaje olfativo y discriminación en ratones
Summary
Aquí capacitamos a ratones en una tarea de aprendizaje asociativo para probar la discriminación de olor. Este protocolo permite también estudios sobre cambios estructurales inducidos por el aprendizaje en el cerebro.
Abstract
Olfato es la modalidad sensorial predominante en los ratones y muchos comportamientos importantes, incluyendo alimentación, detección de depredador, apareamiento y crianza de los hijos. Lo importante, ratones pueden ser entrenados para asociar los olores nuevos de respuestas conductuales específicas para proporcionar la penetración en función del circuito olfatorio. Este protocolo describe el procedimiento para los ratones de entrenamiento en una tarea de aprendizaje operante Go/No-Go. En este enfoque, ratones están entrenados en cientos de pruebas automatizadas diariamente durante 2-4 semanas y luego pueden ser probados en novela Go/No-Go olor los pares para evaluar discriminación olfativa, o ser utilizado para estudios sobre cómo aprender olor altera la estructura o función de la olfativa circuito. Además, el bulbo olfatorio de ratón (OB) cuenta con integración continua de las neuronas nacidas en adulto. Curiosamente, aprendizaje olfativo aumenta la supervivencia y conexiones sinápticas de estas neuronas nacido adulto. Por lo tanto, este protocolo puede combinarse con otras técnicas de bioquímicas, electrofisiológicas y proyección de imagen para el estudio de aprender y dependiente de actividad factores que median en la supervivencia neuronal y la plasticidad.
Introduction
El ratón OB, donde información de olor primero entra en sistema nervioso central (SNC), proporciona un excelente modelo para estudiar cambios estructurales dependen de la experiencia. Contorno OB integra continuamente las neuronas nacidas en adulto de una manera dependiente de la actividad. Precursores de la neurona nacido adulto dividen apagado de progenitores que la zona subventricular adyacente a los ventrículos laterales1. A migrar en el OB, estos precursores neuronales o sobrevivirán, distinguen e integran como células del gránulo inhibitorio o experimentan apoptosis2. Selección de destino de la célula está influenciada por la actividad olfativa, incluyendo aprendizaje olfativo3,4,5,6. Tras la integración, cambios sinápticos inducidos por el aprendizaje ocurren en células del gránulo durante una semana dos periodo crítico7,8. Así, los ensayos para el aprendizaje olfativo son útiles para examinar cómo dependiente de la experiencia plasticidad influencias estructurales y funcionales reorganización de un circuito del cerebro maduro.
Este protocolo ofrece una forma de entrenamiento olfativo mediante el uso de un paradigma de condicionamiento operante. En esta tarea, ratones privados de agua están entrenados para asociar un olor (el olor a “Ir”) con un premio de agua y otro olor (el olor a “Ninguno”) con un castigo de tiempo de espera juicio. Progreso a través de una serie gradual de las fases de la formación a lo largo de 2-4 semanas en ratones. Cuando la formación es completa, ratones responden al olor vaya o prohibido con comportamientos discretos, correspondientes (buscando una recompensa de agua en los ensayos Go y no buscan la recompensa de agua ninguno ensayos) (figura 1A). Después de entrenamiento, ratones pueden ser impugnados más con pares de olores químicamente similares probar la discriminación o se convierten en la transición a estudios de investigación aprendizaje olfativo cómo altera la estructura o función de la OB. Aunque las tareas de discriminación de olores se han descrito previamente, más confían en las medidas subjetivas como el número de aspiraciones entre dos odorantes9,10. Además, la necesidad de calificación humana de tales tareas es mucho tiempo. La tarea de aprendizaje olfativo de Go/No-Go se describe en este protocolo ofrece una medición imparcial, directa de discriminación de olores y el aprendizaje olfativo.
Protocol
Representative Results
Discussion
El sistema olfativo roedor proporciona un modelo único para estudiar la plasticidad dependiente sensorial. Aquí presentamos un paradigma de aprendizaje olfativo para entrenar a ratones para asociar pares de olor con una recompensa o castigo. A través de esta tarea de aprendizaje, se pueden estudiar cambios aguas abajo en experimentos posteriores (electrofisiología, en vivo imágenes neuronales, etcetera). Al finalizar, ratones aprenderán a realizar una tarea de localización de olor simple para aso…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este protocolo es una adaptación de trabajos previos en nuestro laboratorio (Huang et al. 8). todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por el cuidado Animal y uso Comité (ACUC) de la Baylor College of Medicine. Es apoyado por la McNair Medical Institute, NINDS concesión R01NS078294 a B.R.A., subvención del NIH IDDRC U54HD083092, subvención NIDDK F30DK112571 a JMP y donación de NINDS F31NS092435 para 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).
