Ein lateralisierte Geruch-Lern-Modell in neugeborenen Ratten zum Präparieren Neural Circuitry Underpinning Gedächtnisbildung
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
Der Geruchssinn ist der primäre sensorische Modalität in Nagetieren, ohne die wären sie nicht in der Lage, erfolgreich zu überleben oder in ihrer Umgebung sein. Es ist für Neugeborene Welpen, die weder sehen noch hören während der ersten postnatalen Woche, Geruchssinn zu nutzen, um ihre Mutter zu finden, um zu füttern 1 besonders kritisch. Als Ergebnis kann neonatalen Rattenjungen konditioniert werden, um Gerüche mit einfachen experimentellen Manipulationen bevorzugen. Eine Vielzahl von Reizen wurden als unbedingten Reiz (UCS) verwendet worden, um konditionierte Reaktionen auf neue Gerüche (bedingten Reiz, CS) bei Neugeborenen, einschließlich der Brut Umgebung 2,3, Milch Säugling 4-6, streicheln oder taktile Stimulation 7- induzieren 12, Schwanz Prise 13, mütterlichen Speichel 13, mild Fuß-Schock 14-18, und intrakranielle Hirnstimulation 19. Die vorliegende Studie beschäftigt eine gut etablierte frühen Geruch Präferenz-Paradigma, bei dem ein Geruch, in diesem Fall Pfefferminze, is mit taktiler Stimulation, um eine Vorliebe für Pfefferminz 24 Stunden später 10,11,20 produzieren kombiniert. Diese Gerüche Erinnerungen sind abhängig von intakten Geruchs Schaltung, in erster Linie mit dem Riechkolben (OB) 21-23 und der vorderen Kortex piriformis (APC) 24,25.
Experimentelle Untersuchungen des frühen Lernens Geruch Präferenz haben vertieft und erweitert unser Verständnis der molekularen und physiologischen Grundlagen eines Säuger Speicher. Diese Säugetiermodell hat mehrere Vorteile bei der Untersuchung Speichermechanismen. Zuerst werden die neuronalen Quellen des UCS-Signal identifiziert. Verschiedene Reize wie oben erwähnt stimulieren Locus coeruleus Norepinephrin-Freisetzung 26, die wiederum aktiviert mehreren Adrenozeptoren im OB und APC, wodurch zelluläre und physiologische Effekte, die das Lernen unterstützen 22,27,28. Zweitens, Speicher-Unterstützung von Mechanismen finden in gut definierte laminare neuronalen Strukturen. DieEinfachheit des olfaktorischen Schaltung in neonatalen Ratten bietet den Forschern der ideale Rahmen, mit dem die komplizierten Prozesse der synaptischen Plastizität im Zusammenhang aufzudecken. Riechzellen (OSN) im Riechepithel Projekt auf Mitral / getuftet Zellen in der OB und diesen Mitral / getuftet Zellen wiederum Projekt ipsilateral zu piriformen Cortex (PC) über die seitliche Riechbahn (LOT), unter anderen Strukturen 29. Sowohl die OSN Synapsen im OB 30,31 und die LOT Synapsen 24,25 APC als kritisch Loci für synaptischen Veränderungen, die das Lernen unterstützen und Speicher identifiziert worden. Drittens, in einem frühen Alter an Ratten, Geruchs-Eingänge können leicht lateralisiert werden. Jeder APC Zugang zu bilateralen Geruch von Informationen über das vordere Kommissur, sobald diese weißen Substanz ist voll bei postnatalen Tag 12 (PD12) 32 gebildet. Vor PD 12 kann Geruch Eingangs isoliert, um OB und APC durch einzelne Nasenloch Okklusion 24,25,31,33,34 <ipisilateral werden/ Sup>. Einzelnasenlochverschluss ermöglicht die Geruchsbildung aus dem Speicher offene Nasenloch, und verhindert, dass der gleiche Speicher von der verschlossenen Nasenloch vor dem PD 12 33. Geruch Speicher ist mit der ipsilateralen Hemisphäre einschließlich sowohl OB und APC isoliert. Daher kann jedes Jungtier seine eigene Kontrolle für das Lernen und der Untermauerung Physiologie.
In der vorliegenden Studie wird die Lateralisa frühen Geruch Präferenz Lernprotokoll eingeführt. Diese Methode dient als leistungsfähiges Werkzeug für die Untersuchung neuronalen Mechanismen zugrunde Geruch Lernen durch die Bereitstellung einer innerTierSteuer 24,25,31, wodurch sowohl die Anzahl der Tiere erforderlich ist, und die allgemeine Änderung reduziert. Nasenlochverschluss ist reversibel, daß das Fett oder Nase Stopfen aufgebracht und mit minimaler Beanspruchung oder Beschädigung des Tieres entfernt werden. Hier erste, detaillierte Verfahren der frühen Geruch Präferenz Ausbildung und Prüfung werden auf der lateralisierte Protokoll mit einzelnen Nasenloch Okklusion mit einem NOS beschrieben, wobei der SchwerpunktE-Stecker. Dann Ergebnisse werden präsentiert, um die Wirksamkeit der einzelnen Nasenloch Okklusion bei der Isolierung Geruch Eingang und Herstellung lateralisierte Geruch Speicher zu demonstrieren. Schließlich werden die Potenziale der Nutzung dieser lateralisierte Lernmodell zu physiologischen Veränderungen im olfaktorischen System erzeugen, die sowohl Lern-und-Speicher-Unterstützung Ausdruck zu studieren diskutiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Geruch lateralisierte Lernen und Gedächtnis-Modell in Rattenjungen innerhalb eines kritischen Zeitfensters wurde zuerst von Hall und Kollegen gegründet. In einer Reihe von Studien 33,34,36, zeigten sie, dass ein Geruch Präferenz Speicher konnte durch Geruch + Milch-Paarungen zu einem Nasenloch bei PD 6 in Rattenjungen lateralisiert werden. Präferenz Erinnerung war robust, wenn die gleiche Nasenloch war während der Ausbildung und Prüfung offen, aber nicht beobachtet, wenn die verschlossene Nasenloch …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by a CIHR operating grant (MOP-102624) to Q. Y. We thank Dr Carolyn Harley for helpful discussions throughout the study, Dr. Qinlong Hou, Amin Shakhawat, and Andrea Darby-King for technical support.
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 |
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