Un laterizzazione Odore Learning Modello in ratti neonati per dissezione Formazione Neural circuiti Sostenere la memoria

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

L'olfatto è la modalità sensoriale primaria nei roditori, senza il quale non sarebbero in grado di navigare con successo o di sopravvivere nel loro ambiente. E 'particolarmente critico per cuccioli neonati, che non possono né vedere, né udire durante la prima settimana post-natale, per usare l'olfatto al fine di individuare la loro madre per alimentare ^1. Come risultato, ratti neonatali possono essere condizionati a preferire gli odori con semplici manipolazioni sperimentali. Una varietà di stimoli sono stati utilizzati come stimolo incondizionato (UCS) per indurre risposte condizionate a nuovi odori (stimolo condizionato, CS) nei neonati, tra cui l'ambiente di nidificazione ^2,3, latte lattante ^4-6, accarezzando o stimolazione tattile ^{7- 12,} tail pinch ^13, saliva materna ^13, lieve scossa piede ^14-18, e la stimolazione cerebrale intracranica ^19. Il presente studio si avvale di un odore precoce preferenza paradigma consolidato in cui un odore, in questo caso menta piperita, is combinata con stimolazione tattile per produrre una preferenza per piperita 24 ore dopo ^10,11,20. Questi odori ricordi dipendono dal circuito olfattivo intatto, tra cui in primo luogo il bulbo olfattivo (OB) ^21-23 e la corteccia piriforme anteriore (APC) ^24,25.

Indagini sperimentali dei primi preferenza odore di apprendimento hanno approfondito e ampliato la nostra comprensione delle basi molecolari e fisiologiche di una memoria mammiferi. Questo modello mammiferi ha diversi vantaggi nello studio dei meccanismi della memoria. In primo luogo, sono state individuate le sorgenti neurali del segnale UCS. Vari stimoli come detto sopra stimolano locus coeruleus noradrenalina rilascio ^26, che a sua volta attiva più adrenocettori nel OB e APC, causando effetti cellulari e fisiologici che sostengono l'apprendimento ^22,27,28. In secondo luogo, i meccanismi di memoria portante avvengono in strutture neurali laminari ben definite. Ilsemplicità dei circuiti olfattiva nei ratti neonati fornisce ai ricercatori con il quadro ideale con cui scoprire i processi complessi legati alla plasticità sinaptica. Neuroni sensoriali olfattivi (OSN) nel progetto epitelio olfattivo sulla mitrale / cellule tufted in OB e questi mitrale / cellule tufted in progetto di girare ipsilaterally a corteccia piriforme (PC) attraverso il tratto olfattivo laterale (LOT), tra le altre strutture ^29. Entrambe le sinapsi OSN della OB ^30,31 e la sorte sinapsi ^24,25 in aPC sono stati identificati come loci critici per cambiamenti sinaptici che supportano l'apprendimento e la memoria. In terzo luogo, in tenera età nei ratti, ingressi olfattive possono essere facilmente lateralizzato. Ogni APC ha accesso alle informazioni bilaterale odore attraverso la commessura anteriore una volta che questa sostanza bianca è completamente formato in post-natale giorno 12 (PD12) ^32. Prima di PD 12, ingresso odore può essere isolato a ipisilateral OB e APC attraverso un'unica narice occlusione ^{24,25,31,33,34 <}/ Sup>. Singola narice occlusione permette la formazione della memoria odore dalla narice aperta ed impedire la stessa memoria dei narice occluse prima di PD 12 ^33. Memoria odore è isolato per l'emisfero ipsilaterale compreso sia OB e APC. Pertanto, ogni pup ratto può essere il proprio controllo per l'apprendimento e alla base della fisiologia.

Nel presente studio, è introdotto l'odore primi protocollo apprendimento preferenza lateralizzato. Questo metodo serve come un potente strumento per studiare i meccanismi neurali alla base dell'apprendimento odore, fornendo un controllo intra-animale ^24,25,31, riducendo in tal modo sia il numero di animali necessari e la variazione generale. Naris occlusione è reversibile in quanto il tappo di grasso o naso può essere applicato e rimosso con il minimo stress o danni per l'animale. Qui, in primo luogo, vengono descritte le procedure dettagliate di odore precoce preferenza formazione e test, con un focus sul protocollo lateralizzante con occlusione singola narice con un nose spina. Poi i risultati vengono presentati per dimostrare l'efficacia del singolo occlusione narice a isolare ingresso odore e la produzione di memoria odore lateralizzato. Infine, le potenzialità di utilizzo di questo modello di apprendimento lateralizzato per studiare i cambiamenti fisiologici nel sistema olfattivo che entrambi generano l'apprendimento e la memoria supporto di espressione sono discussi.

Protocol

Sono utilizzati Sprague Dawley di ratto (Charles River) cuccioli di entrambi i sessi. Cucciolate sono abbattuti a 12 su PD1 (nascita essendo PD0). Le dighe sono mantenuti su una 12 ore di luce / buio ciclo con ad libitum l'accesso al cibo e all'acqua. Procedure sperimentali sono stati approvati dal Comitato Istituzionale Animal Care del Memorial University. 1 Nose Plug costruzione NOTA:. Questa procedura è stato adattato e modificato da C…

Representative Results

Qui passiamo in rassegna alcuni dei risultati stabiliti in precedenza 24 per dimostrare l'efficacia dell'occlusione narice a isolare ingresso odore e imparare a un emisfero, e la reversibilità di questo metodo. Occlusione singola narice durante l'allenamento precoce preferenza odore conduce ad una memoria odore lateralizzato 24. La memoria è limitata alla narice risparmiato (Figura 3). Quando i cuccioli sono testati per la preferenza odori…

Discussion

L'apprendimento e la memoria odore modello lateralizzato in cuccioli di ratto all'interno di una finestra temporale critica è stata fondata da Hall e colleghi. In una serie di studi ^33,34,36, hanno mostrato che una memoria preferenza odore potrebbe essere lateralizzato da odori + latte abbinamenti a una narice al PD 6 cuccioli di ratto. Memoria preferenza è stata forte quando la stessa narice era aperto durante l'allenamento e test, ma non osserva quando la narice occlusa era sbloccato e testato…

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