신경 회로 토대 메모리 형성을 해부에 대한 신생아 흰쥐의 편측 냄새 학습 모델

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

후각은 성공적으로 탐색하거나 자신의 환경에서 살아남을 수 없을 것이다없이 설치류의 기본 감각 양상이다. 그것은 ^일을 공급하기 위해 자신의 어머니를 찾기 위해 후각을 사용하여, 첫번째 산후 주 동안 참조되지도들을 수 있습니다 둘 신생아 새끼에 특히 중요합니다. 결과적으로, 신생아 래트 새끼가 간단한 조작으로 실험을 선호하는 냄새 조절 될 수있다. 자극의 다양한 중첩 환경 ^2,3, 우유, 유아 ^4-6, 쓰다듬어 촉각 자극 ^7-을 포함하여 신생아에서 새로운 냄새에 대한 조건 반응 (조건 자극, CS)를 유도하는 무조건 자극 (UCS)로 사용되어왔다 ^12, 꼬리 핀치 ^(13), 산모의 타액 ^13, 가벼운 발 충격 ^14-18, 두개 내 뇌 자극 ^19. 본 연구는 잘 설립 초기 냄새 환경 패러다임을 고용하고있어서,이 경우 박하의 냄새,, 난박하 24 시간 후 ^10,11,20에 대한 선호를 생산하기 위해 촉각 자극과 결합 될 수있다. 이 냄새의 기억은 주로 후각 전구 (OB) ^{21 ~ 23과} 전방 배 모양의 피질 (APC) ^{(24, 25)를} 포함하여, 그대로 후각 회로에 따라 달라집니다.

초기 냄새 환경 학습의 실험 연구 심화 및 포유 동물 메모리의 분자 및 생리 학적 토대에 대한 우리의 이해를 넓혔다. 이 포유 동물 모델은 메모리 메커니즘을 연구하는 여러 가지 장점이 있습니다. 먼저, UCS 신호의 소스는 신경 확인되었다. 위에서 언급 한 바와 같이 다양한 자극 차례로 ^{22,27,28 학습} 지원 세포 및 생리 학적 효과를 일으키는 원인이되는 OB와 APC에서 여러 아드레날린 수용체를 활성화 궤적 coeruleus 노르 에피네프린 릴리스 ^26를 자극한다. 둘째, 메모리지지 메커니즘은 잘 정의 된 층류 신경 구조에서 일어난다.신생아 쥐의 후각 회로의 단순 시냅스 가소성과 관련된 복잡한 프로세스를 발견 할 수와 이상적인 프레임 워크와 연구자를 제공합니다. 다른 구조 ²⁹ 중 OB와 ipsilaterally 측면 후각 기관 (LOT)를 통해 배 모양의 피질 (PC) 차례 프로젝트에서 이러한 승모판 / 술 세포에서 승모판 / 술 세포 상에 후각 상피 프로젝트의 후각 감각 뉴런 (OSN). OSN의 OB ^{(30, 31)에서} 시냅스와 LOT는 APC에서 ^{(24, 25)을} 시냅스 모두 시냅스 학습 지원 변경 및 메모리에 중요한 서식처로 확인되었습니다. 셋째, 쥐의 초기 시대에, 후각 입력은 쉽게 편측 할 수 있습니다. 각 APC는 한 번이 흰색 물질이 완전히 산후 12 일 (PD12) ^(32)에 형성되고, 전방 교련을 통해 양국 간 냄새 정보에 액세스 할 수 있습니다. PD 12 전에 냄새 입력은 하나의 콧 구멍 폐쇄 ^{24,25,31,33,34 <을} 통해 OB와 APC를 ipisilateral하기 위해 분리 할 수있다/ SUP>. 단일 콧 구멍 폐쇄 오픈 콧 구멍에서 냄새가 기억 형성을 허용하고, 12 ⁽³³⁾ PD하기 전에 가려 콧 구멍에서 동일한 메모리를 방지 할 수 있습니다. 냄새의 기억은 모두 OB 및 APC를 포함한 동측 반구에 격리됩니다. 따라서 각 쥐 강아지 학습 및 생리학의 토대에 대한 자신의 제어 할 수 있습니다.

본 연구에서는, 편측 이른 악취 기본 학습 프로토콜이 도입된다. 이 방법은 이에 필요한 동물의 수와 일반적인 편차 모두를 줄일 인트라 동물 ^{24,25,31 제어를} 제공하여 악취를 뒷받침 신경망 학습 메카니즘을 연구하기위한 강력한 도구로서 기능한다. 나리스 폐쇄는 그리스 나 코 플러그가 적용되는 최소한의 스트레스 또는 동물의 손상으로 제거 할 수 있다는 점에서 가역적이다. 여기에서, 첫째, 초기 악취 환경 교육 및 테스트의 자세한 절차는 번호와 함께 하나의 콧 구멍 폐쇄를 사용하여 편측 프로토콜을 중심으로 설명되어 있습니다전자 플러그. 그런 다음 결과는 냄새 입력을 분리하고 편측 냄새 메모리를 생산하는 하나의 콧 구멍 폐쇄의 효과를 보여주기 위해 제공됩니다. 마지막으로, 모두가 학습 및 지원 메모리 표현을 생성 후각 시스템의 생리적 변화를 연구하기 위해 편측 학습 모델을 사용의 가능성이 논의된다.

Protocol

남녀의 스프 라그 돌리 쥐 (찰스 리버) 새끼가 사용된다. 새끼는 (출생 PD0 인) PD1에 12 도태된다. 댐은 음식과 물에 대한 광고 무제한으로 액세스 할 수있는 12 시간 명 / 암주기에 유지됩니다. 실험 절차는 기념 대학의 기관 동물 관리위원회에 의해 승인되었습니다. 1 코 플러그 건설 참고 :.이 절차는 적응 커밍스 외로부터 수정 (1997) …

Representative Results

여기에서 우리는 냄새 입력을 분리하고 하나의 반구 학습에 콧 구멍 폐쇄의 효과 및이 방법의 가역성을 보여주기 위해 이전에 설정된 결과 (24)의 일부를 검토합니다. 초기 냄새 환경 설정 훈련 도중 단일 콧 구멍 폐쇄는 편측 냄새 메모리 (24)에 연결됩니다. 메모리 스페어 나리스 (그림 3)으로 제한됩니다. 강아지가 훈련 도중으로 폐색 같은 콧 구…

Discussion

중요한 시간 창 내 쥐 새끼의 편측 냄새 학습과 기억 모델은 첫번째 홀과 동료들에 의해 설립되었습니다. 연구 ^33,34,36의 시리즈, 그들은 냄새 기본 메모리가 쥐 새끼에서 PD 6에 하나의 콧 구멍으로 냄새 + 우유 짝에 의해 편측 될 수 있음을 보여 주었다. 기본 설정 메모리는 같은 콧 구멍 교육 및 시험 동안 열려있을 때 강력한했지만, 폐쇄 된 콧 구멍이 차단을 해제하고 테스트 때 관찰되지….

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