小鼠嗅觉学习和鉴别的客观和可重复性试验
Summary
在这里, 我们训练老鼠的结合学习任务, 以测试气味歧视。这项议定书还允许对学习诱发的大脑结构变化进行研究。
Abstract
嗅觉是小鼠主要的感官形态, 影响着许多重要的行为, 包括觅食、捕食者的检测、交配和养育。重要的是, 老鼠可以被训练, 以联想到新的气味与特定的行为反应, 以提供洞察嗅觉电路功能。本协议详细介绍了训练小鼠进行去/不去操作学习任务的过程。在这种方法中, 老鼠每天都接受数以百计的自动试验的训练, 2–4周, 然后可以测试新的去/不去气味对评估嗅觉歧视, 或用于研究气味学习如何改变嗅觉的结构或功能电路.此外, 鼠标嗅球 (OB) 的特点是不断整合成人出生的神经元。有趣的是, 嗅觉学习增加了这些成年神经元的生存和突触连接。因此, 该协议可以结合其他生物化学, 电生理和成像技术, 以研究学习和活动相关的因素, 调解神经元的生存和可塑性。
Introduction
老鼠 OB, 气味信息首先进入中枢神经系统 (CNS), 提供了一个很好的模型来研究经验依赖的结构变化。OB 迂回以活动依赖性的方式不断整合成人出生的神经元。成人出生的神经元前体分裂从祖细胞, 线的脑室下层区相邻的侧脑室 1.当迁移到 OB, 这些神经元前体要么生存, 分化, 并整合为抑制颗粒细胞, 或经历凋亡2。细胞命运的选择受嗅觉活动的影响, 包括嗅觉学习3,4,5,6。整合后, 学习诱导的突触变化发生在颗粒细胞在两个星期的关键期间7,8。因此, 嗅觉学习的化验对于研究经验依赖性可塑性如何影响成熟脑回路的结构和功能重组是有用的。
该协议提供了一种嗅觉训练的方法, 使用一个操作的调节范式。在这项任务中, 缺水的老鼠被训练成将一种气味 (“去” 气味) 与水奖励和另一种气味 (“不去” 气味) 联系在一起试用超时处罚。在2-4 周的过程中, 小鼠通过一系列分级训练阶段取得进展。当训练完成后, 老鼠会用离散的、相应的行为 (在试验中寻求水奖励, 而不寻求不去试验的水奖励) 对去或不去的气味作出反应 (图 1a)。训练完成后, 老鼠可以进一步挑战与化学相似的气味对测试歧视或转变为研究如何嗅觉学习改变的结构或功能的 OB。虽然以前已经描述过气味识别任务, 但大多数依赖于主观测量, 例如两个气味9、10之间的嗅探次数。此外, 人类对这类任务的评分也需要耗费时间。这个协议中描述的去/不去嗅觉学习任务提供了一种无偏见, 直接测量气味歧视和嗅觉学习。
Protocol
Representative Results
Discussion
啮齿动物嗅觉系统为研究感官依赖性可塑性提供了一个独特的模型。在这里, 我们提出了一个嗅觉学习范式, 训练小鼠将气味对与奖励或惩罚联系起来。通过这项学习任务, 可以在后续实验 (电生理学,体内神经元成像,等) 中研究下游电路的变化。完成后, 小鼠将学会执行一个简单的气味提示任务, 使水奖励与一种气味, 以及超时处罚与另一种气味。
由于这是一种行?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本协议适用于我们实验室中以前的工作 (黄et )。8). 这里描述的所有方法都得到了贝勒医学院动物护理和使用委员会 (ACUC) 的批准。它得到了 NINDS 医疗机构的支持, R01NS078294 B.R.A.、NIH IDDRC 赠款 U54HD083092、NIDDK 赠款 F30DK112571 到就业选配和 NINDS F31NS092435。
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).
