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.
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.
El olfato es la modalidad sensorial primaria en los roedores, sin la cual no sería capaz de navegar con éxito o sobrevivir en su medio ambiente. Es especialmente importante para los cachorros recién nacidos, los cuales no pueden ver, ni oír, durante la primera semana posterior al parto, para usar el olfato para localizar a su madre para alimentar a 1. Como resultado, las crías de ratas neonatales pueden estar condicionados a preferir los olores con manipulaciones experimentales sencillos. Una variedad de estímulos se han utilizado como estímulo incondicionado (UCS) para inducir respuestas condicionadas a nuevos olores (estímulo condicionado, CS) en los recién nacidos, incluyendo el medio ambiente de anidación 2,3, la succión de la leche 4-6, acariciando o estimulación táctil de 7 12, pellizcar la cola 13, saliva materna 13, pie de choque leve 14-18, y la estimulación cerebral intracraneal 19. El presente estudio emplea un paradigma de preferencia olor principios bien establecido en el que un olor, en este caso, menta, is combinado con estimulación táctil con el fin de producir una preferencia por de menta 24 horas más tarde 10,11,20. Estos recuerdos olores dependen de circuitos olfativa intacta, incluyendo principalmente los bulbos olfatorios (OB) 21-23 y la corteza piriforme anterior (APC) 24,25.
Las investigaciones experimentales de principios del aprendizaje olor preferencia han profundizado y ampliado nuestra comprensión de las bases moleculares y fisiológicas de una memoria de los mamíferos. Este modelo de mamífero tiene varias ventajas en el estudio de los mecanismos de la memoria. En primer lugar, se han identificado las fuentes neuronales de la señal de UCS. Diversos estímulos como se mencionó anteriormente estimulan locus coeruleus la liberación de norepinefrina 26, que a su vez activa múltiples receptores adrenérgicos en el OB y apc, causando efectos celulares y fisiológicos que apoyan el aprendizaje 22,27,28. En segundo lugar, los mecanismos de memoria de apoyo tienen lugar en las estructuras neurales laminares bien definidos. Elsimplicidad del circuito olfatorio en ratas recién nacidas ofrece a los investigadores un marco ideal con el que descubrir los intrincados procesos relacionados con la plasticidad sináptica. Las neuronas sensoriales olfativas (OSN) en el proyecto epitelio olfativo Onto mitrales / células pelo insertado en el OB y estas células mitrales / pelo insertado en el proyecto a su vez ipsilateralmente a corteza piriforme (PC) a través del tracto olfatorio lateral (LOT), entre otras estructuras 29. Tanto las sinapsis OSN en el OB 30,31 y el 24,25 LOT sinapsis en APC han sido identificados como lugares críticos para cambios sinápticos que apoyan el aprendizaje y la memoria. En tercer lugar, en una edad temprana en ratas, insumos olfativas pueden fácilmente ser lateralizado. Cada PCa tiene acceso a la información bilateral olor a través de la comisura anterior una vez que esta sustancia blanca está completamente formado en postnatal día 12 (PD12) 32. Antes de la EP 12, entrada de olor puede ser aislado a ipisilateral OB y APC a través de un solo orificio nasal oclusión 24,25,31,33,34 </ Sup>. Soltero INIA oclusión permite la formación de la memoria el olor de la fosa nasal abierta, y evita que el mismo recuerdo de los INIA ocluidos antes de PD 12 33. Memoria Olor está aislado en el hemisferio ipsilateral incluyendo tanto OB y APC. Por lo tanto, cada una cría de rata puede ser su propio control para el aprendizaje y que sustenta la fisiología.
En el presente estudio, se introduce el protocolo de aprendizaje preferencia olor temprana lateralizado. Este método sirve como una poderosa herramienta para el estudio de los mecanismos neuronales que sustentan el aprendizaje de olores, proporcionando un control intra-animales 24,25,31, lo que reduce tanto el número de animales necesarios y la variación general. Naris oclusión es reversible en que el tapón de grasa o la nariz puede ser aplicado y retirado con un mínimo de estrés o daño al animal. Aquí, en primer lugar, se describen los procedimientos detallados de formación preferencia olor temprana y pruebas, con un enfoque en el protocolo lateralizado usando solo oclusión fosa nasal con un nne enchufe. Entonces resultados se presentan para demostrar la eficacia de la oclusión sola fosa nasal en el aislamiento de entrada de olor y producir olor lateralizado memoria. Por último, se analizan los potenciales de la utilización de este modelo de aprendizaje lateralizado para estudiar los cambios fisiológicos en el sistema olfativo que ambos generan el aprendizaje y la memoria soporte para expresiones.
El modelo de aprendizaje del olor y la memoria lateralizado en crías de rata dentro de una ventana de tiempo crítica fue establecida por primera vez por Hall y colegas. En una serie de estudios 33,34,36, demostraron que una memoria preferencia olor podría ser lateralizado por el olor de la leche + emparejamientos a una fosa nasal en PD 6 en crías de rata. Memoria Preferencia era robusta cuando la misma fosa nasal estaba abierto durante el entrenamiento y las pruebas, pero no se observa cuando la fosa nasa…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |