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.
L'olfaction est la modalité sensorielle primaire chez les rongeurs, sans laquelle ils ne seraient pas en mesure de naviguer avec succès ou survivre dans leur environnement. Il est particulièrement important pour les chiots nouveau-nés, qui ne peuvent ni voir, ni entendre au cours de la première semaine après l'accouchement, à utiliser olfaction afin de localiser leur mère pour nourrir 1. En conséquence, les ratons nouveau-nés peuvent être conditionnés à préférer les odeurs avec des manipulations expérimentales simples. Une variété de stimuli ont été utilisés comme le stimulus inconditionnel (UCS) pour induire des réponses conditionnées à de nouvelles odeurs (de relance conditionné, CS) du nouveau-né, y compris l'environnement de nidification 2,3, le lait de lait 4-6, caressant ou stimulation tactile 7 12, pincement de la queue 13, la salive maternelle 13, choc de pied doux 14-18, et la stimulation cérébrale intracrânienne 19. La présente étude utilise un modèle de préférence au début odeur bien établi, dans lequel une odeur, dans ce cas, la menthe poivrée, is combinée à une stimulation tactile, afin de produire une préférence pour la menthe poivrée 24 h plus tard 10,11,20. Ces odeurs souvenirs dépendent circuit olfactif intact, incluant notamment la le bulbe olfactif (OB) 21-23 et le cortex piriforme antérieur (APC) 24,25.
Des études expérimentales de l'apprentissage des préférences des odeurs début ont approfondi et élargi notre compréhension des mécanismes moléculaires et physiologiques d'une mémoire de mammifères. Ce modèle mammifère a plusieurs avantages à étudier les mécanismes de la mémoire. Tout d'abord, les sources de neurones du signal UCS ont été identifiés. Divers stimuli comme mentionné ci-dessus stimulent le locus coeruleus la libération de norépinéphrine 26, qui à son tour active plusieurs récepteurs adrénergiques dans l'OB et l'APC, entraînant des effets cellulaires et physiologiques qui appuient l'apprentissage 22,27,28. D'autre part, des mécanismes de support de la mémoire prennent place dans des structures neurales laminaires bien définies. Lasimplicité du circuit olfactif chez les rats nouveau-nés fournit aux chercheurs un cadre idéal avec lequel de découvrir les processus complexes liés à la plasticité synaptique. Neurones olfactifs sensoriels (OSN) dans le projet de l'épithélium olfactif SUR DES mitrale cellules / tuftés dans l'OB et ces mitrale cellules / tuftés dans le projet de tour ipsilatéralement à cortex piriforme (PC) via le tractus olfactif latéral (LOT), entre autres structures 29. Les deux synapses OSN dans l'OB 30,31 et 24,25 LOT synapses dans PCa ont été identifiés comme lieux critique des changements synaptiques qui favorisent l'apprentissage et la mémoire. Troisièmement, dans un âge précoce chez les rats, les entrées olfactives peuvent être facilement latéralisés. Chaque APC accès à l'information de l'odeur bilatérale par la commissure antérieure, une fois cette substance blanche est entièrement formé à jour après la naissance 12 (PD12) 32. Avant PD 12, entrée de l'odeur peut être isolé à ipisilateral OB et APC par simple occlusion de la narine 24,25,31,33,34 </ Sup>. Simple narine occlusion permet la formation de la mémoire de l'odeur de la narine ouverte, et empêche même la mémoire des narine occlus avant PD 12 33. Mémoire l'odeur est isolé à l'hémisphère ipsilatéral incluant à la fois l'OB et l'APC. Par conséquent, chaque chiot de rat peut être son propre témoin pour l'apprentissage et qui sous-tendent la physiologie.
Dans la présente étude, l'odeur début protocole d'apprentissage de préférence latéralisé est introduit. Cette méthode est un outil puissant pour étudier les mécanismes neuronaux qui sous-tendent l'apprentissage des odeurs en fournissant un contrôle intra-animaux 24,25,31, réduisant ainsi le nombre d'animaux requis et la variation générale. Narine occlusion est réversible en ce que le bouchon de graisse ou le nez peut être appliqué et retiré au stress ou des dommages à l'animal minimal. Ici, en premier lieu, des procédures détaillées de la formation des préférences des odeurs précoce et les tests sont décrits, avec un accent sur le protocole latéralisée à l'aide unique occlusion de la narine avec un n °prise e. Ensuite, les résultats sont présentés pour démontrer l'efficacité de la seule occlusion de la narine à isoler l'entrée de l'odeur et la production de la mémoire des odeurs latéralisée. Enfin, les potentiels de l'utilisation de ce modèle d'apprentissage latéralisée à étudier les changements physiologiques dans le système olfactif que les deux génèrent l'apprentissage et la mémoire de soutien expression sont discutées.
L'apprentissage de l'odeur et de la mémoire modèle latéralisée chez les bébés rats dans une fenêtre de temps critique a été créé par Hall et ses collègues. Dans une série d'études 33,34,36, ils ont montré que d'une mémoire de préférence odeur pourrait être latéralisé par les odeurs + lait appariements à une narine à PD 6 chez les ratons. mémoire préférence était robuste quand même narine était ouvert pendant l'entraînement et les tests, mais pas observée lors…
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 |