Un modèle d'apprentissage latéralisé odeur chez les rats nouveau-nés pour dissection Formation Neural Circuits Soutenir la mémoire

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'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.

Protocol

Sprague Dawley (Charles River) chiots des deux sexes sont utilisés. Portées sont abattus à 12 sur PD1 (naissance étant PD0). Les barrages sont maintenus sur un 12 h cycle lumière / obscurité avec un accès ad libitum à la nourriture et de l'eau. Les procédures expérimentales ont été approuvés par des institutionnels Comité de protection des animaux de l'Université Memorial. 1. Nez plug Construction REMARQUE:. Cette procédure…

Representative Results

Ici nous passons en revue quelques-uns des résultats précédemment établis 24 pour démontrer l'efficacité de l'occlusion de la narine à isoler l'entrée de l'odeur et de l'apprentissage à un hémisphère, et la réversibilité de cette méthode. Simple occlusion de la narine lors de l'entraînement au début de la préférence des odeurs conduit à une mémoire des odeurs latéralisée 24. La mémoire est limité à la narine épargné <st…

Discussion

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…

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