Un Modelo de Aprendizaje lateralizado de Olor en ratas recién nacidas para disecar Formación Neural Circuito Recalces Memoria

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

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.

Protocol

Se utilizan ratas Sprague Dawley (Charles River) crías de ambos sexos. Las camadas son sacrificados a 12 en PD1 (siendo nacimiento PD0). Las presas se mantienen en un 12 horas de luz / oscuridad ciclo con acceso ad libitum a alimento y agua. Procedimientos experimentales han sido aprobados por el Comité de Cuidado de Animales Institucional de la Universidad Memorial. Plug 1. Nariz Construcción NOTA:. Este procedimiento fue adaptado y modificado…

Representative Results

En este artículo revisamos algunos de los resultados previamente establecidos 24 para demostrar la eficacia de la oclusión INIA en el aislamiento de la entrada de olores y aprender a un hemisferio, y la reversibilidad de este método. Soltero oclusión fosa nasal durante el entrenamiento olor preferencia temprana conduce a una memoria olfativa lateralizado 24. La memoria se limita a la fosa nasal para sustitución (Figura 3). Cuando los cachorros son …

Discussion

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…

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