Een objectieve en reproduceerbare Test van olfactorische leren en discriminatie in muizen
Summary
Hier trainen we muizen op een associative Leeropdracht voor het testen van de discriminatie van de geur. Dit protocol voorziet ook in studies over leren-geïnduceerde structurele veranderingen in de hersenen.
Abstract
Olfaction is de overheersende zintuiglijke modaliteit bij muizen en invloeden van vele belangrijke gedragingen, met inbegrip van foerageren, roofdieropsporing, paring en ouderschap. Nog belangrijker is, kunnen de muizen roman geuren koppelen aan specifieke gedrags reacties op inzicht geven in functie van de olfactorische circuit worden opgeleid. Dit protocol een overzicht van de procedure voor de opleiding muizen op een Go/No-Go-Go-Go operante Leeropdracht. In deze benadering muizen zijn opgeleid op honderden geautomatiseerde proeven dagelijks voor 2 tot 4 weken en kunnen vervolgens worden getest op de nieuwe Go/No-Go-Go-Go geur paren te beoordelen olfactorische discriminatie, of worden gebruikt voor studies over hoe geur leren de structuur of functie van de olfactorische verandert circuit. Bovendien, kenmerkt de muis bulbus olfactorius (OB) permanente integratie van neuronen volwassene komaf. Interessant, verhoogt olfactorische leren de overleving en de synaptische Connecties van deze neuronen volwassene komaf. Daarom kan dit protocol worden gecombineerd met andere biochemische, elektrofysiologische en beeldvormende technieken om te studeren leren en activiteit-afhankelijke factoren die neuronale overleving en plasticiteit bemiddelen.
Introduction
De muis OB, waar geur informatie binnenkomt het centrale zenuwstelsel (CNS), biedt een uitstekend model voor het bestuderen van ervaring-afhankelijke structurele veranderingen. OB circuity integreert doorlopend volwassene komaf neuronen in een activiteit-afhankelijke manier. Volwassene-geboren neuron precursoren verdelen af van progenitoren die lijn de subventriculaire zone grenzend aan de laterale ventrikels1. Bij het migreren naar de OB, deze neuronale precursoren overleven, onderscheiden, en integreren als remmende submodule cellen of apoptosis2ondergaan. Selectie voor het lot van de cel wordt beïnvloed door de olfactorische activiteiten, met inbegrip van olfactorische leren3,4,5,6. Na integratie optreden leren-geïnduceerde synaptic veranderingen in de cellen van de submodule tijdens een twee weken durende kritieke periode7,–8. Dus zijn testen voor olfactorische leren nuttig voor de behandeling van hoe ervaring-afhankelijke plasticiteit invloeden structurele en functionele reorganisatie van een volwassen hersenen circuit.
Dit protocol biedt een aanpak voor olfactorische opleiding met behulp van een paradigma Operante conditionering. In deze taak, zijn water-beroofd muizen opgeleid om een geur (de “Go” geur) met een beloning van water en een andere geur (de “No-Go” geur) worden gekoppeld aan een proef timeout straf. De vooruitgang van de muizen door middel van een gesorteerde reeks opleiding fasen in de loop van 2-4 weken. Wanneer de opleiding is voltooid, muizen reageert op de Go of No-Go geur met discrete, bijbehorende gedrag (op zoek naar een beloning van het water op gaan proeven en niet op zoek naar de water beloning op No-Go proeven)(Figuur 1). Na opleiding voltooid, muizen kunnen verder worden aangevochten met chemisch soortgelijke geur paren is te testen van discriminatie of worden overgestapt naar studies onderzoeken hoe olfactorische leren verandert de structuur of functie van de OB. Hoewel de geur discriminatie taken zijn eerder beschreven, meest vertrouwen op subjectieve metingen zoals aantal is tussen twee odorant9,10. Bovendien is de behoefte aan menselijke scoring van dergelijke taken ook tijdrovende. De taak van de Go/No-Go-Go-Go olfactorische leren beschreven in dit protocol biedt een onbevooroordeelde, directe meting van geur discriminatie en olfactorische leren.
Protocol
Representative Results
Discussion
De knaagdieren olfactorische systeem biedt een uniek model voor het bestuderen van sensorische afhankelijke plasticiteit. Hier presenteren we een paradigma olfactorische leren om te trainen van muizen voor het koppelen van odorant paren met een beloning of straf. Via deze taak leren kunnen downstream circuit wijzigingen bestudeerd worden in latere experimenten (electrofysiologie, in vivo neuronale beeldvorming, enz.). Na voltooiing leert muizen een eenvoudig geur cued taak als u wilt koppelen een beloni…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit protocol is aangepast van eerdere werkzaamheden binnen onze lab (Huang et al. 8). alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de Animal Care en gebruik Comité (ACUC) van Baylor College of Medicine. Het wordt ondersteund door de McNair Medical Institute, NINDS toekenning R01NS078294 aan B.R.A. NIH IDDRC subsidie U54HD083092, NIDDK toekenning F30DK112571 aan JMP en NINDS toekenning F31NS092435 aan CKM.
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 |
Referências
- 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).
