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.
الشم هو الطريقة الحسية الأولية في القوارض، والتي بدونها لا تكون قادرة على التنقل بنجاح أو البقاء على قيد الحياة في بيئتهم. فمن الأهمية خاصة بالنسبة للالجراء حديثي الولادة، والتي يمكن أن لا ترى ولا تسمع خلال الأسبوع الأول بعد الولادة، لاستخدام الشم لتحديد موقع والدتهم لتغذية 1. ونتيجة لذلك، الجراء الفئران حديثي الولادة يمكن مكيفة يفضلون الروائح مع التلاعب التجريبية بسيطة. وقد استخدمت مجموعة متنوعة من المنبهات مثل الحوافز غير المشروط (UCS) للحث على ردود مشروطة إلى الروائح رواية (التحفيز مكيفة، CS) في حديثي الولادة، بما في ذلك البيئة التعشيش 2،3، حليب الرضاعة 4-6، التمسيد أو التحفيز عن طريق اللمس 7- 12، وذيل قرصة 13، اللعاب الأمهات 13، صدمة خفيفة القدم 14-18، وتحفيز المخ داخل الجمجمة 19. توظف هذه الدراسة رائحة مبكرة تفضيل نموذج راسخة فيه رائحة، في هذه الحالة النعناع، طق جنبا إلى جنب مع التحفيز عن طريق اللمس من أجل إنتاج تفضيل النعناع 24 ساعة في وقت لاحق 10،11،20. هذه الذكريات الروائح تعتمد على الدوائر حاسة الشم سليمة، بما في ذلك في المقام الأول المصابيح الشمية (OB) 21-23 والقشرة الكمثرية الأمامية (APC) 24،25.
عمقت التحقيقات التجريبية من أوائل التعلم تفضيل رائحة وتوسيع فهمنا للالأسس الجزيئية والفيزيولوجية للذاكرة الثدييات. هذا نموذج الثدييات ديها العديد من المزايا في دراسة آليات الذاكرة. أولا، تم تحديد مصادر العصبية للإشارة UCS. المحفزات المختلفة على النحو المذكور أعلاه موضع تحفز إطلاق coeruleus بافراز 26، والذي بدوره ينشط adrenoceptors متعددة في OB وAPC، مما تسبب في الآثار الفسيولوجية والخلوية التي تدعم التعلم 22،27،28. ثانيا، آليات دعم الذاكرة تجري في الهياكل العصبية الصفحي محددة جيدا. وبساطة الدوائر حاسة الشم في الفئران حديثي الولادة يوفر للباحثين الإطار المثالي الذي لكشف العمليات المعقدة المتعلقة اللدونة متشابك. الخلايا العصبية الحسية الشمية (OSN) في المشروع الظهارة الشمية على التاجي / خلايا معنقدة في OB وهذه التاجي / خلايا معنقدة في مشروع ipsilaterally بدوره إلى القشرة الكمثرية (PC) عبر المسالك الجانبية حاسة الشم (الكثير)، من بين غيرها من الهياكل 29. وقد تم تحديد كل من نقاط الاشتباك العصبي OSN في OB 30،31 والكثير 24،25 نقاط الاشتباك العصبي في آسيا والمحيط الهادئ ومواضع الحرج لإجراء تغييرات متشابك التي تدعم التعلم والذاكرة. ثالثا، في سن مبكرة في الفئران، ويمكن بسهولة أن lateralized مدخلات الشمية. كل APC لديه حق الوصول إلى المعلومات رائحة الثنائية عبر الصوار الأمامي بمجرد تشكيل هذه المادة البيضاء بالكامل في يوم ما بعد الولادة 12 (PD12) 32. قبل PD 12، ومدخلات رائحة يمكن أن تكون معزولة لipisilateral OB وAPC من خلال منخر واحد انسداد 24،25،31،33،34 </ سوب>. منخر واحد انسداد يسمح تشكيل الذاكرة رائحة من منخر مفتوحة، ويمنع نفس الذاكرة من منخر المغطي قبل PD 12 33. يتم عزل ذاكرة الرائحة إلى نصف الكرة المماثل بما في ذلك OB والجيش. وبالتالي، يمكن لكل الجرو الفئران يكون ايقاعه لتعلم وعلم وظائف الأعضاء التي تقوم عليها.
في هذه الدراسة، هو عرض رائحة مبكرة بروتوكول التعلم تفضيل lateralized. يخدم هذا الأسلوب كأداة قوية لدراسة الآليات العصبية التي يقوم عليها التعلم من خلال توفير رائحة عنصر تحكم داخل الحيوان 24،25،31، وبالتالي خفض كل من عدد الحيوانات المطلوبة والتباين العام. منخر انسداد هو عكسها في أن الشحوم أو الأنف المكونات يمكن تطبيق وإزالتها مع الحد الأدنى من الإجهاد أو الضرر للحيوان. هنا، أولا، ووصف الإجراءات التفصيلية من رائحة تفضيل مبكرة التدريب والاختبار، مع التركيز على استخدام بروتوكول lateralized انسداد منخر واحد مع غالمكونات الإلكترونية. ثم يتم عرض النتائج للتدليل على فعالية انسداد منخر واحد في عزل المدخلات رائحة وإنتاج الذاكرة رائحة lateralized. وأخيرا، ناقش إمكانات استخدام هذا النموذج التعلم lateralized لدراسة التغيرات الفسيولوجية في النظام الشمي أن كلا توليد التعلم والذاكرة دعم التعبير.
تأسست التعلم والذاكرة رائحة نموذج lateralized في الفئران الوليدة ضمن إطار الوقت الحرج أول من هول والزملاء. في سلسلة من الدراسات 33،34،36، فإنها أظهرت أن الذاكرة تفضيل رائحة يمكن lateralized من رائحة الحليب + حدودا لمنخر واحد على PD 6 في الفئران الوليدة. كانت الذاكرة تفضيل قوية…
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 |