Una prova oggettiva e riproducibile di apprendimento olfattivo e discriminazione nei topi
Summary
Qui, ci alleniamo topi su un compito di apprendimento associativo per testare la discriminazione di odore. Questo protocollo consente inoltre di studi sui cambiamenti strutturali indotti su apprendimento nel cervello.
Abstract
L’olfatto è predominante modalità sensoriale in topi e influenza molti comportamenti importanti, tra cui foraggiamento, rilevamento di predator, accoppiamento e genitorialità. D’importanza, topi possono essere addestrati per associare gli odori romanzo con risposte comportamentali specifiche per fornire la comprensione nella funzione olfattiva circuito. Questo protocollo in dettaglio la procedura per topi di formazione su un compito di apprendimento operante passa/non passa. In questo approccio, topi sono addestrati su centinaia di prove automatizzate al giorno per 2 – 4 settimane e possono essere testati su romanzo passa/non passa odore coppie per valutare discriminazione olfattiva, o essere utilizzato per gli studi su come apprendimento odore altera la struttura o la funzione dell’olfattiva circuito. Il bulbo olfattivo del mouse (OB) dispone inoltre di integrazione in atto dei neuroni adulti-Nato. Interessante, apprendimento olfattivo aumenta la sopravvivenza e la connessioni sinaptiche di questi neuroni adulto-Nato. Pertanto, il presente protocollo può essere combinato con altre tecniche biochimiche, elettrofisiologiche e di formazione immagine per studiare i fattori di apprendimento e attività-dipendente che mediano la sopravvivenza neuronale e plasticità.
Introduction
Il mouse OB, dove informazioni odore entrano per la prima il sistema nervoso centrale (SNC), fornisce un eccellente modello per studiare i cambiamenti strutturali di esperienza-dipendente. I circuiti OB integra continuamente adulto-Nato neuroni in maniera dipendente di attività. Precursori del neurone adulto-Nato dividono fuori da progenitori che costeggiano la zona subventricular adiacente al ventricoli laterali1. Dopo la migrazione in OB, questi precursori neuronali o sopravvivono, differenziano e integrano come cellule del granello inibitorio o subiscono apoptosi2. Selezione per il destino della cellula è influenzata dall’attività olfattiva, cui apprendimento olfattivo3,4,5,6. Dopo l’integrazione, cambiamenti sinaptici indotti dall’apprendimento si verificano nelle cellule del granello durante un periodo critico7,di due settimane8. Così, saggi per apprendimento olfattivo sono utili per esaminare come esperienza-dipendente plasticità influenze riorganizzazione strutturale e funzionale di un circuito del cervello maturo.
Questo protocollo offre un approccio alla formazione olfattiva utilizzando un paradigma di condizionamento operante. In questo compito, topi d’acqua-sfavoriti sono addestrati ad associare un odore (odore di “Go”) con una ricompensa di acqua e un altro odore (l’odore “Off limits”) con una punizione di prova timeout. Progresso di topi attraverso una serie graduata di fasi di formazione nel corso di 2-4 settimane. Quando la formazione è completa, topi rispondono all’odore Go o zona pericolosa con comportamenti discreti, corrispondenti (alla ricerca di una ricompensa di acqua sulle prove di Go e non cerca la ricompensa di acqua sulle sperimentazioni off limits) (Figura 1A). Dopo l’allenamento è completo, topi possono essere ulteriormente contestati con coppie di odore chimicamente simili a test di discriminazione o diventare la transizione a studi d’istruttoria come olfattivo apprendimento altera la struttura o la funzione di OB. Anche se le mansioni di distinzione di odore precedentemente sono stati descritti, più si basano su misure soggettive quali numero di annusa tra due odoranti9,10. Inoltre, la necessità per il Punteggio umano di tali compiti è anche dispendiose. L’attività di apprendimento olfattivo passa/non passa descritta in questo protocollo garantisce una misurazione imparziale, diretta di odore discriminazione e apprendimento olfattivo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il sistema olfattivo roditore fornisce un modello unico per studiare la plasticità dipendente sensoriale. Qui presentiamo un paradigma di apprendimento olfattivo per addestrare i topi per associare odorant coppie con una ricompensa o punizione. Attraverso questa attività di apprendimento, cambiamenti di circuito a valle possono essere studiate in esperimenti successivi (elettrofisiologia, in vivo imaging neuronale, ecc.). A completamento, topi imparerà a eseguire un’operazione di semplice odore accia…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo protocollo è adattato da precedenti lavori all’interno del nostro laboratorio (Huang et al. 8). tutti i metodi descritti qui sono stati approvati dalla cura degli animali e uso Comitato (ACUC) del Baylor College of Medicine. È supportato il McNair Medical Institute, grant NINDS R01NS078294 a B.R.A., grant NIH IDDRC U54HD083092, grant NIDDK F30DK112571 a JMP e di concessione NINDS F31NS092435 a 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 |
References
- 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).
