En objektiv och reproducerbara Test av lukt lärande och diskriminering i möss
Summary
Här tränar vi möss på en associativ inlärning uppgift att testa lukt diskriminering. Detta protokoll kan också för studier på lärande-inducerad strukturella förändringar i hjärnan.
Abstract
Luktsinnets funktion är det dominerande sensorisk modalitet i möss och påverkar många viktiga beteenden, inklusive födosök, predator upptäckt, parning och föräldraskap. Ännu viktigare, kan möss tränas till att associera roman lukter med specifika beteendemässiga svar att ge insikt i lukt krets funktion. Detta protokoll Detaljer förfarandet för utbildning möss på en Go/No-Avbryt operant lärande aktivitet. I denna strategi, möss är utbildade på hundratals automatiserade prövningar dagligen under 2 – 4 veckor och kan sedan testas på roman Go/No-Avbryt lukt par för att bedöma olfactory diskriminering, eller användas för studier på hur lukt lärande förändrar strukturen eller funktionen hos den lukt krets. Dessutom har mus luktbulben (OB) pågående integrationen av vuxen-född nervceller. Intressant, ökar lukt lärande både överlevnad och synapsförbindelser av dessa vuxen-född nervceller. Detta protokoll kan därför kombineras med andra biokemiska, elektrofysiologiska och imaging tekniker för att studera lärande och aktivitet-beroende faktorer som medla neuronal överlevnad och plasticitet.
Introduction
Musen OB, där lukt information först träder det centrala nervsystemet (CNS), ger en utmärkt modell för att studera erfarenhet-beroende strukturella förändringar. OB circuity integrerar ständigt vuxen-född nervceller i en aktivitet-beroende sätt. Vuxen-född neuron prekursorer dela av från stamfäder som kantar den subventrikulära zonen intill den laterala ventriklar1. Vid migrerar in OB, dessa neuronala prekursorer antingen överleva, skilja, och integrera som hämmande granule celler eller genomgå apoptos2. Urval för cell öde påverkas av lukt aktivitet, inklusive olfactory lärande3,4,5,6. Efter integration sker lärande-inducerad synaptic förändringar i granule celler under en två veckors kritiska perioden7,8. Analyser för lukt lärande är således användbar för att undersöka hur erfarenhet-beroende plasticitet influenser strukturell och funktionell omorganisation av en mogen hjärnan krets.
Detta protokoll erbjuder en strategi för lukt utbildning med hjälp av ett operant betingning paradigm. I den här uppgiften är vatten-berövade möss utbildade för att associera en lukt (”gå” lukt) med en vatten-belöning och en annan lukt (”No-Go” lukt) med en rättegång timeout bestraffning. Möss framsteg genom en graderad serie av utbildning faser under loppet av 2-4 veckor. När utbildningen är klar, möss svara på Go eller No-Go lukten med diskret, motsvarande beteenden (söker en vatten belöning på Go prövningar och inte söker vatten belöningen om No-Go prövningar) (figur 1A). Efter utbildningen är klar, möss kan utmanas ytterligare med kemiskt liknande lukt par att testa diskriminering eller bli övergått till studier utreder hur luktsinnet lärande förändrar strukturen eller funktionen hos OB. Även om lukt diskriminering uppgifter har beskrivits tidigare, lita mest på subjektiva mätningar såsom antal nosar mellan två odoranter9,10. Behovet av mänskliga poängsättning av sådana uppgifter är dessutom också tidskrävande. Olfactory lärande på Go/No-Avbryt uppgift beskrivs i detta protokoll erbjuder en opartisk, direkt mätning av lukt diskriminering och lukt lärande.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gnagare luktsinnet ger en unik modell för att studera sensoriska beroende plasticitet. Här presenterar vi en lukt learning paradigm för att utbilda möss att associera luktämnet par med antingen en belöning eller bestraffning. Genom detta lärande aktivitet, kan nedströms krets förändringar studeras i efterföljande experiment (elektrofysiologi, i vivo neuronala imaging, etc.). Efter avslutad lär möss att utföra en enkel lukt cued uppgift om du vill associera en vatten belöning med en lukt, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta protokoll är anpassad från tidigare arbete inom vårt labb (Huang et al. 8). alla metoderna som beskrivs här har godkänts av djur vård och användning kommittén (ACUC) av Baylor College of Medicine. Det stöds av den McNair Medical Institute, NINDS grant R01NS078294 till B.R.A., NIH IDDRC grant U54HD083092, NIDDK grant F30DK112571 till JMP och NINDS grant F31NS092435 till 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).
