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.
Reukzin is de primaire sensorische modaliteit in knaagdieren, zonder welke zij niet in staat zou zijn om succesvol te navigeren of te overleven in hun omgeving. Het is vooral van belang voor neonatale pups, die niet kan zien of horen tijdens de eerste postnatale week, om reuk gebruiken om hun moeder lokaliseren te voeden 1. Hierdoor kan neonatale pups ratten worden geconditioneerd om geuren eenvoudige experimentele manipulaties voorkeur. Een verscheidenheid aan stimuli zijn gebruikt als de ongeconditioneerde stimulus (UCS) naar geconditioneerde responsen op nieuwe geuren (geconditioneerde stimulus, CS) bij pasgeborenen, waaronder het nesten milieu 2,3, melk zogen 4-6, aaien of aanrakingen 7- induceren 12, staart knijpen 13, moeders speeksel 13, milde voet shock 14-18, en intracraniële hersenstimulatie 19. Deze studie maakt gebruik van een gevestigde vroege geur voorkeur paradigma waarbij een geur, in dit geval pepermunt, is gecombineerd met tactiele stimulatie om een voorkeur voor pepermunt 24 uur later 10,11,20 produceren. Deze geuren herinneringen zijn afhankelijk van intacte olfactorische circuits, voornamelijk met inbegrip van de olfactorische bollen (OB) 21-23 en de voorste piriformis cortex (APC) 24,25.
Experimenteel onderzoek van de vroege geur voorkeur leren hebben verdiept en verbreed ons begrip van de moleculaire en fysiologische onderbouwing van een zoogdier geheugen. Dit zoogdiermodel heeft verschillende voordelen bestuderen geheugenmechanismen. Ten eerste hebben de neurale bronnen van de UCS signaal geïdentificeerd. Verscheidene stimuli zoals hierboven vermeld stimuleren locus coeruleus noradrenaline afgifte 26, die op zijn beurt activeert meerdere adrenoceptoren in de OB en aPC, waardoor cellulaire en fysiologische effecten die ondersteunen leren 22,27,28. Tweede-geheugen ondersteunen mechanismen vinden plaats in goed gedefinieerde laminaire neurale structuren. Heteenvoud van de olfactorische circuits in neonatale ratten biedt onderzoekers met de ideale kader waarmee de ingewikkelde processen met betrekking tot de synaptische plasticiteit ontdekken. Olfactorische sensorische neuronen (OSN) in het reukepitheel project op mitralisklep / getuft cellen in de OB en deze mitralisklep / getuft cellen op hun beurt project ipsilateraal aan piriformis cortex (PC) via de laterale reukkanaal (LOT), onder andere structuren 29. Zowel de OSN synapsen in de OB 30,31 en de LOT synapsen 24,25 in aPC zijn geïdentificeerd als kritische loci voor synaptische veranderingen die ondersteunen het leren en het geheugen. Ten derde, in een vroege leeftijd bij ratten, olfactorische ingangen kunnen gemakkelijk worden gelateraliseerde. Elke aPC heeft toegang tot bilaterale geur van informatie via het voorste commissuur zodra deze witte stof wordt volledig gevormd op postnatale dag 12 (PD12) 32. Voordat PD 12, kan geur-ingang worden geïsoleerd om OB en APC ipisilateral door enkele naris occlusie 24,25,31,33,34 </ Sup>. Single naris occlusie maakt de geur vorming van het geheugen van de open naris, en voorkomt dat hetzelfde geheugen van de afgesloten naris voor PD 12 33. Geur geheugen is geïsoleerd aan de ipsilaterale hemisfeer met inbegrip van zowel OB en APC. Daarom kan elke pup rat zijn eigen controle voor het leren en de basis vormt fysiologie zijn.
In de huidige studie wordt de gelateraliseerde vroege geur voorkeur leren protocol geïntroduceerd. Deze methode dient als een krachtig instrument voor het bestuderen van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan de geur leren door middel van een intra-dierlijke controle 24,25,31, waardoor zowel het aantal benodigde dieren en het grote variatie verminderen. Naris occlusie omkeerbaar, dat het vet of neus plug kan worden aangebracht en verwijderd met minimale stress of schade aan het dier. Hier, eerste, gedetailleerde procedures van vroege geur voorkeur training en testen worden beschreven, met een focus op de gelateraliseerde protocol met behulp van enkele naris occlusie met een nose stekker. Vervolgens resultaten worden om de effectiviteit van afzonderlijke Naris occlusie isoleren geur invoer en produceert gelateralizeerde geur geheugen tonen. Tot slot, de mogelijkheden van het gebruik van deze gelateraliseerde leermodel om fysiologische veranderingen in het olfactorische systeem dat zowel het genereren van leren en ondersteuning van het geheugen expressie te bestuderen worden besproken.
De gelateraliseerde geur leren en geheugen model in jonge ratten binnen een kritisch tijdsvenster werd voor het eerst vastgesteld door Hall en collega's. In een reeks van studies 33,34,36, ze toonden aan dat een geur voorkeur geheugen kon worden gelateraliseerde door geur + melk paringen om een naris bij PD 6 bij jonge ratten. Voorkeur geheugen was robuust als dezelfde naris was open tijdens de training en het testen, maar niet waargenomen wanneer de verstopte naris was gedeblokkeerd en getest. Echter, op…
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 |