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.
L'olfatto è la modalità sensoriale primaria nei roditori, senza il quale non sarebbero in grado di navigare con successo o di sopravvivere nel loro ambiente. E 'particolarmente critico per cuccioli neonati, che non possono né vedere, né udire durante la prima settimana post-natale, per usare l'olfatto al fine di individuare la loro madre per alimentare 1. Come risultato, ratti neonatali possono essere condizionati a preferire gli odori con semplici manipolazioni sperimentali. Una varietà di stimoli sono stati utilizzati come stimolo incondizionato (UCS) per indurre risposte condizionate a nuovi odori (stimolo condizionato, CS) nei neonati, tra cui l'ambiente di nidificazione 2,3, latte lattante 4-6, accarezzando o stimolazione tattile 7- 12, tail pinch 13, saliva materna 13, lieve scossa piede 14-18, e la stimolazione cerebrale intracranica 19. Il presente studio si avvale di un odore precoce preferenza paradigma consolidato in cui un odore, in questo caso menta piperita, is combinata con stimolazione tattile per produrre una preferenza per piperita 24 ore dopo 10,11,20. Questi odori ricordi dipendono dal circuito olfattivo intatto, tra cui in primo luogo il bulbo olfattivo (OB) 21-23 e la corteccia piriforme anteriore (APC) 24,25.
Indagini sperimentali dei primi preferenza odore di apprendimento hanno approfondito e ampliato la nostra comprensione delle basi molecolari e fisiologiche di una memoria mammiferi. Questo modello mammiferi ha diversi vantaggi nello studio dei meccanismi della memoria. In primo luogo, sono state individuate le sorgenti neurali del segnale UCS. Vari stimoli come detto sopra stimolano locus coeruleus noradrenalina rilascio 26, che a sua volta attiva più adrenocettori nel OB e APC, causando effetti cellulari e fisiologici che sostengono l'apprendimento 22,27,28. In secondo luogo, i meccanismi di memoria portante avvengono in strutture neurali laminari ben definite. Ilsemplicità dei circuiti olfattiva nei ratti neonati fornisce ai ricercatori con il quadro ideale con cui scoprire i processi complessi legati alla plasticità sinaptica. Neuroni sensoriali olfattivi (OSN) nel progetto epitelio olfattivo sulla mitrale / cellule tufted in OB e questi mitrale / cellule tufted in progetto di girare ipsilaterally a corteccia piriforme (PC) attraverso il tratto olfattivo laterale (LOT), tra le altre strutture 29. Entrambe le sinapsi OSN della OB 30,31 e la sorte sinapsi 24,25 in aPC sono stati identificati come loci critici per cambiamenti sinaptici che supportano l'apprendimento e la memoria. In terzo luogo, in tenera età nei ratti, ingressi olfattive possono essere facilmente lateralizzato. Ogni APC ha accesso alle informazioni bilaterale odore attraverso la commessura anteriore una volta che questa sostanza bianca è completamente formato in post-natale giorno 12 (PD12) 32. Prima di PD 12, ingresso odore può essere isolato a ipisilateral OB e APC attraverso un'unica narice occlusione 24,25,31,33,34 </ Sup>. Singola narice occlusione permette la formazione della memoria odore dalla narice aperta ed impedire la stessa memoria dei narice occluse prima di PD 12 33. Memoria odore è isolato per l'emisfero ipsilaterale compreso sia OB e APC. Pertanto, ogni pup ratto può essere il proprio controllo per l'apprendimento e alla base della fisiologia.
Nel presente studio, è introdotto l'odore primi protocollo apprendimento preferenza lateralizzato. Questo metodo serve come un potente strumento per studiare i meccanismi neurali alla base dell'apprendimento odore, fornendo un controllo intra-animale 24,25,31, riducendo in tal modo sia il numero di animali necessari e la variazione generale. Naris occlusione è reversibile in quanto il tappo di grasso o naso può essere applicato e rimosso con il minimo stress o danni per l'animale. Qui, in primo luogo, vengono descritte le procedure dettagliate di odore precoce preferenza formazione e test, con un focus sul protocollo lateralizzante con occlusione singola narice con un nose spina. Poi i risultati vengono presentati per dimostrare l'efficacia del singolo occlusione narice a isolare ingresso odore e la produzione di memoria odore lateralizzato. Infine, le potenzialità di utilizzo di questo modello di apprendimento lateralizzato per studiare i cambiamenti fisiologici nel sistema olfattivo che entrambi generano l'apprendimento e la memoria supporto di espressione sono discussi.
L'apprendimento e la memoria odore modello lateralizzato in cuccioli di ratto all'interno di una finestra temporale critica è stata fondata da Hall e colleghi. In una serie di studi 33,34,36, hanno mostrato che una memoria preferenza odore potrebbe essere lateralizzato da odori + latte abbinamenti a una narice al PD 6 cuccioli di ratto. Memoria preferenza è stata forte quando la stessa narice era aperto durante l'allenamento e test, ma non osserva quando la narice occlusa era sbloccato e testato…
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 |