Eine objektive und reproduzierbare Test der olfaktorischen Lern- und Diskriminierung bei Mäusen

Das übergeordnete Ziel dieses Verhaltensprotokolls ist es, Mäuse so zu trainieren, dass sie einen Geruch mit einer Belohnung und einen anderen Geruch mit einer Bestrafung verbinden. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der Neurowissenschaften zu beantworten, wie z. B. Lernen, synaptische Plastizität und sensorische Diskriminierung. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass Mäuse, sobald sie trainiert sind, innerhalb von Stunden Hunderte von Versuchen durchführen, um eine robuste statistische Stichprobenentnahme zu ermöglichen.

Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie oder Diagnose neurodegenerativer Erkrankungen, da der Schweregrad der Riechdysfunktion einen späteren kognitiven Verfall beim Menschen vorhersagt. Obwohl diese Methode Einblicke in den Geruchssinn geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie Sehen oder Hören angewendet werden. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die ersten Schritte sowohl für die Einrichtung der Verhaltenskammer als auch für die Verwendung der Software aufgrund unterschiedlicher Verbindungsports und Trainingsschritte schwer zu erlernen sind.

Bauen Sie zunächst eine Mauskammer mit Kammerboden zusammen. Bewahren Sie die Trainingsbox an einem wenig frequentierten, schwach beleuchteten Bereich auf, um Ablenkungen zu vermeiden. Bohren Sie dann jede Wasseröffnung mit einem kleinen Loch an der Oberseite, damit eine 18-Gauge-Nadel Wasser in die Öffnung abgeben kann.

Füllen Sie ein Glasfläschchen mit in Mineralöl gelöstem Odorstoff und ziehen Sie die Kappe fest fest. Verbinden Sie als Nächstes eine 18-Gauge-Nadel mit dem Silikonschlauch. Durchstechen Sie die Glasfläschchenkappe und verbinden Sie das andere Ende des Silikonschlauchs mit dem Einlass der Geruchsöffnungen.

Legen Sie danach jeden Silikonschlauch in ein Geruchsventil. Verbinden Sie die Vakuumleitung mit den Geruchsanschlüssen. Befestigen Sie zwei 10-Milliliter-Spritzen an einer Metallhaltestange und verbinden Sie den Schlauch mit den Spritzen.

Verbinden Sie anschließend die andere Seite des Schlauchs mit einer 18-Gauge-Nadel. Stecken Sie die Nadel in das Bohrloch des Nasensteckanschlusses an der Mauskammer und verbinden Sie das andere Ende des Schlauchs mit dem Wasserventil. Füllen Sie die beiden 10-Milliliter-Spritzen mit Nagetier-Trinkwasser.

Schließen Sie dann einen Luftmassenmesser an den Lufteinlass an und halten Sie den Luftstrom bei drei bis fünf Litern pro Minute. Schließen Sie die beiden Wasserventile, zwei Geruchsventile, zwei Wasseranschlüsse, den Geruchsanschluss und die Stromversorgung an das USB-Schnittstellensystem an. Schließen Sie schließlich die USB-Schnittstellenbox an die Stromversorgung an.

Stellen Sie anschließend die Vakuumabsaugung ein, um eine Kreuzkontamination von Gerüchen zwischen den Versuchen zu vermeiden, und verwenden Sie geruchsspezifische Schläuche, um Odormittelfläschchen mit der Kammer zu verbinden. Um die Mäuse auf das Training vorzubereiten, beginnen Sie mit der Wasserrestriktion bei 40 Millilitern pro Kilogramm und Tag. Wiegen Sie die Mäuse täglich, um sicherzustellen, dass sie über 80 % des Ausgangsgewichts liegen, und halten Sie alle Umweltfaktoren während des gesamten Protokolls konstant, einschließlich Temperatur, Lärm und Streugerüche.

Reinigen Sie den Käfig, bevor jede Maus in ihn übertragen wird. Sprühen und wischen Sie die Kammer mit 70% Ethanol ab, um die Ablenkung durch Mäusegerüche zu minimieren. Konfigurieren Sie für die erste Trainingsphase das Verhaltensfeld mit einem Wasseranschluss in der Mitte, auf den alle seitlichen Ports nicht zugreifen können.

Setze eine Maus in die Kammer ein und schließe sie. Beginnen Sie dann mit dem Programm der ersten Phase. Betrachten Sie diese Phase als abgeschlossen, wenn die Maus innerhalb von 60 Minuten 100 Versuche absolviert.

Entfernen Sie die Maus nach 60 Minuten aus der Kammer, oder 100 Versuche sind abgeschlossen. Konfigurieren Sie für die zweite Trainingsphase diese und jede weitere Phase mit zwei Wasseranschlüssen an den Seiten und der Geruchsöffnung in der Mitte. Setze eine Maus in die Kammer ein und schließe sie.

Beginnen Sie dann mit dem Programm der zweiten Phase. Betrachten Sie diese Phase als abgeschlossen, wenn mindestens 40 Prüfungen in 60 Minuten durchgeführt werden und mindestens 25 % der Wasserbelohnungen innerhalb von fünf Sekunden nach dem Anstoßen der Nase in der Mitte des Ports erhalten werden. Entfernen Sie die Maus, sobald dieser Schritt abgeschlossen ist.

Verbinden Sie für die dritte Trainingsstufe den S-plus-Geruch mit dem Odor Delivery Controller. Setze eine Maus in die Kammer ein und schließe sie. Beginnen Sie anschließend mit dem Programm der dritten Phase.

Betrachten Sie diese Phase als abgeschlossen, wenn es innerhalb von 60 Minuten mehr als 60 Belohnungen gibt, und entfernen Sie die Maus, sobald die Phase absolviert wurde. Legen Sie für das Training der vierten Stufe A die gleiche Boxkonfiguration wie in der vorherigen Phase drei fest. Verbinden Sie dann sowohl S-plus- als auch S-Minus-Geruch mit dem Odor Delivery Controller.

Setze eine Maus in die Kammer ein und schließe sie. Beginnen Sie dann mit dem Programm der vierten Stufe A. Nachdem die Maus 40 Versuche abgeschlossen hat, schalten Sie das Programm so um, dass die Gerüche nach dem Zufallsprinzip abgegeben werden.

Entfernen Sie die Maus, sobald der Schritt abgeschlossen ist. Für das Training der Stufe vier-B machen Sie diese Stufe identisch mit Stufe vier-A. Die Timeout-Strafe für den Versuch einer Wasserbelohnung nach einem S-Minus-Geruch beträgt jedoch vier Sekunden.

Verbinden Sie sowohl S-plus- als auch S-Minus-Geruch mit dem Geruchsabgaberegler. Lege eine Maus in die Kammer. Schließen Sie die Mauskammer und starten Sie das Programm der Stufe vier-B.

Betrachten Sie diese Phase als abgeschlossen, wenn mehr als 100 Versuche innerhalb von 60 Minuten mit einer Genauigkeit von mehr als 85 % vorliegen. Stellen Sie für den Go/No-Go-Assay die Box-Konfiguration auf die gleiche wie in der vorherigen Stufe vier-B ein. Verbinden Sie sowohl S-plus- als auch S-Minus-Geruch mit dem Geruchsabgaberegler. Setze dann eine Maus in die Kammer ein.

Starten Sie das Stage-Go/No-Go-Programm und setzen Sie dann die Maus, die die olfaktorische Lernaufgabe gelernt hat, neuartigen Paaren chemisch ähnlicher Gerüche aus. Sobald die Mäuse die olfaktorische Lernaufgabe gelernt haben, können sie neuartige Geruchspaare mit Belohnung und Bestrafung assoziieren. Diese trainierten Mäuse beginnen normalerweise mit einer Genauigkeit von etwa 50 % bei der Go/No-Go-Aufgabe.

Der prozentuale Korrektheitsgrad kann als Lernkurve für neuartige Geruchspaare durch Versuchsblöcke aufgetragen werden. Innerhalb von 10 Blockversuchen sind Mäuse in der Lage, Gerüche korrekt zu unterscheiden, mit einer Genauigkeit von mehr als 85 %. Dies zeigt, dass unser Protokoll Wildtyp-Mäuse erfolgreich darauf trainiert hat, einen Geruch mit einer Wasserbelohnung und einen anderen mit einer Auszeitbestrafung zu assoziieren.

Sobald die Mäuse die Aufgabe gelernt haben, können die Geruchspaare modifiziert werden, um die Schwierigkeit der Aufgabe zu erhöhen oder zu verringern. Wenn Sie beispielsweise die Konzentration des Geruchspaares verringern, erhöht sich die Schwierigkeit der Aufgabe. Mäuse sind auch in der Lage, sich an zuvor erlernte Geruchspaare zu erinnern.

Nach einer Wartezeit von sieben Tagen seit dem Erlernen der Aufgabe zeigt ein Rückruftest, dass sich Wildtyp-Mäuse schnell an zuvor erlernte Geruchsassoziationen erinnern können. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, sicherzustellen, dass die gewünschten Geruchsstoffe richtig mit der Verhaltensbox verbunden sind. Dies ist besonders wichtig, wenn mehrere Experimentatoren unterschiedliche Gerüche verwenden.

Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie Odor Mapping durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B.: Wie beeinflusst Lernen die Art und Weise, wie sensorische Informationen vom Gehirn repräsentiert werden? Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Neurowissenschaften, um lerninduzierte neuronale Veränderungen im olfaktorischen System der Maus zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Mäusen beibringt, einen Geruch mit einer Belohnung und einen anderen Geruch mit einer Bestrafung zu verbinden.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit scharfen Nadeln äußerst gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen wie die ordnungsgemäße Entsorgung von scharfen Gegenständen getroffen werden sollten.