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Un Modelo de Aprendizaje lateralizado de Olor en ratas recién nacidas para disecar Formación Neural Circuito Recalces Memoria

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DOI:

10.3791/51808

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18 de agosto de 2014

 ,  ,  , 
1Division of Biomedical Sciences, Faculty of Medicine, Memorial University, 2Division of Medical Sciences, University of Victoria

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este protocolo introduce el aprendizaje temprano lateralizado de la preferencia por el olor en ratas utilizando la oclusión aguda de naris única. El aprendizaje lateralizado permite examinar los resultados conductuales y los mecanismos biológicos subyacentes dentro de los mismos animales, reduciendo la varianza inducida por los diseños entre animales. Este protocolo se puede utilizar para investigar los mecanismos moleculares que sustentan el aprendizaje temprano de los olores.

Resumen

Las crías de rata durante un período postnatal crítico (≤ 10 días) forman fácilmente una preferencia por un olor que se asocia con estímulos que imitan el cuidado materno. Esta memoria de preferencias puede durar desde horas hasta días, incluso toda la vida, dependiendo de los parámetros de entrenamiento. El aprendizaje temprano de la preferencia por el olor nos proporciona un modelo en el que los cambios críticos para una forma natural de aprendizaje ocurren en los circuitos olfativos. Una característica adicional que lo convierte en una herramienta poderosa para el análisis de los procesos de memoria es que el aprendizaje temprano de la preferencia por el olor se puede lateralizar a través de la oclusión de una sola nariz dentro del período crítico. Esto se debe a la falta de conexiones comisurales anteriores maduras de los hemisferios olfativos a esta temprana edad. Este trabajo describe los protocolos de comportamiento para el aprendizaje lateralizado del olor utilizando tapones nasales. La oclusión aguda y reversible de la narina minimiza los daños tisulares y neuronales asociados con la oclusión a largo plazo y métodos más agresivos como la cauterización. El modelo de aprendizaje de olores lateralizado permite la comparación dentro de los animales, lo que reduce en gran medida la varianza en comparación con los diseños entre animales. Este método se ha utilizado con éxito para sondear los cambios de circuito en el sistema olfativo producidos por el entrenamiento. Las direcciones futuras incluyen la exploración de los fundamentos moleculares de la memoria de olores utilizando este modelo de aprendizaje lateralizado; y correlacionar el cambio fisiológico con la fuerza y la duración de la memoria.

Introducción

El olfato es la modalidad sensorial primaria en los roedores, sin la cual no sería capaz de navegar con éxito o sobrevivir en su medio ambiente. Es especialmente importante para los cachorros recién nacidos, los cuales no pueden ver, ni oír, durante la primera semana posterior al parto, para usar el olfato para localizar a su madre para alimentar a 1. Como resultado, las crías de ratas neonatales pueden estar condicionados a preferir los olores con manipulaciones experimentales sencillos. Una variedad de estímulos se han utilizado como estímulo incondicionado (UCS) para inducir respuestas condicionadas a nuevos olores (estímulo condicionado, CS) en los recién nacidos, incluyendo el medio ambiente de anidación 2,3, la succión de la leche 4-6, acariciando o estimulación táctil de 7 12, pellizcar la cola 13, saliva materna 13, pie de choque leve 14-18, y la estimulación cerebral intracraneal 19. El presente estudio emplea un paradigma de preferencia olor principios bien establecido en el que un olor, en este caso, menta, is combinado con estimulación táctil con el fin de producir una preferencia por de menta 24 horas más tarde 10,11,20. Estos recuerdos olores dependen de circuitos olfativa intacta, incluyendo principalmente los bulbos olfatorios (OB) 21-23 y la corteza piriforme anterior (APC) 24,25.

Las investigaciones experimentales de principios del aprendizaje olor preferencia han profundizado y ampliado nuestra comprensión de las bases moleculares y fisiológicas de una memoria de los mamíferos. Este modelo de mamífero tiene varias ventajas en el estudio de los mecanismos de la memoria. En primer lugar, se han identificado las fuentes neuronales de la señal de UCS. Diversos estímulos como se mencionó anteriormente estimulan locus coeruleus la liberación de norepinefrina 26, que a su vez activa múltiples receptores adrenérgicos en el OB y apc, causando efectos celulares y fisiológicos que apoyan el aprendizaje 22,27,28. En segundo lugar, los mecanismos de memoria de apoyo tienen lugar en las estructuras neurales laminares bien definidos. Elsimplicidad del circuito olfatorio en ratas recién nacidas ofrece a los investigadores un marco ideal con el que descubrir los intrincados procesos relacionados con la plasticidad sináptica. Las neuronas sensoriales olfativas (OSN) en el proyecto epitelio olfativo Onto mitrales / células pelo insertado en el OB y estas células mitrales / pelo insertado en el proyecto a su vez ipsilateralmente a corteza piriforme (PC) a través del tracto olfatorio lateral (LOT), entre otras estructuras 29. Tanto las sinapsis OSN en el OB 30,31 y el 24,25 LOT sinapsis en APC han sido identificados como lugares críticos para cambios sinápticos que apoyan el aprendizaje y la memoria. En tercer lugar, en una edad temprana en ratas, insumos olfativas pueden fácilmente ser lateralizado. Cada PCa tiene acceso a la información bilateral olor a través de la comisura anterior una vez que esta sustancia blanca está completamente formado en postnatal día 12 (PD12) 32. Antes de la EP 12, entrada de olor puede ser aislado a ipisilateral OB y APC a través de un solo orificio nasal oclusión 24,25,31,33,34 </ Sup>. Soltero INIA oclusión permite la formación de la memoria el olor de la fosa nasal abierta, y evita que el mismo recuerdo de los INIA ocluidos antes de PD 12 33. Memoria Olor está aislado en el hemisferio ipsilateral incluyendo tanto OB y APC. Por lo tanto, cada una cría de rata puede ser su propio control para el aprendizaje y que sustenta la fisiología.

En el presente estudio, se introduce el protocolo de aprendizaje preferencia olor temprana lateralizado. Este método sirve como una poderosa herramienta para el estudio de los mecanismos neuronales que sustentan el aprendizaje de olores, proporcionando un control intra-animales 24,25,31, lo que reduce tanto el número de animales necesarios y la variación general. Naris oclusión es reversible en que el tapón de grasa o la nariz puede ser aplicado y retirado con un mínimo de estrés o daño al animal. Aquí, en primer lugar, se describen los procedimientos detallados de formación preferencia olor temprana y pruebas, con un enfoque en el protocolo lateralizado usando solo oclusión fosa nasal con un nne enchufe. Entonces resultados se presentan para demostrar la eficacia de la oclusión sola fosa nasal en el aislamiento de entrada de olor y producir olor lateralizado memoria. Por último, se analizan los potenciales de la utilización de este modelo de aprendizaje lateralizado para estudiar los cambios fisiológicos en el sistema olfativo que ambos generan el aprendizaje y la memoria soporte para expresiones.

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Protocolo

Se utilizan ratas Sprague Dawley (Charles River) crías de ambos sexos. Las camadas son sacrificados a 12 en PD1 (siendo nacimiento PD0). Las presas se mantienen en un 12 horas de luz / oscuridad ciclo con acceso ad libitum a alimento y agua. Procedimientos experimentales han sido aprobados por el Comité de Cuidado de Animales Institucional de la Universidad Memorial.

Plug 1. Nariz Construcción

NOTA:. Este procedimiento fue adaptado y modificado a partir de Cummings et al (1997) 35.

  1. Aquire tubo de polietileno-20 y 3-0 hilo de sutura de seda.
  2. Corte un pequeño trozo de polietileno de 20 tubos de aproximadamente 0,8 mm.
  3. Hilo de sutura de seda a través del tubo dispuesto de tal manera que no hay hilo en cada lado de la sección de tubo.
  4. En un extremo de la rosca exterior del tapón, un nudo en el hilo.
  5. Tire de la sección del tubo por encima del nudo en el hilo. El nudo debe presentar dentro de la tubería.
  6. Recorte ambos extremos de la rosca tal que ~ 2 mm de hilo sobresale de un extremo de la tubería (véase la Figura 1A).

2. Naris Oclusión antes de Capacitación

  1. Retire cachorro de presa y colocar en un plato seguro cubierto con ropa de cama regular.
  2. Utilice una aplicación de punta de algodón para secarse un gel anestésico local 2% Xylocaine, en los INIA a ser ocluido.
  3. Deje que el cachorro para descansar en el plato para ~ 3 min.
  4. Mantenga el cachorro con suavidad pero firmemente en la mano no dominante.
  5. Con la mano dominante, recoger una nariguera y aplique el mismo gel anestésico local alrededor de la punta de la que el hilo no sobresale. Esto actuar tanto como un anestésico para cualquier dolores menores asociados con la inserción del tapón y actuará como un lubricante dentro de la fosa nasal. NOTA: El efecto de xilocaína comienza en un par de minutos y dura 20-30 min. Los cachorros en general muestran buena tolerancia para la inserción del tapón después de la aplicación de la jalea xilocaína (mÍNIMOS luchando y vocalización).
  6. Inserte con cuidado el tapón de la nariz manteniendo al cachorro firmemente y lentamente girar el enchufe con las pulsaciones muy suaves hasta que el enchufe esté bien conectado y sólo el hilo 2 mm sobresale de la fosa nasal (véase la Figura 1B). No debe haber sangrado de cualquiera de fosa nasal durante este proceso. Los cachorros con hemorragia durante la inserción del tapón nariz se excluyen y se devuelven a las represas
  7. Permitir que el animal descanse en este plato durante 5 min con el fin de habituar al enchufe.
  8. Retire el cachorro del plato habituación y comenzar el paradigma de condicionamiento 24.

figure-protocol-1
Figura 1. Construcción de un tapón de nariz. A) Esquema que muestra las etapas de hacer un tapón de nariz. Un hilo pasa a través de un tubo de polietileno; se hace un nudo y Pulconducido en el centro de la tubería para bloquearlo; dos extremos se cortan con un residuo de 2 mm en un extremo de la tubería. B) Vista frontal y lateral de una rata con un enchufe de la nariz en una fosa nasal.

3. perfumado Preparación de cama

  1. El uso de guantes nuevos y en una campana de extracción para evitar la contaminación de olores, coloque 500 ml de ropa de cama de viruta de madera en una bolsa de plástico.
  2. Utilice una jeringa para extraer hasta 0,3 ml de extracto de menta, y rociar este sobre la ropa de cama en la bolsa de plástico.
  3. Ate la bolsa para cerrarla, agitar la bolsa con fuerza, y deje que la ropa de cama para descansar en la bolsa durante 5 min.
  4. Coloque la ropa de cama perfumada en una caja transparente, poco profunda, acrílico formación (20 x 20 x 5 cm 3, Figura 2A) descubierto en una campana de extracción durante 5 minutos antes de su uso. Una vez preparada la ropa de cama, deseche estos guantes, y no permita que estos guantes entren en contacto con los animales.
  5. Coloque la ropa de cama sin perfume en una caja de plástico transparente idéntica, y enAsegúrese de que no entre en contacto con la ropa de cama perfumada o guantes utilizados.

4. Olor acondicionado Paradigm (ver foto en la Figura 2A)

Los cachorros son sometidos ya sea una sola sesión de condicionamiento, el PD 6, o múltiples sesiones de prueba (una sesión por día, PD 3-6).

  1. Coloque el cachorro habituado en cama perfumada. Para el control de olores sólo (O / S -) crías, deje estos cachorros en la ropa durante 10 minutos, a continuación, vaya al paso 4.5. Para experimental golpe olor + (O / S +) cachorros, siguen los siguientes pasos de esta sección.
  2. Carrera al cachorro durante 30 segundos utilizando un pincel pequeño. Use movimientos circulares rápidos principalmente en torno a la región posterior del cachorro.
  3. Deje que el cachorro para descansar durante 30 segundos.
  4. Repita los pasos 4.2 y 4.3 para un total de 10 minutos (es decir, 10 parejas de caricias + olor).
  5. Retire las crías de la caja acondicionado, quitar el tapón de la nariz y devolver el cachorro a la presa.

5. Lateralizado Olor Preferencia Testing (ver foto en la Figura 2B)

Pruebas se produce en varios puntos de tiempo (por ejemplo, 24 o 48 h) después de la última sesión de entrenamiento. La prueba se llevó a cabo en una cámara de acero inoxidable de prueba (30 x 20 x 18 cm 3), que se coloca en la parte superior de dos cajas de formación (caja de formación se describe en 3.4), separadas por una zona neutral 2 cm. Una caja de capacitación contiene la ropa de cama con olor a menta, mientras que la otra caja contiene ropa de cama limpia, sin olor. El suelo de la cámara de pruebas es una rejilla de metal, que luego es cubierto por una hoja extraíble de malla de plástico (Figura 2B).

  1. Preparar una menta y una cama sin perfume según la Sección 3, y colocar cada caja en lados opuestos de la cámara de pruebas, 2 cm. Coloque la malla de plástico en el suelo metálico de la red de la cámara de prueba.
  2. Retire el cachorro de la presa y colocar una gota firma de grasa de silicona inodora en los INIAque se ocluye durante el entrenamiento. Volver a aplicar la grasa durante todo el primer procedimiento de prueba según sea necesario. NOTA: oclusión INIA aleatoria durante el entrenamiento y las pruebas pueden ser consideradas para evitar sesgos.
  3. Coloque las crías en la zona neutral de la cámara de prueba.
  4. Deje que el cachorro para explorar la cámara durante 1 min, registrando el tiempo que el cachorro pasó más de los dos lados de la cámara (es decir, más de la hierbabuena o ropa de cama neutra perfumada).
  5. Deje que el cachorro para descansar durante 1 min en una cámara de retención de plástico cubierto.
  6. Repetir los pasos 5.2 y 5.3 para un total de 10 min (es decir, 5 ensayos de prueba separadas por 5 ensayos de descanso) de conmutación de la orientación inicial de la cría en la cámara con el fin de controlar para las preferencias de dirección.
  7. Inmediatamente después de la prueba, limpie la grasa de la fosa nasal.
  8. Inserte un noseplug polietileno en la fosa nasal opuesta según la sección 2 y que el animal pueda descansar durante 10 minutos.
  9. Pruebe el cachorro una vez más como en 5.3 -5.6, quitar el tapón, y regresar al cachorro a la presa. Retire y limpie la malla de plástico de la cámara de pruebas con etanol al 95% y deje que el líquido se evapore. Coloque la malla de vuelta antes de probar la próxima cachorro.
    NOTA: La aplicación de grasa de silicona en la primera oclusión fosa nasal durante la prueba evita el riesgo de sangrado y el estrés asociado con la inserción del tapón nariz.

figure-protocol-2
Figura formación preferencia 2. olor temprana y pruebas. A) la formación de olores Early preferencia usando olor + acariciando paradigma. B) Dos elección olor pruebas de preferencia con ropa de cama de menta en un lado, el control de las camas sin aroma en el lado opuesto. Una zona neutral 2 cm se coloca en el medio.

6. Prueba de la eficacia de los sistemas Naris Oclusión

nt "> Este experimento se realiza para determinar si sola oclusión INIA conduce a la activación lateralizado del sistema olfativo.
  1. Realizar oclusiones naris unilaterales en PD 6 o 7 cachorros como se describe en la sección 2.
  2. Después de ~ 5 min habituación, coloque el cachorro en un recipiente de plástico cubierto y lo exponga a 30 l de aceite de menta puro empapadas en un pedazo de tejido durante 10 minutos.
  3. Inmediatamente después de la exposición de menta olor, el cachorro inyectar por vía intraperitoneal (ip) con hidrato de cloral (400 mg / kg) como anestésico general, o pentobarbital, (150 mg / kg).
  4. Una vez anestesiados completamente (que no muestran respuesta a la cola o pellizco pie), transcardially perfundir el cachorro con soluciones frías de solución salina (0,9%) para ~ 1 min, seguido de paraformaldehído (4%, disuelto en solución tampón 0,1 M de fosfato, PBS ).
  5. Después de 10 minutos de perfusión de paraformaldehído, recoger el cerebro y lo coloca en paraformaldehído la noche a 4 ° C, y luego transfer el cerebro a una solución de sacarosa (20% en PBS) durante 24 h más.
  6. Cortar rodajas de cerebro coronal a 30 micras de espesor con un criostato. Recoger OB y PC rodajas y montar en portaobjetos recubiertos de gelatina, seguido por tinción inmunohistoquímica para el anticuerpo estándar pCREB 21,25,30.

7. Prueba de la reversibilidad de Soltero Naris Oclusión

Este experimento prueba si el efecto de bloqueo es reversible a las 24 h después de la extracción del tapón de la nariz.

  1. Realizar oclusiones naris unilaterales en PD 6 o 7 cachorros como se describe en la sección 2.
  2. Después de 15 min (equivalente a la duración de la oclusión fosa nasal durante el entrenamiento - 5 habituación + 10 min de entrenamiento min), retire el tapón de la nariz, y devolver el cachorro a la presa.
  3. 24 horas más tarde, exponer al cachorro al olor de menta en un recipiente de plástico cubierto durante 10 minutos como se describe en el apartado 6.2.
  4. Siga mismos pasos en sectaiones 6.3 a 6.6.

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Resultados

En este artículo revisamos algunos de los resultados previamente establecidos 24 para demostrar la eficacia de la oclusión INIA en el aislamiento de la entrada de olores y aprender a un hemisferio, y la reversibilidad de este método.

Soltero oclusión fosa nasal durante el entrenamiento olor preferencia temprana conduce a una memoria olfativa lateralizado 24. La memoria se limita a la fosa nasal para sustitución (Figura 3). Cuando los cachorros son la pr...

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Discusión

El modelo de aprendizaje del olor y la memoria lateralizado en crías de rata dentro de una ventana de tiempo crítica fue establecida por primera vez por Hall y colegas. En una serie de estudios 33,34,36, demostraron que una memoria preferencia olor podría ser lateralizado por el olor de la leche + emparejamientos a una fosa nasal en PD 6 en crías de rata. Memoria Preferencia era robusta cuando la misma fosa nasal estaba abierto durante el entrenamiento y las pruebas, pero no se observa cuando la fosa nasal oc...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por una subvención operativa del CIHR (MOP-102624) a Q. Y. Agradecemos a la Dra. Carolyn Harley por las útiles discusiones a lo largo del estudio, al Dr. Qinlong Hou, Amin Shakhawat y Andrea Darby-King por su apoyo técnico.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Tubo de polietileno 20Intramedic427406No radiopaco, No tóxico
3-0 Hilo de sutura de sedaSynetureSofsilkNo absorbente
Grasa de siliconaWarner Instrument64-0378Gel de
xilocaína al 2%AstraZenecaProd. No 061Gelatina de clorhidrato de lidocaína, comprada en una farmacia local
PincelDynasty206RTamaño similar/otras marcas también funcionan
Extracto de mentaSigma-AldrichW284807Otras marcas también deberían estar bien
Caja de entrenamiento CajaN/Ahecha a medida20 x 20 x 5 cm3), ver Figura 2A. Los parámetros y el material de la caja no son críticos y se pueden modificar. El material utilizado debe ser inodoro y no absorber olores
Cámara de pruebasHecho a medidaN/AAcero inoxidable (30 x 20 x 18 cm3), ver Figura 2B. Los parámetros y el material de la cámara no son críticos y se pueden modificar. Por ejemplo, se puede utilizar una cámara acrílica en lugar de una de acero inoxidable
anticuerpo pCREBSeñalización celular9198Ser 133 (87G3) mAb
de conejo Hidrato de cloralSigma-AldrichC8383N/A
ParaformaldehypeSigma-AldrichP6148N/A
SacarosaSigma-AldrichS9378N/A
inodoro de acrílico (

Referencias

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