嗅覚学習とマウスにおける差別の客観的かつ再現性のあるテスト

この行動プロトコルの全体的な目標は、マウスを訓練して、1つの匂いを報酬に関連付け、別の匂いを罰に関連付けるようにすることです。この方法は、学習、シナプス可塑性、感覚弁別など、神経科学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、トレーニングが完了すると、マウスは数時間以内に数百回の試行を行い、堅牢な統計的サンプリングを行うことです。

この技術の意味は、嗅覚機能障害の重症度が人間のその後の認知機能低下を予測するため、神経変性疾患の治療または診断にまで及びます。この方法は嗅覚に関する洞察を得ることができますが、視覚や聴覚などの他のシステムにも適用できます。ビヘイビアチャンバーのセットアップとソフトウェアの使用の両方の最初のステップは、接続ポートとトレーニング手順が異なるため、習得が難しいため、この方法を視覚的にデモンストレーションすることが重要です。

まず、チャンバーフロア付きのマウスチャンバーを組み立てます。トレーニングボックスは、気を散らすものを避けるために、交通量の少ない薄暗い場所に置いてください。次に、上部に小さな穴が開いている各ウォーターポートをドリルで開けて、18ゲージの針でポート内に水を分配できるようにします。

ミネラルオイルに溶かした臭気物質をガラスバイアルに充填し、キャップをしっかりと締めます。次に、18ゲージの針をシリコンチューブに接続します。ガラスバイアルキャップに穴を開け、シリコンチューブのもう一方の端を臭気ポートの吸気口に接続します。

その後、各シリコンチューブを臭気バルブに入れます。バキュームラインを臭気ポートに接続します。金属製の保持棒に10ミリリットルのシリンジを2本取り付け、チューブをシリンジに接続します。

次に、チューブの反対側を18ゲージの針に接続します。マウスチャンバーのノーズポークポートのドリル穴に針をはめ込み、チューブのもう一方の端をウォーターバルブに接続します。2つの10ミリリットル注射器にげっ歯類の飲料水を入れます。

次に、エアフローメーターをエアインテークに接続し、エアフローを毎分3〜5リットルに保ちます。2つのウォーターバルブ、2つの臭気バルブ、2つのウォーターポート、臭気ポート、および電源をUSBインターフェースシステムに接続します。そして最後に、USBインターフェースボックスを電源に接続します。

次に、試験間で臭気が交差汚染しないように真空吸引を調整し、臭気バイアルをチャンバーに接続するために臭気専用チューブを使用します。マウスのトレーニングに備えるために、1日あたりキログラムあたり40ミリリットルで水分制限を開始します。マウスの体重を毎日測定して、マウスがベースライン体重の80%を超えていることを確認し、温度、騒音、漂遊臭など、プロトコル全体を通じてすべての環境要因を一定に保ちます。

各マウスをケージに移す前に、ケージを清掃してください。チャンバーに70%エタノールをスプレーして拭き取り、マウスの臭いの気を散らすのを最小限に抑えます。ステージ 1 のトレーニングでは、中央にウォーター ポートを配置し、すべてのサイド ポートにアクセスできないように動作ボックスを構成します。

マウスをチャンバーに入れて閉じます。次に、ステージ1のプログラムを開始します。マウスが 60 分以内に 100 回の試行を達成したときに、この段階は完了したと考えてください。

60分後、または100回の試行が完了した後、マウスをチャンバーから取り出します。ステージ 2 のトレーニングでは、このステージと後続のすべてのステージで、側面に 2 つのウォーター ポート、中央に臭気ポートを設定します。マウスをチャンバーに入れて閉じます。

次に、ステージ2のプログラムを開始します。このステージは、60分間に最低40回の試行が行われ、中央のポートノーズポークから5秒以内に少なくとも25%の水報酬を受け取った場合に完了したと考えてください。この段階が完了したら、マウスを取り外してください。

ステージ3のトレーニングでは、S-plusの臭気を臭気供給コントローラーに接続します。マウスをチャンバーに入れて閉じます。その後、ステージ3のプログラムを開始します。

60分以内に60以上の報酬が集まったら、このステージは完了したと認識し、ステージが競い合ったらマウスを離します。ステージ 4-A トレーニングでは、前のステージ 3 と同じボックス構成を設定します。次に、S-plusとS-minusの両方の臭気を臭気デリバリーコントローラーに接続します。

マウスをチャンバーに入れて閉じます。次に、ステージ4-Aプログラムを開始します。マウスが40回の試行を完了した後、プログラムを切り替えて、臭いをランダムに配信します。

ステージが完了したら、マウスを取り外してください。ステージ4-Bのトレーニングでは、このステージをステージ4-Aと同じにします。ただし、Sマイナスの臭いの後に水の報酬を試みた場合のタイムアウトの罰則は4秒です。

S-plusとS-minusの両方の臭気を臭気デリバリーコントローラーに接続します。マウスをチャンバーに入れます。マウスチャンバーを閉じて、ステージ4-Bプログラムを開始します。

60分以内に100回以上の試行があり、精度が85%を超える場合は、このステージが完了したと考えてください go/no-goアッセイの場合、ボックス構成を前のステージ4-Bと同じに設定します。S-plusとS-minusの両方の臭気を臭気デリバリーコントローラーに接続します。次に、マウスをチャンバーに入れます。

ステージgo/no-goプログラムを開始し、嗅覚学習課題を学習したマウスを化学的に類似した新しい匂いのペアにさらします。マウスが嗅覚学習課題を学習すると、新しい匂いのペアを報酬と罰に関連付けることができます。これらの訓練されたマウスは、通常、go/no-goタスクで約50%の精度で開始します。

正解率は、新しい匂いペアの学習曲線として試行ブロックによってプロットできます。10回のブロック試行で、マウスは85%以上の精度で匂いを正しく識別することができます。これは、私たちのプロトコルが野生型マウスを訓練して、1つの匂いを水の報酬と関連付け、別の匂いをタイムアウトの罰に関連付けることに成功したことを示しています。

マウスがタスクを学習すると、匂いのペアを変更してタスクの難易度を増減できます。例えば、匂いペアの濃度を下げると、作業の難易度が上がります。マウスは、以前に学習した匂いペアを記憶することもできます。

課題を学習してから7日間待った後、リコールテストでは、野生型マウスは以前に学習した匂いの関連性をすぐに覚えることができることが示されています。この手順を試行する際は、目的の匂い物質がビヘイビアボックスに適切に接続されていることを確認することを忘れないでください。複数の実験者が異なる臭気を使用している場合は、特に重要です。

この手順に続いて、匂いマッピングなどの他の方法を実行して、次のような追加の質問に答えることができます:学習は感覚情報が脳によって表現される方法にどのように影響しますか?この技術の開発後、この技術は、神経科学の分野の研究者がマウスの嗅覚系における学習誘発性の神経変化を探求する道を開きました。このビデオを見た後、マウスに1つの匂いを報酬と関連付け、別の匂いを罰に関連付けるように教える方法をよく理解しているはずです。

鋭利な針での作業は非常に危険である可能性があり、この手順を実行する際には、鋭利なものの適切な廃棄などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。