Een objectieve en reproduceerbare Test van olfactorische leren en discriminatie in muizen
March 22nd, 2018
Hier trainen we muizen op een associative Leeropdracht voor het testen van de discriminatie van de geur. Dit protocol voorziet ook in studies over leren-geïnduceerde structurele veranderingen in de hersenen.
Het algemene doel van dit gedragsprotocol is om muizen te trainen zodat ze de ene geur associëren met een beloning en een andere geur met een straf. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van neurowetenschap, zoals leren, synaptische plasticiteit en sensorische discriminatie. Het grote voordeel van deze techniek is dat muizen, eenmaal getraind, binnen enkele uren honderden proeven uitvoeren voor een robuuste statistische bemonstering.
De implicaties van deze techniek reiken tot therapie of diagnose van neurodegeneratieve ziekten, omdat de ernst van reukstoornissen voorspellend is voor latere cognitieve achteruitgang bij mensen. Hoewel deze methode inzicht kan geven in reukzin, kan deze ook worden toegepast op andere systemen, zoals visie of gehoor. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, omdat de eerste stappen voor zowel het instellen van de gedragskamer als het gebruik van de software moeilijk te leren zijn vanwege verschillende aansluitingen en trainingsstappen.
Begin met het samenstellen van een muizenkamer met kamervloer. Houd de trainingsbox in een gebied met weinig verkeer en dim licht om afleiding te voorkomen. Boor vervolgens elk waterpoortje met een klein gaatje bovenop, om een naald van 18 gauge water in het poortje te kunnen uitdelen.
Vul een glazen flacon met geurstoffen opgelost in minerale olie en draai de dop stevig vast. Verbind vervolgens een naald van 18 gauge met de siliconen slang. Prik de dop van de glazen flacon en verbind het andere uiteinde van de siliconen slang met de inlaat van de geurpoortjes.
Plaats vervolgens elke siliconen buis in een geurklep. Verbind de vacuümlijn met de geurpoorten. Bevestig twee 10 milliliter spuiten aan een metalen houderstang en verbind de slang met de spuiten.
Verbind vervolgens de andere kant van de slang met een naald van 18 gauge. Plaats de naald in het geboorde gat van de neusprikporiënt op de muizenkamer en verbind het andere uiteinde van de slang met de waterklep. Vul de twee 10 milliliter spuiten met drinkwater voor knaagdieren.
Verbind vervolgens een luchtstroommeter met de luchtinlaat en houd de luchtstroom op drie tot vijf liter per minuut. Verbind de twee waterkleppen, twee geurkleppen, twee waterpoortjes, geurpoortje en stroom met het USB-interfacesysteem. En tenslotte, verbind de USB-interfacebox met stroom.
Pas vervolgens de vacuümzuiging aan om kruisbesmetting van geuren tussen proeven te voorkomen, en gebruik geurspecifieke slangen om geurstoffenflessen met de kamer te verbinden. Om de muizen voor te bereiden op training, begin met waterrestrictie van 40 milliliter per kilogram per dag. Weeg de muizen dagelijks om ervoor te zorgen dat ze boven de 80%van het basisgewicht zijn, en houd alle omgevingsfactoren constant tijdens het hele protocol, inclusief temperatuur, lawaai en zwerfgeuren.
Maak de kooi schoon voordat elke muis erin wordt overgebracht. Spuit en veeg de kamer af met 70%ethanol om afleiding door muisgeur te minimaliseren. Voor training in fase één, configureer de gedragsbox met een waterpoortje in het midden en met alle zijpoortjes ontoegankelijk.
Plaats een muis in de kamer en sluit deze. Begin vervolgens met het trainingsprogramma in fase één. Beschouw deze fase als voltooid wanneer de muis 100 proeven binnen 60 minuten voltooit.
Verwijder de muis uit de kamer na 60 minuten, of wanneer 100 proeven zijn voltooid. Voor training in fase twee, configureer deze en elke volgende fase met twee waterpoortjes aan de zijkanten en het geurpoortje in het midden. Plaats een muis in de kamer en sluit deze.
Begin vervolgens met het trainingsprogramma in fase twee. Beschouw deze fase als voltooid wanneer er minimaal 40 proeven in 60 minuten worden uitgevoerd, met minimaal 25%van de waterbeloningen binnen vijf seconden na het neusprikken in het middenpoortje. Verwijder de muis zodra deze fase is voltooid.
Voor training in fase drie, verbind de S-plus geur met de geurverdelingscontroller. Plaats een muis in de kamer en sluit deze. Begin vervolgens met het trainingsprogramma in fase drie.
Beschouw deze fase als voltooid wanneer er meer dan 60 beloningen binnen 60 minuten zijn, en verwijder de muis zodra de fase is voltooid. Voor training in fase vier-A, stel de boxconfiguratie gelijk aan die van de vorige fase drie. Verbind vervolgens zowel de S-plus als de S-minus geur met de geurverdelingscontroller.
Plaats een muis in de kamer en sluit deze. Begin vervolgens met het trainingsprogramma in fase vier-A. Nadat de muis 40 proeven heeft voltooid, schakel het programma om de geuren willekeurig te leveren.
Verwijder de muis zodra de fase is voltooid. Voor training in fase vier-B, maak deze fase identiek aan fase vier-A. De tijdelijke straf voor het proberen een waterbeloning te krijgen na een S-minus geur is echter vier seconden.
Verbind zowel de S-plus als de S-minus geur met de geurverdelingscontroller. Plaats een muis in de kamer. Sluit de muizenkamer en begin met het trainingsprogramma in fase vier-B.
Beschouw deze fase als voltooid wanneer er meer dan 100 proeven binnen 60 minuten zijn, met een nauwkeurigheid van meer dan 85% Voor go/no-go test, stel de boxconfiguratie gelijk aan die van de vorige fase vier-B. Verbind zowel de S-plus als de S-minus geur met de geurverdelingscontroller. Plaats vervolgens een muis in de kamer.
Begin met het go/no-go trainingsprogramma en stel vervolgens de muis die de olfactorische leertaak heeft geleerd bloot aan nieuwe paren chemisch vergelijkbare geuren. Zodra de muizen de olfactorische leertaak hebben geleerd, kunnen ze nieuwe geurparen associëren met beloning en straf. Deze getrainde muizen beginnen normaal gesproken met ongeveer 50%nauwkeurigheid op de go/no-go taak.
Het percentage correct kan worden uitgezet per proefblok als een leercurve voor nieuwe geurparen. Binnen 10 blokprovingen kunnen muizen in staat zijn om correct te discrimineren tussen geuren, met een nauwkeurigheid van meer dan 85%. Dit laat zien dat ons protocol met succes wildtype muizen heeft getraind om de ene geur te associëren
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie onderzoekt geurdiscriminatie met behulp van een associatief leertaken in muizen, met focus op leer-geïnduceerde structurele veranderingen in de hersenen. De techniek onderzoekt belangrijke neurowetenschappelijke vragen zoals sensorische discriminatie en synaptische plasticiteit.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschap
- Reukzin
- Gedragsleer
Achtergrond
- Associatieve leerprotocollen zijn van cruciaal belang bij het bestuderen van cognitieve functies.
- Geurdiscriminatie speelt een cruciale rol in de sensorische verwerking van zoogdieren.
- Het begrijpen van reukgedrag bij muizen kan verband houden met cognitieve achteruitgang bij mensen.
- Deze methode kan worden aangepast voor andere zintuigen zoals zicht en gehoor.
Doel van het onderzoek
- Om muizen te trainen om geuren te associëren met beloningen en straffen.
- Om reukverwerking en de implicaties voor neurodegeneratieve ziekten te verkennen.
- Om een robuuste gedragstest te ontwikkelen voor statistische analyse van leergedrag.
Gebruikte methoden
- Muizen worden getraind met behulp van een speciaal geconfigureerde gedragskamer.
- De training omvat verschillende fasen, waarbij de nauwkeurigheid in geurdiscriminatie wordt beoordeeld.
- Er worden geen multiomics workflows genoemd.
- Kritieke stappen omvatten waterrestrictie om motivatie en fase-completiecriteria te beheren.
- De procedures omvatten een zorgvuldige setup van geurbezorgsystemen en conditioneringsprotocollen.
Belangrijkste resultaten
- Muizen leren succesvol om verschillende geuren te associëren met beloningen of straffen.
- Training maakt hoge statistische bemonstering mogelijk door middel van herhaalde proeven.
- De nauwkeurigheid in geurdiscriminatie nadert 85% na de training.
- De resultaten suggereren dat reukleer effectief kan worden beoordeeld via dit protocol.
Conclusies
- Het protocol toont een betrouwbare methode voor het bestuderen van associatief leren in reukzin.
- Deze aanpak kan inzichten bieden in therapeutische strategieën voor neurodegeneratieve ziekten.
- De bevindingen vergroten het begrip van sensorische discriminatiemechanismen bij zoogdieren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This protocol enables high-throughput, quantitative assessment of olfactory learning and discrimination in mice, providing a robust behavioral readout for target validation in neuroscience drug discovery. By supporting mechanistic de-risking of olfactory circuit function and plasticity, it informs early-stage hypothesis testing for compounds targeting neurodegenerative or sensory processing disorders. The assay’s reproducibility and scalability facilitate cross-functional alignment between discovery biology and translational research teams.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to olfactory learning, synaptic plasticity, and sensory discrimination mechanisms.
- Operational Value: Supports biological de-risking by quantifying odor association learning and memory retention in a controlled, reproducible system.
- Predictive Value: Generates quantitative behavioral data (e.g., accuracy rates, learning curves) that aid in portfolio triage and go/no-go decisions for CNS-targeted compounds.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces validated biological systems (trained mice) capable of hundreds of automated trials daily, enabling reliable compound evaluation.
- Standardization: Ensures reproducibility through strict environmental controls, water restriction protocols, and stage-based training criteria.
- Scalability: Facilitates high statistical sampling and longitudinal studies, supporting assay adaptation for dose-response or time-course screening.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Aligns with human olfactory dysfunction as a predictive biomarker of cognitive decline, supporting translational continuity from mouse models to clinical risk assessment.
- Mechanistic De-risking: Enables study of activity-dependent neuronal survival and plasticity, linking behavior to downstream biochemical, electrophysiological, or imaging readouts.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports decisions on compound effects on learning-induced neural changes, reducing late-stage biological risk in sensory or neurodegenerative programs.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical validation, particularly for projects focused on olfactory processing, sensory discrimination, or neurodegenerative disease mechanisms.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring how odor learning alters neural structure and function.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible outputs (trial accuracy, learning curves) that enable comparison across experimental conditions or genetic models.
- Analytics: Provides statistical learning curves and discrimination thresholds that help teams assess compound effects on sensory processing and memory.
- Translational Research: Connects to preclinical validation through alignment with human olfactory biomarkers predictive of cognitive decline.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable behavioral platform for iterative testing across multiple compounds, genotypes, or environmental manipulations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in olfactory learning and plasticity pathways.
- Operational Value: Delivers standardization, reproducibility, and scalability through automated trial performance and strict procedural controls.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early de-risking of CNS targets and reducing failure risk in later stages.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of compounds based on effects on learning, memory, and sensory discrimination.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience, olfactory system anatomy, and operant conditioning techniques.
- Depends on specialized instrumentation including odor delivery systems, water valves, vacuum lines, and USB interface controllers.
- Necessitates cross-team standardization of environmental controls (odor, noise, temperature) and training protocols to ensure reproducibility.
- Involves adaptation considerations when transferring protocols across mouse strains, ages, or odorant physicochemical properties.
- Includes practical limitations such as setup complexity, needle hazards, and the need for consistent animal handling to avoid distraction or stress confounds.
