Obiektywny i powtarzalny test uczenia się węchu i dyskryminacji u myszy

Ogólnym celem tego protokołu zachowania jest wyszkolenie myszy tak, aby kojarzyły jeden zapach z nagrodą, a inny zapach z karą. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie neurobiologii, takie jak uczenie się, plastyczność synaptyczna i dyskryminacja sensoryczna. Główną zaletą tej techniki jest to, że po wytrenowaniu myszy wykonują setki prób w ciągu kilku godzin w celu uzyskania solidnego próbkowania statystycznego.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku terapii lub diagnozy chorób neurodegeneracyjnych, ponieważ nasilenie dysfunkcji węchu jest predyktorem późniejszego pogorszenia funkcji poznawczych u ludzi. Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w węch, można ją również zastosować do innych systemów, takich jak widzenie lub słuch. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ początkowe kroki zarówno konfiguracji komory behawioralnej, jak i korzystania z oprogramowania są trudne do nauczenia się ze względu na różne porty połączeniowe i etapy szkolenia.

Aby rozpocząć, zmontuj komorę myszy z podłogą komory. Trzymaj pudełko treningowe w słabo oświetlonym miejscu o małym natężeniu ruchu, aby uniknąć rozpraszania uwagi. Następnie wywierć każdy port wodny z małym otworem na górze, aby igła o rozmiarze 18 mogła dozować wodę do portu.

Napełnij szklaną fiolkę środkiem zapachowym rozpuszczonym w oleju mineralnym i mocno dokręć nakrętkę. Następnie podłącz igłę o rozmiarze 18 do silikonowej rurki. Przebić szklaną nakrętkę fiolki i podłączyć drugi koniec silikonowej rurki do wlotu portów zapachowych.

Następnie umieść każdą silikonową rurkę w zaworze zapachowym. Podłącz przewód podciśnieniowy do portów zapachowych. Przymocuj dwie 10-mililitrowe strzykawki do metalowego pręta przytrzymującego i podłącz rurkę do strzykawek.

Następnie podłącz drugą stronę rurki do igły o rozmiarze 18. Włóż igłę do wywierconego otworu w otworze nośnym w komorze myszy i podłącz drugi koniec rurki do zaworu wody. Napełnij dwie 10-mililitrowe strzykawki wodą pitną dla gryzoni.

Następnie podłącz miernik przepływu powietrza do wlotu powietrza i utrzymuj przepływ powietrza na poziomie od trzech do pięciu litrów na minutę. Podłącz dwa zawory wodne, dwa zawory zapachowe, dwa porty wodne, port zapachowy i zasilanie do systemu interfejsu USB. I na koniec podłącz skrzynkę interfejsu USB do zasilania.

Następnie wyreguluj ssanie próżniowe, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego zapachów między próbami, i użyj rurki specyficznej dla zapachu, aby podłączyć fiolki z nazapachem do komory. Aby przygotować myszy do treningu, zacznij ograniczać wodę na poziomie 40 mililitrów na kilogram dziennie. Waż myszy codziennie, aby upewnić się, że przekraczają 80% masy wyjściowej i utrzymuj wszystkie czynniki środowiskowe na stałym poziomie przez cały protokół, w tym temperaturę, hałas i zabłąkane zapachy.

Wyczyść klatkę przed przeniesieniem do niej każdej myszy. Spryskaj i przetrzyj komorę 70% etanolem, aby zminimalizować rozpraszanie zapachu myszy. W przypadku pierwszego etapu szkolenia skonfiguruj pole zachowania z portem wodnym pośrodku i bez dostępu do wszystkich portów bocznych.

Umieść mysz w komorze i zamknij ją. Następnie rozpocznij program pierwszego etapu. Uznaj ten etap za zakończony, gdy mysz wykona 100 prób w ciągu 60 minut.

Wyjmij mysz z komory po 60 minutach lub po zakończeniu 100 prób. W przypadku drugiego etapu szkolenia skonfiguruj ten i każdy kolejny etap z dwoma portami wodnymi po bokach i portem zapachowym pośrodku. Umieść mysz w komorze i zamknij ją.

Następnie rozpocznij program drugiego etapu. Uznaj ten etap za zakończony, gdy w ciągu 60 minut wykona się co najmniej 40 prób, z co najmniej 25% nagród w postaci wody otrzymanych w ciągu pięciu sekund od pchnięcia centralnego nosa portem. Usuń mysz po zakończeniu tego etapu.

W przypadku trzeciego etapu szkolenia podłącz zapach S-plus do kontrolera dostarczania zapachów. Umieść mysz w komorze i zamknij ją. Następnie rozpocznij program trzeciego etapu.

Uznaj ten etap za zakończony, gdy w ciągu 60 minut pojawi się więcej niż 60 nagród, i usuń mysz, gdy etap będzie konkurencyjny. W przypadku szkolenia etapu cztery-A ustaw konfigurację pudełka taką samą, jak w poprzednim etapie trzecim. Następnie podłącz zarówno zapach S-plus, jak i S-minus do regulatora dostarczania zapachów.

Umieść mysz w komorze i zamknij ją. Następnie rozpocznij program etapu czwartego-A. Gdy mysz wykona 40 prób, przełącz program tak, aby losowo dostarczał zapachy.

Usuń mysz po zakończeniu etapu. W przypadku szkolenia na poziomie czwartym-B ten etap powinien być identyczny z etapem czwartym-A. Jednak kara za przerwę w grze za próbę zdobycia wody po zapachu S-minus wynosi cztery sekundy.

Podłącz zarówno zapach S-plus, jak i S-minus do kontrolera dostarczania zapachów. Umieść mysz w komorze. Zamknij komorę myszy i rozpocznij stage program four-B.

Uznaj ten etap za zakończony, gdy w ciągu 60 minut przeprowadzono ponad 100 prób, z dokładnością większą niż 85%W przypadku testu go/no-go ustaw konfigurację pudełka taką samą, jak w poprzednim etapie czwartym-B. Podłącz zarówno zapach S-plus, jak i S-minus do kontrolera dostarczania zapachów. Następnie umieść mysz w komorze.

Rozpocznij etap programu go/no-go, a następnie wystaw mysz, która nauczyła się zadania uczenia się węchu, na nowe pary chemicznie podobnych zapachów. Gdy myszy nauczą się zadania uczenia się węchu, mogą kojarzyć nowe pary zapachów z nagrodą i karą. Te wyszkolone myszy zwykle zaczynają z około 50% dokładnością w zadaniu go/no-go.

Procent poprawności można wykreślić za pomocą bloku próbnego jako krzywą uczenia się dla nowych par zapachów. W ciągu 10 prób blokowych myszy są w stanie prawidłowo rozróżnić zapachy, z dokładnością większą niż 85%. To pokazuje, że nasz protokół z powodzeniem wyszkolił myszy typu dzikiego, aby kojarzyły jeden zapach z nagrodą w postaci wody, a inny z karą za przerwę

Gdy myszy nauczą się zadania, pary zapachów można modyfikować, aby zwiększyć lub zmniejszyć trudność zadania. Na przykład zmniejszenie stężenia pary zapachów zwiększa trudność zadania. Myszy są również w stanie zapamiętać poprzednio wyuczone pary zapachów.

Po odczekaniu siedmiu dni od nauczenia się zadania, test przypominania pokazuje, że myszy typu dzikiego mogą szybko zapamiętać wcześniej poznane skojarzenia zapachowe. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby upewnić się, że pożądane substancje zapachowe są prawidłowo podłączone do pudełka behawioralnego. Jest to szczególnie ważne, jeśli wielu eksperymentatorów używa różnych zapachów.

Zgodnie z tą procedurą można wykonać inne metody, takie jak mapowanie zapachów, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak: Jak uczenie się wpływa na sposób, w jaki informacje sensoryczne są reprezentowane przez mózg? Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny neurobiologii do zbadania zmian neuronalnych w układzie węchowym myszy wywołanych uczeniem się. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak nauczyć myszy kojarzyć jeden zapach z nagrodą, a inny zapach z karą.

Nie zapominaj, że praca z ostrymi igłami może być niezwykle niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować środki ostrożności, takie jak prawidłowa utylizacja ostrych narzędzi.