Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

نموذج التعلم Lateralized الرائحة في الفئران حديثي الولادة لتشريح الدارات العصبية تعزيزالأساس تشكيل الذاكرة

Published: August 18, 2014 doi: 10.3791/51808
Automatic Translation
*1,2, *1, 1, 1
1Division of Biomedical Sciences, Faculty of Medicine, Memorial University, 2Division of Medical Sciences, University of Victoria
* These authors contributed equally

Introduction

الشم هو الطريقة الحسية الأولية في القوارض، والتي بدونها لا تكون قادرة على التنقل بنجاح أو البقاء على قيد الحياة في بيئتهم. فمن الأهمية خاصة بالنسبة للالجراء حديثي الولادة، والتي يمكن أن لا ترى ولا تسمع خلال الأسبوع الأول بعد الولادة، لاستخدام الشم لتحديد موقع والدتهم لتغذية 1. ونتيجة لذلك، الجراء الفئران حديثي الولادة يمكن مكيفة يفضلون الروائح مع التلاعب التجريبية بسيطة. وقد استخدمت مجموعة متنوعة من المنبهات مثل الحوافز غير المشروط (UCS) للحث على ردود مشروطة إلى الروائح رواية (التحفيز مكيفة، CS) في حديثي الولادة، بما في ذلك البيئة التعشيش 2،3، حليب الرضاعة 4-6، التمسيد أو التحفيز عن طريق اللمس 7- 12، وذيل قرصة 13، اللعاب الأمهات 13، صدمة خفيفة القدم 14-18، وتحفيز المخ داخل الجمجمة 19. توظف هذه الدراسة رائحة مبكرة تفضيل نموذج راسخة فيه رائحة، في هذه الحالة النعناع، ​​طق جنبا إلى جنب مع التحفيز عن طريق اللمس من أجل إنتاج تفضيل النعناع 24 ساعة في وقت لاحق 10،11،20. هذه الذكريات الروائح تعتمد على الدوائر حاسة الشم سليمة، بما في ذلك في المقام الأول المصابيح الشمية (OB) 21-23 والقشرة الكمثرية الأمامية (APC) 24،25.

عمقت التحقيقات التجريبية من أوائل التعلم تفضيل رائحة وتوسيع فهمنا للالأسس الجزيئية والفيزيولوجية للذاكرة الثدييات. هذا نموذج الثدييات ديها العديد من المزايا في دراسة آليات الذاكرة. أولا، تم تحديد مصادر العصبية للإشارة UCS. المحفزات المختلفة على النحو المذكور أعلاه موضع تحفز إطلاق coeruleus بافراز 26، والذي بدوره ينشط adrenoceptors متعددة في OB وAPC، مما تسبب في الآثار الفسيولوجية والخلوية التي تدعم التعلم 22،27،28. ثانيا، آليات دعم الذاكرة تجري في الهياكل العصبية الصفحي محددة جيدا. وبساطة الدوائر حاسة الشم في الفئران حديثي الولادة يوفر للباحثين الإطار المثالي الذي لكشف العمليات المعقدة المتعلقة اللدونة متشابك. الخلايا العصبية الحسية الشمية (OSN) في المشروع الظهارة الشمية على التاجي / خلايا معنقدة في OB وهذه التاجي / خلايا معنقدة في مشروع ipsilaterally بدوره إلى القشرة الكمثرية (PC) عبر المسالك الجانبية حاسة الشم (الكثير)، من بين غيرها من الهياكل 29. وقد تم تحديد كل من نقاط الاشتباك العصبي OSN في OB 30،31 والكثير 24،25 نقاط الاشتباك العصبي في آسيا والمحيط الهادئ ومواضع الحرج لإجراء تغييرات متشابك التي تدعم التعلم والذاكرة. ثالثا، في سن مبكرة في الفئران، ويمكن بسهولة أن lateralized مدخلات الشمية. كل APC لديه حق الوصول إلى المعلومات رائحة الثنائية عبر الصوار الأمامي بمجرد تشكيل هذه المادة البيضاء بالكامل في يوم ما بعد الولادة 12 (PD12) 32. قبل PD 12، ومدخلات رائحة يمكن أن تكون معزولة لipisilateral OB وAPC من خلال منخر واحد انسداد 24،25،31،33،34 </ سوب>. منخر واحد انسداد يسمح تشكيل الذاكرة رائحة من منخر مفتوحة، ويمنع نفس الذاكرة من منخر المغطي قبل PD 12 33. يتم عزل ذاكرة الرائحة إلى نصف الكرة المماثل بما في ذلك OB والجيش. وبالتالي، يمكن لكل الجرو الفئران يكون ايقاعه لتعلم وعلم وظائف الأعضاء التي تقوم عليها.

في هذه الدراسة، هو عرض رائحة مبكرة بروتوكول التعلم تفضيل lateralized. يخدم هذا الأسلوب كأداة قوية لدراسة الآليات العصبية التي يقوم عليها التعلم من خلال توفير رائحة عنصر تحكم داخل الحيوان 24،25،31، وبالتالي خفض كل من عدد الحيوانات المطلوبة والتباين العام. منخر انسداد هو عكسها في أن الشحوم أو الأنف المكونات يمكن تطبيق وإزالتها مع الحد الأدنى من الإجهاد أو الضرر للحيوان. هنا، أولا، ووصف الإجراءات التفصيلية من رائحة تفضيل مبكرة التدريب والاختبار، مع التركيز على استخدام بروتوكول lateralized انسداد منخر واحد مع غالمكونات الإلكترونية. ثم يتم عرض النتائج للتدليل على فعالية انسداد منخر واحد في عزل المدخلات رائحة وإنتاج الذاكرة رائحة lateralized. وأخيرا، ناقش إمكانات استخدام هذا النموذج التعلم lateralized لدراسة التغيرات الفسيولوجية في النظام الشمي أن كلا توليد التعلم والذاكرة دعم التعبير.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وتستخدم الفئران سبراغ داولي (تشارلز ريفر) الجراء من كلا الجنسين. يتم التخلص الفضلات إلى 12 في PD1 (الولادة يجري PD0). تتم المحافظة على السدود على ضوء 12 ساعة / دورة الظلام مع libitum الإعلانية الحصول على الغذاء والماء. وقد تمت الموافقة على الإجراءات التجريبية لجنة رعاية الحيوان المؤسسية في جامعة ميموريال.

1. الأنف التوصيل البناء

ملاحظة: وقد تم تكييف هذا الإجراء وتعديلها من كامينغز وآخرون (1997) 35.

  1. Aquire الدائرة 20 أنابيب و3-0 موضوع خياطة الحرير.
  2. قطع قطعة صغيرة من البولي ايثلين 20 الأنابيب إلى حوالي 0.8 مم.
  3. موضوع خياطة الحرير من خلال أنابيب استعداد مثل أن هناك موضوع على جانبي الجزء من الأنبوب.
  4. في واحدة من نهاية موضوع خارج المكونات، ربط عقدة في الموضوع.
  5. سحب قسم من أنابيب أسفل على عقدة في الموضوع. عقدة يجب أن يقدموا داخل الأنبوب.
  6. تقليم طرفي الخيط بحيث ~ 2 ملم من موضوع وجاحظ واحدة من نهاية الأنبوب (انظر الشكل 1A).

2. ناريس انسداد قبل التدريب

  1. إزالة الجرو من السد ومكان في صحن آمن مغطاة الفراش منتظم.
  2. استخدام تطبيق القطن تلميح إلى ربت هلام مخدر موضعي، 2٪ الزيلوكائين، على المنخر أن المغطي.
  3. السماح الجرو للراحة في طبق لل~ 3 دقيقة.
  4. عقد الجرو بلطف ولكن بشكل آمن في اليد غير المسيطرة.
  5. باستخدام اليد المهيمنة، والتقاط المكونات الأنف وربت نفس المحلي هلام مخدر حول الطرف الذي الخيط لا جاحظ. وهذا العمل على حد سواء مخدر لأي الآلام الطفيفة المرتبطة المكونات الإدراج وسيكون بمثابة مواد التشحيم داخل المنخر. ملاحظة: تأثير الزيلوكائين يبدأ في غضون بضع دقائق ويستمر 20-30 دقيقة. الجراء في المعرض العام التسامح جيدة للسد الإدراج بعد تطبيق الزيلوكائين هلام (مinimum تكافح والنطق).
  6. تضاف المكونات الأنف بلطف من خلال عقد بحزم الجرو ويدور ببطء المكونات مع دفعات لطيف جدا حتى يتم إدخال القابس بالكامل وفقط موضوع 2 مم وجاحظ من منخر (انظر الشكل 1B). يجب أن يكون هناك نزيف من أي منخر أثناء هذه العملية. يتم استبعاد الجراء مع نزيف الأنف خلال المكونات الإدراج، وعاد إلى السدود
  7. السماح للحيوان للراحة في هذا الطبق لمدة 5 دقائق من أجل روض إلى المكونات.
  8. إزالة الجرو من الطبق والبدء في التعود النموذج تكييف 24.

الشكل 1
الرقم 1. بناء سد الأنف. أ) الخطط تبين خطوات لجعل المكونات الأنف. يتم سحب خيط من خلال أنابيب البولي ايثيلين. يتم إجراء عقدة وPULأدى إلى منتصف الأنبوب لمنع ذلك. يتم قطع طرفي مع 2 ملم بقايا في واحدة من نهاية الأنبوب. B) الجبهة وجهة النظر الجانبي من الفئران مع المكونات الأنف في منخر واحد.

3. المعطرة الفراش إعداد

  1. ارتداء قفازات جديدة وغطاء الدخان لمنع التلوث رائحة، ضع 500 مل من رقائق الخشب الفراش في كيس من البلاستيك.
  2. استخدام حقنة لوضع 0.3 مل مستخلص النعناع، ​​ورذاذ على هذا الفراش في كيس من البلاستيك.
  3. ربط حقيبة مغلقة، يهز الكيس بقوة، والسماح الفراش للراحة في كيس لمدة 5 دقائق.
  4. وضع الفراش المعطرة في اضح، الضحلة، مربع الاكريليك التدريب (20 × 20 × 5 سم 3، الشكل 2A) كشفت في غطاء الدخان لمدة 5 دقائق قبل الاستخدام. بعد الانتهاء من إعداد الفراش، تجاهل هذه القفازات، وعدم السماح لهذه القفازات تأتي في اتصال مع الحيوانات.
  5. وضع الفراش نسكينتيد في مربع البلاستيك الشفاف متطابقة، و ENتأكد أنه لا تتلامس مع الفراش المعطرة أو القفازات المستخدمة.

4. رائحة تكييف النموذج (انظر الصورة في الشكل 2A)

الجراء إما الخضوع لجلسة تكييف واحدة، على PD 6، أو جلسات محاكمة متعددة (دورة واحدة في اليوم الواحد، PD 3-6).

  1. وضع الجرو الذي تعود على الفراش المعطرة. للسيطرة على رائحة فقط (O / S -) الجراء، وترك هذه الجراء على الفراش لمدة 10 دقيقة، ثم انتقل إلى الخطوة 4.5. لتجريبية رائحة + السكتة الدماغية (O / S +) الجراء، تابع إلى الخطوات التالية في هذا القسم.
  2. السكتة الدماغية الجرو لمدة 30 ثانية يستخدم الفرشاة الصغيرة. استخدام حركات دائرية سريعة في المقام الأول في جميع أنحاء المنطقة الخلفية من الجرو.
  3. السماح الجرو للراحة لمدة 30 ثانية.
  4. كرر الخطوات من 4.2 و 4.3 ليصبح المجموع 10 دقيقة (أي 10 أزواج من التمسيد + رائحة).
  5. إزالة الجرو من المربع تكييف، وإزالة المكونات الأنف والعودة الجرو الى السد.
<ع الطبقة = "jove_title"> 5. Lateralized رائحة الأفضلية اختبار (انظر الصورة في الشكل 2B)

الاختبار يحدث في نقاط زمنية مختلفة (مثل 24 أو 48 ساعة) بعد الدورة التدريبية الأخيرة. ويتم الاختبار في اختبار الصلب غير القابل للصدأ وغرفة (30 × 20 × 18 سم 3)، والتي يتم وضعها على قمة صناديق تدريبيتين (يوصف مربع التدريب في 3.4)، مفصولة 2 سم المنطقة المحايدة. يحتوي مربع واحد التدريب الفراش المعطرة النعناع بينما المربع الآخر يحتوي نظيفة، والفراش نسكينتيد. أرضية غرفة الاختبار شبكة معدنية، والتي يتم بعد ذلك تغطيها ورقة قابلة للإزالة شبكة من البلاستيك (الشكل 2B).

  1. إعداد النعناع واحدة وفراش واحد نسكينتيد حسب القسم 3، ووضع كل مربع تحت طرفي نقيض في غرفة الاختبار، 2 سم عن بعضها البعض. وضع شبكة بلاستيكية في الطابق المعادن شبكة من غرفة الاختبار.
  2. إزالة الجرو من السد ووضع لمسة الحازم عديم الرائحة سيليكون الشحوم على المنخرالتي المغطي أثناء التدريب. إعادة تطبيق الشحوم في جميع أنحاء إجراء الاختبار الأول حسب الحاجة. ملاحظة: عشوائية انسداد المنخر خلال التدريب والاختبار ويمكن اعتبار لتجنب التحيز.
  3. وضع الجرو في المنطقة المحايدة للغرفة الاختبار.
  4. السماح الجرو لاستكشاف الغرفة لمدة 1 دقيقة مسجلا متى الجرو قضى على الجانبين من الغرفة (أي أكثر من النعناع أو الفراش المعطرة محايد).
  5. السماح الجرو للراحة لمدة 1 دقيقة في غرفة البلاستيك عقد مغطاة.
  6. كرر الخطوات من 5.2 و 5.3 ليصبح المجموع 10 دقيقة (أي 5 تجارب اختبار مفصولة 5 تجارب بقية) تبديل التوجه الأولي من الجرو في الغرفة من أجل السيطرة على تفضيلات الاتجاه.
  7. مباشرة بعد الاختبار، ويمحو الشحوم من المنخر.
  8. إدراج noseplug البولي ايثيلين في المنخر الآخر حسب القسم 2 والسماح للحيوان للراحة لمدة 10 دقيقة.
  9. اختبار الجرو مرة أخرى كما هو الحال في 5.3 -5.6، وإزالة المكونات، والعودة الجرو الى السد. إزالة وتنظيف شبكة بلاستيكية للغرفة الاختبار مع الايثانول 95٪ والسماح السائل لتتبخر. وضع شبكة اختبار مرة أخرى قبل الجرو المقبل.
    ملاحظة: تطبيق سيليكون الشحوم في أول انسداد المنخر خلال اختبار يمنع فرصة النزيف والإجهاد المرتبطة المكونات الأنف الإدراج.

الشكل 2
الشكل 2. رائحة المبكر التدريب تفضيل والاختبار. A) رائحة المبكر التدريب تفضيل استخدام رائحة + التمسيد النموذج. B) اثنين اختيار رائحة اختبار تفضيل الفراش مع النعناع على جانب واحد، والسيطرة الفراش نسكينتيد على الجانب الآخر. يتم وضع 2 سم في المنطقة المحايدة بين.

6. اختبار فعالية واحدة انسداد ناريس

الإقليم الشمالي "> يتم تنفيذ هذه التجربة لتحديد ما إذا كان انسداد منخر واحد يؤدي إلى تفعيل lateralized النظام الشمي.

  1. أداء انسداد المنخر جانب واحد على PD 6 أو 7 الجراء كما هو موضح في القسم 2.
  2. ~ بعد 5 دقائق التعود، ضع الجرو في وعاء من البلاستيك مغطاة وتعريضها إلى 30 ميكرولتر زيت النعناع نقية غارقة في قطعة من الأنسجة لمدة 10 دقيقة.
  3. مباشرة بعد التعرض رائحة النعناع، ​​حقن الجرو داخل الصفاق (IP) مع هيدرات كلورال (400 ملغ / كغ)، والتخدير العام، أو pentobarbitol، (150 ملغ / كلغ).
  4. مرة واحدة تخدير بالكامل (يظهر أي رد على الذيل أو قرصة القدم)، يروي transcardially الجرو مع حلول الجليد الباردة من المياه المالحة (0.9٪) ل~ 1 دقيقة، تليها بارافورمالدهيد (4٪، وحلت في حل العازلة 0.1 M الفوسفات، PBS ).
  5. بعد 10 دقيقة من امتصاص العرق نضح، وجمع الدماغ ووضعه في بارافورمالدهيد بين عشية وضحاها في 4 درجات مئوية، ثم عبرFER الدماغ إلى حل السكروز (20٪ في PBS) لمدة 24 ساعة إضافية.
  6. قطع شرائح الدماغ الاكليلية في 30 سمك ميكرون مع ناظم البرد. جمع OB وPC شرائح وجبل على الشرائح المغلفة الجيلاتين، تليها تلطيخ المناعية القياسي لpCREB الأجسام المضادة 21،25،30.

7. اختبار الانعكاسية واحدة من انسداد ناريس

هذه الاختبارات التجربة ما إذا كان تأثير حجب هو عكسها في 24 ساعة بعد إزالة المكونات الأنف.

  1. أداء انسداد المنخر جانب واحد على PD 6 أو 7 الجراء كما هو موضح في القسم 2.
  2. بعد 15 دقيقة (أي ما يعادل مدة انسداد المنخر أثناء التدريب - 5 دقائق التعود + 10 دقيقة التدريب)، وإزالة المكونات الأنف، والعودة الجرو الى السد.
  3. بعد 24 ساعة، تعرض الجرو لرائحة النعناع في وعاء من البلاستيك مغطاة لمدة 10 دقيقة كما هو موضح في 6.2.
  4. اتبع نفس الخطوات في الطائفةأيونات 6،3-6،6.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

نحن هنا مراجعة بعض النتائج المحددة سابقا 24 لإثبات فعالية انسداد المنخر في عزل المدخلات رائحة والتعلم إلى النصف واحد، والعودة إلى الوراء من هذا الأسلوب.

انسداد منخر واحد في أوائل التدريب تفضيل رائحة يؤدي إلى رائحة الذاكرة lateralized 24. يقتصر الذاكرة إلى منخر يدخر (الشكل 3). عندما يتم اختبار الجراء لتفضيل رائحة بنفس منخر المغطي وخلال التدريب، وأنها تظهر تفضيل لرائحة مكيفة (مثل النعناع). عندما يتم اختبار الجراء مع منخر المعاكس المغطي، فإنها لا تظهر أي تفضيل لرائحة الهواء. معا، وهذه النتائج تشير إلى أن الذاكرة تفضيل رائحة تتشكل وأعرب من خلال منخر يدخر التي خضعت رائحة + التمسيد تكييف النقابي فقط.

الرقم 3 الرقم 3. منخر واحد انسداد يدفع التعلم رائحة lateralized. ويبين بروتوكول السلوكي في اللوحة العليا. رائحة + التمسيد (O / S +) أو رائحة فقط (O / S -) الحيوانات مع منخر واحد المغطي خلال التدريب وخضع لاختبار رائحة الدرجة الأولى مع نفس المنخر المغطي ثم مع المنخر الآخر المغطي. وتظهر لوحة أقل نسبة الوقت الذي يقضيه على الفراش المعطرة النعناع بين مجموعات مختلفة في اختبار رائحة اثنين من خيار. * P <0.05. أشرطة الخطأ، يعني ± SEM. مستنسخة من فونتين وآخرون. J. علم الأعصاب (2013) بإذن.

نتائج التدريب رائحة lateralized في تفعيل lateralized للنظام حاسة الشم أثناء التعرض رائحة (الشكل 4) 24. منخر واحد انسداد يمنع تفعيل OB والكمبيوتر من نصف الكرة الدوري المماثلنانوغرام التعرض للرائحة. ويتجلى هذا من خلال رصد الفسفرة CREB في OB، والكمبيوتر. كما هو مبين في الشكل رقم 4، وذلك باستخدام المناعية، CREB فسفرته (pCREB) هو أقل بكثير في نصف الكرة المغطي بعد التعرض رائحة النعناع، ​​بالمقارنة مع نصف الكرة يدخر المقابل. تلطيخ نيسل (الشكل 4A) يوضح أجسام الخلايا المماثلة في طبقة الخلايا التاجية من OB، وطبقة الخلايا الهرمية للكمبيوتر من نصفي الكرة الأرضية. ومع ذلك، pCREB أقل بشكل ملحوظ في كل من طبقات الخلايا في نصف الكرة المماثل إلى منخر المغطي (الشكل 4B).

الرقم 4
الرقم 4. النتائج منخر واحد انسداد في تفعيل lateralized للنظام حاسة الشم أثناء التعرض للرائحة. أ) تلطيخ نيسل من البصلة الشمية(OB) والقشرة الكمثرية الأمامي (APC). B) التعبيرات PCREB في نصفي الكرة الأرضية المغطي ويدخر بعد التعرض النعناع في منخر واحد المغطي الجرو. السهام تشير طبقة الخلايا التاجية في طبقة الخلايا OB وهرمي في آسيا والمحيط الهادئ. أشرطة النطاق، 500 ميكرون. مستنسخة من فونتين وآخرون. J. علم الأعصاب (2013) بإذن.

تأثير محاكمة واحدة (15-20 دقيقة) المنخر انسداد هو عابر وعكسها، ولا يؤدي إلى ضرر ظاهر على المدى الطويل العصبية التي يمكن أن تؤدي إلى رائحة غيرت النظرة وانخفاض تنشيط الخلايا العصبية لاختبار الروائح خلال 24 ساعة. وفهرستها من قبل pCREB تلطيخ في OB والكمبيوتر (الشكل 5)، والتعبيرات pCREB في الخلايا التاجية من OB، والخلايا الهرمية في جهاز الكمبيوتر لرائحة التعرض للمقارنة بين نصفي الكرة الأرضية المغطي ويدخر، 24 ساعة بعد إزالة المكونات الأنف - نقطة نفس الوقت أن رائحة اختبار تفضيلونفذت التالية رائحة مبكرة التدريب تفضيل.

الرقم 5
الشكل 5. تقييم التفاعلات العصبية التالية عكسها انسداد المنخر. PCREB تلطيخ من OB وAPC، 24 ساعة بعد إزالة المكونات الأنف في الجرو واحد. السهام تشير طبقة الخلايا التاجية في طبقة الخلايا OB وهرمي في آسيا والمحيط الهادئ. MCL، طبقة الخلايا التاجية. PCL، طبقة الخلايا الهرمية. أشرطة النطاق، 500 ميكرون لأقل التكبير و 100 ميكرومتر لأعلى التكبير.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تأسست التعلم والذاكرة رائحة نموذج lateralized في الفئران الوليدة ضمن إطار الوقت الحرج أول من هول والزملاء. في سلسلة من الدراسات 33،34،36، فإنها أظهرت أن الذاكرة تفضيل رائحة يمكن lateralized من رائحة الحليب + حدودا لمنخر واحد على PD 6 في الفئران الوليدة. كانت الذاكرة تفضيل قوية عندما كان نفس المنخر مفتوحة أثناء التدريب والاختبار، ولكن ليس لاحظت عندما كان منخر المغطي الافراج واختبارها. ومع ذلك، في PD 12، عندما اتصالات صواري الأمامية من القشور حاسة الشم تصبح الأمامية وظيفي 32، والمنخر غير مدربين وحدها يمكن أن تدعم التعبير عن تفضيل رائحة المكتسبة في PD 6. آفة من الصوار الأمامي استعادة الذاكرة lateralized لذلك لم يعد الوصول إليها من منخر غير مدربين 33. تم نسخ هذا النموذج التعلم lateralized بنجاح مع رائحة + التمسيد 24،25،31 النموذج. رائحة + التمسيد التدريب مع أورينت منخر واحدlusion على 6 PD يؤدي إلى الذاكرة lateralized على PD 7 31. المتكررة انسداد المنخر واحدة على PD 3-6 يؤدي إلى الذاكرة يعد lateralized الذي يستمر 48 ساعة على الأقل 24.

نتائج التعلم بروتوكول رائحة lateralized في "الدماغ الانقسام" في الحيوانات الفردية. هذا النموذج لديه مزايا كبيرة لدراسة السلوك والتغيرات الفسيولوجية والحيوية التي تقوم عليها. على سبيل المثال، مقارنة المخرجات السلوكية باستخدام نموذج يخضع داخل يقلل بما فيه الكفاية في الاختلافات بين الحيوان التصاميم. الجراء في هذه السن المبكرة تختلف اختلافا كبيرا في نشاطها والاستجابة. السيطرة داخل الحيوان يزيل التباين الفردي الكامن في الأداء والاستجابة وكذلك الاختلافات الجوهرية في علم الأحياء من تقييم التغيرات الجزيئية والفيزيولوجية. بالإضافة إلى ذلك، هذا النموذج الرضع قوية من التعلم lateralized يعطي لنا فرصة لربط أداء الذاكرة الفردية لعلم وظائف الأعضاء الفردية، وتقييم عشرالأسس (ه) من ذكريات فترات مختلفة 24،25،31. باستخدام هذا نموذج التعلم lateralized في تركيبة مع السابقين التجارب المجراة مقارنة فسيولوجيا نصفي الكرة الأرضية في نفس الحيوانات، وقد ثبت مؤخرا أن التعلم رائحة أوائل يدفع اللدونة متشابك مثل زيادة استجابة مستقبلات أمبا في نقاط الاشتباك العصبي في كل من OB 31، و وAPC 24،25. انتقال متشابك تعزيز التعلم التالية رائحة أوائل يترجم إلى تعزيز الانتاج في شبكة الشم ممثليات 24.

يجب الدراسات المستقبلية استكشاف الأسس الجزيئية للذاكرة رائحة باستخدام هذا النموذج التعلم lateralized. وهذا يشمل الدراسات الارتباطية تبحث في البروتينات والجينات تنشيط التعلم التالية، والدراسات السببية تبحث في الآثار المترتبة على مكاسب من وظيفة والخسارة من وظيفة من البروتينات والجينات ذات أهمية خاصة. إمكانية أخرى مثيرة ومهمة هي أن تكون قادرا رس تتعلق التغيرات الفسيولوجية والجزيئية لقوة الذاكرة السلوكية. لكل الجرو، فمن الممكن لاستخلاص أول تدبير الذاكرة تفضيل فتحتي الأنف مفتوحة والمغطي. سيكون لاحقة السابق التجارب المجراة على المقابلة القشور مدربين وغير مدربين توفر التغيرات الفسيولوجية المترابطة. فمن الممكن، مع ذلك، من شأنها أن رائحة إعادة التعرض خلال تفضيل اختبار نفسه يغير قوة متشابك، أو أن مناطق الدماغ الأخرى تسهم بشكل كبير في التعبير الذاكرة. في الدراسات الحالية لدينا، وتجرى علم وظائف الأعضاء والسلوك خارجا على الأفواج منفصلة. هذا يزيل مخاوف بشأن التأثير السلوكي اختبار المعلمات جدا من الفائدة.

واحد التحذير باستخدام المكونات الأنف المحتمل تلف الأنسجة العصبية مقترن الإدراج المكونات وإزالتها. لهذا السبب، يجب أن يتم الحرص في الإدراج من المكونات الأنف والجراء مع النزيف أثناء الإدراج ينبغي استبعادها، لتجنب أي EF محتمل على المدى الطويلأن التأثيرات المرتبطة النزيف مثل الالتهاب. انسداد لفترات طويلة (ساعات، أيام أو شهور) من منخر أو الاجتثاث الدائم من الظهارة الشمية يؤدي إلى الحرمان الطويل الأجل حاسة الشم، والضرر العصبي، وانخفاض الأنشطة العصبية في OB وPC 37-41، على الرغم من بعض هذه الآثار نتيجة لفترات طويلة منخر انسداد هم عكسها تماما 39،40. سلامة الأنسجة التالية انسداد المنخر الحاد (~ 15 دقيقة) تم التصديق عليها من قبل المناعية تلطيخ pCREB، علامة العصبية التي تعتمد على النشاط، وهو ما ثبت ليتم تخفيض في PC الفئران الشباب البالغين بعد 5 أيام انسداد المنخر 39. وكانت مستويات pCREB في OB المماثل وPC من منخر المغطي أقل بشكل ملحوظ خلال التعرض رائحة النعناع، ​​مما يؤكد lateralization الناجح الإنتاجية حاسة الشم في الفئران الوليدة خلال منخر انسداد. ومع ذلك، 24 ساعة بعد إزالة المكونات الأنف، في وقت الاختبار تفضيل رائحة، ومستويات قابلة للمقارنة pCREB طن نصفي الكرة الأرضية، مما يشير إلى تأثير الانسداد الحاد هو عكسها تماما 24. لذلك، ويرجع ذلك إلى نقص الذاكرة، ولكن لا يعود إلى تغيير أو عدم الإدراك رائحة المرتبطة تلف الأنسجة أثناء اختبار عدم وجود تفضيل لاختبار النعناع مع منخر المغطي سابقا. بالإضافة إلى ذلك، التسجيلات الكهربية من السيطرة O / S - الحيوانات (مع منخر واحد المغطي أثناء التعرض للرائحة دون التمسيد) لم تظهر أي اختلافات في fEPSPs أو عدد الخلايا الهرمية تنشيط ينظر مع التصوير الكالسيوم - تؤكد أيضا لا يوجد أي تغيير وظيفي في القشرة الكمثرية بسبب هذه المدى القصير انسداد المنخر عكسها 24،25.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polythylene 20 tubing Intramedic 427406 Non-radiopaque, Non-toxic
3-0 Silk suture thread Syneture Sofsilk Non-absorbent
Silicone grease Warner Instrument 64-0378 Odorless
2% Xylocaine gel AstraZeneca Prod. No 061 Lidocaine hydrochloride jelly, purchased at local pharmacy
Paint brush Dynasty 206R Similar size/other brands work too
Peppermint extract Sigma-Aldrich W284807 Other brands should be okay too
Training box Custom-made N/A Acrylic box (20 x 20 x 5 cm3), see Figure 2A. Parameters and material for the box are not critical and can be modified. Material used should be odorless and does not absorb odors
Testing chamber Custom-made N/A Stainless steel (30 x 20 x 18 cm3), see Figure 2B. Parameters and material for the chamber are not critical and can be modified. For example, an acrylic chamber instead of a stainless steel one can be used
pCREB antibody Cell Signaling 9198 Ser 133 (87G3) Rabbit mAb
Chloral hydrate Sigma-Aldrich C8383 N/A
Paraformaldehype Sigma-Aldrich P6148 N/A
Sucrose Sigma-Aldrich S9378 N/A

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gregory, E. H., Pfaff, D. W. Development of olfactory-guided behavior in infant rats. Physiol Behav. 6, 573-576 (1971).
  2. Alberts, J. R., May, B. Nonnutritive, thermotactile induction of filial huddling in rat pups. Dev Psychobiol. 17, 161-181 (1984).
  3. Galef, B. G., Kaner, H. C. Establishment and maintenance of preference for natural and artificial olfactory stimuli in juvenile rats. J Comp Physiol Psychol. 94, 588-595 (1980).
  4. Johanson, I. B., Hall, W. G. Appetitive learning in 1-day-old rat pups. Science. 205, 419-421 (1979).
  5. Johanson, I. B., Hall, W. G. Appetitive conditioning in neonatal rats: conditioned orientation to a novel odor. Dev Psychobiol. 15, 379-397 (1982).
  6. Johanson, I. B., Teicher, M. H. Classical conditioning of an odor preference in 3-day-old rats. Behav Neural Biol. 29, 132-136 (1980).
  7. McLean, J. H., Darby-King, A., Sullivan, R. M., King, S. R. Serotonergic influence on olfactory learning in the neonate rat. Behav Neural Biol. 60, 152-162 (1993).
  8. Moore, C. L., Power, K. L. Variation in maternal care and individual differences in play, exploration, and grooming of juvenile Norway rat offspring. Dev Psychobiol. 25, 165-182 (1992).
  9. Pedersen, P. E., Williams, C. L., Blass, E. M. Activation and odor conditioning of suckling behavior in 3-day-old albino rats. J Exp Psychol Anim Behav Process. 8, 329-341 (1982).
  10. Sullivan, R. M., Hall, W. G. Reinforcers in infancy: classical conditioning using stroking or intra-oral infusions of milk as UCS. Dev Psychobiol. 21, 215-223 (1988).
  11. Sullivan, R. M., Leon, M. Early olfactory learning induces an enhanced olfactory bulb response in young rats. Brain Res. 392, 278-282 (1986).
  12. Weldon, D. A., Travis, M. L., Kennedy, D. A. Posttraining D1 receptor blockade impairs odor conditioning in neonatal rats. Behav Neurosci. 105, 450-458 (1991).
  13. Sullivan, R. M., Hofer, M. A., Brake, S. C. Olfactory-guided orientation in neonatal rats is enhanced by a conditioned change in behavioral state. Dev Psychobiol. 19, 615-623 (1986).
  14. Camp, L. L., Rudy, J. W. Changes in the categorization of appetitive and aversive events during postnatal development of the rat. Dev Psychobiol. 21, 25-42 (1988).
  15. Moriceau, S., Wilson, D. A., Levine, S., Sullivan, R. M. Dual circuitry for odor-shock conditioning during infancy: corticosterone switches between fear and attraction via amygdala. J Neurosci. 26, 6737-6748 (2006).
  16. Roth, T. L., Sullivan, R. M. Endogenous opioids and their role in odor preference acquisition and consolidation following odor-shock conditioning in infant rats. Dev Psychobiol. 39, 188-198 (2001).
  17. Roth, T. L., Sullivan, R. M. Consolidation and expression of a shock-induced odor preference in rat pups is facilitated by opioids. Physiol Behav. 78, 135-142 (2003).
  18. Sullivan, R. M. Developing a sense of safety: the neurobiology of neonatal attachment. Ann N Y Acad Sci. 1008, 122-131 (2003).
  19. Wilson, D. A., Sullivan, R. M. Olfactory associative conditioning in infant rats with brain stimulation as reward. I. Neurobehavioral consequences. Brain Res Dev Brain Res. 53, 215-221 (1990).
  20. Sullivan, R. M., Wilson, D. A., Leon, M. Associative Processes in Early Olfactory Preference Acquisition: Neural and Behavioral Consequences. Psychobiology. , 29-33 (1989).
  21. McLean, J. H., Harley, C. W., Darby-King, A., Yuan, Q. pCREB in the neonate rat olfactory bulb is selectively and transiently increased by odor preference-conditioned training. Learn Mem. 6, 608-618 (1999).
  22. Sullivan, R. M., Stackenwalt, G., Nasr, F., Lemon, C., Wilson, D. A. Association of an odor with activation of olfactory bulb noradrenergic beta-receptors or locus coeruleus stimulation is sufficient to produce learned approach responses to that odor in neonatal rats. Behav Neurosci. 114, 957-962 (2000).
  23. Yuan, Q., Harley, C. W., McLean, J. H. Mitral cell beta1 and 5-HT2A receptor colocalization and cAMP coregulation: a new model of norepinephrine-induced learning in the olfactory bulb. Learn Mem. 10, 5-15 (2003).
  24. Fontaine, C. J., Harley, C. W., Yuan, Q. Lateralized odor preference training in rat pups reveals an enhanced network response in anterior piriform cortex to olfactory input that parallels extended memory. J Neurosci. 33, 15126-15131 (2013).
  25. Morrison, G. L., Fontaine, C. J., Harley, C. W., Yuan, Q. A role for the anterior piriform cortex in early odor preference learning: evidence for multiple olfactory learning structures in the rat pup. J Neurophysiol. 110, 141-152 (2013).
  26. Nakamura, S., Kimura, F., Sakaguchi, T. Postnatal development of electrical activity in the locus ceruleus. J Neurophysiol. 58, 510-524 (1987).
  27. Harley, C. W., Darby-King, A., McCann, J., McLean, J. H. Beta1-adrenoceptor or alpha1-adrenoceptor activation initiates early odor preference learning in rat pups: support for the mitral cell/cAMP model of odor preference learning. Learn Mem. 13, 8-13 (2006).
  28. Shakhawat, A. M., Harley, C. W., Yuan, Q. Olfactory bulb alpha2-adrenoceptor activation promotes rat pup odor-preference learning via a cAMP-independent mechanism. Learn Mem. 19, 499-502 (2012).
  29. Isaacson, J. S. Odor representations in mammalian cortical circuits. Curr Opin Neurobiol. 20, 328-331 (2010).
  30. Lethbridge, R., Hou, Q., Harley, C. W., Yuan, Q. Olfactory bulb glomerular NMDA receptors mediate olfactory nerve potentiation and odor preference learning in the neonate rat. PLoS One. 7, e35024 (2012).
  31. Yuan, Q., Harley, C. W. What a nostril knows: olfactory nerve-evoked AMPA responses increase while NMDA responses decrease at 24-h post-training for lateralized odor preference memory in neonate rat. Learn Mem. 19, 50-53 (2012).
  32. Schwob, J. E., Price, J. L. The development of axonal connections in the central olfactory system of rats. J Comp Neurol. 223, 177-202 (1984).
  33. Kucharski, D., Hall, W. G. New routes to early memories. Science. 238, 786-788 (1987).
  34. Kucharski, D., Johanson, I. B., Hall, W. G. Unilateral olfactory conditioning in 6-day-old rat pups. Behav Neural Biol. 46, 472-490 (1986).
  35. Cummings, D. M., Henning, H. E., Brunjes, P. C. Olfactory bulb recovery after early sensory deprivation. J Neurosci. 17, 7433-7440 (1997).
  36. Kucharski, D., Hall, W. G. Developmental change in the access to olfactory memories. Behav Neurosci. 102, 340-348 (1988).
  37. Brunjes, P. C. Unilateral odor deprivation: time course of changes in laminar volume. Brain Res Bull. 14, 233-237 (1985).
  38. Kass, M. D., Pottackal, J., Turkel, D. J., McGann, J. P. Changes in the neural representation of odorants after olfactory deprivation in the adult mouse olfactory bulb. Chem Senses. 38, 77-89 (2013).
  39. Kim, H. H., Puche, A. C., Margolis, F. L. Odorant deprivation reversibly modulates transsynaptic changes in the NR2B-mediated CREB pathway in mouse piriform cortex. J Neurosci. 26, 9548-9559 (2006).
  40. Korol, D. L., Brunjes, P. C. Rapid changes in 2-deoxyglucose uptake and amino acid incorporation following unilateral odor deprivation: a laminar analysis. Brain Res Dev Brain Res. 52, 75-84 (1990).
  41. Leung, C. H., Wilson, D. A. Trans-neuronal regulation of cortical apoptosis in the adult rat olfactory system. Brain Res. 984, 182-188 (2003).

Tags

علم الأعصاب، العدد 90، والتعلم lateralized رائحة والجرذان، والذاكرة، والمكونات الأنف، البصلة الشمية، القشرة الكمثرية، CREB فسفرته
نموذج التعلم Lateralized الرائحة في الفئران حديثي الولادة لتشريح الدارات العصبية تعزيزالأساس تشكيل الذاكرة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Fontaine, C. J., Mukherjee, B.,… More

Fontaine, C. J., Mukherjee, B., Morrison, G. L., Yuan, Q. A Lateralized Odor Learning Model in Neonatal Rats for Dissecting Neural Circuitry Underpinning Memory Formation. J. Vis. Exp. (90), e51808, doi:10.3791/51808 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter