Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

מבחן אובייקטיבי, לשחזור של למידה חוש הריח ואפליה בעכברים

Published: March 22, 2018 doi: 10.3791/57142
Automatic Translation
*1,2, *2,3, 1, 2,4, 4, 4, 1,3,4,5
1Program in Developmental Biology, Baylor College of Medicine, 2Medical Scientist Training Program, Baylor College of Medicine, 3Department of Neuroscience, Baylor College of Medicine, 4Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, 5Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute at Texas Children's Hospital
* These authors contributed equally

Summary

כאן, אנחנו מאמנים עכברים בפעילות associative learning כדי לבדוק את ריח אפליה. פרוטוקול זה מאפשר גם במחקרים על למידה-induced שינויים מבניים במוח.

Abstract

חוש הריח המודאליות חושית הדומיננטית בעכברים, משפיע על התנהגויות חשובות רבות, כולל שיחור מזון, איתור טורף, הזדווגות, והורות. חשוב, עכברים יכולים להיות מאומנים כדי לשייך ריחות הרומן תגובות התנהגותיות ספציפיות כדי לספק תובנות פונקציה מעגל חוש הריח. פרוטוקול זה מפרט את ההליך עבור עכברים הדרכה בפעילות הולכים/לא הולכים למידה operant. בגישה זו, עכברים מאומנים על מאות ניסויים אוטומטית מדי יום במשך 2-4 שבועות, ואז יכול להיבדק על הרומן הולכים/לא הולכים ריח זוגות כדי להעריך את חוש הריח אפליה, או לשמש עבור מחקרים על איך ריח למידה משנה את מבנה או הפונקציה של חוש הריח מעגל. בנוסף, הנורה הריח העכבר (אבוב) כולל אינטגרציה מתמשכת של מבוגר-נולד נוירונים. מעניין, חוש הריח למידה מגביר הישרדות והן קשרים סינפטיים של נוירונים אלה למבוגרים-נולד. לכן, פרוטוקול זה יכול להיות משולב עם טכניקות טיפול נוספות הביוכימי אלקטרופיזיולוגיות, הדמיה ללמוד למידה, תלויי-פעילות גורמים מתווכים עצביים הישרדות, פלסטיות.

Introduction

העכבר אבוב, שבו מידע ריח נכנס לראשונה על מערכת העצבים המרכזית (CNS), מספק מודל מצויין ללמוד שינויים מבניים תלויי-ניסיון. OB circuity משתלבת ללא הרף למבוגרים-נולד נוירונים באופן בלתי תלוי-פעילות. מבוגר-נולד נוירון מבשרי לחלק של אבות כי קו לאזור subventricular הסמוך החדרים הצדדיים1. בעת העברת לתוך המכ, מבשרי עצביים אלה לשרוד, להבדיל, ו לשלב כתאי גרגר מעכבות או עוברים אפופטוזיס2. הבחירה לגורל תא מושפעת פעילות חוש הריח, כולל למידה חוש הריח3,4,5,6. לאחר שילוב, מתרחשים שינויים סינפטיים הנוצרות על-ידי למידה בתאים גרגר במהלך שבועיים קריטי תקופה7,8. לפיכך, מבחני ללמידה חוש הריח שימושיים לבחינת תלויי-ניסיון איך פלסטיות השפעות מבניות ופונקציונליים ארגון מחדש של מעגל חשמלי במוח הבוגר.

פרוטוקול זה מציע גישה אחת הכשרה חוש הריח באמצעות של פרדיגמה אופרנטית. במשימה זו, עכברים נטולי מים מאומנים כדי לשייך עונש זמן קצוב משפט אחד (לריח "ללכת") עם פרס המים וריח אחר ריח (ריח "האסור"). עכברים התקדמות דרך סדרה מדורגת של הכשרה שלבים במשך 2-4 שבועות. בסיום ההכשרה, עכברים להגיב לריח או מבוטל עם התנהגויות דיסקרטית, המקביל (המבקשים פרס מים על ניסויים קדימה, לא מחפשים. הפרס מים על ניסויים האסור) (איור 1א'). לאחר השלמת התרגול, עכברים ניתן לערער עוד יותר עם זוגות ריח כימי דומה לבדיקת אפליה או להפוך לקביעת מחקרים למידה איך הריח החוקר משנה את מבנה או הפונקציה של הרופא הקבוע למרות ריח אפליה הפעילויות שתוארו קודם לכן, ביותר להסתמך על מדידות סובייקטיבית כגון מספר שמסניפים בין שני odorants9,10. יתר על כן, הצורך האנושי הניקוד של משימות כגון הוא גם אינטנסיבית. הפעילות הולכים/לא הולכים חוש הריח למידה המתוארים פרוטוקול זה מציע לא משוחדת, ישיר מדידה של אפליה ריח ולמידה חוש הריח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל העכברים שימשו תחת פרוטוקול אושרה על ידי ביילור המכללה של רפואה מוסדיים חיה טיפול שימוש הוועדה בהתאם לסטנדרטים NIH. עכברים בשימוש פרוטוקול זה היו עכברים בוגרים כל (> גיל 6 שבועות) ב- C57BL6/j רקע וכללה עכברים גם זכר וגם נקבה. לאחר פעילויות הדרכה/הזמני, עכברים מוחזרות אל הכלוב שלהם הביתה.

1. בנייה, חוקים כלליים לשימוש Operant למידה תיבת (איור 1B, C)

  1. להרכיב תא עכבר עם רצפת החדר. להשאיר את תיבת הכשרה בפקק נמוך, אזור בתאורה כדי למנוע הסחות דעת.
  2. תרגיל כל יציאת מים עם חור קטן על גבי כדי לאפשר של מחט בקוטר 18 לוותר על מים בתוך הנמל.
  3. מילוי בקבוקון זכוכית עם odorant מומס שמן מינרלי (מוחלפים שבועית), בצורה מאובטחת להדק את הכובע.
  4. להתחבר מחט בקוטר 18 סיליקון אבובים. פירס קאפ בקבוקון זכוכית עם מחט בקוטר 18, וחבר את הקצה השני של סיליקון אבובים הצריכה של היציאות ריח.
  5. מקם כל צינורות סיליקון לתוך השסתום ריח.
  6. להתחבר לקו ואקום ליציאות ריח.
  7. לצרף שני מזרקים 10 מ"ל מוט מתכת אחזקות, להתחבר לצנרת תארגן את הדברים. להתחבר לצד השני של הצנרת מחט 18 גרם. להתאים את המחט לתוך החור מסועף של היציאה לתקוע את האף על תא העכבר. חבר את הקצה השני של הצנרת השסתום במים.
  8. למלא את שני מזרקים 10 מ"ל מים לשתיה מכרסמים.
  9. להתחבר עם מד זרימת אוויר צריכת האוויר ולשמור על זרימת האוויר ב- 3-5 L/דקה.
  10. לחבר את 2 שסתומים מים, 2 שסתומים ריח, 2 יציאות מים, ריח יציאת וכוח למערכת ממשק USB. להתחבר שסתומים כל יציאות 'פלט', לכל ריח ומים היציאות 'קלט' יציאות. התחבר כל ציוד חשמל פלטי מהתיבה ממשק USB, ולהתחבר לבסוף, תיבת ממשק USB לשלטון.
  11. להתאים את היניקה ואקום כדי למנוע זיהום צולב של ריחות בין ניסויים.
  12. השתמש אבובים ריח ספציפי כדי להתחבר בקבוקונים odorant לתא.

2. העכבר הכנה: 1 – 3 ימים

  1. לחלק עכברים 3 קבוצות: שליטה (אין הכשרה חוש הריח הכרחי), מיומן מדומים (עכברים המקבלים גמול או עונש באקראי), הכשרה לקבוצות. לחשוף עכברים מדומים הכשרה להעברת תיבת ואת ריח האימונים, אך אינם מספקים הדרכה חוש הריח כי התוצאה של גמול נגד ענישה משויך באופן אקראי עם הריח מועברים.
    הערה: הקבוצה מדומים מיומן יעברו הכשרה הפרדיגמה תחת בשלבים "Pseudotraining". עכברים מיומן ישלימו את כל שלבי ההכשרה. Pseudotraining הוא אופציונלי אם מטרת הניסוי היא assay על הבדלים התנהגותיים ריח אפליה או למידה. הפרוטוקול מסופקים שכאן מוסיף קבוצה זו אם הנסיין רוצה לחקור עצביים ההבדלים לפני ואחרי האימונים. הקבוצה pseudotrained ישלטו ואז ריח פסיבי חשיפה והדרכה הקשורים-חוש הריח.
  2. להתחיל הגבלת מים בעכברים כדי 40 מ"ל/ק"ג/יום. למנוע אובדן משקל גוף גדול מ- 20% ממשקל בסיסית החיה כדי למנוע מצוקה (איור 2א).
  3. שוקלים העכברים מדי יום כדי להבטיח שהם מעל 80% ממשקל בסיסית. אם עכבר יורד מתחת לסף זה, להסיר את העכבר מן המחקר ולספק גישה חופשית למים.
  4. שמור כל הגורמים הסביבתיים קבועה לאורך כל פרוטוקול כולל טמפרטורה, רעש, ריחות תועה (כולל ריחות בושם/בושם/דאודורנט והגוף אישי).
    הערה: כמו עם כל הבדיקות התנהגות בעלי חיים, שינויים סביבתיים קטן יכול מאוד להשפיע על התוצאות.

3. הנחיות בכל שלבי

  1. קוד תוכנה הדרכה עבור כל שלב להלן. להפעיל את התוכנה על התוכנה התנהגותית.
    הערה: קידוד עבור כל השלבים הכלולים קבצי קידוד משלימה. נתונים עבור 20 מסלולי מקובצים כמו מופע יחיד בלוק ועכבר מוצג לאורך רחובות. יתר על כן, בכל שלב ניתן לחזור על העכבר במשך מספר ימים, עד השלמת הקריטריונים ימולאו.
  2. אל תשמור עכברים בתיבת התנהגות עבור יותר מ 60 דקות/יום.
  3. העכבר נקי פסולת מן הכלוב לפני כל עכבר מועברת לכלוב. רסס ונגב את התא עם 70% אתנול כדי למנוע הפרעות ריח העכבר.

4. אימון שלב 1: שיוך מים פרס עם האף למרכז דגדג, 1-3 ימים

  1. בשלב זה, לשייך עכברים פרס מים על חקר יציאת מים.
  2. אימון שלב 1 הוראות תכנות
    1. תוכנית בשלב זה רק להשתמש הנמל משלוח מים. תן את העכבר ולקבל תגמול מים על כל לתקוע את האף.
      הערה: התוכנית יהיה הפלט משך הזמן של המשפט, המספר הכולל של מים מזכה את העכבר התקבל.
  3. הגדר את שלב א' pseudotraining תכנות כמו אימון שלב 1.
  4. תיבת התקנה וקביעת תצורה של העכבר
    1. לקבוע את תצורת תיבת התנהגות עם יציאת מים במרכז, עם כל היציאות לוואי בלתי נגישים. הנח את העכבר אל החדר. לסגור את תא העכבר ולהתחיל את התוכנית בשלב א'.
  5. לקחת בחשבון בשלב זה כמשימה שהושלמה כאשר העכבר משיגה ניסויים 100 בתוך 60 דקות להסיר העכבר מן החדר לאחר 60 דקות או מבחנים 100 כבר הושלמה (איור 2B).
    הערה: עקב הבדלים אישיים, עכברים באופן טבעי יימנעו לחקור את התיבה.
  6. אם עידוד נחוצה, באופן ידני לספק מים לתוך יציאת מים. חזור על שלב זה עד 3 ימים.
    הערה: עכברים כבר מאומנים שיכול לחזור עוד יותר כדי לשמור על הזוגיות, לשמור אותם על הגבלת נוזלים. אפשרי גם לקדם קבוצה שלמה לשלב 2 קבוצה הממוצע מגיע ל 100 ניסויים על 60 דקות. זה יאפשר עכברים כל להמשיך אימון באותו יום.

5. אימון שלב 2: פרס המים הצדדית שיוך יציאה ממרכז האף פוק, 1 – 5 ימים

  1. בשלב זה, תן העכברים לתקוע את האף שלהם בנמל מרכז, לאחר מכן מיד מקבלים גמול מים ביציאות בצד.
  2. תיבת התקנה וקביעת תצורה של העכבר
    1. להגדיר את זה, בכל שלב לאחר מכן עם 2 יציאות מים על הצדדים והנמל ריח באמצע. הנח את העכבר אל החדר. לסגור את תא העכבר ולהתחיל את התוכנית שלב 2.
  3. אימון שלב 2 הוראות תכנות
    1. לספק העכבר פרס מים מיידי משני הצדדים לאחר דגדג את האף אל המרכז יציאת המשלוח ריח. להגדיר את פרמטרי פלט בשלב זה כמו משך הזמן של המשפט, מספר הנסיונות יזמה מספר פרסים מים התקבל בתוך 5 s של אגרוף באף.
  4. הגדר את שלב 2 pseudotraining תכנות כמו אימון שלב 2.
  5. לקחת בחשבון בשלב זה כמשימה שהושלמה כאשר מינימום של 40 ניסויים מתבצעות ב 60 דקות, לפחות 25% של המים פרסים התקבל בתוך 5 s של לתקוע את האף את מרכז יציאה. להסיר את העכבר לאחר שלב זה השלים (איור 2C).
    הערה: התוכנית אימונים מחשבת את אחוז המים התגמולים קיבל באופן מסודר על מנת לקבוע השלמתו של שלב זה. למרות עכברים להשתנות כמה מהר הם להשלים שלב זה, במרבית העכברים יגיעו קריטריוני השלמה בתוך 5 ימים. עם זאת, אם עכבר לא הושלמה בשלב זה בתוך 5 ימים, לא מראש את העכבר לשלב הבא. העכבר הזה יוסר קבוצה.

6. אימון שלב 3: שיוך פרס מים עם ריח מסוים, בתוך חלון זמן ספציפי, 1-3 ימים

  1. בשלב זה, תן העכברים מקבלים ריח ללכת (S+) על אגרוף באף לנמל מרכז. לאחר מכן, תשואות פרס מים עם טיפת האף לתוך היציאות מים בצד בתוך 5 s.
  2. הכשרה בשלב 3 הוראות תכנות
    1. לספק הריח S+ במרכז יציאת ריח.
    2. להעביר את הפרס מים אם העכבר הוא דוחף את היציאות צד בתוך 5 s של משלוח ריח.
      הערה: התוכנית מתחילה ואחרת רק אגרוף באף 100 ms בנמל מרכז להניב פרס המים. ברגע העכבר הוא דוחף את היציאה מרכז עבור הסכום הנכון של זמן ב- 80% של ניסויים, משך הזמן של אגרוף באף הנדרש עבור פרס המים יגדל 50 מילישניות עד 400 אלפיות השניה.
    3. הגדר את פרמטרי פלט זהה לשלב 2.
  3. הגדר הוראות תכנות בשלב 3 pseudotraining זהה הכשרה בשלב 3. עם זאת, אל תחבר לריח S+ אל בקר משלוח ריח כדי להבטיח כי הריח S+ אינה קשורה פרס מים.
  4. תיבת התקנה וקביעת תצורה של העכבר
    1. הגדר תצורה זהה בשלב 2.
    2. להתחבר לריח S+ הבקר משלוח ריח. הנח את העכבר אל החדר. לסגור את תא העכבר ולהתחיל את התוכנית בשלב 3. להסיר את העכבר לאחר השלמת שלב זה.
  5. שקול את הבמה הזו כמשימה שהושלמה כאשר יש חזקים יותר פרסים 60 בתוך 60 דקות (איור 2D).

7. שלב 4A: שיוך מבוטל (S-) ריח ועונש פסק זמן, 1 – 2 ימים

  1. בשלב זה, להכיר את העכברים ריח האסור (S-). לספק עונש פסק זמן העכברים באופן שגוי לעבור בין יציאות מים לאחר שהריח את הריח האסור.
  2. שלב ההכשרה 4A הוראות תכנות
    1. לספק רק את odorant S+ בשלב זה בהתחלה, זהה לשלב 3. לאחר ניסויים 40 מלא עכברים, להתחיל אקראי מסירת ריחות כדי לכלול גם את S+ וגם את S-ריחות. תוכנית עונש פסק זמן 2-s אם העכבר מנסה לחפש פרס מים לאחר שהוצגו לריח האסור.
      הערה: כדי לסייע בהבחנה קדימה לעומת מבוטל, האורות בצד IR ניתן לטפל כך הם נמצאים במהלך odorants ללכת לסירוגין במהלך odorants האסור. האורות לשמש רמז משני כדי לסייע עכברים ההכשרה הראשונית. ברגע עכברים מאומנים עם האורות, הם צריכים ללכת תחת הדרכה ללא אורות כדי לוודא שהם למדו את הפעילות עם ריחות.
    2. הגדר את פרמטרי פלט משך זמן של משפט, מספר הנסיונות יזם, מספר הנסיונות הושלמה, אחוז נכון, המספר הכולל של תגמולים התקבל.
  3. הגדר שלב pseudotraining 4A הוראות תכנות אותו אימון שלב 4S חוץ S+, S-ריחות מוצגים באופן אקראי מן ההתחלה. לתת מים עונשים גמול או פסק זמן באקראי, ללא קשר לפעילות ביצועים.
  4. תיבת התקנה וקביעת תצורה של העכבר
    1. הגדר תצורת תיבת זהה הקודם שלב 3.
    2. להתחבר הבקר משלוח ריח S+ והן S-ריח. הנח את העכבר אל החדר. לסגור את תא העכבר ולהתחיל את התוכנית 4A הבמה. לאחר ניסויים 40 מלאה עכברים לעבור את התוכנית להעביר באופן אקראי את ריחות. להסיר את העכבר לאחר השלמת שלב זה.
  5. שקול את הבמה הזו כמשימה שהושלמה כאשר 40 ניסויים עם > 60% תגובות נכונות.

8. במה 4B: שיוך מבוטל (S-) ריח ועונש פסק זמן, 5-11 ימים

  1. שלב ההכשרה 4B הוראות תכנות
    1. להפוך בשלב זה זהה הבמה 4A, אולם העונש פסק זמן על ניסיון פרס מים לאחר ריח-S הוא 4 s.
  2. הגדר את הפרס מים pseudotraining הבמה 4B תכנות הוראות זהה הבמה 4A, עם זאת, פסק זמן העונש נמסרים באופן אקראי לכל משפט.
  3. תיבת התקנה וקביעת תצורה של העכבר
    1. הגדר תצורת תיבת זהה 4A בשלב הקודם.
    2. להתחבר הבקר משלוח ריח S+ והן S-ריח. הנח את העכבר אל החדר. לסגור את תא העכבר ולהתחיל את התוכנית 4B הבמה. שקול בשלב זה מלאה כאשר קיימים > ניסויים 100 בתוך 60 דקות עם דיוק > 85% (איור 2E)
  4. לעקוב אחר האחוז המזערי והמרבי הנכון עבור כל מושב לעקוב אחר ההתקדמות של כל עכבר בשלב זה. כ- 85-90% של עכברים להגיע קריטריוני השלמה בשלב זה. הכללת עכברים אינם זוכים השלמת שלב זה עבור הולכים/לא הולכים שלב הבדיקה.
  5. (אופציונלי) בסוף שלב זה, החל אימון היפוך, איפה הולכים/לא הולכים odorants מוחלפות על פלטפורמת המבחנה ריח. ודא כי העכברים הם לא להתרועע עם גירוי אחר, כמו הצליל של השסתומים המשויך היציאות בצד.

9. הולכים/לא הולכים assay פעילות: 1 יום, 20 דקות לכל העכבר ליום

  1. . ראה זאת לשלב הגמר לקביעת רמת הדיוק של זיהוי ריח אגודות ולמידה להפלות זוגות ריח.
    הערה: הרומן odorants מנוצלים עבור S / S-כדי לבדוק כמה זמן חיות לקחת ללמוד אסוציאציות חדשות. זוגות odorant מבנית דומה משמשים כדי להגביר את הקושי של המשימות. דוגמאות 1-Butanol לעומת 1-Pentanol, אצטט Isoamyl לעומת Isoamyl Butyrate, ו + Carvone לעומת - Carvone.
  2. הוראות תכנות
    1. תן את תוכנת אימון לזהות את אורך לתקוע את האף. תוכנית אגרוף באף 300 ms בנמל ריח מרכז לביצוע המשימה.
    2. הגדר את פרמטרי פלט זהה הבמה 4B, רק אל תשתמש כל האור מודרכת רמזים.
  3. תיבת התקנה וקביעת תצורה של העכבר
    1. הגדר תצורת תיבת זהה 4B בשלב הקודם.
    2. להתחבר הבקר משלוח ריח S+ והן S-ריח. הנח את העכבר אל החדר. לסגור את תא העכבר ולהתחיל את הבמה הולכים/לא הולכים התוכנית. חושפים את העכברים אשר למדו את המשימה למידה חוש הריח זוגות הרומן של ריחות כימית דומה.
      הערה: להגיע Wildtype עכברים עם ריח נאותה אפליה > 85% דיוק עם הרומן odorants לאחר כ 10-20 בלוקים או 200-400 מבחנים (איור 3א).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ברגע עכברים למדו את המשימה למידה חוש הריח, הם יכולים עכשיו לקשר ריח הרומן זוגות עם שכר ועונש. אלו עכברים מיומן בדרך כלל מתחילים עם-50% דיוק במשימה הולכים/לא הולכים. ניתן להתוות את האחוז הנכון על ידי ניסיון לחסום כמו עקומת למידה עבור זוגות ריח הרומן (איור 3א). במסגרת הניסויים בלוק 10, אשר לקחת במרבית העכברים במרחק של פחות מ 30 דקות כדי לבצע, העכברים מסוגלים כראוי להפלות בין ריחות עם יותר מ-85% דיוק (הקו האדום). זה מראה כי הפרוטוקול שלנו בהצלחה אימן wildtype עכברים לשיוך ניחוח אחד פרס מים ועוד עם עונש זמן קצוב. כדי להעריך את היכולות אפליה בין שני גדודים, נתונים אלה ניתן עוד לנתח כדי להשוות את מספר הנסיונות צריכה להגיע 85% מיומנות (איור 3ב) או על-ידי האחוז הממוצע הנכון לאחר שהגיע מיומנות.

ברגע עכברים ללמוד את המשימה, זוגות ריח יכול להיות שונה כדי להגדיל או להקטין את הקושי של המשימות. לדוגמה, הפחתת ריכוז ריח-זוג מגבירה את הקושי פעילות (איור 3ג'). ניתוח זה יכול לחשוף את סף הזיהוי עבור עכברים שונים גדודים. יתר על כן, ריח זוגות יכולים להשתנות כדי להיות יותר מבנית דומה (קרי, enantiomers או הבדלים פחמן יחיד). תערובות ריח יכול לשמש גם כדי להגביר את הקושי פעילות (כלומר, 40/60 תערובת לעומת 30/70 תערובת).

עכברים הם גם מסוגל לזכור זוגות ריח המלומד הקודם. אחרי 7 ימים מאז לימוד המשימה, מופע מבחן האחזור wildtype עכברים במהירות זוכר בעבר נודע ריח שיוכי (איור 3ד').

Figure 1
איור 1 : הולכים/לא הולכים האימונים הפרדיגמה וציוד תצורה. (א) עכברים להגיב בצורה נכונה או מים להשיג במהלך המצגת ריח ללכת או על ידי הימנעות במהלך המצגת ריח האסור. (B) ההתנהגות תיבת נקבעה כך רק יציאת מים יחיד נגיש במהלך שלב 1, כל השלבים הבאים מכילים הן יציאת המשלוח ריח המרכזי והן שתי יציאות מים. העיגול הכחול: יציאת מים. עיגול ירוק: יציאה ריח. (ג) ריח משלוח יש פיקוח על ידי שסתום ניחוח אחד עבור כל ריח. צריכת אוויר בלחץ חיובי מוביל מפיץ. חצים אדומים מציינים צינור לחץ אוויר חיובי נכנס לתוך המבחנה ריח מוכן (עיגול אדום). החץ הכחול מציינת תערובת אויר/ריח עוזב את המבחנה ריח, עובר דרך שסתום ריח (עיגול כחול בהיר) והזנת אווירה לבן שילוב התיבה. חץ כתום מציין אוויר בלחץ חיובי הולך שסתום מרכזי הרגולטור (עיגול כתום) לתיבה שילוב כדי לאפשר לחץ אוויר חיובי לדחוף את תערובת ריח/אוויר מתיבת אינטגרטור לנמל משלוח ריח (חץ תחתון שחור). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : הדרכה נתונים. (א) עכברים למשקל הגוף אחוז אינה ירידה מתחת 80% בזמן הגבלת נוזלים. הקו האדום = 80% הסף. N = 8 עכברים. (B) שלב 1 אימונים תוצאות להציג את מספר מרכז יציאה בפוקס ב 60 דקות כדי לקבל גמול מים. N = 8 עכברים. קווי שגיאה הם שגיאת התקן של הממוצע. (ג) שלב 2 אימונים התוצאות מראות אחוזי מים תגמולים התקבל בתוך 5 s של מרכז לתקוע את האף. הקו האדום הוא הסף 25%. זאת אומרת אחוז עם סימון אפור כמו שגיאת התקן של הממוצע. N = 8 עכברים. (ד) שלב 3 המצטבר מזכה הצג את מספר פרסים התקבל על ידי עכברים 8 ביום 1 וביום 2 אימונים. הקו האדום הוא 60 ספי גמול. קווי שגיאה הן סטיית תקן. (E) שלב 4B דיוק תוצאות להציג אחוז התגובות הנכונות על הבמה 4B. הקו האדום הוא 85% של הסף. קו שחור מלא הוא מתכוון והוא סימון אפור שגיאת התקן של הממוצע. N = 4 עכברים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: נציג תוצאות עבור פעילות הולכים/לא הולכים. (א) הולכים/לא הולכים משימה עבור 2 odorants הרומן (S+ = isoamyl אצטט/S-= אצטט עמילן) אחרי עכברים הוכשרו eugenol (S+), eucalyptol (S-). N = 5 עכברים, עם שגיאת תקן של ממוצע באפור. הקו הירוק הוא 50% דיוק, הקו האדום הוא סף 85% דיוק. (B) דוגמה הולכים/לא הולכים פעילות עכבר זה יהיה לומד מהר לעומת עכבר לומד hexanol (S+), חומצה בוטירית (S-). (ג) הולכים/לא הולכים משימה עבור לחצים שונים חלקית של hexanol (S+), חומצה בוטירית (S-). (ד) היכולת של עכברים לזכור את זוג ריח 7 ימים אחרי האימונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מערכת הריח מכרסמים מספקת מודל ייחודי ללמוד פלסטיות התלויים חושית. כאן נציג של פרדיגמה למידה חוש הריח לאלף עכברים לשיוך odorant זוגות עם פרס או עונש. דרך פעילות למידה זו, שניתן ללמוד במורד הזרם במעגל שינויים בניסויים הבאים (אלקטרופיזיולוגיה, ויוו הדמיה עצביים, וכד'). בגמר, עכברים ילמדו לביצוע משימה מרומז ריח פשוט לקשר פרס מים עם ניחוח אחד, עונש זמן קצוב עם ריח אחר.

מאז זה וזמינותו התנהגות, אנו ממליצים על ניצול של חלוקה שוויונית של גיל ומין בין ניסיוני ושליטה וארגוני בעלי חיים. זה הכרחי כי התנאים בין עכברים נשמרים גם קבוע ככל האפשר. לדוגמה, ודא כי המטפל עכברים ואת תנאי התאורה נשארת קבועה לאורך כל האימון. אם עכברים רבים אינם מבצעים את המשימה כצפוי, ודא ימולאו התנאים הבאים: (1) שמור הגדרת התנהגות שקט ככל האפשר. (2) המים לשלול העכברים במידה מספקת. אנו מוצאים כי גם לאחר יום שלם של מחסור במים, עכברים רבים לא מספיק שותה מספיק מהנמל המרכז של תיבת שלב 1 כדי להגיע קריטריוני השלמה. (3) בתחילת כל חדש עכבר, בדוק את ריח/מים שסתומים ואת צינורות כדי להבטיח השמה נכונה. (4) Odorants נבדלים התנודתיות שלהם, לכן חלקם מתאדים מהר יותר מאחרים. להחליף odorants נדיף יותר עם לחצים אדי גבוה מדי יום במקום שבועי, במיוחד אם ריכוז נמוך יותר משמשים.

פרוטוקול זה יכול להיות שונה בהתאם למטרה ניסיוני. אם זמן הלימוד ב- 4B שלב חשוב, ואז זה יכול להיות מומלץ להסיר כל ריחות עד שלב זה. פעולה זו מבטיחה כי כל למידה חוש הריח מתחילה אצל 4B הבמה. לשם כך, ערכנו לפרוטוקול זה על-ידי הסרת הריח שלב 3, תוך דילוג על שלב 4A לחלוטין. עכברים יהיה קשה יותר להגיע קריטריוני השלמה באמצעות שיטה זו, אבל זה גם נותן מידע יקר ערך עבור מה עכברים ללמוד במהירות משימה זו הפעם הראשונה.

מגבלה אחת של פרוטוקול זה הוא שיש עכברים להשלים שלבים שונים עד חוש הריח ניתן לבצעם. לכן, למרות, לא נראתה על ידי המעבדה שלנו, מניפולציה עשוי לעכב קוגניציה כך הבמה 4B בעקביות לא הושגה. ניסינו לשלול בעיה זו על-ידי הבטחת כי כל שלב הוא מספיק ארוך מספיק כדי לאפשר במרבית העכברים לסיים אל השלב הבא של אימון. עם זאת, אם עכבר לא מגיעים קריטריוני השלמה עבור שלב גם לאחר תקופת אימון מלא, אנחנו להסיר את העכבר של קבוצה. פעולה זו מאפשרת לנו להמשיך את המחקר מבלי להמתין כל עכבר בודדות. מגבלה נוספת היא שיש לנו עוד להרחיב את פרוטוקול זה כדי דגמים בעלי חיים אחרים חשובים עבור השדה של חוש הריח. חולדות, לדוגמה, כבר סייעה לחשוף תפקוד בתוך11,OB12. בגלל האינטליגנציה שלהם, חולדות יש גם לומד מהר יותר פעמים מאשר עכברים13,14. למרות מגבלות אלו, בחרנו עכברים עבור פרוטוקול זה בגלל שלהם ללקוחות שלנו גנטי לביצוע מניפולציות ספציפי של סוג התא והקלטות15.

ברוב הפרוטוקולים הקיימים להשתמש הבדלים מרחרח ריח או זמן לבלות הבא כדי ריחות משוער אפליה או לימוד4,6,9,10,16. פרוטוקול זה ניתן למדוד ישירות אפליה על בסיס משפט על ידי המשפט. יתר על כן, זה יכול למדוד את המספר המדויק של ניסויים שהעכבר כל אחד צריך ללמוד שיוך. גישה זו אוטומטית לחלוטין הסרת כל הטיות האנושי ניתוח הנתונים. חיות מזון מקופח גם שימשו בהצלחה ללמידה חוש הריח. עכברים מים שללה נבחרו בשל עלייה במספר ניסויים שעכבר יכול לבצע עם מים מעל מזון16.

כמו פעילות מושתלת צגים, כגון עדשות Graded-Index (חיוך) יחידה מרובת אלקטרודות, להמשיך לשפר, אולי בקרוב נוכל לשלב בין הטכנולוגיות האלה זה פרוטוקול17,18. על ידי רישום טופס אזורים במוח רלוונטי במהלך הלמידה חוש הריח, זה אפשרי לחקור שינוי הפעילות העצבית איך במהלך associative learning. זה עשוי לעזור לחשוף שאלות יסוד במדעי המוח, כגון איך נוירונים לקודד מידע באופן שונה במהלך הלמידה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים, אין אינטרסים מתחרים.

Acknowledgments

פרוטוקול זה הוא ממאמרו של העבודות הקודמות במרחק המעבדה שלנו (Huang. et al. 8)-כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי חיה על עצמך ועל שימוש הוועדה (ACUC) של ביילור לרפואה. זה נתמך על ידי המכון הרפואי מקנייר, NINDS מענק R01NS078294 B.R.A., NIH IDDRC גרנט U54HD083092, NIDDK מענק F30DK112571 JMP, מענק NINDS F31NS092435 CKM.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Glass vial Qorpak GLC-01016
Silicon Tubing Thermo Scientific 86000030
18 gauge needles BD 305196
1-Butanol Sigma Aldrich 437603
Propionic Acid Sigma Aldrich 402907
Mouse Chamber Med Associates ENV-307W
Chamber Floor Med Associates ENV-307W-GFW
Water Port Med Associates ENV-313W Need two
Odor stimulus Med Associates ENV-275 Contain 2 valves to gate odor delivery 
Odor Port Med Associates ENV-375W-NPP
USB Interface Med Associates DIG-703A-USB
Desktop Computer with Windows 2000, XP, Vista, or 7
Flow meter VWR 97004-952
Behavioral software Med Associates SOF-735 This software, which runs each training stage, has now been replaced with Med-PC V
Data Transfer software Med Associates SOF-731 This software formats the data to Excel
Training Software Med Associates DIG-703A-USB This software is used to program each training stage
Water Valve Neptune Research 225P012-11 This valve is used to gate the water delivery. Need Two
Odor Valve Neptune Research 360P012-42 This valve is used to gate the odor delivery. Need Two

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Carleton, A., Petreanu, L. T., Lansford, R., Alvarez-Buylla, A., Lledo, P. M. Becoming a new neuron in the adult olfactory bulb. Nat Neurosci. 6 (5), 507-518 (2003).
  2. Petreanu, L., Alvarez-Buylla, A. Maturation and death of adult-born olfactory bulb granule neurons: role of olfaction. J Neurosci. 22 (14), 6106-6113 (2002).
  3. Yamaguchi, M., Mori, K. Critical period for sensory experience-dependent survival of newly generated granule cells in the adult mouse olfactory bulb. PNAS. 102 (27), 9697-9702 (2005).
  4. Rochefort, C., Gheusi, G., Vincent, J. D., Lledo, P. M. Enriched odor exposure increases the number of newborn neurons in the adult olfactory bulb and improves odor memory. J Neurosci. 22 (7), 2679-2689 (2002).
  5. Arenkiel, B. R., et al. Activity-induced remodeling of olfactory bulb microcircuits revealed by monosynaptic tracing. PloS one. 6 (12), 29423 (2011).
  6. Alonso, M., Viollet, C., Gabellec, M. M., Meas-Yedid, V., Olivo-Marin, J. C., Lledo, P. M. Olfactory discrimination learning increases the survival of adult-born neurons in the olfactory bulb. J Neurosci. 26 (41), 10508-10513 (2006).
  7. Quast, K. B., et al. Developmental broadening of inhibitory sensory maps. Nat Neurosci. 20 (2), 189 (2017).
  8. Huang, L., et al. Task learning promotes plasticity of interneuron connectivity maps in the olfactory bulb. J Neurosci. 36 (34), 8856-8871 (2016).
  9. Arbuckle, E. P., Smith, G. D., Gomez, M. C., Lugo, J. N. Testing for odor discrimination and habituation in mice. J Vis Sci. (99), e52615 (2015).
  10. Zou, J., Wang, W., Pan, Y. W., Lu, S., Xia, Z. Methods to measure olfactory behavior in mice. Curr Protoc Toxicol. , 11-18 (2015).
  11. Uchida, N., Takahashi, Y. K., Tanifuji, M., Mori, K. Odor maps in the mammalian olfactory bulb: domain organization and odorant structural features. Nat Neurosci. 3 (10), 1035 (2000).
  12. Cang, J., Isaacson, J. S. In vivo whole-cell recording of odor-evoked synaptic transmission in the rat olfactory bulb. J Neurosci. 23 (10), 4108-4116 (2003).
  13. Parthasarathy, K., Bhalla, U. S. Laterality and symmetry in rat olfactory behavior and in physiology of olfactory input. J Neurosci. 33 (13), 5750-5760 (2013).
  14. Rajan, R., Clement, J. P., Bhalla, U. S. Rats smell in stereo. Science. 311 (5761), 666-670 (2006).
  15. Batista-Brito, R., Close, J., Machold, R., Fishell, G. The distinct temporal origins of olfactory bulb interneuron subtypes. J Neurosci. 28 (15), 3966-3975 (2008).
  16. Sakamoto, M., et al. Continuous postnatal neurogenesis contributes to formation of the olfactory bulb neural circuits and flexible olfactory associative learning. J Neurosci. 34 (17), 5788-5799 (2014).
  17. Resendez, S. L., Jennings, J. H., Ung, R. L., Namboodiri, V. M. K., Zhou, Z. C., Otis, J. M., Stuber, G. D. Visualization of cortical, subcortical, and deep brain neural circuit dynamics during naturalistic mammalian behavior with head-mounted microscopes and chronically implanted lenses. Nat Protoc. 11 (3), 566 (2016).
  18. Park, S., et al. One-step optogenetics with multifunctional flexible polymer fibers. Nat Neurosci. 20 (4), 612 (2017).

Tags

מדעי המוח גיליון 133 הריח מעגל למידה פלסטיות סינפטית גו/לא התנהגות התניה אופרנטית associative learning
מבחן אובייקטיבי, לשחזור של למידה חוש הריח ואפליה בעכברים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, G., Patel, J. M., Tepe, B.,… More

Liu, G., Patel, J. M., Tepe, B., McClard, C. K., Swanson, J., Quast, K. B., Arenkiel, B. R. An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice. J. Vis. Exp. (133), e57142, doi:10.3791/57142 (2018).

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