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  • 参考文献
  • 転載および許可

要約

ここでは、匂い弁別学習をテストする連想学習タスクにマウスを養成します。このプロトコルでは、脳の学習誘起構造変化に関する研究も可能です。

要約

嗅覚はマウスで優勢な感覚モダリティと採餌、捕食動物の検出、交尾、子育てなど、多くの重要な動作に影響を与えます。重要なは、マウスを訓練して、小説臭の嗅覚回路機能への洞察力を提供するために具体的な行動応答を関連付けることができます。このプロトコルは、行くかどうかオペラント学習タスクにマウスのトレーニングの手順を詳しく説明します。このアプローチでマウスは 2-4 週間のために毎日自動試験の何百もの訓練、および新規行くかどうかにおいペアで嗅覚の差別を評価したり、構造や機能、嗅覚の匂い学習を変更する方法の研究に使用するテストできます。回路。さらに、マウスの嗅球 (OB) は大人生まれるニューロンの継続的な統合を備えています。興味深いことに、嗅覚学習増加生存とこれらの大人生まれるニューロンのシナプス接続します。したがって、このプロトコルは、神経細胞の生存と可塑性を仲介する学習と活動依存の要因を検討し他の生化学的、電気生理学的、およびイメージング技術と結合できます。

概要

マウス OB、匂いの情報中枢神経系 (CNS) に初めて入る場所、経験依存性構造変化を研究するための優れたモデルを提供します。OB の迂遠は継続的に活動に依存した方法で大人生まれるニューロンを統合します。大人生まれるニューロン前駆細胞は側脳室1に隣接する脳室下帯をライン前駆細胞から切り分けます。OB に移行する時にこれらの神経前駆細胞生き残るため、差別化し抑制性顆粒細胞として統合またはアポトーシス2を受けます。細胞の運命の選択は、嗅覚学習3,4,5,6を含む嗅覚の活動によって影響されます。統合後学習によるシナプス変化は 2 週間重要に期間7,8中に顆粒細胞で発生します。したがって、嗅覚学習のための試金は、どのように経験依存的可塑性の影響構造と機能再編成熟脳回路を調べる際に役立ちます。

このプロトコルでは、オペラント条件づけを用いた嗅覚トレーニング方法の 1 つを提供しています。このタスクでは水を奪われたマウスは 1 つ臭 ("Go"臭気) 水報酬と別臭気 (「立入禁止」臭気) トライアル タイムアウト罰に関連付ける訓練されます。2-4 週間にわたって訓練段階の傾斜シリーズを通してマウスの進行状況。トレーニングが完了したら、マウスが離散、対応する動作 (移動試験水の報酬を求めておよび立入禁止の試験水の報酬を求めていない) と行ったり可否の臭気に対応 (図 1A)。トレーニングが完了した後、マウスをさらに化学的に類似の香りペアで挑戦できる差別をテストしたりに移行になる研究調査方法嗅覚学習改変の構造や OB の機能匂い弁別課題が報告されている、最も 2 つ匂い9,10間盗聴の数などの主観的な測定に依存してください。さらに、人間得点などのタスクのための必要性はまた時間がかかるです。このプロトコルで説明する行くか嗅覚学習作業では、公平な直接測定匂い弁別学習と嗅覚学習を提供しています。

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プロトコル

すべてのマウスは、NIH の基準に従ってベイラー大学の医学機関動物ケアおよび使用委員会によって承認されたプロトコルで使用されていた。マウスをこのプロトコルで使用されたすべての成体マウス (> 6 週齢) C57BL6/j の背景し、男性と女性の両方のマウスを含まれています。トレーニング/ステージング タスク後マウスが彼らのホームのケージに返されます。

1、建設やオペラント学習ボックス (図 1B, C) を使用するための一般規則

  1. 商工会議所の床とマウスの商工会議所を組み立てます。気晴らしを避けるため薄暗いエリア、トラフィックの少ないトレーニング ボックスをしてください。
  2. 各水ポート ポート内部に水を分配するための 18 g 針を許可するように上部の小さな穴をドリルします。
  3. 匂い (週 1 回交換)、鉱物油に溶けないとガラスの瓶を埋める、安全キャップを締めます。
  4. 18 g 針をシリコン チューブに接続します。18 g 針、ガラス瓶のキャップに穴を開ける、臭気ポートの取入口にシリコン チューブのもう一方の端を接続します。
  5. 臭気弁各シリコーン チューブを配置します。
  6. 真空ラインを臭気ポートに接続します。
  7. 10 mL 注射器 2 金属保持棒にし、注射器にチューブを接続します。18 G 針にチューブの反対側を接続します。針を鼻突くポート マウス チャンバーの穴に収まります。水のバルブにチューブのもう一方の端を接続します。
  8. 齧歯動物の飲料水の 10 mL の注射器を 2 を入力します。
  9. 空気取り入れ口に空気流量計を接続し、3 ~ 5 L/分で空気の流れを維持します。
  10. 2 水弁、2 臭気バルブ、水・ ポート × 2、臭気ポート、および電源を USB インターフェイス システムに接続します。'の出力ポートにすべてのバルブ、'入力' にすべての臭気や水のポートと接続ポート。電源 USB インターフェイス ボックスから出力し、最後に、USB インターフェイス ボックスを電源に接続するすべての機器を接続します。
  11. 臭気試験間のクロス汚染を避けるために真空吸引を調整します。
  12. 商工会議所に匂いバイアルを接続するのに特定の臭気管を使用します。

2. マウスの作製: 1-3 日

  1. マウスを 3 グループに分割: コントロール (嗅覚トレーニング不要)、擬似訓練された (マウス ランダムに報酬や罰を受けた)、グループを訓練し、。トレーニング ボックスおよび臭気配信に疑似訓練されたマウスを公開しますが、配信臭罰と報酬の結果はランダムに関連付けられるために、嗅覚トレーニングを提供してください。
    注: 擬似訓練を受けたグループは、"Pseudotraining"の段階の下で訓練パラダイムを通過します。訓練されたマウスは、すべてのトレーニングの段階を完了します。Pseudotraining は、実験の目的は匂い弁別学習や学習の行動の違いを分析する場合は省略可能です。プロトコルは提供前に、とトレーニング後に神経の違いを探すために実験者がしたい場合ここでこのグループに追加します。Pseudotrained グループをパッシブ臭気曝露と非嗅覚関連訓練のため制御でしょう。
  2. 40 mL/kg をマウスの水制限の開始日。(図 2A) の苦痛を避けるために動物の基準重量の 20% 以上の体重減少を避けます。
  3. ベースラインの体重の 80% 以上あることを確認する毎日のマウスの重量を量る。マウスがこのしきい値を下回った場合の研究から、マウスを削除し、水への無料アクセスを提供します。
  4. すべての環境要因は温度、ノイズ、および浮遊臭 (香水/ケルン/消臭香り、身体など) を含むプロトコル全体保ちます。
    注: すべての動物の行動のテストと同様、小さな環境の変化はこの結果に影響大きくできます。

3. すべての段階について

  1. 以下の各段階のトレーニング ソフトウェアをコードします。行動のソフトウェアで、ソフトウェアを実行します。
    注: は、補足的なコーディング ファイルに含まれているすべての段階のためのコーディングします。20 コースのデータはブロック間で単一のブロックとマウスの性能が表示されるようにグループ化されます。さらに、各ステージは、数日間修了条件が満たされるまで、マウスの繰り返すことが。
  2. 60 分/日以上の動作ボックスでマウスを保持しません。
  3. 各マウスがケージに移る前にケージからきれいなマウスの廃棄物。スプレーし、マウス臭気気晴らしを最小限に抑えるための 70% のエタノールとチャンバーを拭いてください。

4. トレーニング ステージ 1: センター鼻突く、1-3 日で水報酬を関連付ける

  1. この段階では、マウスを水ポートの探求の上に水の報酬に関連付けます。
  2. トレーニング ステージ 1 プログラミング命令
    1. このステージのみ水配送のポートを使用するプログラムします。各鼻突くのための水報酬を受け取るマウスをしましょう。
      注: プログラムの出力試験の時間と水の合計数報酬受け取ったマウス。
  3. トレーニング ステージ 1 と同じプログラミング pseudotraining ステージ 1 を設定します。
  4. ボックス構成とマウスのセットアップ
    1. 中心部の水ポートとアクセスできないすべての側のポートの動作] ボックスを構成します。商工会議所にマウスを配置します。マウス室を閉じるし、ステージ 1 プログラムを開始します。
  5. この段階を考慮すると完全にマウスを実現 100 試験 60 分削除に 60 分または 100 回の試行されている後房からマウス完了 (図 2B)。
    注: 個体差によりボックスの探索からは当然いくつかのマウスが控えます。
  6. 励ましが必要な場合は、水のポートに水を手動で配信します。3 日前までにこの段階を繰り返します。
    注: 既に訓練されたマウスは、パリティを維持するためと水分制限にそれらを維持するさらに繰り返されることができます。また、グループ平均 100 試験/60 分に達すると、ステージ 2 にグループ全体を促進することが可能です。これは、同じ日に訓練を継続するすべてのマウスになります。

5. トレーニング ステージ 2: 関連付ける側ポート水報酬センター ポート鼻突く、1-5 日

  1. この段階で、センター ポートで彼らの鼻を突くし、側ポートに水報酬をすぐに受け取るマウスをしましょう。
  2. ボックス構成とマウスのセットアップ
    1. 両側に 2 水ポートと途中で臭気ポートこれおよびすべてのそれに続く段階を構成します。商工会議所にマウスを配置します。マウス室を閉じるし、ステージ 2 プログラムを開始します。
  3. トレーニング ステージ 2 プログラミング命令
    1. マウスを提供即時水報酬両側鼻突く後中心に臭気配信ポート。臨床試験、開始、試行回数と水の報酬は 5 内で受け取った数時間としてこの段階の出力パラメーターを設定鼻突くの。
  4. トレーニング ステージ 2 と同じプログラミング pseudotraining ステージ 2 を設定します。
  5. 水報酬 5 以内の少なくとも 25% の 60 分で 40 試験の最小値を実行すると、完全なは、この段階を考慮センター ポート鼻突くの。一度この段階が完了する (図 2C) マウスを削除します。
    注: トレーニング プログラムは、この段階の完了を決定するためにタイムリーな方法で受け取られる水報酬の割合を計算します。マウスがどのように高速で異なりますがこの段階を完了する、ほとんどのマウスは、5 日以内修了条件に達します。ただし、マウスが 5 日以内この段階を完了していない場合マウスを次のステージに進出か。このマウスは、コホートから削除されます。

6. 訓練段階 3: 水報酬を関連付けは、特定の匂いとは特定の時間ウィンドウ、1-3 日以内

  1. この段階で鼻突く時に行く (+) 匂いは、センター ポート マウスをしましょう。その後、5 内側水ポートに鼻突く時に水の報酬を得られる s。
  2. トレーニング ステージ 3 のプログラミング手順
    1. 中心部の s + 臭気臭気ポートを提供します。
    2. マウス 5 内側ポートをからかう場合水報酬を提供臭気配信の s。
      メモ: プログラムは、のみ水報酬をもたらすセンター ポートを 100 ms 鼻突くを要求することによって開始します。鼻突くの時間必要水報酬増 50 ms のマウス試験の 80% の時間の適切な量のセンター ポートに突き出て、一度最大 400 ms。
    3. ステージ 2 には同一出力パラメーターを設定します。
  3. トレーニング ステージ 3 と同じで pseudotraining ステージ 3 のプログラミング手順を設定します。ただし、s + 臭気を s + 臭気が水報酬に関連付けられていないことを確保するため臭気配信コント ローラーに接続しないでください。
  4. ボックス構成とマウスのセットアップ
    1. 第 2 段階で同じ構成を設定します。
    2. S + 臭を臭気配信コント ローラーに接続します。商工会議所にマウスを配置します。マウス室を閉じるし、ステージ 3 プログラムを開始します。この段階が完了したら、マウスを削除します。
  5. 60 分 (図 2D) 以内 60 報酬より大きいがある場合は、完全なは、この段階を検討してください。

7. ステージ 4 a: 立入禁止 (s-) 臭とタイムアウト罰、1-2 日間の関連付け

  1. この段階では立入禁止の匂い (s-) マウスを紹介します。立入禁止の匂いを嗅いで後水ポートに正しくに行くマウスにタイムアウトの罰を提供します。
  2. トレーニング ステージ 4 a プログラミング命令
    1. 初めに、ステージ 3 と同じこのステージで s + 匂いだけを提供します。マウスの完全な 40 試験の後など s + S 悪臭悪臭のランダム配信を開始します。マウスは、立入禁止の臭気が提示された後水報酬を求めるしようとする場合は、2 のタイムアウト罰をプログラムします。
      注: 移動対可否を区別するを支援するため IR サイド ライト操作できる行く匂い中にしてオフするよう立入禁止の匂いの中に。ライトは、初期研修でマウスを支援するためにセカンダリ キューとして機能します。マウスは、ライトで訓練を受けています、一度彼らが彼らは悪臭とタスクを学んだことを確認するためにライトなし下行くトレーニング必要。
    2. 試験、試験開始の数、完成品の試験の数、% 正しいと受け取った報酬の合計数の時間として、出力パラメーターを設定します。
  3. S + を除いて訓練ステージ 4 s として pseudotraining ステージ 4 a のプログラミング命令を同じに設定し、S 悪臭は、最初からランダムに表示されます。水を与える報酬またはタイムアウトの罰でランダム タスク パフォーマンスに関係なく。
  4. ボックス構成とマウスのセットアップ
    1. 前のステージ 3 と同じでボックスの構成を設定します。
    2. S + と S 臭を臭気配信コント ローラーに接続します。商工会議所にマウスを配置します。マウス室を閉じるし、ステージ 4 a プログラムを開始します。マウスの完全な 40 試験の後に、悪臭をランダムに提供するプログラムを切り替えます。この段階が完了したら、マウスを削除します。
  5. > 60% 正解で 40 試験がある場合は、完全なは、この段階を検討してください。

8. ステージ 4 b: 立入禁止 (s-) 臭とタイムアウト罰、5-11 日の関連付け

  1. トレーニング ステージ 4 b プログラミング命令
    1. しかし S 臭後水報酬を試みるための時間を罰は 4 ステージ 4 a と同じこのステージを作る s。
  2. ただしステージ 4 a と同じ指示をプログラミング pseudotraining ステージ 4 b 水報酬を設定し、タイムアウト罰がトライアル 1 ランダムに配信されます。
  3. ボックス構成とマウスのセットアップ
    1. 前のステージ 4 a と同じでボックスの構成を設定します。
    2. S + と S 臭を臭気配信コント ローラーに接続します。商工会議所にマウスを配置します。マウス室を閉じるし、ステージ 4 b プログラムを開始します。ある場合、この段階を完全な検討 > 精度 60 分以内 100 試験 > 85% (図 2E)
  4. この段階で各マウスの進行状況を追跡する各セッションの正しい最大値と最小値の割合を監視します。マウスの約 85-90% は、この段階の修了条件を達する。行くかどうかテスト段階のこの段階の完了を達成しないマウスを除外します。
  5. (省略可能)この段階の最後に、行くかどうかの匂いが臭バイアル プラットフォームに切り換えれば逆転トレーニングを適用します。マウスはバルブ側ポートに関連付けられているサウンドなど、別の刺激に関連付けるされませんを確認します。

9 行くかどうかの分析タスク: 1 日、20 分あたり 1 日あたりマウス

  1. これは臭気の関連付けを識別し、臭気のペアを識別する学習の精度を決定する最終段階として検討してください。
    注: 新規の匂い、利用されている S + S - どのくらい動物をテストする新しい連合を学ぶにかかります。構造的に似たような匂いのペアを作業の難易度を上げるため。1-ブタノール イソアミル酪酢酸イソアミルと 1-ペンタノールとがありますと + 対 - カルボン カルボン。
  2. プログラミングの手順
    1. 鼻突くの長さを検出トレーニング ソフトウェアを聞かせてください。プログラムのタスクを実行する中心においポートで 300 ms 鼻突く。
    2. 出力パラメーターを除いて任意の光導を使用しないでステージ 4 b と同じ設定の手がかり。
  3. ボックス構成とマウスのセットアップ
    1. 前のステージ 4 b と同じでボックスの構成を設定します。
    2. S + と S 臭を臭気配信コント ローラーに接続します。商工会議所にマウスを配置します。マウス室を閉じるし、ステージに行くかどうかプログラムを開始します。化学的に同じような臭気の新規ペアに嗅覚学習課題を学んだマウスを公開します。
      注: 十分な匂い弁別学習と野生型マウスに達する > 10 20 ブロック約 200-400 試験 (図 3A) 以降後小説の匂いと 85% の精度です。

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結果

一度マウスの嗅覚学習タスクに学んだ、今報酬と罰小説臭ペアを関連付けることができます彼ら。これらの訓練を受けたマウスは通常約 50% で始まる進むかどうかのタスクでの精度。学習曲線の新しい臭気のペア (図 3A) として試作ブロックによって正しい割合をプロットできます。10 のブロック試験を実行する 30 分未満のほとんど?...

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ディスカッション

齧歯動物の嗅覚系は、感覚依存可塑性を勉強するユニークなモデルを提供します。報酬や罰臭気のペアに関連付けるためにネズミを訓練する嗅覚学習パラダイムをご紹介します。この学習を通じて下流の回路変更は (電気生理学、生体内神経イメージングなど) その後の実験で学ぶことができます。完了すると、マウスが 1 つ臭水報酬とタイムアウト罰別臭気に関連付ける単純な...

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開示事項

著者は、利害のないとない競争の興味を宣言します。

謝辞

このプロトコルは、前作 (黄ら研究室内から適応8). ここで説明したすべてのメソッドは、動物のケアおよび使用委員会 (ACUC) の薬の Baylor の大学によって承認されています。によりマクネア医学研究所、NINDS 付与 R01NS078294 B.R.A.、IDDRC NIH グラント U54HD083092、jmp、NIDDK グラント F30DK112571 および組織プラスミノーゲンアクテベータ補助金 F31NS092435 CKM にサポートされます。

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資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Glass vialQorpakGLC-01016
Silicon TubingThermo Scientific86000030
18 gauge needlesBD305196
1-ButanolSigma Aldrich437603
Propionic AcidSigma Aldrich402907
Mouse ChamberMed AssociatesENV-307W
Chamber FloorMed AssociatesENV-307W-GFW
Water PortMed AssociatesENV-313WNeed two
Odor stimulusMed AssociatesENV-275Contain 2 valves to gate odor delivery 
Odor PortMed AssociatesENV-375W-NPP
USB InterfaceMed AssociatesDIG-703A-USB
Desktop Computer with Windows 2000, XP, Vista, or 7
Flow meterVWR97004-952
Behavioral softwareMed AssociatesSOF-735This software, which runs each training stage, has now been replaced with Med-PC V
Data Transfer softwareMed AssociatesSOF-731This software formats the data to Excel
Training SoftwareMed AssociatesDIG-703A-USBThis software is used to program each training stage
Water ValveNeptune Research225P012-11This valve is used to gate the water delivery. Need Two
Odor ValveNeptune Research360P012-42This valve is used to gate the odor delivery. Need Two

参考文献

  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).

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