Comutator de dezvoltare în circuitele neuronale care stau la baza învățării miros-rău
Kiseko Shionoya
Departamentul de Zoologie, Universitatea din Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, SUA
Stephanie Moriceau
Departamentul de Zoologie, Universitatea din Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, SUA
Lauren Lunday
Departamentul de Zoologie, Universitatea din Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, SUA
Cathrine Miner
Departamentul de Zoologie, Universitatea din Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, SUA
Tania L. Roth
Departamentul de Zoologie, Universitatea din Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, SUA
Regina M. Sullivan
Departamentul de Zoologie, Universitatea din Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, SUA
Abstract
Șobolanii fetali și sugari pot învăța să evite mirosurile asociate cu boli înainte de dezvoltarea zonelor cerebrale care susțin această învățare la adulți, sugerând un circuit alternativ de învățare. Aici începem să documentăm tranziția de la sugar la circuitul neuronal adult care stă la baza învățării evitării mirosului-stare de rău folosind LiCl (0,3 M; 1% din greutatea corporală, ip) și o expunere de 30 de minute la miros de mentă. Grupurile de condiționare au inclus: miros asociat-LiCl, miros asociat-LiCl-Nursing, LiCl și miros-ser fiziologic. Rezultatele au arătat că condiționarea mirosului LiCl asociat a indus o aversiune a mirosului învățat în ziua postnatală (PN) 7, 12 și 23 de pui. Asistența medicală asociată cu miros-LiCl a indus o preferință de miros învățat la puii PN7 și PN12, dar a blocat învățarea la puii PN23. Autoradiografia 14C 2-deoxiglucoză (2-DG) a indicat o activitate olfactivă crescută a bulbilor la puii PN7 și PN12 cu preferință de miros și învățare de evitare. Aversiunea la miros la puii în vârstă de înțărcare (PN23) a dus la creșterea activității amigdalei la puii cu miros-LiCl împerecheați, dar nu dacă alăptau. Astfel, circuitul neuronal care susține aversiunile induse de stare de rău se schimbă asupra dezvoltării, indicând faptul că comportamentele similare învățate la sugari și adulți pot avea circuite neuronale distincte.
Animalele învață rapid să evite gusturile, mirosurile și texturile alimentelor asociate cu stare de rău, iar acest proces de învățare produce aversiuni condiționate de gust și miros (Garcia și colab. 1966, 1974; Batsell și Best 1992, 1993). Această învățare a fost demonstrată la începutul dezvoltării, incluzând atât ziua embrionară (ED), 18 șobolani și șoareci, cu timp de retenție care durează săptămâni (Hennessy și colab. 1976; Haroutunian și Campbell 1979; Smotherman 1982; Stickrod și colab. 1982b; Rudy și Cheatle 1983; Smotherman și Robinson 1985, 1990; Alleva și Calamandrei 1986; Coopersmith și colab. 1986; Molina și colab. 1986; Hoffmann și colab. 1987, 1990; Miller și colab. 1990; Hunt și colab. 1991, 1993; Abate și colab. 2001; Richardson și McNally 2003; Gruest și colab. 2004a). Achiziția de aversiune pentru gust/miros arată câteva diferențe specifice între pui și adulți. În primul rând, alăptarea în timpul achiziției tulbură învățarea aversiunii gustului, deși acest lucru se diminuează pe măsură ce puii se apropie de înțărcare (Martin și Alberts 1979; Gubernick și Alberts 1984; Melcer et al. 1985; Kehoe și Blass 1986). În al doilea rând, spre deosebire de parametrii temporali lungi permiși între miros/gust (stimul condiționat, CS) și boală (stimul necondiționat, SU) în aversiunea la gustul adulților, constrângerile temporale dintre CS și starea de rău care produc SUA pentru învățarea puilor sunt foarte limitat (Rudy și Cheatle 1983; Kraemer și colab. 1988, 1989; Hoffmann și colab. 1990, 1991).
Cu acest studiu, am evaluat dezvoltarea comportamentală și neuronală a învățării miros-stare de rău folosind LiCl, care induce boli la puii mici (Haroutunian și Campbell 1979; Spear și Rudy 1991). A fost explorată și capacitatea asistenței medicale de a întrerupe condiționarea mirosului-LiCl. Am folosit șobolani de la o vârstă de dependență totală de mamă până la o vârstă de independență emergentă la înțărcare. Ne-am concentrat asupra a două zone cerebrale, amigdala, care este implicată în învățarea mirosului-stare de rău a adulților (Bermudez-Rattoni și colab. 1986; Batsell și Blankenship 2002; Holland și Gallagher 2004; Pickens și colab. 2005; Touzani și Sclafani 2005) și bulbul olfactiv, care a fost implicat anterior în aversiunea mirosului infantil și în învățarea preferințelor (Coopersmith și Leon 1984, 1986; Coopersmith și colab. 1986; Woo și Leon, 1987; Wilson și Leon 1988; Sullivan și colab. 1989, 2000; Wilson și Sullivan 1990, 1991, 1992; Sullivan și Wilson 1991; McLean și colab. 1999; Okutani și colab. 1999; Yuan și colab. 2002; Moriceau și Sullivan 2004).
Rezultate
Comportament
Mirosul în prezența bolii LiCl sprijină învățarea mirosului-aversiune pe tot parcursul dezvoltării (Fig. 1), iar aceste rezultate replică lucrările anterioare privind învățarea mirosului-rău la pui (Hennessy și colab. 1976; Haroutunian și Campbell 1979; Smotherman 1982; Stickrod et. 198b; Rudy și Cheatle 1983; Smotherman și Robinson 1985, 1990; Alleva și Calamandrei 1986; Coopersmith și colab. 1986; Molina și colab. 1986; Miller și colab. 1990; Abate și colab. 2001; Richardson și McNally 2003). Similar lucrărilor anterioare, asistența medicală modifică aversiunea indusă de mirosul LiCl la toate vârstele testate și produce o preferință de miros la puii de 7-8 și 12-13 zile, dar blochează învățarea aversiunii la puii PN23 - PN24 (Martin și Alberts 1979; Gubernick și Alberts 1984; Melcer și colab. 1985).
Numărul mediu de alegeri în ceea ce privește mirosul condiționat în testul Y-labirint în urma mirosului pereche-LiCl, Nursing Paroire miros-LiCl și controlul mirosului salin și a grupelor LiCl în funcție de vârstă. Asteriscurile reprezintă diferențe semnificative (P Figura 1 prezintă performanța în testul Y-labirint și indică faptul că puii cu miros-LiCl împerecheați fără prezența unei mame au învățat o aversiune a mirosului la toate vârstele, iar puii care alăptează au învățat o preferință de miros la cele două vârste mai mici ANOVA a dezvăluit un efect principal al stării de antrenament (F (3,60) = 95,333, P Fig. 2) (Sullivan și Wilson 1991; Wilson și colab. 1991). Nu s-au detectat modificări induse de învățarea bulbilor olfactivi la înțărcare (PN23 - PN24) pui în vârstă, care replică lucrările anterioare cu LiCl pe șobolani înțărcați (Coopersmith și colab. 1986).
Asimilarea relativă a bulbului olfactiv 2-DG în timpul condiționării mirosului-LiCl în funcție de vârstă. Asteriscurile reprezintă diferențe semnificative (P Figura 2 ilustrează absorbția bulbului olfactiv 2-DG la puii PN7 - PN8, PN12 - PN13 și PN23 - PN24 și indică faptul că condiționarea miros-LiCl a indus o absorbție sporită de 2DG în bulbul olfactiv al puilor care învață fie aversiune la miros (împerecheat) sau preferință de miros (pui care alăptează LiCl) la cele două grupe de vârstă mai mici. Nu s-au detectat modificări ale bulbilor olfactivi la martori sau la puii PN23 - PN24 mai în vârstă. ANOVA a dezvăluit un efect principal al stării de antrenament (F (3 ), 60) = 32.313, P Fig. 3) Figura 3 prezintă absorbția 2-DG a amigdalei LiCl miros și indică faptul că condiționarea miros-LiCl a indus o absorbție sporită 2DG în amigdala șobolanilor în vârstă înțărcată (PN23 - PN24), dar nu și la vârste mai mici.PN23 pui care primesc miros împerecheat-LiCl în timpul alăptării (nu a reușit să învețe) au prezentat activitate amigdală similară cu martorii. Nu s-au găsit diferențe statistice pentru niciun nucleu amigdalian la PN7 - PN8 sau PN12 - PN13. Analiza statistică a arătat pui PN23 - PN24 a prezentat o activitate amigdală sporită în th e nuclei bazolaterali, laterali, corticali, mediali și centrali (Basolateral: ANOVA a dezvăluit un efect principal al stării de antrenament [F (3,60) = 7.403, P Fig. 1) (Gubernick și Alberts 1984; Melcer și colab. 1985). Mecanismul pentru acest lucru este neclar, deși presupusa sa semnificație este de a transmite mirosurile/gusturile alimentelor din dieta mamei către pui pentru a spori selecția alimentară ulterioară și consumul de alimente probabil sigure (Bilko și colab. 1994; Galef Jr. 1997; Mennella și colab. . 2001).