方法文章

构建用于啮齿类动物嗅觉行为研究的嗅觉仪

DOI：

10.3791/67049

⸱

2025年4月11日

 ,  ,  ,  , 
1Department of Cell and Developmental Biology, University of Colorado Anschutz Medical Campus, 2Mechanical Engineer/NeuroTechnology Center / Machine Shop, University of Colorado Anschutz Medical Campus, 3Neurosurgery Department, University of Colorado Anschutz Medical Campus

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案描述了用于“选择/不选择”嗅觉行为实验的嗅觉仪的构建方法。提供了分步操作说明及相应图片，以确保嗅觉仪的成功搭建。同时包含了在构建过程中可能遇到问题的故障排除信息。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

利用嗅觉仪研究啮齿类动物在嗅觉任务中的行为和脑活动，对于理解脑回路至关重要。这些精密设备使研究人员能够精确控制和递送气味刺激，从而探究啮齿类动物复杂的嗅觉过程。尽管市面上的嗅觉仪使用方便，但在出现技术问题时往往面临挑战，通常需要支付高昂费用来获得技术支持，还可能中断研究进程。本文详细介绍了专为小鼠嗅觉行为实验设计的定制化嗅觉仪的构建方法，提供了完整的零件清单和分步操作指南。该嗅觉仪通过MATLAB进行控制，为研究人员提供了友好的操作界面。更重要的是，其开源代码允许用户对系统进行修改和调整，以定制行为学任务来满足特定的实验需求。构建定制化的嗅觉仪使用户能够掌握相关知识与能力，独立完成实验设计和故障排查，节省时间和资源。这种方法不仅提高了研究的灵活性，还有助于深入理解设备的功能，最终实现对啮齿类动物更可靠、更稳健的嗅觉研究。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

嗅觉决策背后的复杂机制为理解大脑感觉处理系统的惊人复杂性提供了引人入胜的见解1,2,3。在小鼠的嗅球中，大量嗅觉感觉神经元汇聚到约2,200个肾小球上，每个肾小球均由表达相同嗅觉受体的神经元所支配4。值得注意的是，即使是单一合成气味分子，也能激活小鼠约1,100种嗅觉受体中的相当大一部分5,6。然而，挑战并不仅限于初始的气味分子检测。气味分子到达的时间动态特性受到节律性嗅闻行为的影响，进一步丰富了感觉环境，为大脑解码增添了额外的信息层次。再加上自然刺激（例如同种动物尿液）本身的复杂性——其中含有数百种气味分子——嗅觉系统面临着艰巨的任务：必须解析复杂的肾小球激活模式，以区分不同的气味7,8。

为应对这一挑战，大脑会协调多个脑区的神经活动，包括梨状皮层、外侧内嗅皮层、海马、嗅结节、前额叶皮层，甚至小脑9,10,11,12,13,14。在这些神经回路中，梨状皮层的锥体细胞整合并调节由僧帽细胞传递的信息，而其他脑区则在塑造嗅觉感知过程中发挥各自独特的作用15,16,17。此外，大脑对嗅觉刺激的处理受到情境因素的动态影响，凸显了嗅觉决策过程的适应性与复杂性。

本文描述了一种定制嗅觉仪的构建方法，该仪器可实现对自由活动小鼠在“go/no-go”任务中行为表现的计算机控制评估。实验前，小鼠需进行为期2天的饮水限制，之后每日供水量控制在1.5–2 mL。为确保小鼠未发生脱水，应保证其体重不低于训练前体重的85%。若能妥善控制脱水状况，该操作对小鼠无不良影响18。在此关联学习任务中，口渴的小鼠通过舔舐位于气味输送鼻锥内的出水口来启动一次试验。在动物启动试验后1–1.5秒内，系统会输送两种气味中的一种。若呈现的是有奖励的（S+）气味，小鼠需在连续四个0.5秒的时间窗口中每个窗口至少舔舐一次，方可获得水奖励（称为“命中”，Hit）；否则无法获得奖励（称为“漏报”，Miss）。若呈现的是无奖励的（S−）气味，则不给予水奖励；若小鼠在四个时间窗口中均进行了舔舐（称为“虚报”，False Alarm, FA），则在下一次试验开始前施加一段延迟时间。若动物在任一时间窗口中未发生舔舐，则该次试验记为“正确拒绝”（Correct Rejection, CR），且不施加延迟时间。正确表现的百分比定义为：在连续二十次试验中，小鼠获得“命中”或“正确拒绝”的试验所占的百分比：

正确率 = 100 ×（（命中 + 正确拒绝）/ 20）

为确保用于评估“走/不走”嗅觉行为的嗅觉仪正常工作，需解决两个关键问题。首先，嗅觉仪必须实时监测小鼠的反应，以相应地递送气味刺激和水奖励。本嗅觉仪通过测量饮水管与实验舱底板之间的电阻，或通过检测电容变化来监测舔舐行为19。随后，MATLAB 程序利用该信息决定气味递送和水奖励的时机。第二个问题是需要实现可靠且可重复的气味递送。本嗅觉仪通过控制阀门，使饱和气味的空气与载气混合，随后将混合气体输送至鼻罩。气味物质通过将气流鼓泡通入矿物油稀释的气味溶液中实现平衡。气味浓度可使用光离子化检测器进行测量，并可根据蒸气压和活度系数进行计算，具体方法遵循 Williams 和 Dewan 所述的流程19,20。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

所有实验均按照科罗拉多大学安舒茨医学校区机构动物护理和使用委员会批准的方案进行。本研究使用的动物为雄性CaMKIIα WT小鼠，在植入螺旋电极时年龄为两个月。螺旋电极的植入操作参照Villanueva等21所述方法进行。手术后至少等待一周，再开始进行限水处理。本研究中所用试剂和设备的详细信息见材料表。

1. 单刀单掷（SPST）瞬动按钮开关的电路板安装与焊接

  1. 获取定制的白色底板，其上带有用于固定气味阀支架、流量计、SSR48板及其他组件的孔，如图1A所示。
    注意：本研究中使用的白色底板由科罗拉多大学安舒茨医学校区神经技术中心机加工车间制造（图1A）。设计文件可在以下网址获取： https://a360.co/3Ag2QvF
  2. 安装1英寸螺丝和3/4 英寸垫片，用于固定SSR48-RACK。螺丝位于白板背面右上角（图1A）。
  3. 安装SSR48-RACK。SSR48-RACK将位于白板背面左上侧（图1C）。
  4. 在白板背面钻出（直径0.4 cm）孔洞，用于安装接线端子条块。接线端子条块位于白板背面中右位置（图1D）。
  5. 从上至下：前4个接线端子条块用于连接24 V电源线；下一个接线端子条块用于5 V电源线；留出一个接线端子条块为空，最后4个接线端子条块用于连接接地线。
  6. 在控制盒上钻出（直径0.8 cm）孔洞，用于安装单刀单掷瞬动按钮开关。控制盒位于白板前下方（图1E）。
  7. 设置单刀单掷瞬动按钮开关。将两根导线焊接到单刀单掷瞬动按钮开关上。建议使用两种不同颜色的导线，例如红色与黑色或绿色（图1F）。
  8. 将单刀单掷瞬动按钮开关固定到控制盒上。按钮自带螺母，用于将其固定在黑色控制盒上（图1G）。
  9. 通过绞合或用胶带固定导线，使其整齐有序。
    注意：24 V电源用于驱动夹管阀和气味阀，5 V电源用于舔舐电路。
  10. 将气味阀插入白板中央位置的气味阀支架插槽中（图2A）。
    1. 剥开从阀门引出的导线，并将每个阀门的一根导线焊接到一根较粗的主线上。将其中一根导线接入白板背面接线端子条块的接地端，另一根导线接入SSR48-RACK中对应的引脚。例如，气味阀1接引脚1，气味阀2接引脚2，依此类推（图2B）。
    2. 将SSR48-RACK中的引脚1至8各连接两个夹管阀（分别对应矿物油平衡瓶的进气和出气阀）。对于每个阀，将一根来自按钮的导线连接至24 V电源，另一根导线连接至SSR48-RACK中与该阀相连的引脚；另一根导线则从阀连接至接地端。导线布置请参见图2B、C。
    3. 将水阀和终末阀分别放入阀板上的对应插槽中。该插槽位于白板中部。阀板结构见图1，阀门安装位置见图3A。
    4. 将水阀和终末阀分别连接至SSR48-RACK中的接地端以及引脚17和18。同时将按钮连接至24 V电源和引脚17、18（图2B）。

2. 电源供应

  1. 购买一个电源和一条延长线。有关电源具体型号的信息，请参见材料表。该电源将为嗅觉仪提供 24 V (V3) 和 5 V (V1) 输出以及接地。
  2. 剪掉电源线的插头部分，具体是指延长线的母端。剪断后，可看到三根导线。其中绿色导线连接至电源的 G（接地）端，另外两根导线（白色和黑色）分别连接至电源的 120 V 交流输入端的 L 和 N 端（图 3B）。
    警告：120 V 电源线处于裸露状态，存在触电风险。最好使用绝缘材料将其覆盖。
  3. 剪断为 SSR48-RACK 供电的电线的一端。将其中一根导线连接至电源的 G 螺丝端子，另一根导线连接至电源的 V1 端（图 3C）。
  4. 在电源上，将一根导线从 G2 连接到接线端子条块的接地端（图 2C）。
  5. 在电源上，将一根导线从 V1 连接到 5 V 螺丝接线端子条块（图 2C）。
  6. 在电源上，将一根导线从 V3 连接到 24 V 螺丝接线端子条块（图 2C）。

3. 舔舐传感器板

  1. 取一块400孔面包板，用一根导线将B7与B15孔位连接起来（图3D）。
  2. 将一根导线的一端连接至6+孔位，另一端连接至面包板的C22孔位（图3D）。
  3. 将一根导线的一端连接至D16孔位，另一端连接至面包板的G22孔位（图3D）。
  4. 将一根导线的一端连接至面包板的I22插槽，另一端连接至29-插槽（图3D）。
  5. 将一根导线的一端连接至20A插槽，另一端连接至29A插槽（图3D）。
  6. 将一根导线的一端连接至21B插槽，另一端连接至28B插槽（图3D）。
  7. 将一根导线的一端连接至面包板的1+插槽，另一端连接至螺丝端子条块的5 V端口（图3D）。
  8. 将一根导线的一端连接至面包板的1-插槽，另一端连接至螺丝端子条块的接地端口（图3D）。
  9. 将一根导线的一端连接至面包板的C7插槽，另一端连接至SSR-48RACK的27号引脚（图3D）。
  10. 将一根导线的一端连接至面包板的28C插槽，另一端连接一个鳄鱼夹，用于连接饮水管的金属部分（图3D）。
  11. 将一根导线的一端连接至面包板的20B插槽，另一端连接至电位器的中间端子（图3D）。电位器上连接电阻元件的两个端子分别连接至接地和5 V，中间端子连接至面包板。
  12. 取两个21 mΩ电阻。第一个电阻的一端连接至19A，另一端连接至20D；第二个电阻的一端连接至22C，另一端连接至21D。将它们连接至电位器（图3D）。
  13. 取一个kΩ电阻。将电阻的一端连接至14C，另一端连接至19C。将其连接至电位器（图3D）。
  14. 取一个120 Ω电阻。将电阻的一端连接至7D，另一端连接至7H（图3D）。
  15. 取一个LED灯，颜色不限。将LED的一根导线连接至7J，另一根导线连接至6-（图3D）。
  16. 取两个运算放大器（运放）。第一个运放的连接方式为E10至E16，F10至F16（图3D）。

4. 空气和水供应

  1. 将两个流量计（一个2 L/min和一个50 cc/min）放入流量计支架中。图4A显示了整体气流系统，图4B展示了流量计的放大视图。
  2. 准备一个水族泵以提供2 L/min的气流。此处使用的水族泵型号具有两个输出口（见材料表）。从水族泵的两个输出口各连接一小段管路至T型接头的两个输入口（图4B）。
  3. 从T型接头的输出口连接一段管路至活性炭过滤器的输入口（图4B）。
  4. 从活性炭过滤器的输出口连接管路至一个T型接头，并将该接头的两个输出口连接至球阀，用于调节气流速率（图4C）。
  5. 将每个球阀的输出口连接至流量计的输入口（图4D）。
  6. 将50 cm/min流量计的输出口连接至顶部歧管，为装有溶于矿物油的气味物质的40 mL气味平衡小瓶供气（图4E）。
  7. 将每个气味小瓶的输出口连接至下部歧管对应的输入口。
  8. 连接气味小瓶与歧管的管路为夹管阀用管，由两个独立的夹管阀控制开关。将管路放入夹管阀中。
  9. 将2 L/min流量计的输出口连接至下部歧管的侧向输入口。
  10. 将下部歧管的输出口连接至最终（分流）阀的输入口（图4F）。
    1. 将最终阀的默认开启输出口连接至go/no-go实验腔内的气味输送管，将默认关闭输出口连接至排气管（图4G）。当最终阀关闭时，可保持2 L/min的无气味持续气流。
    2. 每次试验中，确保动物舔舐时最终阀开启，使气流进入排气管，同时气味阀开启。这将使气味在背景气流中达到平衡。
    3. 1-1.5秒后，确保最终阀关闭，使气流重新导入实验腔。这将导致气味浓度迅速上升。2.5秒后，气味阀关闭，气味浓度恢复为0。
    4. 将一根18 G针头连接至用于递送水奖励的5 mL注射器末端（图4H）。
    5. 将一段直径为2 mm的管路连接至针头末端（图4H）。
    6. 将该管路的另一端连接至水阀的输入口。可能需要裁剪不同直径的管路以适配水阀的输入口（图4I）。
    7. 将管路从水阀的输出口连接至舔管（图5A）。

5. 将嗅觉仪连接至计算机并安装软件

  1. 使用100针母对母连接器将SSR48-RACK连接到DIO96H/50。将DIO96/H50的USB线缆连接至计算机（图5B）。
  2. 下载最新版本的mccdaq软件、驱动程序以及InstaCal。
    注意：InstaCal是用于测试计算机与DIO96/H50之间通信的程序。可在此处下载最新软件和驱动程序： https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx。
  3. 运行InstaCal。确保“通用串行总线”列出的板卡编号正确，通常#1对应板卡#1 USB-DIO96H/50。
  4. 下载MATLAB。
  5. 从 https://github.com/restrepd/dropc 下载用于运行嗅觉仪的MATLAB程序。
  6. 以管理员身份打开MATLAB，并设置路径以使MATLAB能够识别这些程序。在MATLAB环境的“主页”选项卡中，点击“环境”部分的设置路径。这将打开一个对话框，允许您在搜索路径中添加文件夹。
  7. 运行daqregister('mcc')。在dropcInitializePortsNow.m中更改板卡编号。
    注意：handles.dio = digitalio('mcc',1); %（根据计算机情况选择1或0）。
  8. 通过执行一次空运行来测试dropcspm.m，用户可通过连接舔管与接地的金属笼底之间的电路来“响应”每个试验。
    注意：嗅觉仪现已准备就绪，可供使用。有关训练小鼠的方法，请参见Nicole Arevalo等人的研究22。

6. 动物实验

  1. 仔细准备实验动物以启动实验过程。使用校准过的天平逐只称量小鼠，并在实验记录本中记录体重。在整个研究过程中持续监测这一关键数据，以跟踪动物的健康状况，并及时处理任何体重变化。
  2. 称重后，轻柔地将小鼠放入特制的小鼠实验舱内。启动传感器和刺激递送系统，用于执行嗅觉辨别任务。确保实验舱在维持实验条件精确控制的同时，尽可能减少动物的应激反应。每次实验间隔使用无香味的肥皂和水清洁实验舱。请勿使用酒精，因为这会使有机玻璃变脆。
  3. 确保动物在实验舱内处于舒适状态。启动 MATLAB 程序，以控制实验参数，如递送气味刺激（2.5 秒）、分配水滴以及记录动物反应。实时分析数据，以即时获取动物表现的反馈信息。
  4. 持续监测并分析动物的表现。根据正确反应的百分比计算出的熟练度评分进行评估。目标是使每只动物的表现评分达到 80 或以上，此值为任务熟练的阈值。
  5. 当动物持续达到 80 或更高的熟练度评分时，开始实验的新阶段，表明其已掌握初始气味对的辨别能力。将气味对反转，即原先给予奖励的气味不再奖励，反之亦然。
    1. 通过该阶段测试动物的认知灵活性及其解除并重新建立关联的能力，从而深入了解小鼠嗅觉学习的可塑性。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

按照本文所述方案，可搭建一个用于测试小鼠在不同气味间进行“趋向/不趋向”行为的嗅觉仪。图6A展示了小鼠在“趋向/不趋向”任务训练第一天的行为表现，其中乙酸乙酯作为S+气味剂，乙酸乙酯与乙酸丙酯的混合物作为S-气味剂。正确率计算方式为小鼠获得“命中”或“正确拒绝”的试验次数所占的百分比。最初，小鼠的正确率为50%，因为它对两种气味均产生舔舐反应。然而，经过数次试验后，小鼠学会仅对S+气味舔舐，而对S-气味停止舔舐。图6B显示了“趋向/不趋向”任务正向阶段最后一天的正确率，此时动物表现达到熟练水平，正确率在80%或以上。此时，气味剂角色被反转（REV），乙酸乙酯变为S-气味剂，乙酸乙酯与乙酸丙酯的混合物变为S+气味剂。图6C显示了反向“趋向/不趋向”任务第一天的正确率，此时小鼠的表现下降至10%。F显示了反转任务最后一天小鼠的表现，此时其再次达到熟练水平。

用于气味研究和动物行为研究的带标注组件的气味递送系统示意图。
图 1：嗅觉仪正面白板及布线示意图。（A）嗅觉仪尺寸为 22 英寸（宽）× 16 英寸（高）× 8.5 英寸（深），图中未显示布线或接口/舔管电路板，为机械加工车间交付时的初始状态。仪器上已预钻孔，用于安装气味阀门、温度计、水阀和终末阀门、水注射器、气味瓶架、气味阀架以及小鼠实验腔。（B）嗅觉仪已准备就绪，配备 8 个螺栓，用于将 SSR48-RACK 安装在左后侧。（C）已安装 SSR48-RACK 的嗅觉仪，包含连接的继电器。（D）在嗅觉仪上加装了螺丝端子条块，分别标定用于 12 V、5 V 和接地。（E）控制黑盒上钻有孔，用于安装单刀单掷（SPST）瞬动按钮开关，并用胶带按阀门控制功能对每个按钮进行标记。（F）单刀单掷瞬动按钮开关，其两根导线已用热缩管包裹并焊牢，导线按颜色编码，以保护裸露部分。（G）单刀单掷瞬动按钮开关已安装至控制黑盒，并用配套的六角螺母固定。请点击此处查看该图的放大版本。

气味阀控制系统；接线图；用于受控香气释放实验的SSR-48RACK设置。
图 2：气味阀及示意图。（A）气味阀牢固安装在槽位中，并用螺丝固定。（B）气味阀与SSR48-RACK及螺钉接线端子条块的接线示意图。（C）控制黑盒、电源、SSR48-RACK和螺钉接线端子条块的接线示意图。请点击此处查看该图的放大版本。

A：激光二极管光学激发装置 B：电源连接与布线 C：电子电路板布局 D：带元件的面包板电路设计
图3：供水与最终阀门安装及电源连接示意图。（A）将供水阀和最终阀门安装至嗅觉仪指定插槽，并用螺丝固定。（B）连接电源线以供电给嗅觉仪。（C）SSR48-RACK的电源布线。（D）舔舐传感器及其连接元件，包括电阻、导线、LED和运算放大器。请点击此处查看该图的放大版本。

展示用于分析的流体流动系统和控制仪器的实验色谱装置。
图 4：带流量计和管路的空气供应系统。（A）通过螺丝固定在机架上的流量计。（B）连接到管路的水族泵，并通过T型接头连接。（C）输出端连接管路的活性炭过滤器，以及连接至各个调压阀的接口。（D）从调压阀引出的管路连接至流量计输入端。（E）连接至流量计输出端的管路。（F）从歧管引出至最终阀门输入端的管路。（G）最终阀门，其连接的管路通向嗅觉仪的气味入口。（H）装有水的5 mL注射器，管路连接至18 G针头。（I）连接至水阀输入端的管路。请点击此处查看该图的放大版本。

光谱实验装置A显示管路和阀门；B显示数据采集硬件。
图5：水阀最终连接及系统概览。（A）从水阀输出端到嗅觉仪中饮水装置的管路。（B）使用母对母电缆将嗅觉仪连接至DIO96H/50。请点击此处查看此图的放大版本。

学习试验图表；正确率 vs. 试验次数；正向训练第一天和最后一天，以及反转训练第一天和最后一天；性能分析。
图6：小鼠在“执行/不执行”任务中的行为表现示例。 每个实验阶段的正确反应百分比如下所示：（A）正向条件训练的第一天（S+：1% 乙酸异戊酯，S−：矿物油）。（B）正向条件训练的最后一天。（C）反转训练后的第一天（S+：矿物油，S−：1% 乙酸异戊酯）。（D）反转条件训练的最后一天。请点击此处查看该图的放大版本。

循环伏安法图，电位与时间，电化学分析，观察到峰值电流。
图 7：气味出口中乙酸异戊酯的浓度随时间变化过程。 使用光离子化检测器（PID）测量气味出口中10%乙酸异戊酯（溶于矿物油）的浓度。垂直线表示气味递送的开始和结束时间。请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

有关构建用于气味关联任务的嗅觉仪的全面分步指南可在文献中找到。研究人员在设备组装和操作过程中可能会遇到各种挑战，但幸运的是，已有成熟的故障排除方法来解决这些问题。一旦嗅觉仪被正确构建并完成校准，它便成为进行嗅觉相关实验的科学家们不可或缺的工具，能够精确控制和递送气味刺激。

关键步骤
应下载 MATLAB 2015 版本，因为所编写的代码与此版本兼容，使用其他版本可能导致问题。必须在 InstaCal 中确认选择了正确的板卡。以 MATLAB 管理员身份登录后，执行 daqregister('mcc') 即可完成 mcc.daq 驱动的安装。

故障排除
在每周训练开始时，运行校准软件（InstaCal），以确保计算机与嗅觉仪正确连接。打开该程序，点击板卡，然后点击数字校准。需要检查气流速率。背景气流应为 2 L/min，通往气味平衡小瓶的气流应为 50 mL/min。必须定期检查嗅觉仪出口处的气流速率。

在放置小鼠之前，必须确保测试以下参数：（1）气味阀门：按下黑盒上的按钮时，气味阀门应发出咔哒声。气管应向矿物油中产生气泡，且管路中不应有矿物油残留。（2）气味管路：如果气味未产生气泡，可能是管路在靠近阀门处受压堵塞。可能需要更换管路。（3）最终阀门和水阀：最终阀门应能正确打开，并检查管路是否功能正常。对于水阀，应清除阻碍水流的空气，使水能够流入饮水阀。（4）气流：流量计应显示已校准，并正确放置。（5）继电器指示灯：确保实验过程中继电器上的“指示灯”能正确激活。（6）水奖励继电器：当发放水奖励时，位于水阀上方的继电器应在发放奖励时闪烁。（7）气味与水奖励继电器：当气味与水奖励配对时，对应阀门编号上方的红色继电器应在奖励期间闪烁红光。

局限性
go/no-go 任务用于检测小鼠区分两种气味的能力。为完成该任务，动物需经历多个训练阶段。因此，该方法并非高通量的气味辨别检测技术。该嗅觉仪专为测试嗅觉刺激而设计，不具备多感官测试功能。然而，可通过改造用于测试其他感官输入。

本文描述了一种液体稀释式嗅觉仪，其中以50 mL/min的流速通过矿物油中稀释的气味物质的气流，与2 L/min的背景气流预先平衡。在此气味递送设计中，气味物质在载气气流中的稀释动力学决定了背景气流中气味浓度上升的速度。如图7所示，虽然浓度在200 ms内上升至最终浓度的一半，但在半秒之后浓度变化速率显著减慢。尽管该配置无法产生气味浓度的方波阶跃变化，但已成功用于研究气味辨别与检测23。如果实验方案要求气味浓度发生阶跃变化，则应将气味递送设计修改为三条持续流动的2 L/min背景气流通道，其中两条背景气流通道持续递送气味物质，第三条递送通道则递送与矿物油平衡的空气。在此情况下，可通过分流阀将两条气味通道之一或无气味空气导入气味输出口，从而在气味输出口实现气味浓度的阶跃式上升（亦见先前报道20,24）。无论采用何种设计，使用光离子化检测器记录气味浓度变化的时间进程均至关重要。

此处描述的嗅觉仪专为小鼠行为学实验设计，但该设计过去也曾用于大鼠实验。主要区别在于，大鼠实验需要增大实验腔室的尺寸25。此外，本嗅觉仪仅用于评估单只小鼠的嗅觉行为。已有研究报道一种高通量自动化嗅觉仪，可用于同时测试多只小鼠26。

意义
本方案描述了一种自制的嗅觉仪，与现有其他方法相比可降低成本。

未来应用
该嗅觉仪专为小鼠使用而设计，若需用于其他动物（如大鼠），则需进行相应修改。此外，还可整合其他功能组件，例如多通道电极记录系统（如多通道电极记录板）、Arduino Uno 控制板或摄像头等。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者无任何利益冲突需要披露，且不存在竞争性经济利益。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）资助项目K01 NS127850-01、R25 NS080685、R01 NS081248和DC000566的支持。我们感谢Restrepo实验室和Ramirez-Gordillo实验室所有成员提供的支持。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
2 1/8’’ 模块化 IC 面包板插座可在 amazon.com 上找到ASIN ‏: B004MCSOQY为灯光和舔舐传感器供电
500 件装各种碳膜电阻器，1/4 瓦可在 amazon.com 上找到
品牌：bojack		电阻器将安装在面包板插座上
50k-ohm 线性锥形电位器品牌：TWTADE
可在 Amazon.com 上找到		允许调节嗅觉仪组件

电源：交流 220V-6A
轴径：6mm/0.2”
轴长：15mm/0.59” 安装螺纹。

旋钮尺寸 15/17mm/0.6 x 0.67”(d*H)
用于调节电源 
5mm 红色 LED可在 Amazon.com 上找到
品牌：EDGELEC		预接内置电阻；5mm 圆顶灯泡和带线 LED，可通过 3-6V 直流电轻松连接，导线长 7.9 英寸。

功率：1 瓦
6 位双排接线端子条可在 Digikey.com 上找到基础产品编号
1546306		根据连接方式用于电源和接地
电压额定值：300V
电流额定值（安培）：20A
电线规格：12-22 AWG
96 高电流 50 针连接器，母对母可在 Amazon.com 上找到
品牌：‎IIVVERR		部件编号：‎f5c953ee65a980d重量：109 克
间距：2.54mm
总尺寸：50x6.4cm/2x2.5 英寸
水族泵 -AAPA7.8L 125 GPH，2 个出口，3W可在 Amazon.com 上找到
品牌：Hydrofarm 商店		将连接至双端开口冷水外壳，用于为设备供气
聚乙烯卡套式三通接头 1/4”可在 Uplastic.com 上找到货号：62200用于连接不同气管
聚乙烯卡套式三通接头 3/16”可在 Uplastic.com 上找到货号：62063用于连接不同气管
BD 通用精密滑动皮下注射针头 18 G ½可在 Medneedles.com 上找到货号：BD 305195用于水系统
黑色箱体/手动控制箱品牌：Otdorpatio
可在 Amazon 上找到		n/a用作控制箱
尺寸：3.94x2.68x1.97
电缆，PC 电源内部连接线 10 英尺可在 Amazon.com 上找到连接至电源

40 瓦
Cflex 软管，白色 ¼” 内径 x 3/8” 外径 可在 uplastic.com 上找到货号：54033用于气路系统的软管
定制白色底板，带孔用于固定气味阀、流量计和 SSR48 板的支架科罗拉多大学安舒茨医学校区神经技术中心机械车间 
分流阀—微型惰性液体阀，三通可在 Radwell.com 上找到部件编号：003-0258-9001/8 英寸卡套
24VDC
最高 1500 SCCM
4.2W
带蓝色集水槽的双端开口冷水外壳可在 GRAINGER.COM 上找到
品牌 PENTAIR/PENTEK		兼容制造商型号 150295；150578；151117；151118；151120；155003；244043；244686；244687
Fisherbrand 玻璃 EPA 样品瓶可在 fishersci.com 上找到目录号 02-912-379用于盛放气味物质
接头变径管 1/4” x 1/8”可在 uplastic.com 上找到货号：64370用于气路系统软管的适配器。
硬质管，Intramedic 聚乙烯，  0.045（内径）1 x 100
高红外 LED可在 amazon.com 上找到
品牌：gikfun		内存时钟速度 1MHz
IC 运算放大器通用型 4 通道 14DIP可在 Amazon.com 上找到
品牌：BOJACK		工作电压 50 伏特
最大电压 50 伏特
跳线套件可在 Amazon.com 上找到
品牌：Elegoo		产品尺寸 LxWxH：0.04 x 8.27 x 0.04 英寸
微型单刀单掷瞬动开关品牌：Radioshack
可在 Amazon.com 上找到		B000TLWZM6用于气味阀
工作电压：250V
电流额定值：1 安培
万用表可在 Amazon.com 上找到
品牌：AstroAl		可精确测量交流/直流电流、交流/直流电压、电容、频率、占空比、电阻、二极管、通断性和温度
尖嘴钳可在 amazon.com 上找到
品牌：WorkPro		用于弯曲导线
气味阀可在 Radwell.com 上找到SKU: 192833415
部件编号：225T031		从气味样品瓶中泵送气味。
30 PSIG
12 VDC
光电晶体管可在 Amazon.com 上找到
品牌：HILETGO		电压：1.3-1.5V
接收范围：(NM) 400-1000
头部尺寸：5mm x 5mm / 0.2" x 0.2"(D*L)
光电晶体管和 LED 成对使用
管接头 3/4” x 1/4”可在 uplastic.com 上找到货号：64807用于气路系统软管的适配器。
用于水外壳泵的管接头 - m ¾ x1/4”Usplastic.com货号：64807温度范围 -50°F 至 275°F
最大压力：150psi
重量 0.0015 磅
电源 12V 30A 360W可在 Amazon.com 上找到
品牌：ALITOVE		设备的主要电源。
 输入电压：220 伏特
输出：直流 12V 最大 30A
PTFE 软管可在 Amazon.com 上找到
RITEFLOW 流量计，带平端（未安装）可在 Globalindustrial.com 上找到
型号：t9FB3075514		货号：H40407-0075用于监测嗅觉仪中的气流
150mm 刻度，尺寸 2
制造商部件编号：H40407-0075
螺丝刀可在 Amazon.com 上找到
品牌：Sharden		用于嗅觉仪上的螺丝
热缩管/套管（多种尺寸，适用于 18-22 号导线）可在 Amazon.com 上找到
品牌：eventronic		材质：聚烯烃，收缩比：2:1（收缩至原始直径的一半）
硅胶软管 0.030 x 0.065可在 Amazon.com 上找到
品牌：Scientific commodities		用于气味样品瓶的软管
含铅焊料可在 Uline.com 上找到S-25294将与电烙铁配合使用
电烙铁可在 Uline.com 上找到型号 H-10799用于焊接控制箱上的按钮及其他连接
固态继电器模块四路输出 – 红色可在 https://www.sealevel.com/ 上找到部件：OB5Q   型号：DC Output QSSR Module电容：8 pF
尺寸：2.4" (L) x 1.1" (W) x 3.1" (H)
I/O 数量：4 个输出
最大线路电压：60 VDC
最大导通状态电流：3A
最小线路电压：3 VDC
工作温度：-30°C 至 80°C (-22°F 至 176°F)
输出隔离：4000 Vrms
存储温度：-40°C 至 100°C (-40°F 至 212°F)
单刀单掷按钮开关品牌：Apiele
可在 Amazon.com 上找到		n/a用于控制箱内部，控制水阀和最终阀。
工作电压 250V
电流额定值：1 安培，3 安培
Ssr-rack 48可在 Radwell.com 上找到SKU: 83105002处理嗅觉仪的所有连接，并与四通道型固态继电器配合使用。
不锈钢喂食管
烙铁头助焊剂和清洁剂可在 Amazon.com 上找到
品牌：Thermaltronics		型号：FBA-TMT-TC-2
阀门球阀 PVC 1/4” 卡套 丁腈橡胶可在 uplastic.com 上找到货号：62281
水阀可在 Ph.parker.com 上找到部件编号：003-0257-900将水泵入实验腔
最大流速：1500 sccm
电压 (VDC)：24
最大工作压力：50 psi，3.44 bar
22AWG 电线品牌：tuofeng
可在 Amazon.com 上找到		N/a用于连接嗅觉仪的不同组件
材质：铜
规格 30.0
剪线钳可在 Amazon.com 上找到
品牌：Billbotk		用于剪断导线
品牌：PTFE部件编号 036663601452用于递送气味物质。
https://medschool.cuanschutz.edu/neurotechnologycenter/Cores/machine-shop

参考文献

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