Method Article

构建用于啮齿动物嗅觉行为研究的嗅觉计

DOI:

10.3791/67049

⸱

April 11th, 2025

 ,  ,  ,  , 
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

In This Article

Summary

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

该协议描述了用于 go/no-go 嗅觉行为实验的嗅觉计的构建。提供了分步说明和图像，以确保成功构建嗅觉计。还包括用于对过程中遇到的问题进行故障诊断的信息。

Abstract

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

使用嗅觉计研究啮齿动物在嗅觉任务期间的行为和大脑活动对于理解大脑回路至关重要。这些复杂的设备使研究人员能够精确控制和传递气味刺激，从而能够研究啮齿动物复杂的嗅觉过程。尽管市售嗅觉计很方便，但当出现技术问题时，它们会带来挑战，通常需要昂贵的帮助，并可能扰乱研究时间表。本文详细介绍了专为小鼠嗅觉行为实验设计的定制嗅觉计的构造，提供了完整的部件列表和分步说明。嗅觉计通过 MATLAB 进行控制，为研究人员提供了一个用户友好的界面。重要的是，开源代码允许用户修改和适应系统，定制行为任务以满足特定的实验需求。构建定制的嗅觉计使用户能够独立执行定制实验设计和故障排除，从而节省时间和资源。这种方法不仅提高了研究灵活性，还促进了对设备功能的更深入理解，最终导致对啮齿动物进行更强大和可靠的嗅觉研究。

Introduction

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

嗅觉决策背后的复杂机制为了解大脑感觉处理系统的非凡复杂性提供了引人入胜的见解 1,2,3。在小鼠的嗅球内，大量的嗅觉感觉神经元聚集在大约 2,200 个肾小球上，每个肾小球都由表达相同嗅觉受体的神经元支配4。值得注意的是，即使是单一的合成气味剂也可以刺激小鼠大约 1,100 个嗅觉受体中的很大一部分 5,6。然而，挑战不仅限于最初的气味检测。受嗅探的节奏行为的影响，气味到达的时间动态进一步丰富了感官景观，为大脑增加了需要破译的信息层次。再加上自然刺激的复杂性，例如含有数百种气味的同种尿液，嗅觉系统面临着解开错综复杂的肾小球激活模式以区分各种气味的艰巨任务 7,8。

为了应对这一挑战，大脑协调多个区域的神经活动，包括梨状皮层、外侧内嗅皮层、海马体、嗅结节、前额叶皮层，甚至小脑 9,10,11,12,13,14。在这些回路中，梨状皮层中的锥体细胞整合和调节二尖瓣细胞传递的信息，而其他大脑区域在塑造嗅觉感知方面发挥着独特的作用 15,16,17。此外，大脑对嗅觉刺激的处理受到环境因素的动态影响，强调了嗅觉决策过程的适应性和复杂性。

本文介绍了自定义嗅觉计的构造，该嗅觉计能够对自由移动的小鼠进行计算机控制评估，以执行通过/不通过任务。在这个联想学习任务中，缺水的老鼠通过舔位于除臭剂输送鼻锥内的输水嘴来启动试验。两种气味剂中的一种在动物开始试验后 1-1.5 秒内给药。如果气味剂是奖励 （S+） 气味剂，则如果鼠标在四个 0.5 秒的时间窗口（一次命中）中至少舔舐一次，则鼠标将获得水奖励。否则，鼠标不会获得奖励 （Miss）。如果动物收到未奖励的气味剂 （S-），则不会提供奖励，如果鼠标在四个时间窗口（误报、FA）中的每一个时间窗口（误报、FA）中舔舐，则会在下一次试验开始之前施加时间延迟。如果动物未能在其中一个时间窗口内舔舐，则试验计为正确排斥 （CR），并且不应用时间延迟。正确性能的百分比计算为鼠标在 20 个试验时段内获得 Hit 或 CR 的试验百分比：

正确百分比 = 100 （（命中 + CR） / 20）

有两个关键问题是确保旨在评估 go/no-go 嗅觉行为的嗅觉计正常运行。首先，嗅觉计必须实时监测鼠标的反应，以相应地提供气味和水的奖励。这种嗅觉计是通过测量水龙卷和腔室地板之间的电阻或通过感应电容18 来监测舔舐来实现的。然后，MATLAB 程序使用此信息来决定加臭剂的输送和水的奖励。第二个问题是需要可靠、可重复的加臭剂输送。这种嗅觉计是通过驱动阀门实现的，该阀门将气味剂饱和的空气与载体空气平衡，然后将其输送到鼻锥。空气通过矿物油稀释的加臭剂溶液鼓泡，使其与加臭剂平衡。气味剂的浓度是用光离子化检测器测量的，可以根据蒸气压和活性系数计算，遵循 Williams 和 Dewan18,19 描述的程序。

Protocol

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

所有实验均根据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。本研究中使用的动物是雄性 CaMKIIα WT 小鼠，在四极管植入时两个月大。材料表中提供了本研究中使用的试剂和设备的详细信息。

1. 单刀单掷 （SPST） 瞬时按钮的电路板和焊接

  1. 获得定制的白色踢脚板，这些踢脚板带有孔，用于固定气味阀、流量计、SSR48 板和 图 1A 所示的其他组件的机架。
    注意：本研究中使用的白色踢脚线由 CU Anschutz 医学园区神经技术中心的机械车间生产（图 1A）。设计文件可在
  2. 添加 1 英寸螺钉和 3/4 英寸垫片以放置 SSR48-RACK。螺丝位于白板背面的右上角（图 1A）。
  3. 安装 SSR48-RACK。SSR48-RACK 将位于白板背面的左上角（图 1C）。
  4. 打孔 （0.4 cm） 以将螺丝端子条块放置在白板背面。螺丝端子条块将位于白板背面的右中（图 1D）。
  5. 从上到下：前 4 个螺钉端子条块将用于连接 24 V 电线。下一个螺丝端子条块将用于 5 V 电线。将 1 个螺丝接线板留空，最后 4 个螺丝接线板将用于连接地线。
  6. 在控制箱中钻孔 （0.8 cm），用于放置 SPST 瞬时按钮开关。控制箱将位于白板的前底部（图 1E）。
  7. 设置 SPST 瞬时按钮开关。将两根电线焊接到 SPST 瞬时按钮开关上。最好使用两种不同的颜色，例如红色和黑色或绿色（图 1F）。
  8. 将 SPST 瞬时按钮开关连接到控制箱。按钮带有一个螺母，用于连接到控制黑盒（图 1G）。
  9. 通过扭曲或用胶带固定电线来固定电线，以保持它们在一起并井井有条。
    注意： 24 V 电源用于为夹管阀和气味阀供电，5 V 电源用于舔板电路。
  10. 将气味阀放入位于白板中央的气味阀架的插槽中（图 2A）。
    1. 剥去从阀门上脱落的电线，然后将每个阀门的一根电线焊接到较粗的电线上。将一根电线插入白板背面螺丝端子条块的地面，将另一根电线插入 SSR48-RACK 中的相应引脚。例如，气味阀 1 连接到引脚 1，气味阀 2 连接到引脚 2，依此类推（图 2B）。
    2. 将 SSR48-RACK 中的针脚 1 到 8 分别连接到两个夹管阀（矿物油平衡瓶的进出阀）。对于每个阀门，将一根电线从按钮连接到 24 V 电源，将另一根电线连接到连接到阀门的 SSR48-RACK 中的引脚。另一根电线从阀门连接到地面。请参阅 图 2B，C 将电线放回原位。
    3. 将水阀和最终阀放入阀板的相应插槽中。该插槽位于白板的中间。参见 图 1 中的阀板和 图 3A 中阀门的位置。
    4. 将水阀和最终阀分别连接到 SSR48-RACK 中的接地和引脚 17 和 18。将按钮连接到 24 V 以及引脚 17 和 18（图 2B）。

2. 电源

  1. 购买电源和延长线。有关特定电源类型的信息，请参阅材料表。电源将为嗅觉计提供 24 V （V3） 和 5 V （V1） 输出和接地。
  2. 剪掉电源电源线的插头。具体来说，是延长线的母头部分。一旦被剪断，就可以看到三根电线。绿线连接到电源上的 G（接地），另外两根线（白色和黑色）分别连接到电源 120 V AC 输入的 L 和 N（图 3B）。
    注意： 120 V 电源线外露，有触电受伤的危险。最好用绝缘体覆盖它。
  3. 剪断为 SSR48-RACK 供电的电线的一端。将其中一根电线连接到电源中的 G 螺丝，另一根连接到电源的 V1（图 3C）。
  4. 在电源上，将一根电线从 G2 连接到螺丝端子排块上的地面（图 2C）。
  5. 在电源上，将一根电线从 V1 连接到 5 V 螺丝端子板（图 2C）。
  6. 在电源上，将一根电线从 V3 连接到 24 V 螺丝端子板（图 2C）。

3. 舔传感器板

  1. 获得一个 400 个连接点的试验板，并运行一条从连接点 B7 到 B15 的电线（图 3D）。
  2. 将电线的一端连接到连接点 6+，另一端连接到面包板的连接点 C22（图 3D）。
  3. 将一端连接到 D16 处，另一端连接到面包板的 G22（图 3D）。
  4. 将电线的一端连接到插槽 I22，将另一端连接到面包板的 29-（图 3D）。
  5. 将电线的一端连接到插槽 20A，将另一端连接到面包板的 29A（图 3D）。
  6. 将电线的一端连接到试验板的 21B，将另一端连接到试验板的 28B（图 3D）。
  7. 将电线的一端连接到试验板的插槽 1+，将另一端连接到螺丝端子条块的 5 V（图 3D）。
  8. 将电线的一端连接到面包板的插槽 1-，将另一端连接到螺钉端子排块的接地（图 3D）。
  9. 将电线的一端连接到试验板的插槽 C7，将另一端连接到 SSR-48RACK 上的引脚 27（图 3D）。
  10. 将电线的一端连接到面包板的插槽 28C，第二端将连接一个鳄鱼夹，该夹将连接到水龙卷的金属部分（图 3D）。
  11. 将电线的一端连接到面包板的插槽 20B，另一端连接到电位计的中间端子（图 3D）。连接到电位计电阻元件的两个端子接地和 5 V。中间端子连接到面包板。
  12. 获得 21 mΩ 电阻。对于第一个，将一端连接到 19A，将另一端连接到 20D。对于第二个，将一端连接到 22C，另一端连接到 21D。连接到电位计（图 3D）。
  13. 获得一个 kΩ 电阻。将一端连接到 14C，另一端连接到 19C。连接到电位计（图 3D）。
  14. 获取一个 120 Ω 的电阻器。将一端连接到 7D，将另一端连接到 7H（图 3D）。
  15. 获取 LED 灯。颜色无关紧要。将一根 LED 线连接到 7J，将第二根线连接到 6-（图 3D）。
  16. 获取两个运算放大器 （op-amps）。第一个的连接是 E10 到 E16，F10-F16（图 3D）。

4. 空气和水的供应

  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 显示了整个气流系统， 图 4B 显示了流量计的放大视图。
  2. 获得一个水族泵以提供 2 L/min 的气流。此处使用的水族馆泵模型有两个输出（请参阅材料表）。将一小块管子从水族箱泵的两个输出中的每一个连接到 T 连接器的两个输入（图 4B）。
  3. 将一根管子从 T 连接器的输出端连接到活性炭过滤器的输入端（图 4B）。
  4. 将来自碳过滤器输出端的管道连接到 T 型连接器，并将连接器的两个输出连接到球阀以调节气流速率（图 4C）。
  5. 将每个球阀的输出端连接到流量计的输入端（图 4D）。
  6. 将 50 cm/min 流量计的输出连接到顶部歧管，向 40 mL 气味平衡瓶提供空气，其中含有用矿物油稀释的加臭剂（图 4E）。
  7. 将每个气味样品瓶的输出连接到下分流板中的相应输入。
  8. 将气味瓶连接到歧管的管子是夹管，由两个独立的夹管阀打开。将管路放入夹管阀中。
  9. 将 2 L/min 流量计的输出连接到下歧管的侧面输入端的输入端。
  10. 将下歧管的输出连接到最终（分流）阀的输入（图 4F）。
    1. 将最终阀的默认 on 输出连接到 go/no-gochamber 中的气味输送管。将最终阀的默认关闭输出连接到排气管（图 4G）。这导致在最终阀门关闭时，连续无臭气流为 2 L/min。
    2. 对于每次试验，确保在动物舔舐时打开最后一个阀门，将空气带到排气口，同时气味阀打开。这导致背景气流中的气味达到平衡。
    3. 1-1.5 秒后，确保最后一个阀门关闭，将空气导流回腔室。这导致加臭剂浓度急剧增加。2.5 秒后，气味阀关闭，气味浓度恢复为 0。
    4. 将 18 G 针头连接到将用于输送水奖励的 5 mL 注射器的尖端（图 4H）。
    5. 将一根管子（直径 2 毫米）连接到针尖（图 4H）。
    6. 将管子的另一端连接到水阀的输入端。可能需要切割一根不同直径的管子以适应水阀的输入（图 4I）。
    7. 将管子从水阀的输出端连接到舔嘴（图 5A）。

5. 将嗅觉计连接到计算机并安装软件

  1. 使用 48 针母对母连接器将 SSR48-RACK 连接到 DIO96H/50H/100。将 USB 电缆从 DIO96/H50 连接到计算机（图 5B）。
  2. 下载最新版本的 mccdaq 软件和驱动程序以及 InstaCal。
    注意：InstaCal 是测试计算机与 DIO96/H50 之间通信的程序。在此处下载最新的软件和驱动程序：https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx。
  3. 运行 InstaCal。确保 “Universal Serial Bus” 将主板 # 列为正确的数字，通常 #1 = 主板 #1 USB-DIO96H/50。
  4. 下载 MATLAB。
  5. 下载 MATLAB 程序以从 https://github.com/restrepd/dropc 运行嗅觉计。
  6. 以管理员身份打开 MATLAB 并设置路径，以便 MATLAB 识别程序。在 MATLAB 环境的 Home 选项卡上，点击 Environment 部分中的 Set Path 。这将打开一个对话框，您可以在其中添加搜索路径中的文件夹。
  7. 运行 daqregister（'mcc'）。在 dropcInitializePortsNow.m 中更改板号。
    注意：handles.dio = digitalio（'mcc'，1）;%（1 或 0，具体取决于计算机）。
  8. 通过执行试运行来测试 dropcspm.m ，用户通过连接舔口和接地腔室的金属地板之间的电气回路来“响应”每次试验。
    注意：嗅觉计现在可以使用了。有关如何训练小鼠的信息可在 Nicole Arevalo 等人中找到20。

6. 动物实验

  1. 仔细准备动物受试者以开始实验过程。使用校准的秤单独称量每只小鼠，并在实验室日志中记录重量。在整个研究过程中监测这些关键数据，以跟踪动物的健康状况并及时解决任何体重变化。
  2. 称重后，将小鼠轻轻放入专门设计的小鼠室中。激活传感器和刺激传递系统以进行嗅觉辨别任务。确保腔室最大限度地减少对动物的压力，同时保持对实验条件的精确控制。
  3. 确保动物在腔室中舒适。启动 MATLAB 程序来控制实验参数，例如提供气味刺激 （2.5 s）、分配水和记录响应。实时分析数据以获得有关动物性能的即时反馈。
  4. 持续监控和分析动物的表现。查看根据正确回答的百分比计算的熟练度分数。目标是让每只动物达到 80 分或更高的表现分数，这标志着任务熟练度的阈值。
  5. 一旦动物持续达到 80 或更高的熟练度分数，表明掌握了初始气味对区分，就开始实验的新阶段。反转气味对，让之前奖励的气味没有奖励， 反之亦然。
    1. 测试动物的认知灵活性以及忘却和重新学习联想的能力，从而获得对小鼠嗅觉学习可塑性的宝贵见解。

Results

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

按照此处描述的协议，可以设置嗅觉计来测试小鼠区分气味的通过/不通过行为。 图 6A 显示了小鼠在训练 go/no-go 任务的第一天的行为，使用乙酸乙酯作为 S+ 气味剂，使用乙酸乙酯和乙酸丙酯的组合作为 S-。正确百分比计算为鼠标获得命中或正确拒绝的试验百分比。最初，鼠标的正确率为 50%，因为它对两种气味剂都有反应。然而，经过几次试验，它学会了只舔 S+，停止了舔 S-。 图 6B 显示了向前通过/不通过任务最后一天的正确百分比，其中动物达到熟练度，表现为 80% 或更高。此时，加臭剂被反转 （REV），乙酸乙酯作为 S- 加臭剂，乙酸乙酯和乙酸丙酯的组合作为 S+。 图 6C 显示了 go/no-go 任务第一天的正确百分比，其中鼠标的性能下降到 10%。 F 显示鼠标在反转最后一天的性能，它再次达到熟练度。

figure-results-1
图 1： 嗅觉计的白板正面和接线。 （A） 嗅觉计的尺寸为 22 英寸宽 x 16 英寸高 x 8.5 英寸深，显示时不含接线或接口/舔板，从机械车间交付。气味阀、温度计、水和最终阀、水注射器、气味瓶架、气味阀架和鼠标室都预先钻孔。（B） 嗅觉计准备好了将 SSR48-RACK 安装在左后侧所需的 8 个螺栓。（C） 安装了 SSR48-RACK 的嗅觉计，包括连接的继电器。（D） 添加到嗅觉计的螺丝端子条块，指定部分用于 12 V、5 V 和接地。（E） 控制黑匣子，带有用于 SPST 瞬时按钮开关的钻孔，用胶带标记每个按钮。（F） SPST 瞬时按钮开关，焊接有两根颜色编码的热缩管电线，以保护暴露区域。（G） 安装在控制黑盒上的 SPST 瞬时按钮开关，并用随附的六角螺母固定。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-2
图 2：气味阀和示意图。 （A） 气味阀牢固地安装在插槽中并用螺钉固定。（B） SSR48-RACK 和螺钉端子排块的气味阀接线示意图。（C） 控制黑匣子、电源、SSR48-RACK 和螺丝端子排块的接线图。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-3
图 3：带电源的水和最终阀门设置。 （A） 将水和最终阀添加到嗅觉计的指定槽中，并用螺钉固定。（B） 连接到嗅觉计电源的电源线。（C） SSR48-RACK 的电源线。（D） 舔传感器和连接的组件，包括电阻器、电线、LED 和运算放大器。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-4
图 4：带有流量计和管道的供气系统。 （A） 用螺钉连接到机架上的流量计。（B） 水族泵连接到管道上，用 T 形接头连接。（C） 一个碳过滤器，输出端连接有管道，连接到各个稳压器。（D） 来自连接到流量计输入的调节器的管道。（E） 连接到流量计输出的管路。（F） 从歧管到最终阀输入的管道。（G） 管道连接到嗅觉计气味端口的最终阀。（H） 5 mL 注射器，装满水，管路连接到 18 G 针头。（I） 连接到水阀输入端的管道。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-5
图 5：最终水阀连接和系统概述。 （A） 从水阀输出到嗅觉计中 lixit 的管道。（B） 使用母对母电缆将嗅觉计连接到 DIO96H/50。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-6
图 6：鼠标的 go/no go 任务中的行为性能示例。 显示每个疗程的正确反应百分比： （A） 前向调节的第一天（S+：1% 乙酸异戊酯，S-：矿物油）。（B） 正向调节的最后一天。（C） 逆转后第一天（S+：矿物油，S-：1% 乙酸异戊酯）。（D） 反向调节的最后一天。 请单击此处查看此图的较大版本。

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图 7：乙酸异戊酯在气味端口中的浓度时间过程。 使用光电离装置 （PID） 在气味端口中测量 10% 乙酸异戊酯（在矿物油中稀释）的浓度。垂直线表示气味传递的开始和结束。 请单击此处查看此图的较大版本。

Discussion

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

可以在文献中找到构建专为气味关联任务而设计的嗅觉计的综合分步指南。研究人员在设备的组装和作过程中可能会遇到各种挑战，但幸运的是，有既定的故障排除方法可以解决这些问题。一旦正确构建和校准，嗅觉计将成为科学家进行嗅觉相关实验的宝贵工具，能够精确控制和传递气味刺激。

关键步骤
下载的 MATLAB 版本应该是 2015 版，因为编写的代码与此版本兼容，使用任何其他版本都可能导致问题。验证在 instacall 中是否选择了正确的板子很重要。mcc.dill 的安装可以通过在以 MATLAB 管理员身份登录时执行 daqregister（'mcc'） 来完成。

故障 排除
在每个训练周开始时，运行校准软件 （InstaCal） 以确保 PC 和嗅觉计正确接口。打开此程序，单击 板 ，然后单击 Digital Calibration。需要检查气流速率。背景气流应为 2 L/min，流向气味平衡瓶的流量应为 50 mL/min。定期检查嗅觉计输出端的气流速率非常重要。

在放置鼠标之前，重要的是要确保测试以下参数：（1） 气味阀：按下黑匣子上的按钮时，应点击气味阀。空气管应起泡进入矿物油中，管中不得有矿物油。（2） 气味管路：如果气味不产生气泡，则管道可能在阀门附近通常卡住的地方被堵塞。可能需要更换管道。（3） 最终阀和水阀：最终阀应正确打开，并检查管道是否正常工作。对于水阀，应清除任何阻塞水流的空气，让水流入 lixit。（4） 气流：流量计需要经过校准并放置适当。（5） 继电器灯：确保继电器上的“灯”在实验过程中正确激活。（6） 水奖励接力：当分配水奖励时，水上方的接力在分配奖励时应闪烁。（7） 气味和水奖励继电器：当气味与水奖励配对时，相应阀号上方的红色继电器在奖励期间应闪烁红色。

局限性
go/no-go 任务测试鼠标测试 2 种气味的能力。为了运行该任务，必须通过多个会话来运行动物。这不是用于测试气味辨别的高通量技术。嗅觉计旨在测试嗅觉刺激。它不是一个多感官测试设备。但是，可以进行修改以测试其他传感输入。

本文介绍了一种液体稀释嗅觉计，其中空气以 50 mL/min 的速率通过矿物油稀释的加臭剂，与 2 L/min 的背景气流进行预平衡。对于这种加臭剂输送设计，载体气流中气味稀释的动力学决定了背景气流中气味浓度增加的速度。如图 7 所示，虽然浓度在 200 ms 内增加到最终浓度的一半，但浓度变化的速率会减慢到半秒以上。虽然这种配置不会在气味浓度中产生平方阶跃变化，但它已成功用于研究气味鉴别和检测21。如果实验方案需要气味浓度的阶跃变化，则应将加臭剂输送的设计修改为三个连续的 2 L/min 背景气流通道，其中加臭剂连续输送到两个背景气流通道的背景气流中。第三个输送通道将输送与矿物油平衡的空气。在这种情况下，将使用分流阀将两种加臭剂中的一种或无异味的空气分流到加臭端口。这将导致气味端口的加臭剂浓度逐步增加（之前也报道了19,22）。无论如何，使用光离子化检测器记录气味浓度变化的时间过程是关键。

此处描述的嗅觉计专为小鼠行为实验而设计，但这种设计过去曾用于大鼠。主要区别在于有必要增加腔室的大小以用于大鼠23 的研究。最后，该嗅觉计评估单只老鼠的嗅觉行为。已描述一种高通量自动嗅觉计可测试多只小鼠24。

意义
该协议描述了一种定制的嗅觉计，与其他可用方法相比，它降低了成本。

未来的应用
嗅觉计专为小鼠设计，需要修改才能用于其他动物，例如大鼠。还可以集成其他功能，例如多电极记录系统（例如，多电极记录板）、Arduino Uno 板或摄像头。

Disclosures

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

作者没有什么可披露的，也没有相互竞争的经济利益。

Acknowledgements

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

这项研究得到了 NIH 赠款 K01 NS127850-01、R25 NS080685、R01 NS081248 和 DC000566 的资助。我们要感谢 Restrepo 和 Ramirez-Gordillo 实验室的所有成员的支持。

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2 1/8'’模块化 IC 面包板插座发现于： amazon.comASIN ‏： B004MCSOQY为灯光供电并舔舐审查器
500 件各种碳膜电阻器 1/4 瓦在 amazon.com
上找到 品牌：bojack		电阻器将位于 BreadBoard 插座上
50k-ohm 线性锥度电位器品牌：TWTADE
发现于： Amazon.com		允许嗅觉计的组件

电源：AC 220v-6A
移位直径：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）
功率调整 
5mm 红色 LED发现于： Amazon.com
品牌：EDGELEC		预接线内置电阻器;5 毫米圆顶灯泡和有线 LED - 与 3-6V 直流电线轻松连接，7.9 英寸长电线。

瓦数：1 瓦
6位双排压丝带发现于：Digikey.com基本产品编号
1546306		根据连接方式用于电源和接地
额定电压：300v
额定电流（安培）：20A
线规：12-22 AWG
96 大电流 50 针连接器母对母发现：Amazon.com
品牌：‎IIVVERR		产品编号：‎F5C953EE65A980D重量：109G
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已找到 on:Amazon.com
品牌： Hydrofarm store		这将连接到双开口冷水外壳，并用于为机器上的空气供电
带倒钩三通连接器聚乙烯 1/4”发现于：Uplastic.com产品编号：62200将不同的空气软管相互连接
倒刺三通连接器聚乙烯 3/16”发现于：Uplastic.com产品编号：62063将不同的空气软管相互连接
BD通用精密滑动皮下注射针头18G½发现于：Medneedles.com货号：BD 305195用于供水系统
黑匣子/手动控制箱品牌：Otdorpatio
发现于： 亚马逊		不适用用作控制箱
尺寸：3.94x2.68x1.97
电缆、pc 电源内部连接 10 英尺发现于：Amazon.com连接到电源

40 瓦
Cflex 管，白色 & frac14;”内径 x 3/8”外径 发现on:uplastic.com产品编号：54033空气系统中使用的管道
定制的白色底板，带孔，用于固定气味阀、流量计、SSR48 板的架子CU Anschutz 医学园区神经技术中心的机械车间 
分流阀—微型惰性液体阀，3通发现on:Radwell.com产品编号：003-0258-9001/8 倒钩
24VDC
高达 1500 SCCM
4.2W
带蓝色集水槽的双开口冷水壳找到 on:GRAINGER.COM
品牌PENTAIR/PENTEK		兼容制造商型号150295;150578;151117;151118;151120;155003;244043;244686;244687
Fisherbrand 玻璃 EPA 小瓶发现于：fishersci.com货号 02-912-379用于气味
配件异径管 1/4”x 1/8 英寸发现于：uplastic.com产品编号： 64370空气系统软管中使用的适配器。
硬管，内用聚乙烯， 0.045 （内定） 1 x 100
高红外LED在 amazon.com
上找到品牌： gikfun		内存时钟速度 1mhz
Ic 运算放大器 gp 4 电路 14dip发现： Amazon.com
品牌：BOJACK		工作电压 50 伏
最大电压 50 伏
跳线套件发现：Amazon.com
品牌：Elegoo		产品尺寸长 x 宽 x 高：0.04 x 8.27 x 0.04 英寸
迷你 spst 瞬时开关品牌：Radioshack
找到：Amazon.com		B000TLWZM6用于异味阀
工作电压：250V
额定电流：1安培
万用表发现于 Amazon.com
品牌：AstroAl		准确测量交流/直流电流、交流/直流电压、电容、频率、占空比、电阻、二极管、连续性和温度
针鼻找到 on:amazon.com
品牌：WorkPro		将用于弯曲电线
气味阀发现on:Radwell.com货号： 192833415
零件型号：225T031		泵送气味瓶中的气味。
30 PSIG
12 VDC
光电晶体管发现：Amazon.com
品牌：HILETGO		电压：1.3-1.5V
接收范围：（NM）400-1000
头尺寸：5mm x 5mm / 0.2“ x 0.2”（D*L）
光电晶体管和 LED 成对
管道适配器 3/4”x 1/4 英寸发现于：uplastic.com产品编号： 64807空气系统软管中使用的适配器。
水壳泵管适配器 - m & frac34;x1/4 英寸Usplastic.com产品编号： 64807温度范围 -50f 至 275F
最大压力：150psi
Weoght 0.0015 磅
电源 12v 30A 360W发现于： Amazon.com
品牌：ALITOVE		机器的主要电源.
 输入电压：220 伏
输出：DC 12V 30A max.
聚四氟乙烯管发现于 Amazon.com
带平端的 RITEFLOW 流量计（未安装）已找到 on:Globalindustrial.com
型号：t9FB3075514		产品编号： H40407-0075监测嗅觉计中的气流
150mm 刻度，尺寸 2
制造商 产品编号：H40407-0075
螺丝刀发现地： Amazon.com
品牌：Sharden		用于嗅觉计上的螺钉
虾包/管（各种尺寸至 18-22 号线发现于： Amazon.com
品牌：eventronic		材质：聚烯烃制成，收缩率：2：1（将收缩至其供应直径的 1/2）
硅胶管 0.030 x 0.065已发现 on:Amazon.com
品牌：科学商品		气味瓶管
焊料 - 带铅发现on:Uline.com型号：S-25294将与烙铁一起使用
烙铁发现on:Uline.com型号 H-10799将用于焊接控制箱和其他连接上的 Bottons
固态继电器模块四路输出 –红发现于：https://www.sealevel.com/零件：OB5Q  型号：直流输出QSSR模块电容：8 pF
尺寸：2.4 英寸（长）x 1.1 英寸（宽）x 3.1 英寸（高）
# I/O：4 个输出
最大线电压：60 VDC
最大导通状态电流：3A
最小线电压：3 VDC
工作温度：-30°C 至 80&g;C（-22°F 至 176°F）
输出隔离度：4000 Vrms
储存温度：-40°C;C 至 100°C（-40°F 至 212°F)
SPST按钮开关品牌：Apiele
发现于： Amazon.com		不适用用于控制箱控制水阀和最终阀门内部。
工作电压 250v
额定电流：1 安培，3 安培
SSR 机架 48发现on:Radwell.com货号： 83105002处理嗅觉计的所有连接，并与四型阴离子继电器配合使用。
不锈钢进料管
尖端锡器和清洁剂发现于： Amazon.com
品牌：Thermaltronics		型号：FBA-TMT-TC-2
阀球 PVC 1/4”倒钩丁纳发现于：uplastic.com产品编号：62281
水阀发现于：Ph.parker.com部件 #： 003-0257-900将水泵入腔室
最大流量：1500 sccm
电压 （VDC）：24
最大工作压力：50 psi，3.44 bar
线材 22awg品牌：tuofeng
发现于： Amazon.com		不适用用于接线嗅觉仪的不同部件
材质：铜
规格30.0
线剪已找到 on:Amazon.com
品牌：Billbotk		将用于剪断电线
品牌：聚四氟乙烯第 #036663601452 部分用于输送气味剂。
https://medschool.cuanschutz.edu/neurotechnologycenter/Cores/machine-shop

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Yeshurun, Y., Sobel, N. An odor is not worth a thousand words: from multidimensional odors to unidimensional odor objects. Annu Rev Psychol. 61, 219-241 (2010).
  2. Buck, L. B. Unraveling the sense of smell (Nobel lecture). Angew Chem Int Ed Engl. 44, 6128-6140 (2005).
  3. Spors, H., Wachowiak, M., Cohen, L. B., Friedrich, R. W. Temporal dynamics and latency patterns of receptor neuron input to the olfactory bulb. J Neurosci. 26 (4), 1247-1259 (2006).
  4. Feinstein, P., Bozza, T., Rodriguez, I., Vassalli, A., Mombaerts, P. Axon guidance of mouse olfactory sensory neurons by odorant receptors and the beta2 adrenergic receptor. Cell. 117 (6), 833-846 (2004).
  5. Soucy, E. R., Albeanu, D. F., Fantana, A. L., Murthy, V. N., Meister, M. Precision and diversity in an odor map on the olfactory bulb. Nat Neurosci. 12, 210-220 (2009).
  6. Spors, H., et al. Illuminating vertebrate olfactory processing. J Neurosci. 32, 14102-14108 (2012).
  7. Kwak, J., Willse, A., Preti, G., Yamazaki, K., Beauchamp, G. K. In search of the chemical basis for MHC odourtypes. Proc Biol Sci. 277 (1693), 2417-2425 (2010).
  8. Schaefer, M. L., Yamazaki, K., Osada, K., Restrepo, D., Beauchamp, G. K. Olfactory fingerprints for major histocompatibility complex-determined body odors II: relationship among odor maps, genetics, odor composition, and behavior. J Neurosci. 22 (21), 9513-9521 (2002).
  9. Li, Y., et al. A distinct entorhinal cortex to hippocampal CA1 direct circuit for olfactory associative learning. Nat Neurosci. 20 (4), 559-570 (2017).
  10. Gadziola, M. A., et al. A neural system that represents the association of odors with rewarded outcomes and promotes behavioral engagement. Cell Rep. 32 (3), 107919(2020).
  11. Carlson, K. S., Gadziola, M. A., Dauster, E. S., Wesson, D. W. Selective attention controls olfactory decisions and the neural encoding of odors. Curr Biol. 28 (14), 2195-2205.e4 (2018).
  12. Moberly, A. H., et al. Olfactory inputs modulate respiration-related rhythmic activity in the prefrontal cortex and freezing behavior. Nat Commun. 9, 1528(2018).
  13. Gire, D. H., et al. Information for decision-making and stimulus identification is multiplexed in sensory cortex. Nat Neurosci. 16 (8), 991-993 (2013).
  14. Ma, M., et al. Molecular layer interneurons in the cerebellum encode for valence in associative learning. Nat Commun. 11 (1), 4217(2020).
  15. Bolding, K. A., et al. Robust odor coding across states in piriform cortex requires recurrent circuitry: evidence for pattern completion in an associative network. bioRxiv. , 694331(2019).
  16. Bolding, K. A., Franks, K. M. Recurrent cortical circuits implement concentration-invariant odor coding. Science. 361 (6407), eaat6904(2018).
  17. Bolding, K. A., Franks, K. M. Complementary codes for odor identity and intensity in olfactory cortex. Elife. 6, e22630(2017).
  18. Bodyak, N., Slotnick, B. Performance of mice in an automated olfactometer: odor detection, discrimination and odor memory. Chem Senses. 24 (6), 637-645 (1999).
  19. Slotnick, B., Restrepo, D. Olfactometry with mice. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8 (Unit 8.20), (2005).
  20. Williams, E., Dewan, A. Olfactory detection thresholds for primary aliphatic alcohols in mice. Chem Senses. 45 (7), 513-521 (2020).
  21. Villanueva, J. A., Restrepo, D., Ramirez-Gordillo, D. Closed-Loop Optogenetic Stimulation of the Olfactory Circuit at Different Phases of Theta Oscillations of the Local Field Potential. Methods Mol Biol. 2915, 179-187 (2025).
  22. Arevalo, N., et al. Open-source JL olfactometer for awake behaving recording of brain activity for mice engaged in olfactory tasks. Animal Models of Reproductive Behavior. Neuromethods. 200, (2023).
  23. Slotnick, B., Bodyak, N. Odor discrimination and odor quality perception in rats with disruption of connections between the olfactory epithelium and olfactory bulbs. J Neurosci. 22 (10), 4205-4216 (2002).
  24. Burton, S. D., et al. A novel olfactometer for efficient and flexible odorant delivery. Chem Senses. 44 (3), 173-188 (2019).
  25. Slotnick, B., Cockerham, R., Pickett, E. Olfaction in olfactory bulbectomized rats. J Neurosci. 24 (41), 9195-9200 (2004).
  26. Reinert, J. K., Schaefer, A. T., Kuner, T. High-throughput automated olfactory phenotyping of group-housed mice. Front Behav Neurosci. 13, 267(2019).

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