一种用于研究果蝇视觉与嗅觉介导飞行控制的磁力牵引系统

Joof 嗅觉研究领域的不断发展推动了行为检测技术日益精进，例如嗅觉磁力固定装置（olfactory magnetic tether apparatus，简称 OMT）。该实验步骤包括将果蝇背部胸节粘附至一根 mnuchin 针上，使果蝇以 30 度角悬挂，针的角度需调整至适当俯仰，随后将其置于两块稀土磁铁之间进行对齐。

若操作正确，果蝇将能够自由活动。随后调整气味通道，使气流从释放喷嘴平滑地经过果蝇头部进入真空室。接着在视觉刺激存在的情况下，测试果蝇定位气味物质的能力。

大家好，我是来自加州大学洛杉矶分校生理科学系 Mark Fry 博士实验室的 Brian DeMars。今天我们将向您展示如何固定果蝇，以便在嗅觉磁力悬浮装置中使用。我们还将演示如何校准磁铁和气味通道，并设置气味输送系统的质量流量速率。

我们在实验室中采用此方法研究果蝇的视觉和嗅觉介导的飞行控制。现在让我们开始。首先，收集羽化后4至6天的果蝇，并使其饥饿4至6小时。

将一批标记的果蝇转移至一个含有湿润Kimwipe纸以防止干燥的食物管中。接着，将该小管插入设置在4°C的帕尔贴冷却装置的黄铜块中。在此温度下，果蝇将在约30秒内被麻醉。

在冷却台上放置一张吸水纸以吸收水分。接着将麻醉后的果蝇置于台上进行分选，挑选体型最大的雌蝇用于固定。使用细毛刷将一只果蝇推入特制的棺形装置中，该装置专为容纳一只野生型雌性果蝇而设计。

现在使用显微镜确认果蝇已正确放置，背侧朝上。果蝇的前端应朝向您，后端远离您。接下来，将带有磁性杆的明钦针安装在显微操作仪上并进行定位。

应将大头针的钝端对准果蝇的背部胸节，即头部后方两翅之间的位置。果蝇在大头针上的位置需在三个轴向上均摆放正确。

俯仰角、翻滚角和偏航角应调整至在正对眼睛观察时，针完全垂直，即使蝇与针之间存在微小的翻滚角也不可接受。从侧面观察时，针与身体长轴之间的夹角，即俯仰角，应相对于地平线保持30度的抬头角度。请注意，为了实现最佳的 tether 操作，可能需要对针进行适当修剪。

这取决于悬浮磁铁之间的距离。一旦将 Mnuchin 针对齐，使用一根细钢丝在 Mnuchin 针的钝端施加一滴紫外光活化胶。然后调整针的位置，使胶滴接触果蝇胸部头部正上方的区域。

注意不要使用过多胶水。使用适量的胶滴时，胶水应能从针尖流下并覆盖在胸部。接着，用两段持续22秒的紫外光照射固化胶水。

固定完成后，使用镊子将一小块方形擦镜纸递给每只果蝇，果蝇会因本能的降落反射而抓住擦镜纸。固定后的果蝇经过一小时恢复，即可用于实验。

为了实现平滑的360度运动范围，正确对齐磁体至关重要。为此，使用塑料套管水平固定下部环形磁体，并将其直接放置在透明真空腔室的顶部。上部杆状磁体垂直固定，位于下部磁体上方约四分之三英寸处，一个V型双轴承通过环氧树脂粘附在上部磁体的底面。

这将标准化果蝇的定位并尽量减少旋转摩擦。请注意，这些磁铁可能存在危险，使用不当可能导致设备损坏或轻微人身伤害。接下来，通过目视大致对齐上下磁铁。

将上方的杆状磁铁直接放置在下方环形磁铁中心点的正上方时，建议将上方磁铁固定在显微操作器上，以便进行精细调节。现在将一只果蝇放入实验区域，调整上方磁铁的水平和垂直位置，直至果蝇能够在每次实验开始时平稳、顺畅地旋转360度。每只果蝇都应检查其旋转是否顺畅，以确保磁铁已正确对齐，且mnuchin针未受损。如果装置设置不当，果蝇可能完全无法旋转。

可能活动范围受限，或旋转速度不一致。这可能是粘附不当所致，可通过在果蝇前方旋转带条纹的网格以诱发其反侧运动反应来进行检测。如果果蝇不旋转或旋转不稳定，则应更换另一只果蝇。

如果该果蝇无法正常旋转，且每只果蝇均存在此类问题，则问题可能源于磁体的对齐不良，需要进一步调整以实现稳定的气味输出。追踪气味系统的初始设置时，需使用细径特氟龙管将气体多路复用器连接至自行制备的水基气味小瓶。这些小瓶的出口应使用相同的特氟龙管直接连接至皮下注射端口管。

接下来，将一个透明的丙烯酸真空室置于实验区域下方，以支撑磁铁。在果蝇下方安装一根直径为四毫米的玻璃管，并将其连接到真空室，使真空开口更靠近果蝇，同时减小开口的直径。现在使用镊子将一只固定好的果蝇放入实验区域内。

一旦果蝇就位，开启吸引性气味。当气味开启时，你可以直观地观察果蝇是否朝向气味出口位置移动。如果果蝇似乎对气味没有偏好，可通过反复试验优化嗅觉刺激时间（OMT）。

首先，调整气味出口的位置，直到果蝇表现出追踪气味的行为。此处，气味出口安装在显微操作器上，定位在果蝇头部背侧4毫米、前侧3毫米处。如果改变气味出口的位置仍无法改善果蝇的气味追踪行为，则调节质量流量，直至果蝇表现出明显的气味追踪行为。

我们使用的流速设置为每分钟七毫升。如果调节质量流量未能改善果蝇对气味的追踪，则调节真空泵的流速，直至果蝇表现出对气味的追踪行为。我们使用流量调节器将真空泵的流速设定为每分钟13升。

一旦确定了端口位置和流速，便使用可切换的气体多路复用器定期在输送水蒸气和气味蒸气之间进行切换。如果你正确设置了实验装置，应观察到两种现象：首先，在持续旋转的视觉刺激下，置于OMT中的固定果蝇应在垂直或ya轴上平滑地旋转360度；而称为kos的断续转动则是缺乏持续视觉刺激时果蝇自发转向行为的特征。

如果果蝇无法平稳旋转，可能是由于粘接不当或磁铁未对准所致。其次，当开启气味时，应观察到果蝇朝向气味出口方向移动；当关闭气味时，果蝇应自发进行第二次转向，且在 arena 内任意位置均无偏好性。

如果果蝇不能主动追踪气味羽流，这可能意味着需要调整气味出口的位置、气流速率和/或真空流速。我们刚刚向您展示了如何将果蝇固定，用于嗅觉磁悬浮装置。我们还向您展示了如何正确对齐磁铁和气味出口，以及如何设置气味递送系统的质量流量速率。

以上就是全部内容。感谢观看，祝您的实验顺利成功。