简单和计算机辅助测试嗅觉的小鼠
2015年6月15日
我们在小鼠中提出了一种简单且无偏见的嗅觉测试。通过该方案，可以在单次行为会话中评估嗅觉辨别、偏好、回避和对新气味的敏感性。该方法适用于单个实验者，分析基于计算机辅助视频处理。
以下实验的总体目标是测试小鼠的先天嗅觉辨别、嗅觉偏好或回避和嗅觉敏感性。这是通过将鼠标暴露在新型引诱剂或上诉剂和中性气味（即水）中来实现的。同时，摄像机记录了行为过程。
接下来，使用提供的宏在图像 J 中分析视频，以获得在气味和水参数中花费的时间。结果显示了基于事后计算机辅助分析的不同基因型与水相比对气味的偏好或回避行为。与使用专用竞技场和嗅觉相比，嗅觉测试的主要优点是它使用熟悉的竞技场，因此完成速度快，设置简单。
此外，它使用 Unexpensive 硬件演示该程序将是 Emmanuel Abry，根据我实验室的学生的说法。对于此实验，使用 3 至 5 个月大的雄性、C 57 黑色、6 只野生型和转基因小鼠。该演示使用两条敲落线和窝产配对对照。
对于实验场地，使用干净消毒的小鼠笼子和 3 厘米的床上用品。接下来，准备相机设置。将其放置在笼底上方 58 厘米处，安装在定制的三脚架上。
在柜台上做一些标记，以表示笼子的位置。对于中心图像，将相机设置为以大约每秒 15 帧的速度录制 320 x 240 像素的视频。为了准备测试者，请尽可能将每种气味的浓缩物储存在溶剂中。
对于偏好测试，将花生酱在花生油中制备 10% 重量/体积的溶液。对于回避试验，用 98% 的甲基丁酸溶液。对于敏感性测试，在测试前 1 到 2 天从相同品系的小鼠收集雌性尿液。
将雌性腹部限制在笼子网格上方，并将她的尿液滴入塑料盘中。从几只雌性身上收集样本以标准化。对于个体差异，将所有样品拉入 1.5 毫升试管中，并储存在零下 20 摄氏度。
首先，让动物习惯化，将一只放在干净的笼子里，让它探索。在五分钟内，测试笼的环境应与家用笼的环境相似。在每个测试日重复一次习惯阶段，当习惯期结束时，开始记录并吸取 60 微升令人愉悦的气味。
在这种情况下，将花生酱涂在对面墙上的一面墙上，吸取等量的水。中性香味，将滴剂涂抹在每面墙上约 10 厘米处。现在让动物探索两分钟，然后停止录制并将鼠标放回它的家笼子里。
对每只要测试的鼠标重复该过程。始终使用新的测试笼。三到五天：完成所有偏好测试后，使用新的测试笼进行回避测试。
对于每只鼠标，执行回避测试。和吸引测试一样，只用回避气味代替令人愉悦的气味，即二甲基丁酸。对于敏感性测试，同一只小鼠的试验之间可以重复使用一个笼子。
因此，在笼子的水面上做标记，并准备在两次试验之间用 70% 乙醇浸泡的纸清洁短壁。在实验当天，用十倍稀释系列制作四种浓度的尿液。使用像回避测试这样的双蒸水，让每只动物习惯于测试笼 5 分钟。
然后首先将每只小鼠暴露在最高稀释度的尿液中，即 1 比 10， 000。记录时，将尿液稀释液涂抹在测试笼上，并将水涂抹在对面的墙壁上。与其他测试一样，让动物探索。
两分钟。此后，将动物转移到干净的老鼠笼中。在所有动物经历最低浓度后，清洁所有测试笼壁，并使用次浓尿液对每只小鼠重复测试。
继续此过程，直到测试出纯尿液。收集完实验的所有数据后，打开图像 J 中的视频进行调整和处理细节，这些视频使用描述的协议在文本协议中提供。两条不同的敲落线。
将 B 组和 C 组与垫料对照组进行了比较，A.A 等方差或不等方差的无方向学生 T 检验比较了基因型内气味和水之间的时间。使用单因素 inova 比较基因型之间的行为。实验组 B 和 C 均表现出对诱人的气味没有偏好 在回避测试中，对令人厌恶的二甲基丁酸气味的反应与 A 组和 B 组的预期一样，但 C 组对这种气味没有表现出回避行为。
在敏感性测试中，通过从与水一起度过的时间中减去与尿液一起度过的时间来获得吸引力阈值，水是 1 比 1000 稀释度的尿液的首选。而实验组 B 和 c 需要 100 倍的浓度才能表现出偏好。一旦掌握了，如果执行得当，这项技术可以在几个小时内完成，然后按照这个程序，可以执行其他方法，如嗅觉学习和消退，以研究嗅觉可塑性和学习。
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概述
本研究提出了一种为小鼠设计的简单嗅觉测试，允许评估嗅觉辨别、偏好、回避以及对新颖气味相比水的敏感性。该方法适合单个实验者使用，并依赖于计算机辅助视频分析。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为分析
- 嗅觉测试
背景
- 实验旨在评估小鼠的先天嗅觉行为。
- 它涉及暴露于新颖气味和中性对照（水）。
- 记录并分析行为以确定偏好或厌恶。
- 该方法利用小鼠熟悉的环境，提高了结果的可靠性。
研究目的
- 评估小鼠的嗅觉辨别。
- 评估嗅觉偏好和回避行为。
- 测量对新颖气味的嗅觉敏感性。
使用的方法
- 小鼠暴露于新颖的吸引物或引诱物和水。
- 行为会话使用摄像机记录。
- 使用带有宏的 Image J 软件进行视频分析。
- 分析结果以确定每种气味花费的时间。
主要结果
- 结果表明对气味相比水的偏好或回避行为。
- 不同基因型的行为反应有所不同。
- 该方法允许快速设置和完成实验。
- 计算机辅助分析提高了结果的准确性。
结论
- 嗅觉测试是评估小鼠嗅觉行为的可靠方法。
- 使用熟悉的竞技场简化了实验过程。
- 这种方法对神经科学中的各种行为研究有益。
常见问题
Executive Industry Relevance
Olfactory dysfunction is an early biomarker in neurodegenerative disease models, making reliable rodent olfaction assays critical for target validation in CNS drug discovery. This method enables rapid, reproducible assessment of innate odor perception and sensitivity without food/water restriction, supporting high-throughput screening of genetic or pharmacological interventions. By quantifying behavioral responses to attractants, aversants, and sensitivity thresholds, it provides mechanistic de-risking for targets implicated in olfactory network dysfunction.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by linking genotype to olfactory behavior, enabling functional validation of targets in olfactory pathways.
- Operational Value: Uses familiar environments and minimal habituation, reducing stress-induced variability and improving assay reproducibility across genotypes.
- Predictive Value: Detects altered odor preference or avoidance in knockout models, supporting early de-risking of targets associated with neurodegenerative or psychiatric indications.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative time-spent metrics via computer-assisted ImageJ analysis, enabling objective comparison of odor responses across experimental groups.
- Operational Value: Requires only standard cages, bedding, scents, and a video camera, allowing scalable implementation in discovery labs without specialized equipment.
- Predictive Value: Supports dose-response characterization in sensitivity testing, informing lead optimization by defining effective concentration ranges for odorant-evoked behaviors.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with human olfactory deficits as prodromal biomarkers, enhancing translational relevance of mouse models in neurodegenerative disease research.
- Operational Value: Enables longitudinal sensitivity testing through serial dilution series, supporting progression tracking in preclinical efficacy studies.
- Predictive Value: Identifies genotype-specific thresholds for odor detection, aiding in patient stratification and biomarker-aligned target selection.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing to lead identification, providing behavioral readouts that inform go/no-go decisions prior to compound investment.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring innate olfactory discrimination and preference, clarifying gene function in sensory processing pathways.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs (time in odor vs. water zones) that enable reliable comparison of compound or genotype effects.
- Analytics: Computer-assisted analysis provides reproducible, threshold-based measurements that support statistical comparison across treatment conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by modeling olfactory sensitivity loss, a feature predictive of clinical neurodegeneration.
- Enterprise Reuse: Reusable across multiple test types (preference, avoidance, sensitivity) and mouse strains, functioning as a platform capability rather than a single-use assay.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in olfactory circuit function.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through fixed exposure times, blinded video analysis, and internal water controls.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling rapid triage of targets using low-cost, high-reproducibility behavioral phenotyping.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by identifying targets whose modulation rescues or recapitulates olfactory phenotypes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, behavioral observation, and basic video tracking software (ImageJ).
- Dependent on consistent lighting, camera positioning (58 cm above cage), and odorant preparation (e.g., peanut butter oil dilutions, urine dilution series).
- Necessitates cross-team standardization of habituation protocols and blind analysis to minimize operator bias.
- Adaptation across model systems requires validation of odorant relevance (e.g., species-specific pheromones or aversants).
- Practical limitation: Assay sensitivity depends on accurate odorant delivery and cleanup between trials to prevent cross-contamination, particularly in sensitivity testing.
