特勒奥茨的嗅觉神经的细胞外多单元记录
October 6th, 2020
来自嗅觉神经的细胞外多单元记录是一种敏感、健壮和可重复的方法，用于评估海洋鱼类的嗅觉敏感性。它记录主要的感官输入，独立于外部盐度。
这是评估海洋鱼类嗅觉敏感性的最可靠和最敏感的方法，因为它在中海鱼处理之前记录了纯粹的感官信号。这种技术的主要优点是它的灵敏度，它可以很容易地转移到不同的物种，从不同的环境，独立于外部盐度。要准备控制水，请收集一升木炭过滤的海水，并使用 pH 探头检查 pH 值。
pH 应在 8.2 左右。如果不是，用大气将海水泡泡，直到达到8.2的pH。接下来，使用碱性滴定器测量水的碱度，然后测量水的温度和盐度。
要准备高二氧化碳水，在用二氧化碳冒泡之前，通过颗粒灭活炭过滤器过滤一升海水，直到达到所需的pH值。使用 pH 探针检查 pH 值（应约为 7.7），然后使用碱性滴定器测量水的碱度并测量水的温度和盐度。要确定控制中的二氧化碳压力和高二氧化碳水，请打开一个软件程序，用于计算水中的二氧化碳参数，并将水盐度、温度、压力、总碱度和 pH 值添加到输入窗口中。
然后选择常数、比例和单位，然后单击过程以确定二氧化碳压力。在对尾部挤压缺乏反应后，将麻醉鱼放在为模型定制的靠垫支撑上，并在鱼口中放入适当大小的硅管。该管连接到一个潜水泵和一个含有加气海水的麻醉剂储液库，水以每公斤约100毫升的速率在刺上泵送。
接下来，将接地销插入侧翼肌肉，并将销连接到放大器的头部阶段。用湿布盖住鱼，只露出鱼头，并在鼻孔内用刺激输送系统放置管子。要暴露嗅觉神经，请使用钻头和解剖显微镜去除眼睛之间的头骨的皮肤和骨骼。
使用海鸟时，使用圆锯将头骨的正上方部分取出，以将头骨的后部从眼睛后部，并使用钻头去除眼睛之间的骨骼。一旦足够的骨头被清除，使用精细钳子去除脂肪和结缔组织覆盖嗅觉神经，而不会损害神经或血管。在使用前清洁电极，将电极连接到三伏直流源的负极，并将尖端置于生理盐水中 20 到 30 秒。
应看到从尖端源源不断的小气泡。将乙烯涂层钨电极连接到交流交流前增器的头部阶段。一旦嗅觉神经暴露，使用微操纵器将电极插入适当的嗅觉神经中，其位置对标准具有最大响应，对空白的反应最小。
如果解剖工作顺利进行，关键步骤是使电极进入正确的位置。这可能需要时间，并涉及一定程度的试验和错误。为了获得电生理读数，请使用电磁阀操作的三向阀来设置一个刺激输送系统，以便从干净的背景水快速切换到含水刺激水，并连接带水的管子与嗅觉玫瑰花环的管道。
将一条线放在背景海水中，另一条线放在测试溶液中。将阀门驱动器连接到模拟数字转换器的触发器，并配置软件在触发事件时开始录制并继续预定的时间段。为了检查制备的稳定性，重复记录和测量集成响应的振幅，标准允许在连续刺激之间经过一分钟。
接下来，记录控制海水中对氨基酸的嗅觉神经反应，并允许在连续刺激之间经过一分钟，然后在控制水空白溶液中记录对负第三摩尔丝氨酸的1倍10的响应。然后记录高二氧化碳海水中对氨基酸的嗅觉神经反应。对高二氧化碳水空白溶液的反应和对控制水空白溶液中负第三摩尔素的响应为10倍。
在这里，从海鸥的嗅觉神经记录的积极和消极控制刺激的典型反应显示。在刺激计划应用的大约一秒钟内，在刺激计划结束时，可以观察到活动迅速增加，然后是一段均等性，一旦刺激计划结束，活动将回归基线活动。相比之下，空白刺激能引起很少或没有反应。
在这个典型的浓度反应曲线中，可以观察到，气味浓度的增加可以引起活动增加，从而引起综合反应的振幅。绘制规范化数据和相应的线性回归，可以估计每个动物或一组动物的浓度反应的检测阈值。西莫体浓度响应曲线可以半对数绘制，允许计算以 50% 最大响应引起的气味浓度。
保持鱼尽可能健康是重要的。例如，确保刺得到充分的灌溉，并在记录过程中使嗅觉上皮保持湿润。我们的目标之一是追踪大脑中的神经通路，以传递感觉信息。
概述
本研究通过嗅觉神经的细胞外多单位记录，提出了一种评估海洋鱼类嗅觉敏感性的稳健方法。该技术记录初级感觉输入，且与外部盐度无关，使其适用于不同物种。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 海洋生物学
- 电生理学
背景
- 嗅觉敏感性对鱼类行为和生态至关重要。
- 传统方法可能无法准确评估感觉输入。
- 了解嗅觉机制可以为生态和进化研究提供信息。
- 该方法允许精确测量感觉反应。
研究目的
- 开发一种测量海洋鱼类嗅觉反应的敏感方法。
- 评估环境因素对嗅觉敏感性的影响。
- 为未来感觉生物学研究提供可重复的技术。
使用的方法
- 准备对照和高二氧化碳海水。
- 电极插入暴露的嗅觉神经。
- 使用刺激传递系统进行嗅觉测试。
- 记录和分析对气味物质的电生理反应。
主要结果
- 展示了海洋鱼类对刺激的快速嗅觉反应。
- 建立了气味物质的浓度-反应关系。
- 确定了在不同环境条件下的反应差异。
- 提供了估算气味物质检测阈值的方法。
结论
- 该方法有效评估海洋鱼类的嗅觉敏感性。
- 它可以适应不同物种和环境。
- 未来研究可以利用这种技术探索嗅觉处理中的神经通路。
常见问题
Executive Industry Relevance
Extracellular multi-unit recording from the olfactory nerve provides a direct, quantitative measure of primary sensory input in marine fish, enabling robust assessment of olfactory sensitivity before central processing. This method is highly relevant for early discovery and target validation in sensory neuroscience, supporting predictive confidence in environmental and mechanistic studies. Its reproducibility and independence from external salinity make it a valuable platform for cross-species and cross-condition R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct interrogation of sensory pathway function prior to CNS integration.
- Supports mechanistic de-risking by isolating primary olfactory nerve responses.
- Facilitates quantitative threshold determination for target validation.
- Provides robust, reproducible data for hypothesis-driven research.
Screening & Assay Development
- Delivers validated, quantitative readouts for olfactory sensitivity assays.
- Standardizes measurement of concentration-response relationships across conditions.
- Enables reproducible detection threshold calculations for assay development.
- Supports platform scalability across species and environmental variables.
Translational & Preclinical Research
- Aligns sensory input measurements with disease-relevant or environmental models.
- Ensures continuity from mechanistic discovery to preclinical validation of sensory function.
- Reduces translational risk by providing direct, quantitative endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates at the interface of early discovery and preclinical model validation, supporting workflows from hypothesis testing to quantitative assay development.
- Discovery Biology: Provides direct measurement of olfactory nerve activity for pathway clarification and biological de-risking.
- Screening: Enables standardized, reproducible, and quantitative olfactory sensitivity assays.
- Analytics: Supports statistical analysis of concentration-response and detection thresholds for comparative studies.
- Translational Research: Bridges mechanistic findings to preclinical models of sensory function under environmental stressors.
- Enterprise Reuse: Offers a transferable, robust platform for multi-species and multi-condition sensory research.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in sensory pathway studies.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable electrophysiological measurements.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and reduces late-stage risk in sensory target portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of sensory function programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology and surgical preparation of model organisms.
- Needs specialized instrumentation for multi-unit recording and stimulus delivery.
- Demands rigorous cross-team standardization for reproducibility.
- Adaptable across teleost species and environmental conditions with protocol adjustments.
- Invasiveness and animal health maintenance are critical practical considerations.
