构建用于啮齿动物嗅觉行为研究的嗅觉计
April 11th, 2025
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。
我们正在研究嗅觉对学习和记忆的参与。这项研究探讨了嗅觉如何影响认知过程，包括信息获取、保留和回忆。我们正在研究连接嗅觉系统和负责记忆形成的大脑区域（例如海马体）的神经通路。
在阿尔茨海默氏症的研究中，包括病毒和细菌在内的病原体可能通过鼻子进入大脑，并传播到与学习和记忆有关的区域，例如海马体。该途径涉及嗅觉系统，嗅觉系统提供从鼻腔到大脑的直接途径。在我们的研究中，我们发现，当动物学会在通过/不通过任务中区分气味物质时，通过 θ 间隙氧化面的高伽马频率神经元氧化的封盖会发生变化，从而导致奖励和未奖励气味之间的分歧。
这可用于确定气味的身份。制造的嗅觉计有局限性，例如成本高、维修延误和维护需求。我们提供了使用现成组件构建具有成本效益的计算机控制嗅觉计的指南，为嗅觉和动物行为方面的研究人员提供支持。
制造和销售自动嗅觉计的公司经常倒闭或遇到供应链问题。学习如何构建嗅觉计允许用户根据研究需要定制嗅觉计。我们的协议不依赖于特定部件，许多组件可以升级或更改，具体取决于可用的库存供应。
首先，设置单刀、单掷或 SPST 瞬时按钮开关。使用烙铁将两根电线焊接到每个 SPST 瞬时按钮开关上。将 SPST 瞬时按钮开关连接到控制箱。
然后，通过扭转电线或粘贴胶带来固定电线，以保持它们井井有条。将气味阀放入位于白板中央的气味阀架的指定插槽中。接下来，剥离连接到每个阀门的电线的绝缘层。
使用烙铁，将每个阀门的一根电线焊接到较粗的电线上。将一根电线插入位于白板背面的螺丝端子排块上的接地端子中，然后将第二根电线插入 SSR-48RACK 上的相应引脚 将 SSR-48RACK 上的一到八针连接到两个夹管阀。对于每个阀门，将一根电线从按钮连接到 24 伏电源，另一根电线连接到 SSR-48RACK 上连接到阀门的引脚。
现在，将水阀和最终阀门放入阀板上的相应槽中。将水阀和最后一个阀门分别连接到 SSR-48RACK 上的接地端子和引脚 17 和 18。将按钮连接到 24 伏电源和引脚 17 和 18。
接下来，购买合适的电源和延长线。使用剪线钳从电源线上拔下插头。剪断为 SSR-48RACK 供电的电线的一端。
然后，将其中一根电线连接到电源上的 G 螺钉，将另一根电线连接到电源上的 V1 端子。接下来，将一根电线从 G2 端子连接到螺钉端子排上的接地线。然后，将一根电线从 V1 端子连接到五伏螺丝端子台。
最后，将一根电线从 V3 端子连接到 24 伏螺丝端子排。将两个流量计放入流量计支架中。获得一个每分钟提供两升气流的水族泵。
将水族箱泵的两个输出中的每一个的一小段管子连接到 T 型连接器的两个输入端。将一根管子从 T 型连接器的输出连接到活性炭过滤器的输入端。将碳过滤器输出端的管道连接到 T 型连接器。
然后将该 T 型连接器的两个输出连接到球阀，球阀将控制空气流量。接下来，将每个球阀的输出连接到流量计的输入端。将每分钟 50 立方厘米的流量计输出连接到顶部歧管，以将空气与矿物油中的气味剂一起供应给 40 毫升气味平衡瓶。
将每个气味瓶的输出连接到下部滤管上的相应输入，并关闭气流系统上的回路。然后，将每根管子放入夹管阀中。将每分钟两升流量计的输出连接到下组的侧输入端，将下组的输出端连接到最终分流阀的输入端。
将最终阀门的默认输出连接到通行室或不通室中的气味输送管。然后将最终阀门的默认关闭输出连接到排气管。现在，将一根 18 号针头连接到指定用于水奖励输送的 5 毫升注射器的尖端。
将一根管子连接到针尖。然后，将管子的另一端连接到水阀的输入端，并将水阀输出端的管子连接到极限。首先，在校准秤上单独称重每只小鼠，并在实验室日志中记录每只小鼠的重量。
称重后，轻轻地将每只小鼠放入指定的小鼠室中。激活传感器和刺激传递系统，为嗅觉辨别任务做好准备。启动 MATLAB 程序以控制实验参数，例如传递 2.5 秒的气味刺激、分配水和记录响应。
实时分析数据，提供有关动物表现的即时反馈。然后，反转气味对，将之前奖励的气味设置为未奖励，反之亦然。之后，通过观察动物忘记和重新学习气味联想的能力来测试动物的认知灵活性，深入了解小鼠的嗅觉学习可塑性。
在前进或不去任务的第一天，小鼠逐渐提高到80%正确响应，学会只舔乙酸乙酯。在前向任务的最后一天，鼠标达到了一致的熟练程度，将性能保持在或高于 80%正确。反转气味剂后，小鼠的正确响应率在第一天以相反的方向下降到10%左右。
到反向任务的最后一天，小鼠恢复了熟练程度，达到或高于 80% 正确度的一致性能。
概述
本协议描述了用于 go/no-go 嗅觉行为实验的低成本嗅觉仪的构建。它提供了详细的步骤说明和故障排除提示，以便于组装过程。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为心理学
- 嗅觉研究
背景
- 嗅觉系统在学习和记忆中起着至关重要的作用。
- 病原体可能通过嗅觉通路进入大脑，影响认知功能。
- 理解嗅觉辨别可以提供有关记忆过程的见解。
- 制造的嗅觉仪通常成本高昂，可能存在供应问题。
研究目的
- 使研究人员能够构建可定制的嗅觉仪。
- 促进对动物模型中嗅觉学习和记忆的研究。
- 提供进行 go/no-go 嗅觉任务的可靠方法。
使用的方法
- 使用现成的组件构建嗅觉仪。
- 实施 go/no-go 任务以评估嗅觉辨别。
- 在实验期间进行实时数据分析以监控动物表现。
- 根据具体研究需求定制嗅觉仪。
主要结果
- 成功构建了功能性的嗅觉仪。
- 动物在嗅觉辨别任务中表现出改善。
- 获得了关于嗅觉学习神经通路的见解。
- 嗅觉仪设计的灵活性允许适应各种实验设置。
结论
- 该协议使研究人员能够创建低成本的嗅觉仪。
- 理解嗅觉通路可以为阿尔茨海默病研究提供信息。
- 可定制的设计提高了嗅觉仪在多样化研究中的适用性。
常见问题
Executive Industry Relevance
Precise olfactory stimulus delivery is essential for dissecting neural circuits underlying learning and memory in preclinical rodent models. Custom olfactometer construction enables R&D teams to control experimental variables, optimize behavioral paradigms, and ensure reproducibility across studies. This flexibility supports robust target validation and mechanistic de-risking in neuroscience-driven drug discovery portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of olfactory-driven neural pathways relevant to cognitive function.
- Supports functional target validation by linking odor discrimination to neural activity.
- Facilitates mechanistic de-risking in models of neurodegeneration and memory impairment.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, quantitative behavioral outputs for assay development.
- Ensures reproducibility and scalability through open-source hardware and software control.
- Prepares validated behavioral systems for compound screening in cognition research.
Translational & Preclinical Research
- Aligns rodent behavioral outputs with disease-relevant cognitive endpoints.
- Enables continuity from early discovery through preclinical validation in memory and learning studies.
- Supports risk-adjusted advancement of neuroactive compounds targeting olfactory circuits.
Pipeline & Workflow Integration
This customizable olfactometer integrates into the discovery-to-preclinical continuum for neuroscience and cognition research.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on olfactory-cognitive circuit function and plasticity.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative behavioral readouts for compound evaluation.
- Analytics: Enables real-time measurement and comparison of behavioral responses to controlled stimuli.
- Translational Research: Bridges rodent behavioral data to disease-relevant cognitive phenotypes.
- Enterprise Reuse: Open-source design allows adaptation across diverse behavioral and neurobiological models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target engagement and behavioral outcomes.
- Operational Value: Reduces cost, downtime, and dependency on proprietary systems.
- Strategic Value: Enhances go/no-go decision quality for neurocognitive programs.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of CNS and neurodegeneration assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and basic electronics assembly.
- Needs access to standard laboratory instrumentation and MATLAB-based control systems.
- Demands cross-team standardization for reproducible behavioral protocols.
- Adaptable to various rodent models and olfactory task designs.
- Dependent on ongoing maintenance and troubleshooting by in-house staff.
