方法論記事

げっ歯類の嗅覚行動研究のための嗅覚計の構築

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DOI:

10.3791/67049

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2025年4月11日

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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

この記事について

サマリー

このプロトコルは、go/no-go嗅覚行動実験のための嗅覚計の構築を記述します。嗅覚計の正常な構造を保障するために、イメージと共に段階的な指示は提供される。プロセス中に発生した問題のトラブルシューティングに関する情報も含まれています。

要約

嗅覚器の行動と嗅覚課題中の脳活動を研究するための嗅覚計の使用は、脳回路を理解するために重要です。これらの洗練されたデバイスにより、研究者は匂いの刺激を正確に制御して伝達することができ、げっ歯類の複雑な嗅覚プロセスの研究が可能になります。市販の嗅覚計は便利ですが、技術的な問題が発生した場合には課題が生じ、多くの場合、費用のかかる支援が必要となり、研究のスケジュールが混乱する可能性があります。この記事では、マウスの嗅覚行動実験用に特別に設計されたカスタム嗅覚計の構築について詳しく説明し、部品の包括的なリストとステップバイステップの説明を提供します。嗅覚計はMATLABを介して制御され、研究者にとってユーザーフレンドリーなインターフェースを提供します。重要なのは、オープンソースコードにより、ユーザーはシステムを変更および適応させ、特定の実験ニーズに合わせて動作タスクを調整できることです。カスタマイズされた嗅覚計を構築することで、ユーザーはカスタム実験デザインとトラブルシューティングを独立して行うための知識と能力を得ることができ、時間とリソースの両方を節約できます。このアプローチは、研究の柔軟性を高めるだけでなく、機器の機能に対するより深い理解を促進し、最終的にはげっ歯類のより堅牢で信頼性の高い嗅覚研究につながります。

概要

嗅覚の意思決定の根底にある複雑なメカニズムは、脳の感覚処理システムの驚くべき複雑さについて興味深い洞察を提供します1,2,3。マウスの嗅球内では、膨大な数の嗅覚ニューロンが約2,200の糸球体に収束し、それぞれが同じ嗅覚受容体を発現するニューロンによって神経支配されています4。驚くべきことに、単一の合成匂い物質でさえ、マウスの約1,100の嗅覚受容体のかなりの部分を刺激することができる5,6。しかし、課題は最初の匂い物質の検出にとどまりません。匂いを嗅ぐというリズミカルな行為に影響される匂い物質の到着の時間的ダイナミクスは、感覚の風景をさらに豊かにし、脳が解読するための情報の層を追加します。嗅覚系は、何百もの匂い物質を含む同種の尿などの自然刺激の複雑さと相まって、糸球体活性化の複雑なパターンを解きほぐしてさまざまな香りを区別するという手ごわい課題に直面しています7,8。

この課題に対処するために、脳は、梨状皮質、外側嗅内皮質、海馬、嗅結節、前頭前野、さらには小脳9,10,11,12,13,14など、複数の領域にわたって神経活動を調整します。これらの回路内では、梨状皮質の錐体細胞は、僧帽弁細胞によって中継される情報を統合および調節し、他の脳領域は嗅覚の形成に独自の役割を果たしている15,16,17。さらに、嗅覚刺激の脳の処理は、文脈的要因によって動的に影響を受け、嗅覚の意思決定プロセスの適応性と洗練性を強調しています。

この記事では、go/no-goタスクに従事する自由に動くマウスの行動パフォーマンスをコンピューター制御で評価できるカスタム嗅覚計の構築について説明します。この連想学習課題では、水分が不足しているマウスが、匂い物質送達鼻円錐内にある水送達口を舐めることによって試行を開始します。2つの匂い物質のうちの1つは、動物が試験を開始してから1〜1.5秒後に送達されます。匂い物質が報酬 (S+) の匂い物質である場合、マウスは 4 つの 0.5 秒の時間枠 (ヒット) のそれぞれで少なくとも 1 回舐めると、水の報酬を受け取ります。それ以外の場合、マウスは報酬を受け取りません (Miss)。動物が報われない匂い物質(S-)を受け取った場合、報酬は配信されず、マウスが4つの時間枠(誤報、FA)のそれぞれで舐めると、次の試行の開始前に時間遅延が課せられます。動物がいずれかの時間枠で舐めなかった場合、試行は正しい拒絶(CR)としてカウントされ、時間遅延は適用されません。正しいパフォーマンスの割合は、マウスが 20 回の試行ウィンドウでヒットまたは CR をスコアリングした試行の割合として計算されます。

正解率 = 100 ((ヒット + CR) / 20)

go/no-goの嗅覚行動を評価するために設計された嗅覚計の適切な機能を確保するためには、2つの重要な問題があります。まず、嗅覚計はマウスの反応をリアルタイムで監視し、それに応じて匂い物質と水の報酬を提供する必要があります。この嗅覚計は、ウォータースパウトとチャンバーフロアとの間の抵抗を測定するか、静電容量18を感知することによって、リックを監視することによって達成される。その後、MATLAB プログラムはこの情報を使用して、匂い物質の供給と水の報酬を決定します。2つ目の問題は、信頼性と再現性のある臭気物質の供給の必要性です。この嗅覚計は、匂い物質で飽和した空気をキャリア空気と平衡化するバルブを作動させ、それをノーズコーンに送ることで実現されます。空気は、鉱物油で希釈した臭気溶液を介して臭気物質を泡立てることにより、臭気物質と平衡化されます。臭気物質の濃度は、光イオン化検出器で測定され、Williams and Dewan18,19で説明されている手順に従って、蒸気圧と放射能係数に基づいて計算できます。

プロトコル

すべての実験は、コロラド大学アンシュッツメディカルキャンパスの動物管理および使用委員会によって承認されたプロトコルに従って行われました。本研究で用いた動物は、四極管着床時2ヶ月齢の雄CaMKIIα WTマウスです。この研究で使用した試薬と機器の詳細は、材料表に記載されています。

1. 単極単投(SPST)モーメンタリプッシュボタンの基板とはんだ付け

  1. 図1Aに示されている臭気バルブ、流量計、SSR48ボード、およびその他のコンポーネントのラックを固定するための穴が付いたカスタムメイドの白いベースボードを入手します。
    注:この研究で使用した白いベースボードは、CUアンシュッツメディカルキャンパスのニューロテクノロジーセンターのマシンショップによって製造されました(図1A)。設計ファイルは、次の場所から入手できます。
  2. SSR1-RACKを配置するための48インチのネジと4/48インチのスペーサーを追加します。ネジは、ホワイトボードの背面の右上にあります(図1A)。
  3. SSR48-RACKを取り付けます。SSR48-RACKは、ホワイトボードの背面の左上にあります(図1C)。
  4. ホワイトボードの裏側にネジ留め式端子台ブロックを配置するための穴(0.4cm)を開けます。ネジ留め式端子台は、ホワイトボードの背面の右中央にあります(図1D)。
  5. 上から下へ:最初の4つのネジ留め式端子台は、24Vのワイヤを接続するために使用されます。次のネジ留め式端子台は、5Vワイヤに使用されます。1つのネジ留め式端子台を空のままにすると、最後の4つのネジ留め式端子台がアース線の接続に使用されます。
  6. コントロールボックスに穴(0.8 cm)を開けて、SPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチを配置します。コントロールボックスは、ホワイトボードの前面下部にあります(図1E)。
  7. SPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチを設定します。SPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチに2本のワイヤをはんだ付けします。赤と黒または緑などの2つの異なる色を使用することをお勧めします(図1F)。
  8. SPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチをコントロールボックスに取り付けます。押しボタンには、コントロールブラックボックスに取り付けるためのナットが付属しています(図1G)。
  9. ワイヤーをねじるかテープで固定して固定し、ワイヤーをまとめて整理します。
    注意: 24 V電源はピンチバルブと臭気バルブに電力を供給するために使用され、5 V電源はリック回路に使用されます。
  10. ホワイトボードの中央にある臭気バルブラックのスロットに臭気バルブを配置します(図2A)。
    1. バルブから外れたワイヤーをはがし、各バルブから1本のワイヤーを太いワイヤーにはんだ付けします。ホワイトボードの背面にあるネジ留め式端子台ブロックに1本のワイヤーをアースし、2本目のワイヤーをSSR48-RACKの対応するピンに挿入します。たとえば、臭気バルブ 1 はピン 1 に、臭気バルブ 2 はピン 2 に分岐します (図 2B)。
    2. SSR1-RACKのピン8から48をそれぞれ2つのピンチバルブ(鉱油平衡化バイアルのインバルブとアウトバルブ)に接続します。各バルブについて、プッシュボタンからの1本のワイヤーを24V電源に接続し、もう一方のワイヤーをバルブに接続されているSSR48-RACKのピンに接続します。もう一方のワイヤーはバルブからアースにつながっています。ワイヤを所定の位置に配置するには、 図2B、Cを参照してください。
    3. ウォーターバルブとファイナルバルブをバルブプレートの対応するスロットに配置します。スロットはホワイトボードの中央にあります。 図 1 のバルブ プレートと 図 3A のバルブの配置を参照してください。
    4. ウォーターバルブとファイナルバルブをSSR48-RACKのそれぞれアースとピン18に接続します。押しボタンを24Vとピン17および18に接続します(図2B)。

2. 電源

  1. 電源と延長コードを購入します。特定の電源の種類に関する情報は、資料の表に記載されています。電源は、24V(V3)および5V(V1)の出力と嗅覚計への接地を提供します。
  2. 電源用の電源コードのプラグを抜いてください。具体的には、延長コードの女性部分です。切断すると、3本のワイヤーが見えます。緑色のワイヤは電源のG(アース)に接続され、他の2本のワイヤ(白と黒)は、電源への120 V AC入力のLとNにそれぞれ接続されています(図3B)。
    注意: 120 V電源線が露出しており、感電による怪我の恐れがあります。絶縁体で覆うのが最善です。
  3. SSR48-RACKに電力を供給するワイヤーの一方の端を切断します。ワイヤの 1 つを電源ユニットの G ネジに接続し、もう 1 つを電源ユニットの V1 ネジに接続します(図 3C)。
  4. 電源装置で、G2 からの 1 本の導線をネジ留め式端子台ブロックのアースに接続します(図 2C)。
  5. 電源装置で、V1 からの 1 本のワイヤを 5 V ネジ留め式端子台に接続します(図 2C)。
  6. 電源装置で、V3 からの 1 本のワイヤを 24 V ネジ留め式端子台に接続します (図 2C)。

3.センサーボードをなめる

  1. 400 タイ ポイントのブレッドボードを用意し、タイ ポイント B7 から B15 に接続するワイヤを配線します (図 3D)。
  2. ワイヤの一方の端をブレッドボードの結線ポイント6+に接続し、もう一方の端を結束ポイントC22に接続します(図3D)。
  3. D16 の 1 つの端と 2 番目の端をブレッドボードの G22 に接続します (図 3D)。
  4. ワイヤの一方の端をブレッドボードのスロットI22に接続し、もう一方の端をブレッドボードの29-に接続します(図3D)。
  5. ワイヤの一方の端をブレッドボードのスロット20Aに接続し、もう一方の端をブレッドボードのスロット29Aに接続します(図3D)。
  6. ワイヤの一方の端をブレッドボードの21Bに接続し、もう一方の端をブレッドボードの28Bに接続します(図3D)。
  7. ワイヤの一方の端をブレッドボードのスロット1+に接続し、もう一方の端をネジ留め式端子台ブロックの5 Vに接続します(図3D)。
  8. ワイヤの一方の端をブレッドボードのスロット1-に接続し、もう一方の端をネジ端子台ブロックのアースに接続します(図3D)。
  9. ワイヤの一方の端をブレッドボードのスロットC7に接続し、もう一方の端をSSR-48RACKのピン27に接続します(図3D)。
  10. ワイヤーの一方の端をブレッドボードのスロット28Cに接続すると、もう一方の端には、ウォータースパウトの金属部分に接続するワニ口クリップが取り付けられます(図3D)。
  11. ワイヤの一方の端をブレッドボードのスロット20Bに接続し、もう一方の端をポテンショメータの中央端子に接続します(図3D)。ポテンショメータの抵抗素子に接続された2つの端子は、グランドと5Vに接続されています。中央の端子はブレッドボードに接続されています。
  12. 21mΩの抵抗を取得します。最初のものについては、一方の端を19Aに接続し、もう一方の端を20Dに接続します。2 番目の端は、一方の端を 22C に接続し、もう一方の端を 21D に接続します。ポテンショメータに接続します(図3D)。
  13. 1kΩの抵抗を取得します。一方の端を14Cに接続し、もう一方の端を19Cに接続します。ポテンショメータに接続します(図3D)。
  14. 120 Ω抵抗を1つ入手します。一方の端を7Dに接続し、もう一方の端を7Hに接続します(図3D)。
  15. LEDライトを入手します。色は関係ありません。1本のLEDワイヤーを7Jに接続し、2本目のワイヤーを6-に接続します(図3D)。
  16. オペアンプ(オペアンプ)を2個用意します。最初の接続は、E10 から E16、F10 から F16 です (図 3D)。

4.空気と水の供給

  1. 2つの流量計(2 L / minと50 cc / min)を流量計ホルダーに入れます。 図4A は全体的なエアフローシステムを示し、 図4B はフローメータの拡大図を示しています。
  2. 2 L / minの気流を提供する水槽ポンプを入手してください。ここで使用する水槽用ポンプモデルには、2つの出力があります(資料の表を参照)。水槽ポンプの2つの出力のそれぞれからTコネクタの2つの入力にチューブの小片を接続します(図4B)。
  3. Tコネクタの出力から活性炭フィルターの入力にチューブを接続します(図4B)。
  4. カーボンフィルターの出力からのチューブをTコネクタに接続し、コネクタの2つの出力をボールバルブに接続して、空気流量を調整します(図4C)。
  5. 各ボールバルブの出力を流量計の入力に接続します(図4D)。
  6. 50 cm/min流量計の出力を上部マニホールドに接続し、鉱油で希釈した臭気物質を含む40 mLの臭気平衡バイアルに空気を供給します(図4E)。
  7. 各臭気バイアルからの出力を、下部マニホールドの対応する入力に接続します。
  8. 臭気バイアルをマニホールドに接続するチューブは、2つの別々のピンチバルブによって開くピンチバルブチューブです。チューブをピンチバルブに入れます。
  9. 2 L / min流量計の出力を下部マニホールドのサイド入力の入力に接続します。
  10. 下部マニホールドの出力を最終(迂回)バルブの入力に接続します(図4F)。
    1. 最終バルブの出力のデフォルトを、go/no-gochamberの臭気供給チューブに接続します。ファイナルバルブのデフォルトのオフ出力を排気管に接続します(図4G)。これにより、最終バルブがオフのときに2 L / minの連続的な無臭気流が得られます。
    2. 各試行では、動物が舐めると最終的なバルブがオンになり、空気を排気口に運び、同時に臭気バルブがオンになることを確認します。これにより、バックグラウンドの気流に臭気が平衡化します。
    3. 1〜1.5秒後、ファイナルバルブがオフになり、空気がチャンバーに戻ることを確認します。これにより、臭気物質濃度が急激に増加します。2.5秒後、臭気バルブがオフになり、臭気濃度は0に戻ります。
    4. 18 Gの針を、水の報酬を送達するために使用される5 mLシリンジの先端に接続します(図4H)。
    5. 1本のチューブ(直径2 mm)を針の先端に接続します(図4H)。
    6. チューブのもう一方の端をウォーターバルブの入力に接続します。ウォーターバルブの入力に合うように、異なる直径のチューブを切断する必要がある場合があります(図4I)。
    7. ウォーターバルブの出力からチューブをリックスパウトに接続します(図5A)。

5.嗅覚計をコンピューターに接続し、ソフトウェアをインストールします

  1. SSR48-RACKを96ピンのメス-メスコネクタでDIO50H / 100に接続します。DIO96 / H50からコンピューターにUSBケーブルを接続します(図5B)。
  2. 最新バージョンの mccdaq ソフトウェアとドライバー、および InstaCal をダウンロードします。
    メモ: InstaCal は、コンピュータと DIO96/H50 間の通信をテストするプログラムです。最新のソフトウェアとドライバーは、ここからダウンロードしてください:https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx。
  3. InstaCal を実行します。「ユニバーサルシリアルバス」にボード#が正しい番号としてリストされていることを確認してください(通常は#1 =ボード#1 USB-DIO96H / 50)。
  4. MATLAB をダウンロードします。
  5. https://github.com/restrepd/dropc から嗅覚計を実行するためのMATLABプログラムをダウンロードします。
  6. MATLAB を管理者として開き、MATLAB がプログラムを認識するようにパスを設定します。MATLAB 環境の [ホーム] タブで、[環境] セクションの [パスの設定] をクリックします。これにより、検索パスにフォルダを追加できるダイアログが開きます。
  7. daqregister('mcc')を実行します。dropcInitializePortsNow.m でボード番号を変更します。
    注: handles.dio = digitalio('mcc',1);%(コンピューターに応じて 1 または 0) です。
  8. dropcspm.mをテストするには、リックスパウトと接地されたチャンバーの金属床との間の電気ループを接続することにより、ユーザーが各試行に「応答」するドライランを実行します。
    注意: これで、嗅覚計を使用する準備が整いました。マウスの訓練方法に関する情報は、Nicole Arevalo et al.20にあります。

6. 動物実験

  1. 実験プロセスを開始するために、動物の被験者を慎重に準備します。校正されたはかりを使用して各マウスを個別に計量し、その重量を実験室のログに記録します。この重要なデータを研究全体を通じて監視し、動物の健康状態を追跡し、体重の変化に迅速に対処します。
  2. 秤量後、マウスを特別に設計されたマウスチャンバーに静かに入れます。嗅覚識別課題のためのセンサーと刺激送達システムを活性化します。チャンバーが動物へのストレスを最小限に抑えながら、実験条件を正確に制御するようにしてください。
  3. 動物がチャンバー内で快適であることを確認してください。 MATLAB プログラムを開始して、匂い刺激の送達 (2.5 秒)、水の分配、応答の記録などの実験パラメーターを制御します。データをリアルタイムで分析し、動物のパフォーマンスに関するフィードバックを即座に得ることができます。
  4. 動物のパフォーマンスを継続的に監視および分析します。正解の割合に基づいて計算された習熟度スコアを確認します。各動物がタスクの習熟度のしきい値を示す80以上のパフォーマンススコアを達成することを目標とします。
  5. 動物が一貫して80以上の習熟度スコアを達成し、最初の匂いペアの識別に習熟していることを示すと、実験の新しいフェーズを開始します。匂いのペアを逆にして、以前に報われた匂いを報われないままにし、 その逆も同様です。
    1. 動物の認知の柔軟性と、関連性を学習解除および再学習する能力をテストし、マウスの嗅覚学習の可塑性に関する貴重な洞察を得ることができます。

結果

ここで説明するプロトコルに従って、匂いを区別するマウスのgo/no-go行動をテストするために嗅覚計を設定することができます。 図6A は、S+の匂い物質として酢酸エチルを使用し、S-として酢酸エチルと酢酸プロピルの組み合わせを使用して、go/no-goタスクでのトレーニング初日のマウスの行動を示しています。正解率は、マウスがヒットまたは正解拒否をスコアリングした試行の割合として計算されます。当初、マウスは両方の匂い物質に反応して舐めたため、50%の正解で開始しました。しかし、何度か試行錯誤を重ねるうちに、S+だけ舐めることを学習し、S-だけ舐めるのをやめてしまいました。 図6B は、動物が80%以上のパフォーマンスで習熟度を達成した、前進方向のgo/no-goタスクの最終日の正解率を示しています。この時点で、臭気物質は逆転(REV)し、酢酸エチルをS-臭気物質として、酢酸エチルと酢酸プロピルの組み合わせをS+として使用しました。 図 6C は、マウスのパフォーマンスが 10% に低下した逆方向の go/no-go タスクの初日の正解率を示しています。 F は、反転の最終日のマウスのパフォーマンスを示しており、そこで再び習熟度を達成しました。

figure-results-1
図1: ホワイトボードの嗅覚計の前面と配線 (A) 嗅覚計の寸法は幅22インチ x 高さ16インチ x 奥行き8.5インチで、機械工場から納入された配線やインターフェース/リックボードなしで示されています。臭気バルブ、温度計、水バルブ、最終バルブ、水シリンジ、臭気ボトルラック、臭気バルブラック、マウスチャンバー用の穴が事前に開けられています。(B)SSR8-RACKを背面左側に取り付けるために必要な48本のボルトで準備された嗅覚計。(C)SSR48-RACKを装着した嗅覚計(リレー付属を含む)(D)嗅覚計にネジ留め式端子台を追加し、12 V、5 V、およびアース用のセクションを指定しました。(E)SPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチ用のドリル穴を備えた制御ブラックボックス、バルブ制御によって各ボタンにテープラベルが貼られています。(F)露出領域を保護するためにはんだ付けされた2本の色分けされたシュリンクチューブワイヤを備えたSPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチ。(G)コントロールブラックボックスに取り付けられ、付属の六角ナットで固定されたSPSTモーメンタリプッシュボタンスイッチ。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図2:臭気バルブと概略図 (A)スロットにしっかりと取り付けられ、ネジで固定された臭気バルブ。(B)SSR48-RACKとネジ式端子台への臭気弁配線の概略図。(C)制御ブラックボックス、電源、SSR48-RACK、およびネジ端子台ブロックの配線図。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図3:電源付きの水と最終バルブのセットアップ。 (A)嗅覚計の指定スロットに水バルブとファイナルバルブを追加し、ネジで固定します。(B)嗅覚計に電力を供給するために接続された電源配線。(C)SSR48-RACKの電源配線。(D)抵抗器、ワイヤー、LED、オペアンプなどのコンポーネントが接続されたセンサーをなめます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図4:流量計とチューブを備えた給気システム(A)ネジでラックに取り付けられた流量計。(B)チュービングに接続され、Tジョイントで結合された水槽ポンプ。(C)出力にチューブが取り付けられ、個々のレギュレーターに接続できるカーボンフィルター。(D)流量計の入力に接続されたレギュレーターからのチューブ。(E)流量計の出力に取り付けられたチューブ。(F)マニホールドから最終バルブ入力までのチューブ。(G)嗅覚計の臭気ポートに接続されたチューブを備えたファイナルバルブ。(H)水で満たされた5mLシリンジ、チューブを18Gの針に取り付けます。(I)ウォーターバルブ入力に接続されたチューブ。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図5:最終的なウォーターバルブの接続とシステムの概要。 (A)嗅覚計の水バルブ出力からlixitへのチューブ。(B)メス-メスケーブルを使用したDIO96H / 50への嗅覚計の接続。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図6:マウスのgo/no goタスクでの行動パフォーマンスの例。 各セッションの正答率は、(A)フォワードコンディショニングの初日(S +:1%酢酸イソアミル、S-:鉱油)について表示されます。(B)フォワードコンディショニングの最終日。(C)反転後1日目(S+:鉱物油、S-:1%酢酸イソアミル)。(D)リバースコンディショニングの最終日。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図7:臭気ポートにおける酢酸イソアミルの濃度時間経過。 光イオン化装置(PID)を使用して、臭気ポート内の10%酢酸イソアミル(鉱物油で希釈)の濃度を測定しました。縦線は臭気の供給の開始と終了を示します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

ディスカッション

匂い関連タスク用に設計された嗅覚計を構築するための包括的なステップバイステップガイドは、文献に記載されています。研究者は、デバイスの組み立てと操作中にさまざまな課題に直面する可能性がありますが、幸いなことに、これらの問題に対処するための確立されたトラブルシューティング方法があります。適切に構築され、校正されると、嗅覚計は、嗅覚に関連する実験を行う科学者にとって非常に貴重なツールとして機能し、匂い刺激の正確な制御と伝達を可能にします。

重要なステップ
MATLABのバージョンは2015年と互換性があり、他のバージョンを使用すると問題が発生する可能性があるため、ダウンロードするMATLABのバージョンは2015である必要があります。instacallで正しいボードが選択されていることを確認することが重要です。mcc.dill のインストールは、MATLAB 管理者としてログインした状態で daqregister('mcc') を実行することで実行できます。

トラブルシューティング
各トレーニング週の初めに、キャリブレーションソフトウェア(InstaCal)を実行して、PCと嗅覚計が正しくインターフェースしていることを確認します。このプログラムを開き、ボードをクリックして、[デジタルキャリブレーション]をクリックします。風量を確認する必要があります。バックグラウンドエアフローは2 L / minで、臭気平衡バイアルへのフローは50 mL / minである必要があります。嗅覚計の出力で空気流量を定期的にチェックすることは非常に重要です。

マウスを配置する前に、次のパラメータがテストされていることを確認することが重要です:(1)臭気バルブ:ブラックボックスのボタンを押すときに臭気バルブをクリックする必要があります。エアチューブは、チューブに鉱物油が閉じ込められていない状態で、鉱物油に泡立つ必要があります。(2)臭気チューブ:臭気によって気泡が生成されない場合、チューブは通常バルブの近くで挟まれる場所でブロックされている可能性があります。チューブの交換が必要な場合があります。(3)ファイナルバルブとウォーターバルブ:ファイナルバルブは正しく開き、チューブが適切に機能しているかどうかを確認する必要があります。ウォーターバルブの場合、水の流れを遮断する空気をすべて取り除き、水がリクシットに流れ込むようにする必要があります。(4)気流:流量計は、適切に調整され、配置されているように見える必要があります。(5)リレーライト:実験中にリレーの「ライト」が正しく作動していることを確認します。(6)水報酬リレー:水報酬が分配されると、報酬を分配するときに水面上のリレーが点滅する必要があります。(7)臭気と水の報酬リレー:臭いが水の報酬とペアになっている場合、報酬中は対応するバルブ番号の上の赤いリレーが赤く点滅します。

制限
go/no-go タスクは、マウスが 2 つの臭気をテストする能力をテストします。タスクを実行するには、動物をいくつかのセッションで実行する必要があります。これは、臭気識別をテストするためのハイスループット手法ではありません。嗅覚計は、嗅覚刺激をテストするように設計されています。多官能検査装置ではありません。ただし、他の感覚入力をテストするために変更を加えることができます。

この記事では、鉱物油で50 mL / minの速度で希釈された臭気物質を介して泡立つ空気が、2 L / minのバックグラウンドエアフローと事前に平衡化される液体希釈嗅覚計について説明します。この臭気物質送達設計では、キャリア気流における臭気希釈の速度論によって、バックグラウンド気流中の臭気濃度の増加速度が決まります。図7に示すように、濃度は200ミリ秒以内で最終濃度の半分まで増加しますが、濃度変化の速度は半秒を超えると遅くなります。この構成は、臭気濃度の二乗的なステップ変化を生じさせないが、臭気の識別および検出21の研究に成功裏に使用されてきた。実験プロトコルで臭気濃度を段階的に変更する必要がある場合は、臭気物質の送達の設計を3つの連続した2 L / minのバックグラウンド気流チャネルに変更し、臭気物質が2つのバックグラウンド気流チャネルのバックグラウンド気流に連続的に送達されるようにする必要があります。3番目の配送チャネルは、鉱油と平衡化した空気を配送します。この場合、迂回バルブを使用して、2つの臭気物質または無臭の空気のうちの1つを臭気ポートに迂回させます。これにより、臭気ポートでの臭気物質濃度が段階的に増加します(以前の報告19,22も)。いずれにせよ、光イオン化検出器を使用して臭気濃度の変化の時間経過を文書化することが重要です。

ここで説明する嗅覚計はマウスの行動実験用に設計されていますが、この設計は過去にラットに使用されてきました。主な違いは、ラット23を用いた研究のためにチャンバーのサイズを大きくする必要があるということです。最後に、この嗅覚計は、1匹のマウスの嗅覚行動を評価します。ハイスループット自動嗅覚計は、複数のマウスを試験するために記載されている24。

意味
このプロトコルは、他の利用可能な方法と比較してコストを削減するカスタムメイドの嗅覚計について説明しています。

将来のアプリケーション
嗅覚計はマウスでの使用に特化して設計されており、ラットなどの他の動物で使用するには改造が必要です。また、多電極記録システム(多電極記録ボードなど)、Arduino Unoボード、カメラなどの追加機能も組み込むことができます。

開示事項

著者は開示するものはなく、競合する金銭的利益もありません。

謝辞

本研究は、NIHの助成金K01 NS127850-01、R25 NS080685、R01 NS081248、DC000566の助成を受けて行われました。RestrepoとRamirez-Gordilloの研究室のすべてのメンバーの支援に感謝します。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
2 1/8フィート’モジュール式ICブレッドボードソケット発見日: amazon.comASIN ‏: B004MCSOQYライトに電力を供給し、検閲器を舐める
500個の各種カーボンフィルム抵抗器1/4ワット販売日: amazon.com
ブランド:bojack		抵抗器はBreadBoardソケットに接続されます
50k-Ωリニアテーパーポテンショメータブランド:TWTADE
発見場所: Amazon.com		嗅覚計のコンポーネントに許可

電源:AC 220v-6A
シフト径:6mm/0.2インチ
シャフト長:15mm/0.59インチ取り付けネジ.

ノブサイズ15/17mm/0.6 x 0.67"(d*H)
電力の調整 
5mm赤色LED販売場所:Amazon.com
ブランド:EDGELEC		抵抗器を内蔵して配線済み。5mm丸頂電球と有線LEDの3-6V DCドライブ付き簡単接続、7.9インチの長さのワイヤー。

ワット数:1ワット
6ポジション2列ブライアストリップ発見日: Digikey.com基本品番
1546306		接続方法に応じて電源とアースに使用されます
定格電圧:300v
定格電流(アンペア):20A
ワイヤーゲージ:12-22 AWG
96 大電流 50 ピン コネクタ メス - メス販売場所: Amazon.com
ブランド: ‎IIVVERR		部品番号:‎f5c953ee65a980d重量:109G
ピッチ:2.54mm
合計サイズ:50x6.4cm / 2x2.5インチ
水槽ポンプ -AAPA7.8L 125 GPH、2 コンセント 3W見つかりました on:Amazon.com
ブランド: ハイドロファームストア		これはダブルオープンエンドの冷水ハウジングに接続され、機械上の空気に電力を供給するために使用されます
バーブ T コネクタ ポリエチレン 1/4 インチ発見場所: Uplastic.com商品番号:62200異なるエアホースを相互に接続
バーブ T コネクタ ポリエチレン 3/16 インチ発見場所: Uplastic.com商品番号:62063異なるエアホースを相互に接続
BD汎用精密グライド皮下注射針18 G½発見場所: Medneedles.com商品番号:BD 305195水道システムに使用
ブラックボックス/手動制御ボックスブランド:Otdorpatio
見つけた場所: Amazon		該当なしコントロールボックスとして使用
寸法:3.94x2.68x1.97
ケーブル、PC電源内部接続10フィート発見日: Amazon.com電源に接続

40ワット
Cflexチューブ、白¼”内径×3/8インチOD on:uplastic.comが見つかりました商品番号:54033空気システムで使用されるチューブ
臭気バルブ、流量計、SSR48ボード用のラックを固定するための穴のあるカスタムメイドの白いベースボードCU Anschutz Medical Campus のニューロテクノロジー センターの機械工場。
ダイバーターバルブ—ミニチュア不活性液体バルブ、3ウェイon:Radwell.comが見つかりました品番:003-0258-9001/8th BARB
24VDC
最大 1500 SCCM
4.2W
青色のサンプを備えたダブルオープンエンド冷水ハウジング見つかりました on:GRAINGER.COM
ブランドPENTAIR/PENTEK		互換性のあるメーカーモデル番号150295;150578;151117;151118;151120;155003;244043;244686;244687
フィッシャーブランドガラスEPAバイアル発見場所: fishersci.comカタログ番号 02-912-379臭いに使用
フィッティングレデューサー1/4インチx 1/8インチ発見日: uplastic.com製品番号: 64370エアシステムホースに使用されるアダプター。
ハードチューブ、医療用ポリエチレン、 0.045 (ID) 1 x 100
高赤外線LEDamazon.com
で見つけたブランド: gikfun		メモリクロック速度 1mhz
ICオペアンプGP4回路14DIP販売場所: Amazon.com
ブランド:BOJACK		動作電圧 50 ボルト
最大電圧 50 ボルト
ジャンパ線キット販売場所: Amazon.com
ブランド:Elegoo		アイテムの寸法 LxWxH: 0.04 x 8.27 x 0.04 インチ
ミニ spst モーメンタリ スイッチブランド:Radioshack
見つけた場所: Amazon.com		B000TLWZM6臭気バルブに使用
動作電圧:250V
定格電流:1アンペア
マルチメータAmazon.com
で見つけたブランド:AstroAl		AC/DC電流、AC/DC電圧、静電容量、周波数、デューティサイクル、抵抗、ダイオード、導通、温度を正確に測定
ニードルノーズon:amazon.com
ブランド:WorkPro		ワイヤーを曲げるために使用されます
臭気バルブon:Radwell.comが見つかりました商品コード: 192833415
部品番号:225T031		臭気バイアルからの臭気をポンプで排出します。
30 PSIG
12 VDC
フォトトランジスタ販売場所: Amazon.com
ブランド:HILETGO		電圧: 1.3-1.5V
受信範囲: (NM) 400-1000
ヘッドサイズ: 5mm x 5mm / 0.2" x 0.2"(D*L)
フォトトランジスタとLEDをペアで
パイプアダプター 3/4インチx 1/4インチ発見日: uplastic.com製品番号: 64807エアシステムホースに使用されるアダプター。
ウォーターハウジングポンプ用パイプアダプター - m¾x1/4インチUsplastic.com製品番号: 64807温度範囲 -50f から 275F
最大圧力: 150psi
Weoght 0.0015 lbs
電源 12V 30A 360W販売場所: Amazon.com
ブランド:ALITOVE		機械の主電源.
 入力電圧:220ボルト
出力:DC12V最大30A。
PTFEチューブAmazon.com で発見
プレーンエンド付きRITEFLOW流量計(取り付けなし)見つかりました on:Globalindustrial.com
モデル番号:t9FB3075514		商品番号:H40407-0075嗅覚計内の空気の流れを監視
150mmスケール、サイズ2
メーカー部品番号:H40407-0075
ドライバー販売場所:Amazon.com
ブランド:Sharden		嗅覚計のネジに使用
シュリムラップ/チューブ(モミ18-22ゲージワイヤーまでさまざまなサイズ販売場所: Amazon.com
ブランド:eventronic		材質:ポリオレフィン製、収縮率:2:1(供給直径の1/2に収縮します)
シリコンチューブ 0.030 x 0.065見つけた on:Amazon.com
ブランド:科学商品		臭気バイアル用チューブ
はんだ-鉛付きon:Uline.comが見つかりましたS-25294はんだごてと一緒に使用します
半田鏝on:Uline.comが見つかりましたモデル番号 H-10799コントロールボックスやその他の接続部のボットンをはんだ付けするために使用されます
ソリッドステートリレーモジュールクワッド出力–赤い発見日: https://www.sealevel.com/部品: OB5Q  モデル:DC出力QSSRモジュール静電容量:8 pF
寸法:2.4インチ(長さ)x 1.1インチ(幅)x 3.1インチ(高さ)
#のI/O:4出力
最大ライン電圧:60 VDC
最大オン状態電流:3A
最小ライン電圧:3 VDC
動作温度:-30°;Cから80°C(-22°Fから176&度;F)
出力絶縁:4000 Vrms
保管温度:-40°Cから100°C (-40°Fから212°F)
SPST押しボタンスイッチブランド:Apiele
発見場所: Amazon.com		該当なしコントロールボックスコントロールウォーターバルブとファイナルバルブの内部で使用します。
動作電圧 250v
定格電流:1アンペア、3アンペア
SSRラック 48on:Radwell.comが見つかりました商品コード: 83105002嗅覚計のすべての接続を処理し、クワッドタイプのスーイド状態リレーで動作します。
ステンレス製供給チューブ
チップティナーとクリーナー販売場所:Amazon.com
ブランド:Thermaltronics		モデル番号:FBA-TMT-TC-2
バルブボールPVC 1/4インチバーブブナ発見日: uplastic.com商品番号:62281
水バルブ発見場所: Ph.parker.com部品番号 #: 003-0257-900チャンバーに水を汲み上げます
最大流量:1500 sccm
電圧(VDC):24
最大動作圧力:50 psi、3.44 bar
ワイヤー 22awgブランド:tuofeng
見つけた場所: Amazon.com		該当なし嗅覚計のさまざまなコンポーネントを配線するために使用
材質:銅
ゲージ30.0
ワイヤースニップon:Amazon.com
ブランド:Billbotk		ワイヤーを切り取るために使用されます
ブランドとして: PTFEパート #036663601452臭気剤の送達に使用します。
https://medschool.cuanschutz.edu/neurotechnologycenter/Cores/machine-shop

参考文献

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