テレオストの嗅覚神経からの細胞外多単位記録
October 6th, 2020
嗅覚神経からの細胞外多単位記録は、海洋魚の嗅覚感受性を評価するための敏感で堅牢で再現性の高い方法である。それは一次感覚入力を記録し、外部の分量に依存しない。
これは、CNSによる処理の前に純粋に感覚的な信号を記録するので、海洋魚の嗅覚感受性を評価するための最も堅牢で敏感な方法です。この技術の主な利点は、その感度と、外部の動物性とは無関係に異なる環境から異なる種に容易に移すことができることである。制御水を準備するには、木炭を濾過した海水を1リットル回収し、pHプローブを使用してpHをチェックします。
pHは約8.2である必要があります。もしそうでなければ、8.2のpHに達するまで海水を大気で泡立てろ。次に、アルカリ性滴定器を用いて水のアルカリ度を測定し、次に水温と水分量を測定する。
高二酸化炭素水を調製するには、所望のpHに達するまで二酸化炭素で泡立つ前に、粒子状の不活性炭フィルターを通して海水の1リットルを濾過します。pHプローブを使用して7.7前後のpHをチェックし、アルカリ性滴定器を使用して水のアルカリ度を測定し、水温と水分量を測定します。制御水と高二酸化炭素水の両方で二酸化炭素圧力を決定するために、水中の二酸化炭素パラメータを計算し、水分の水分量、温度、圧力、総アルカリ度、およびpH値を入力ウィンドウに追加するように設計されたソフトウェアプログラムを開きます。
次に、定数、スケール、単位を選択し、プロセスをクリックして二酸化炭素圧力を決定します。尾のピンチに対する応答の欠如によって適切なレベルの沈水を確認した後、麻酔魚をモデル用にカスタマイズされたクッションサポートに置き、適切なサイズのシリコンチューブを魚の口に入れます。チューブは水中ポンプに接続され、通気海水と水を含む麻酔薬の貯水池は、1キログラムあたり1キログラムあたり約100ミリリットル/分でエラの上にポンプで送られます。
次に、接地ピンを側面の筋肉に挿入し、アンプのヘッドステージにピンを接続します。頭部だけを露出させた湿った布で魚を覆い、鼻孔内の刺激送達システムでチューブを配置します。嗅覚神経を露出するには、ドリルと解剖顕微鏡を使用して、目の間の頭蓋骨の皮膚と骨を取り除きます。
鯛を使用する場合は、目のすぐ上の頭蓋骨の部分を目の後部に取り除き、ドリルを使用して目の間の骨を取り除くために円形のこぎりを使用してください。十分な骨がクリアされたら、細かい鉗子を使用して、神経や血管を損傷することなく、嗅覚神経の上にある脂肪と結合組織を取り除きます。使用前に電極を洗浄するには、3ボルトDC源の負極に接続し、20〜30秒間生理食塩水にチップを入れます。
先端から来る小さな泡の安定した流れを見る必要があります。パリレンコーティングされたタングステン電極を交流交流用のACプリアンプのヘッドステージに接続します。嗅覚神経が露出したら、マイクロマニピュレータを使用して、標準に最大の応答を与え、ブランクに対する最小限の応答を与える位置で適切な嗅覚神経に電極を挿入します。
解剖がスムーズに進んだ場合、電極を正しい位置に入れることが重要なステップです。これには時間がかかり、ある程度の試行錯誤が伴います。電気生理学的測定値を得るためには、ソレノイド作動した三方弁を使用して、きれいな背景水から水を含む刺激への迅速な切り替えを可能にする刺激送達システムを設置し、一般的な出口を水を運ぶ管に嗅覚ロゼットに接続します。
1 本のラインを背景海水に配置し、もう 1 本をテスト ソリューションに配置します。バルブドライバをアナログデジタルコンバータのトリガに接続し、トリガイベントで録音を開始し、所定の期間継続するようにソフトウェアを設定します。調製物の安定性を確認するために、連続した刺激の間に1分経過することを可能にする標準との繰り返し統合応答の振幅を記録し、測定する。
次に、コントロール海水中のアミノ酸に対する嗅覚神経応答を記録し、連続した刺激の間に1分間経過させ、次いで、対照水ブランク溶液中のマイナス3モルセリンに対して1回の応答を記録する。次に、高二酸化炭素海水中のアミノ酸に対する嗅覚神経応答を記録する。高二酸化炭素水ブランク溶液に対する応答と、対照水ブランク溶液中のマイナス第3モルセリンに対する1回の反応をブランク溶液に対する。
ここでは、鯛の嗅覚神経から記録された陽性および陰性対照刺激に対する典型的な応答が示されている。刺激アプリケーションの約1秒以内に、刺激がまだ存在している間に活動の急激な増加を観察し、その後に宿泊施設の期間を観察し、刺激が終了するとベースライン活動に戻ることができます。対照的に、空白の刺激はほとんどまたは全く反応を呼び起こさない。
この典型的な濃度応答曲線では、臭気の濃度の上昇が、活性の増加としたがって統合応答の振幅の増加をますます大きく呼び起こすことが観察できる。正規化されたデータと対応する線形回帰のプロットにより、各動物または動物群の濃度応答に対する検出の閾値の推定が可能になります。シグモイド濃度応答曲線は半対数でプロットすることができ、50%の最大応答で呼び起こす臭気濃度の計算を可能にする。
魚をできるだけ健康に保つことが重要です。例えば、エラが十分に灌漑されていること、および嗅上皮が記録中に濡れたままであることを確認してください。私たちの目標の一つは、感覚情報が中継される場所に脳内の神経経路をたどることである。
概要
この研究は、嗅覚神経からの細胞外多単位記録を通じて海洋魚の嗅覚感度を評価する堅牢な方法を提示します。この技術は主要な感覚入力を記録し、外部の塩分に依存しないため、異なる種間で汎用性があります。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 海洋生物学
- 電気生理学
背景
- 嗅覚感度は魚の行動と生態に重要です。
- 従来の方法では、感覚入力を正確に評価できない可能性があります。
- 嗅覚メカニズムを理解することで、生態学的および進化学的研究に情報を提供できます。
- この方法は、感覚反応の正確な測定を可能にします。
研究の目的
- 海洋魚の嗅覚反応を測定する感度の高い方法を開発すること。
- 環境要因が嗅覚感度に与える影響を評価すること。
- 感覚生物学の将来の研究のための再現可能な技術を提供すること。
使用された方法
- 対照および高炭酸ガス海水の調製。
- 露出した嗅覚神経への電極の挿入。
- 嗅覚テストのための刺激投与システムの使用。
- 臭気に対する電気生理学的反応の記録と分析。
主要な結果
- 海洋魚における刺激に対する迅速な嗅覚反応を実証しました。
- 臭気に対する濃度-反応関係を確立しました。
- 異なる環境条件下での反応の違いを特定しました。
- 臭気の検出閾値を推定する方法を提供しました。
結論
- この方法は海洋魚の嗅覚感度を評価するのに効果的です。
- 異なる種や環境に適応できます。
- 将来の研究では、この技術を使用して嗅覚処理の神経経路を探索できます。
よくある質問
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.
