げっ歯類の嗅覚行動研究のための嗅覚計の構築
2025年4月11日
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。
私たちは、学習と記憶における嗅覚の関与を調査しています。この研究では、嗅覚が情報の取得、保持、想起などの認知プロセスにどのような影響を与えるかを調査します。嗅覚系と海馬などの記憶形成を担う脳領域をつなぐ神経経路を調べています。
アルツハイマー病の研究では、ウイルスや細菌などの病原体が鼻から脳に入り、海馬などの学習と記憶に関与する領域に移動する可能性があります。この経路には嗅覚系が含まれており、鼻腔から脳への直接経路を提供します。私たちの研究では、動物がgo/no-goタスクで臭気物質を識別することを学ぶと、シータギャップ酸化の面を通る高ガンマ周波数ニューロンの酸化のキャッピングが物質で変化し、その結果、報酬のある匂い物質と報酬のない匂い物質の間に発散が生じることがわかりました。
これは、臭いの正体を特定するために使用できます。製造された嗅覚計には、高コスト、修理の遅れ、メンテナンスの必要性などの制限があります。私たちは、すぐに入手できるコンポーネントを使用して、費用対効果の高いコンピューター制御の嗅覚計を構築するためのガイドを提供し、嗅覚と動物の行動の研究者に力を与えます。
自動嗅覚計を製造および販売する企業は、廃業したり、サプライチェーンの問題が発生したりすることがよくあります。嗅覚計の構築方法を学ぶことで、ユーザーは研究ニーズに基づいて嗅覚計をカスタマイズできます。当社のプロトコルは特定の部品に依存しておらず、在庫がある供給に応じて、多くのコンポーネントをアップグレードまたは変更できます。
まず、単極、単投、または SPST の瞬間押しボタン スイッチをセットアップします。はんだごてを使用して、各SPSTモーメンタリ押しボタンスイッチに2本のワイヤをはんだ付けします。SPSTモーメンタリ押し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。
次に、ワイヤーをねじるかテープを貼って固定し、整理整頓します。ホワイトボードの中央にある臭気バルブラックの指定されたスロットに臭気バルブを配置します。次に、各バルブに接続されているワイヤーから絶縁体を剥がします。
はんだごてを使用して、各バルブから1本のワイヤーをより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端子台ブロックのアース端子に1本のワイヤを配置し、2本目のワイヤをSSR-48RACKの対応するピンに挿入します。SSR-48RACKの1〜8ピンをそれぞれ2つのピンチバルブに接続します。バルブごとに、押しボタンから24ボルト電源に1本のワイヤーを接続し、バルブに接続するSSR-48RACKのピンにもう1本のワイヤーを接続します。
次に、給水バルブと最終バルブをバルブ プレートの適切なスロットに配置します。給水バルブと最終バルブをSSR-48RACKのアース端子とピン17とピン18にそれぞれ接続します。プッシュボタンを 24 ボルトの電源装置とピン 17 と 18 に接続します。
次に、適切な電源と延長コードを購入します。ワイヤーカッターを使用して、電源装置の電源コードからプラグを取り外します。SSR-48RACKに電力を供給するワイヤーの一端を切断します。
次に、一方のワイヤを電源装置の G ネジに接続し、もう一方のワイヤを電源装置の V1 端子に接続します。次に、G2端子からネジ端子台ブロックのアースに1本のワイヤを接続します。次に、V1端子から5ボルトのネジ端子台に1本のワイヤを接続します。
最後に、V3端子から24ボルトのネジ端子台ブロックに1本のワイヤを接続します。2つの流量計を流量計ホルダーに入れます。毎分2リットルの空気流量を提供する水槽ポンプを入手してください。
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つの入力に短いチューブを接続します。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取り付けます。カーボンフィルターの出力からTコネクタにチューブを接続します。
次に、この T コネクタの 2 つの出力をボール バルブに接続し、空気流量を制御します。次に、各ボールバルブの出力を流量計の入力に接続します。毎分50立方センチメートルの流量計出力を上部マニホールドに接続し、鉱物油中の臭気剤を含む40ミリリットルの臭気平衡バイアルに空気を供給します。
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、エアフローシステムのループを閉じます。その後、各チューブをピンチバルブに入れます。毎分2リットルの流量計の出力を下部マニホールドのサイド入力に接続し、下部マニホールドの出力を最終分流バルブの入力に接続します。
最終バルブのデフォルトの出力を、ゴーチャンバーまたはノーゴーチャンバーの臭気供給チューブに接続します。次に、最終バルブのデフォルトのオフ出力を排気管に接続します。次に、水の報酬の配達用に指定された 5 ミリリットルの注射器の先端に 18 ゲージの針を取り付けます。
1本のチューブを針先に接続します。次に、チューブのもう一方の端を給水バルブの入力に接続し、給水バルブの出力からチューブを限界まで接続します。まず、校正された体重計で各マウスの体重を個別に測定し、各マウスの体重を実験室ログに記録します。
計量後、各マウスを指定されたマウスチャンバーにそっと入れます。センサーと刺激伝達システムを作動させて、嗅覚識別タスクに備えます。MATLAB プログラムを起動して、2.5 秒間の臭気刺激の伝達、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て、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提供します。次に、匂いのペアを逆にして、以前に報酬を与えた香りを報酬なしとして設定し、その逆も同様です。その後、匂いの連想を学習解除して再学習する能力を観察することで動物の認知の柔軟性をテストし、マウスの嗅覚学習の可塑性についての洞察を得る。
前進または前進しないタスクの初日、マウスは徐々に80%の正解に改善され、酢酸エチルのみを舐めることを学習しました。フォワードタスクの最終日に、マウスは一時した習熟度に達し、80%以上のパフォーマンスを維持しました。臭気物質を逆にした後、マウスの正解率は逆方向の初日に約10%に低下しました。
逆タスクの最終日までに、マウスは習熟度を取り戻し、80%以上の一貫したパフォーマンスを達成しました。
概要
このプロトコルは、go/no-go嗅覚行動実験用の費用対効果の高い嗅覚計の構築について説明しています。組み立てプロセスを容易にするために、詳細な段階的指示とトラブルシューティングのヒントを提供しています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動心理学
- 嗅覚研究
背景
- 嗅覚系は学習と記憶において重要な役割を果たしています。
- 病原体は嗅覚経路を通じて脳に入り、認知機能に影響を与える可能性があります。
- 嗅覚識別を理解することで、記憶プロセスへの洞察が得られます。
- 製造された嗅覚計はしばしば高価で、供給の問題がある可能性があります。
研究の目的
- 研究者がカスタマイズ可能な嗅覚計を構築できるようにすること。
- 動物モデルにおける嗅覚学習と記憶の研究を促進すること。
- go/no-go嗅覚タスクを実施するための信頼性の高い方法を提供すること。
使用された方法
- 入手可能なコンポーネントを使用して嗅覚計を構築すること。
- 嗅覚識別を評価するためのgo/no-goタスクの実装。
- 実験中の動物のパフォーマンスを監視するためのリアルタイムデータ分析。
- 特定の研究ニーズに基づいて嗅覚計をカスタマイズすること。
主な結果
- 機能的な嗅覚計の構築に成功。
- 動物が嗅覚識別タスクでパフォーマンスを向上させました。
- 嗅覚学習に関与する神経経路についての洞察が得られました。
- 嗅覚計のデザインの柔軟性により、さまざまな実験設定に適応できました。
結論
- このプロトコルにより、研究者は費用対効果の高い嗅覚計を作成できます。
- 嗅覚経路の理解はアルツハイマー病研究に情報を提供できます。
- カスタマイズ可能なデザインにより、多様な研究での嗅覚計の適用性が向上します。
よくある質問
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.
