بناء مقياس الشم لدراسات سلوك الشم في القوارض

يصف هذا البروتوكول بناء مقياس الشم لتجارب سلوك حاسة الشم للذهاب / عدم الذهاب. يتم توفير إرشادات خطوة بخطوة ، جنبا إلى جنب مع الصور ، لضمان البناء الناجح لمقياس الشم. يتم أيضا تضمين معلومات حول استكشاف المشكلات وإصلاحها التي تمت مواجهتها أثناء العملية.

يعد استخدام مقاييس الشم لدراسة سلوك القوارض ونشاط الدماغ أثناء المهام الشمية أمرا بالغ الأهمية لفهم دوائر الدماغ. تسمح هذه الأجهزة المتطورة للباحثين بالتحكم بدقة في محفزات الرائحة وإيصالها ، مما يتيح التحقيق في العمليات الشمية المعقدة في القوارض. على الرغم من أن مقاييس الرائحة المتاحة تجاريا ملائمة ، إلا أنها تمثل تحديات عند ظهور مشكلات فنية ، وغالبا ما تتطلب مساعدة مكلفة وربما تعطل الجداول الزمنية للبحث. توضح هذه المقالة بالتفصيل بناء مقياس الشم المخصص المصمم خصيصا لتجارب سلوك حاسة الشم بالماوس ، مما يوفر قائمة شاملة بالأجزاء والإرشادات خطوة بخطوة. يتم التحكم في مقياس الرائحة من خلال MATLAB ، مما يوفر واجهة سهلة الاستخدام للباحثين. الأهم من ذلك ، أن الكود مفتوح المصدر يسمح للمستخدمين بتعديل النظام وتكييفه ، وتخصيص المهام السلوكية لتلبية الاحتياجات التجريبية المحددة. يمكن بناء مقياس الرائحة المخصص المستخدمين من المعرفة والقدرة على إجراء التصميم التجريبي المخصص واستكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل مستقل ، مما يوفر الوقت والموارد. لا يعزز هذا النهج مرونة البحث فحسب ، بل يعزز أيضا فهما أعمق لوظائف الجهاز ، مما يؤدي في النهاية إلى دراسات شمية أكثر قوة وموثوقية في القوارض.

تقدم الآليات المعقدة الكامنة وراء اتخاذ القرارات الشمية رؤى رائعة حول التعقيد الملحوظ لنظام المعالجة الحسية للدماغ^1،2،3. داخل البصلة الشمية للفئران ، تتلاقى مجموعة واسعة من الخلايا العصبية الحسية الشمية على ما يقرب من 2200 كبيبات ، كل منها معصب بواسطة الخلايا العصبية التي تعبر عن نفس المستقبل الشمي⁴. من اللافت للنظر أنه حتى الروائح الاصطناعية الفردية يمكن أن تحفز جزءا كبيرا من ما يقرب من 1,100 مستقبلات حاسة الشم في الفئران ^5,6. ومع ذلك ، فإن التحدي يمتد إلى ما هو أبعد من الكشف الأولي عن الروائح. تعمل الديناميكيات الزمنية لوصول الرائحة ، المتأثرة بالفعل الإيقاعي للاستنشاق ، على إثراء المشهد الحسي ، وإضافة طبقات من المعلومات للدماغ لفك تشفيرها. يتفاقم بسبب تعقيد المحفزات الطبيعية ، مثل البول المحدد ، الذي يحتوي على مئات الروائح ، يواجه الجهاز الشمي المهمة الهائلة المتمثلة في فك تشابك الأنماط المعقدة للتنشيط الكبيبي للتمييز بين الروائح المختلفة^7،8.

لمواجهة هذا التحدي ، ينسق الدماغ النشاط العصبي عبر مناطق متعددة ، بما في ذلك القشرة الكمثرية ، والقشرة المخية الداخلية الجانبية ، والحصين ، والدرنة الشمية ، وقشرة الفص الجبهي ، وحتى المخيخ^{9،10،11،12،13،14}. داخل هذه الدوائر ، تدمج الخلايا الهرمية في القشرة الكمثرية وتعدل المعلومات التي تنقلها الخلايا التاجية ، بينما تساهم مناطق الدماغ الأخرى بأدوار فريدة في تشكيل الإدراك الشمي^15،16،17. علاوة على ذلك ، تتأثر معالجة الدماغ للمنبهات الشمية ديناميكيا بالعوامل السياقية ، مما يؤكد القدرة على التكيف وتطور عملية صنع القرار الشمي.

توضح هذه المقالة بناء مقياس الرائحة المخصص الذي يتيح التقييم الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر للأداء السلوكي للفئران التي تتحرك بحرية والمشاركة في مهمة الذهاب / عدم الذهاب. في مهمة التعلم الترابطية هذه ، يبدأ الفأر المحروم من الماء تجربة عن طريق لعق صنبور توصيل المياه الموجود داخل مخروط أنف توصيل الرائحة. يتم توصيل أحد الروائحين من 1-1.5 ثانية بعد أن يبدأ التجربة. إذا كانت الرائحة هي الرائحة المجزأة (S +) ، فإن الماوس يتلقى مكافأة مائية إذا لعق مرة واحدة على الأقل في كل من أربع نوافذ زمنية 0.5 ثانية (ضربة). خلاف ذلك ، لا يتلقى الماوس أي مكافأة (ملكة جمال). إذا تلقى الرائحة غير المجزأة (S-) ، فلن يتم تسليم أي مكافأة ، وإذا لعق الماوس في كل من النوافذ الزمنية الأربع (إنذار كاذب ، FA) ، يتم فرض تأخير زمني قبل بدء التجربة التالية. إذا فشل في لعق إحدى النوافذ الزمنية ، احتساب التجربة على أنها رفض صحيح (CR) ، ولا يتم تطبيق أي تأخير زمني. يتم حساب النسبة المئوية للأداء الصحيح على أنها النسبة المئوية للتجارب التي يسجل فيها الماوس نتيجة أو سجل تجاري في نافذة عشرين تجريبية:

النسبة المئوية الصحيحة = 100 ((نتيجة + سجل تجاري) / 20)

هناك قضيتان رئيسيتان لضمان الأداء السليم لمقاييس الرائحة المصممة لتقييم سلوك حاسة الشم للذهاب / عدم الذهاب. أولا ، يجب أن يراقب مقياس الرائحة استجابات الماوس في الوقت الفعلي لتقديم مكافآت الرائحة والمياه وفقا لذلك. يتم تحقيق مقياس الرائحة هذا عن طريق مراقبة اللعقات إما عن طريق قياس المقاومة بين صنبور الماء وأرضية الغرفة أو عن طريق استشعار السعة¹⁸. ثم يستخدم برنامج MATLAB هذه المعلومات لاتخاذ قرارات بشأن توصيل الرائحة ومكافأة المياه. القضية الثانية هي الحاجة إلى توصيل رائحة موثوقة وقابلة للتكرار. يتم تحقيق مقياس الرائحة هذا عن طريق تشغيل الصمامات التي توازن الهواء المشبع بالرائحة مع الهواء الناقل ، والذي يتم توصيله بعد ذلك إلى مخروط الأنف. يتم موازنة الهواء مع الرائحة عن طريق فقاعاتها من خلال محلول رائحة مخفف بالزيت المعدني. يتم قياس تركيز الرائحة باستخدام كاشف التأين الضوئي ويمكن حسابه بناء على ضغط البخار ومعامل النشاط ، باتباع الإجراءات التي وصفها ويليامز وديوان^18،19.

أجريت جميع التجارب وفقا للبروتوكولات المعتمدة من قبل لجنة رعاية واستخدام المؤسسي في الحرم الجامعي الطبي بجامعة كولورادو. كانت المستخدمة في هذه الدراسة من ذكور الفئران CaMKIIα WT ، التي تتراوح أعمارها بين شهرين في وقت زرع التترود. وترد تفاصيل الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة في جدول المواد.

1. لوحة ولحام أزرار الضغط اللحظية أحادية القطب ، رمي واحد (SPST)

1. احصل على اللوح الأبيض المصنوع خصيصا مع فتحات لربط الرفوف لصمامات الرائحة وعدادات التدفق ولوحة SSR48 والمكونات الأخرى الموضحة في الشكل 1 أ.
   ملاحظة: تم إنتاج اللوح الأبيض المستخدم في هذه الدراسة بواسطة متجر الآلات التابع لمركز التكنولوجيا العصبية في حرم CU Anschutz الطبي (الشكل 1 أ). ملفات التصميم متوفرة على
2. أضف مسامير مقاس 1 بوصة وفواصل 3/4 بوصة لوضع SSR48-RACK. توجد البراغي في الجزء العلوي الأيمن من الجزء الخلفي من السبورة البيضاء (الشكل 1 أ).
3. قم بتركيب SSR48-RACK. سيتم وضع SSR48-RACK في الجانب العلوي الأيسر من الجزء الخلفي من السبورة البيضاء (الشكل 1C).
4. قم بعمل ثقوب (0.4 سم) لوضع كتل الشريط الطرفي اللولبي على الجزء الخلفي من السبورة البيضاء. سيتم وضع كتل الشريط الطرفي اللولبي في منتصف يمين الجزء الخلفي من السبورة البيضاء (الشكل 1 د).
5. من أعلى إلى أسفل: سيتم استخدام أول كتلة شريطية طرفية ذات 4 برجان لتوصيل الأسلاك لمدة 24 فولت. سيتم استخدام كتلة الشريط الطرفي اللولبي التالي لأسلاك 5 فولت. اترك كتلة شريط طرفية لولبية واحدة فارغة ، وسيتم استخدام آخر 4 كتلة شريط طرفية لولبية لتوصيل الأسلاك الأرضية.
6. قم بحفر ثقوب (0.8 سم) في صندوق التحكم لوضع مفاتيح زر الضغط اللحظي SPST. سيكون مربع التحكم موجودا في الجزء السفلي الأمامي من السبورة البيضاء (الشكل 1E).
7. قم بإعداد مفاتيح زر الضغط اللحظية SPST. لحام سلكين إلى مفتاح زر الضغط اللحظي SPST. يفضل استخدام لونين مختلفين ، مثل الأحمر والأسود أو الأخضر (الشكل 1F).
8. قم بتوصيل مفتاح زر الضغط اللحظي SPST بصندوق التحكم. تأتي أزرار الضغط مع صمولة تستخدم للتوصيل بالصندوق الأسود للتحكم (الشكل 1G).
9. قم بتأمين الأسلاك عن طريق لفها أو تثبيتها بشريط لاصق لإبقائها معا ومنظمة.
   ملاحظة: يتم استخدام طاقة 24 فولت لتشغيل صمامات القرص وصمامات الرائحة ، ويتم استخدام طاقة 5 فولت لدائرة اللعق.
10. ضع صمامات الرائحة في فتحات رف صمام الرائحة الموجود في وسط السبورة البيضاء (الشكل 2 أ).
    1. قشر الأسلاك التي تخرج من الصمامات وقم بلحام سلك واحد من كل صمام على سلك أكثر سمكا. ضع سلكا واحدا في الأرض على كتل الشريط الطرفي اللولبي في الجزء الخلفي من السبورة البيضاء وسلك ثان في الدبوس المقابل في SSR48-RACK. على سبيل المثال ، يذهب صمام الرائحة 1 إلى الدبوس 1 ، وصمام الرائحة 2 يذهب إلى الدبوس 2 ، وما إلى ذلك (الشكل 2 ب).
    2. قم بتوصيل المسامير من 1 إلى 8 في SSR48-RACK بصمامين قرصين لكل منهما (صمامات داخلية وخارجية لقوارير توازن الزيوت المعدنية). لكل صمام ، قم بتوصيل سلك واحد من زر ضغط بالطاقة 24 فولت والسلك الآخر بالدبوس الموجود في SSR48-RACK المتصل بالصمام. ينتقل السلك الآخر من الصمام إلى الأرض. راجع الشكل 2 ب ، ج لوضع الأسلاك في مكانها.
    3. ضع صمام الماء والصمام النهائي في الفتحات المقابلة في لوحة الصمام. تقع الفتحة في منتصف السبورة البيضاء. انظر لوحة الصمام في الشكل 1 وموضع الصمامات في الشكل 3 أ.
    4. قم بتوصيل صمام الماء والصمام النهائي بالأرض والدبابيس 17 و 18 ، على التوالي ، في SSR48-RACK. قم بتوصيل أزرار الضغط ب 24 فولت والدبابيس 17 و 18 (الشكل 2 ب).

2. امدادات الطاقة

1. شراء مصدر طاقة وسلك تمديد. يمكن العثور على معلومات تتعلق بنوع معين من مصدر الطاقة في جدول المواد. سيوفر مصدر الطاقة مخرجات 24 فولت (V3) و 5 فولت (V1) وأرضية إلى مقياس الشم.
2. اقطع قابس سلك الطاقة لمصدر الطاقة. على وجه التحديد ، الجزء الأنثوي من سلك التمديد. بمجرد قطعها ، يمكن رؤية ثلاثة أسلاك. يتم توصيل السلك الأخضر ب G (الأرض) على مصدر الطاقة ، ويتم توصيل السلكين الآخرين (الأبيض والأسود) ب L و N ، على التوالي ، من مدخل التيار المتردد 120 فولت إلى مصدر الطاقة (الشكل 3 ب).
   تنبيه: أسلاك الطاقة بجهد 120 فولت مكشوفة ، وهناك خطر الإصابة بصدمة كهربائية. من الأفضل تغطيته بعازل.
3. قم بقص أحد طرفي السلك الذي يعمل على تشغيل SSR48-RACK. قم بتوصيل أحد الأسلاك بالمسمار G في مصدر الطاقة والثاني ب V1 لمصدر الطاقة (الشكل 3C).
4. على مصدر الطاقة ، قم بتوصيل سلك واحد من G2 بالأرض على كتل الشريط الطرفية اللولبية (الشكل 2C).
5. على مصدر الطاقة ، قم بتوصيل سلك واحد من V1 إلى كتل الشريط الطرفي اللولبي 5 فولت (الشكل 2C).
6. على مصدر الطاقة ، قم بتوصيل سلك واحد من V3 بكتل الشريط الطرفي اللولبي 24 فولت (الشكل 2C).

3. لعق لوحة الاستشعار

1. احصل على لوح تجارب 400 نقطة ربط وقم بتشغيل سلك يتصل من نقاط الربط B7 إلى B15 (الشكل 3D).
2. قم بتوصيل أحد طرفي السلك لربط النقطة 6+ والطرف الآخر بربط النقطة C22 من اللوح (الشكل 3D).
3. قم بتوصيل أحد الطرفين في D16 والطرف الثاني ب G22 من اللوح (الشكل 3D).
4. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بالفتحة I22 والطرف الثاني ب 29- من اللوح (الشكل 3D).
5. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بالفتحة 20A والطرف الثاني ب 29A من اللوح (الشكل 3D).
6. قم بتوصيل أحد طرفي السلك ب 21B والطرف الثاني ب 28B من اللوح (الشكل 3D).
7. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بالفتحة 1+ من اللوح والطرف الثاني ب 5 فولت من كتل الشريط الطرفي اللولبي (الشكل 3 د).
8. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بالفتحة 1- من اللوح والطرف الثاني بأرض كتل الشريط الطرفي اللولبي (الشكل 3D).
9. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بالفتحة C7 من اللوح والطرف الثاني بالدبوس 27 على SSR-48RACK (الشكل 3D).
10. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بفتحة 28 درجة مئوية من اللوح ، وسيحتوي الطرف الثاني على مشبك تمساح متصل بالجزء المعدني من صنبور الماء (الشكل 3 د).
11. قم بتوصيل أحد طرفي السلك بفتحة 20B من اللوح والطرف الآخر بالطرف الأوسط لمقياس الجهد (الشكل 3D). يتم توصيل المحطتين المتصلتين بعناصر المقاومة لمقياس الجهد بالأرض و 5 فولت. الطرف الأوسط متصل بلوح التجارب.
12. احصل على مقاومات 21 mΩ. بالنسبة للطرف الأول ، قم بتوصيل أحد الطرفين ب 19A والطرف الثاني ب 20D. بالنسبة للطرف الثاني ، قم بتوصيل أحد الطرفين ب 22 درجة مئوية والطرف الآخر ب 21 د. قم بالتوصيل بمقياس الجهد (الشكل 3 د).
13. احصل على مقاوم كيلو أوم واحد. قم بتوصيل أحد الطرفين ب 14 درجة مئوية والطرف الثاني ب 19 درجة مئوية. قم بالتوصيل بمقياس الجهد (الشكل 3 د).
14. احصل على مقاوم واحد 120 Ω. قم بتوصيل أحد الطرفين ب 7D والطرف الثاني ب 7H (الشكل 3D).
15. احصل على ضوء LED. اللون لا يهم. قم بتوصيل سلك LED واحد ب 7J والسلك الثاني ب 6- (الشكل 3D).
16. الحصول على مكبرات صوت تشغيلية (op-amps). توصيلات الأول هي E10 إلى E16 ، F10-F16 (الشكل 3D).

4. إمدادات الهواء والماء

1. ضع مقياسي تدفق (2 لتر/دقيقة و50 سم مكعب/دقيقة) في حاملي مقياس التدفق. يوضح الشكل 4 أ نظام تدفق الهواء الكلي ، ويوضح الشكل 4 ب العرض المكبر لمقاييس التدفق.
2. احصل على مضخة حوض السمك لتوفير تدفق هواء 2 لتر / دقيقة. يحتوي نموذج مضخة حوض السمك المستخدم هنا على مخرجين (انظر جدول المواد). قم بتوصيل قطعة صغيرة من الأنابيب من كل من مخرجي مضخة الحوض بمدخلي موصل T (الشكل 4 ب).
3. قم بتوصيل قطعة من الأنبوب من خرج موصل T إلى مدخلات مرشح الكربون النشط (الشكل 4 ب).
4. قم بتوصيل الأنبوب من خرج مرشح الكربون بموصل T وقم بتوصيل مخرجي الموصل بصمام كروي لضبط معدل تدفق الهواء (الشكل 4C).
5. قم بتوصيل خرج كل صمام كروي بمدخلات عدادات التدفق (الشكل 4D).
6. قم بتوصيل خرج مقياس التدفق 50 سم / دقيقة بالمشعب العلوي ، مما يوفر الهواء لقوارير توازن الرائحة سعة 40 مل مع الروائح المخففة بالزيت المعدني (الشكل 4E).
7. قم بتوصيل الإخراج من كل قارورة رائحة بالإدخال المقابل في المشعب السفلي.
8. الأنابيب التي تربط قوارير الرائحة بالمشعبات عبارة عن أنابيب صمام قرصة يتم فتحها بواسطة صمامي قرصة منفصلين. ضع الأنبوب في صمامات القرصة.
9. قم بتوصيل خرج مقياس التدفق 2 لتر / دقيقة بمدخل المدخل الجانبي للمشعب السفلي.
10. قم بتوصيل خرج المشعب السفلي بمدخل الصمام النهائي (المحول) (الشكل 4F).
    1. قم بتوصيل الافتراضي عند إخراج الصمام النهائي بأنبوب توصيل الرائحة في go/no-gochamber. قم بتوصيل الإخراج الافتراضي للصمام النهائي بأنبوب العادم (الشكل 4G). ينتج عن هذا تدفق هواء مستمر غير معطر بمقدار 2 لتر / دقيقة عند إيقاف تشغيل الصمام النهائي.
    2. في كل تجربة ، تأكد من تشغيل الصمام النهائي عندما يلعق ، ويأخذ الهواء إلى العادم ، وفي نفس الوقت يتم تشغيل صمام الرائحة. ينتج عن هذا توازن الرائحة في تدفق الهواء في الخلفية.
    3. بعد 1-1.5 ثانية ، تأكد من إيقاف تشغيل الصمام النهائي ، وتحويل الهواء مرة أخرى إلى الغرفة. ينتج عن هذا زيادة حادة في تركيز الرائحة. بعد 2.5 ثانية ، ينطفئ صمام الرائحة ، ويعود تركيز الرائحة إلى 0.
    4. قم بتوصيل إبرة 18 جيجا بطرف المحقنة سعة 5 مل التي سيتم استخدامها لتوصيل مكافأة الماء (الشكل 4H).
    5. قم بتوصيل أنبوب واحد (قطر 2 مم) بطرف الإبرة (الشكل 4H).
    6. قم بتوصيل الطرف الآخر من الأنبوب بمدخل صمام الماء. قد يحتاج المرء إلى قطع أنبوب بقطر مختلف ليناسب مدخلات صمام الماء (الشكل 4I).
    7. قم بتوصيل الأنبوب من خرج صمام الماء إلى نافهة اللعاب (الشكل 5 أ).

5. توصيل مقياس الرائحة بالكمبيوتر وتثبيت البرنامج

1. قم بتوصيل SSR48-RACK ب DIO96H/50 باستخدام موصل 100 دبوس من أنثى إلى أنثى. قم بتوصيل كبل USB من DIO96 / H50 بالكمبيوتر (الشكل 5 ب).
2. قم بتنزيل أحدث إصدار من برامج وبرامج تشغيل mccdaq و InstaCal.
   ملاحظة: InstaCal هو البرنامج الذي يختبر الاتصال بين الكمبيوتر و DIO96 / H50. قم بتنزيل أحدث البرامج وبرامج التشغيل هنا: https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx.
3. قم بتشغيل InstaCal. تأكد من أن "الناقل التسلسلي العالمي" يسرد اللوحة # كرقم صحيح ، عادة #1 = اللوحة #1 USB-DIO96H / 50.
4. قم بتنزيل MATLAB.
5. قم بتنزيل برامج MATLAB لتشغيل مقياس الرائحة من https://github.com/restrepd/dropc.
6. افتح MATLAB كمسؤول وقم بتعيين المسار بحيث يتعرف MATLAB على البرامج. في علامة التبويب الصفحة الرئيسية في بيئة MATLAB ، انقر فوق تعيين المسار في قسم البيئة. يؤدي هذا إلى فتح مربع حوار حيث يمكنك إضافة مجلدات في مسار البحث.
7. قم بتشغيل daqregister('mcc'). قم بتغيير رقم اللوحة في dropcInitializePortsNow.m.
   ملاحظة: handles.dio = digitalio('mcc',1); ٪ (1 أو 0 حسب الكمبيوتر).
8. اختبر dropcspm.m عن طريق إجراء تشغيل جاف حيث "يستجيب" المستخدم لكل تجربة عن طريق توصيل الحلقة الكهربائية بين صنبور اللعق والأرضية المعدنية للغرفة المؤرضة.
   ملاحظة: مقياس الرائحة جاهز الآن للاستخدام. تم العثور على معلومات حول كيفية تدريب الفأر في Nicole Arevalo et ^al.20.

6. التجارب على

1. قم بإعداد الموضوعات الحيوانية بعناية لبدء العملية التجريبية. قم بوزن كل فأر على حدة باستخدام ميزان معاير وسجل الوزن في سجل المختبر. راقب هذه البيانات المهمة طوال الدراسة لتتبع صحة ومعالجة أي تغييرات في الوزن على الفور.
2. ضع الفئران برفق في حجرة الماوس المصممة خصيصا بعد الوزن. تنشيط أجهزة الاستشعار وأنظمة توصيل المحفزات لمهمة التمييز الشمي. تأكد من أن الغرفة تقلل من الضغط على مع الحفاظ على التحكم الدقيق في الظروف التجريبية.
3. تأكد من أن مرتاح في الغرفة. ابدأ برنامج MATLAB للتحكم في المعلمات التجريبية مثل توصيل محفزات الرائحة (2.5 ثانية) ، وتوزيع المياه ، وتسجيل الاستجابات. قم بتحليل البيانات في الوقت الفعلي للحصول على تعليقات فورية حول أداء.
4. مراقبة وتحليل أداء باستمرار. انظر إلى درجة الكفاءة المحسوبة بناء على النسبة المئوية للردود الصحيحة. اهدف إلى أن يحقق كل درجة أداء 80 أو أكثر ، مما يمثل عتبة إتقان المهام.
5. ابدأ المرحلة الجديدة من التجربة بمجرد أن يحقق باستمرار درجة كفاءة تبلغ 80 أو أعلى ، مما يشير إلى إتقان التمييز الأولي لزوج الرائحة. اعكس زوج الرائحة ، واترك الرائحة التي تمت مكافأتها مسبقا دون مكافأة والعكس صحيح.
   1. اختبر المرونة المعرفية للحيوان وقدرته على التخلص من الارتباطات وإعادة تعلمها ، وبالتالي اكتساب رؤى قيمة حول مرونة التعلم الشمي في الفئران.

باتباع البروتوكول الموضح هنا ، يمكن إعداد مقياس الرائحة لاختبار سلوك الذهاب / عدم الذهاب للفئران التي تفرق بين الروائح. يوضح الشكل 6 أ سلوك الفأر خلال اليوم الأول من التدريب في مهمة الذهاب / عدم الذهاب ، باستخدام أسيتات الإيثيل كرائحة S + ومزيج من أسيتات الإيثيل وخلات البروبيل مثل S-. يتم حساب النسبة المئوية الصحيحة على أنها النسبة المئوية للتجارب التي يسجل فيها الماوس ضربة أو رفض صحيح. في البداية ، بدأ الماوس بنسبة 50٪ صحيحة لأنه لعق استجابة لكلا الرائحتين. ومع ذلك ، بعد عدة تجارب ، تعلمت أن تلعق فقط ل S + وتوقفت عن لعق S-. يوضح الشكل 6 ب النسبة المئوية الصحيحة لليوم الأخير من مهمة الذهاب / عدم الذهاب في الاتجاه الأمامي ، حيث حقق الكفاءة في الأداء بنسبة 80٪ أو أعلى. في هذه المرحلة ، تم عكس الروائح (REV) ، مع أسيتات الإيثيل مثل S- رائحة ومزيج من أسيتات الإيثيل وخلات البروبيل مثل S +. يوضح الشكل 6C النسبة المئوية الصحيحة في اليوم الأول من مهمة go/no-go في الاتجاه العكسي ، حيث انخفض أداء الماوس إلى 10٪. يظهر F أداء الماوس في اليوم الأخير من الانعكاس ، حيث حقق الكفاءة مرة أخرى.

الشكل 1: السبورة البيضاء الجانب الأمامي لمقياس الشم والأسلاك. (أ) أبعاد مقياس الرائحة هي 22 بوصة عرض × 16 بوصة ارتفاع × 8.5 بوصة عمق ، كما هو موضح بدون أسلاك أو لوحات واجهة / لعق ، كما يتم تسليمها من ورشة الماكينة. يتم حفر الثقوب مسبقا لصمامات الرائحة ، وموازين الحرارة ، والصمامات المائية والنهائية ، وحقنة المياه ، ورف زجاجة الرائحة ، ورف صمام الرائحة ، وغرفة الماوس. (ب) مقياس الرائحة المجهز ب 8 مسامير مطلوبة لتركيب SSR48-RACK على الجانب الأيسر الخلفي. (ج) مقياس الشم مع SSR48-RACK مركب ، بما في ذلك المرحلات المرفقة. (د) تضاف كتل الشريط الطرفي اللولبي إلى مقياس الرائحة ، مع أقسام مخصصة ل 12 فولت و 5 فولت والأرض. (ه) التحكم في الصندوق الأسود بثقوب محفورة لمفاتيح زر الضغط اللحظية SPST ، مع وضع علامات على كل زر عن طريق التحكم في الصمام. (F) مفتاح زر الضغط اللحظي SPST مع سلكين مرمزين بالألوان وأنابيب انكماش ملحومين لحماية المناطق المكشوفة. (ز) مفتاح زر الضغط اللحظي SPST المثبت على الصندوق الأسود للتحكم ومؤمن بصمولة سداسية مضمنة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: صمامات الرائحة والمخططات. (أ) صمامات الرائحة المثبتة بإحكام في فتحات ومثبتة بمسامير. (ب) تخطيطي لأسلاك صمام الرائحة إلى SSR48-RACK وكتل الشريط الطرفية اللولبية. (ج) تخطيطي الأسلاك للصندوق الأسود للتحكم ، ومصدر الطاقة ، و SSR48-RA ، وكتل الشريط الطرفية اللولبية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: إعداد الماء والصمام النهائي مع مصدر الطاقة. (أ) المياه والصمامات النهائية المضافة إلى الفتحات المخصصة في مقياس الشم وتثبيتها بمسامير. (ب) توصيل أسلاك إمداد الطاقة لتشغيل مقياس الشم. (ج) أسلاك الطاقة ل SSR48-RACK. (د) مستشعر لعق مع المكونات المتصلة ، بما في ذلك المقاومات والأسلاك ومصابيح LED ومكبر الصوت التشغيلي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: نظام إمداد الهواء مع عدادات التدفق والأنابيب. (أ) عدادات التدفق المرفقة بالرف بمسامير. (ب) مضخة حوض السمك متصلة بالأنابيب ، متصلة بمفصل T. (ج) مرشح كربون مع أنابيب متصلة عند الإخراج ، مع وصلات بأجهزة تنظيمية فردية. (د) الأنابيب من المنظمين المتصلة بمدخلات مقياس التدفق. (ه) الأنابيب المتصلة بمخرجات مقياس التدفق. (و) الأنابيب من المشعب إلى مدخلات الصمام النهائية. (G) الصمام النهائي مع أنبوب متصل بمنفذ رائحة مقياس الحاسوب الأبومي. (ح) حقنة سعة 5 مل مملوءة بالماء ، وأنابيب متصلة بإبرة 18 جم. (ط) الأنابيب المتصلة بمدخل صمام الماء. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: توصيلات صمام المياه النهائية ونظرة عامة على النظام. (أ) الأنابيب من خرج صمام الماء إلى النسيج في مقياس الشم. (ب) توصيل مقياس الشم ب DIO96H / 50 باستخدام كابل من أنثى إلى أنثى. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: مثال على الأداء السلوكي في مهمة go/no go للماوس. يتم عرض النسبة المئوية للردود الصحيحة في كل جلسة من أجل: (أ) اليوم الأول من التكييف الأمامي (S +: 1٪ أسيتات الأيزواميل ، S-: الزيت المعدني). (ب) اليوم الأخير من التكييف الأمامي. (ج) اليوم الأول بعد الانعكاس (S +: الزيوت المعدنية ، S-: 1٪ أسيتات الأيزوأميل). (د) اليوم الأخير من التكييف العكسي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7: المسار الزمني للتركيز من أسيتات الأيزواميل في منفذ الرائحة. تم قياس تركيز أسيتات الأيزواميل بنسبة 10٪ (المخفف بالزيت المعدني) في منفذ الرائحة ، باستخدام جهاز التأين الضوئي (PID). تشير الخطوط العمودية إلى بداية ونهاية توصيل الرائحة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يمكن العثور على دليل شامل خطوة بخطوة لبناء مقياس الشم المصمم لمهام ربط الرائحة في الأدبيات. قد يواجه الباحثون تحديات مختلفة أثناء تجميع الجهاز وتشغيله ، ولكن لحسن الحظ ، هناك طرق راسخة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها لمعالجة هذه المشكلات. بمجرد إنشاؤه ومعايرته بشكل صحيح ، يعمل مقياس الشم كأداة لا تقدر بثمن للعلماء الذين يجرون تجارب تتعلق بالشم ، مما يتيح التحكم الدقيق في محفزات الرائحة وإيصالها.

الخطوات الحاسمة
يجب أن يكون إصدار MATLAB الذي تم تنزيله هو 2015 ، حيث أن الكود المكتوب متوافق مع هذا الإصدار ، وقد يؤدي استخدام أي إصدار آخر إلى حدوث مشكلات. من المهم التحقق من تحديد اللوحة الصحيحة في instacall. يمكن إجراء تثبيت mcc.dill عن طريق تنفيذ daqregister('mcc') أثناء تسجيل الدخول كمسؤول MATLAB.

استكشاف الاخطاء
في بداية كل أسبوع تدريبي، قم بتشغيل برنامج المعايرة (InstaCal) للتأكد من أن الكمبيوتر الشخصي ومقياس الرائحة يتواصلان بشكل صحيح. افتح هذا البرنامج ، وانقر على اللوحة ، وانقر على المعايرة الرقمية. يجب التحقق من معدل تدفق الهواء. يجب أن يكون تدفق الهواء في الخلفية 2 لتر / دقيقة ، ويجب أن يكون التدفق إلى قوارير توازن الرائحة 50 مل / دقيقة. من المهم للغاية التحقق بشكل روتيني من معدل تدفق الهواء عند إخراج مقياس العطرة.

قبل وضع الماوس ، من المهم التأكد من اختبار المعلمات التالية: (1) صمامات الرائحة: يجب النقر فوق صمامات الرائحة عند الضغط على الزر الموجود على الصندوق الأسود. يجب أن تتدفق أنابيب الهواء في الزيت المعدني ، مع عدم وجود زيت معدني محاصر في الأنبوب. (2) أنابيب الرائحة: إذا كانت الروائح لا تنتج فقاعات ، فقد يتم حظر الأنبوب حيث يقرص عادة بالقرب من الصمام. قد يكون استبدال الأنابيب ضروريا. (3) الصمام النهائي وصمام الماء: يجب أن يفتح الصمام النهائي بشكل صحيح ، مع فحص الأنبوب للتأكد من الوظيفة المناسبة. بالنسبة لصمام الماء ، يجب إزالة أي هواء يمنع تدفق المياه ، مما يسمح للمياه بالتدفق إلى الليكسيت. (4) تدفق الهواء: يجب أن تظهر عدادات التدفق معايرة وموضوعة بشكل مناسب. (5) أضواء الترحيل: تأكد من تنشيط "الأضواء" الموجودة على المرحلات بشكل صحيح أثناء التجربة. (6) مرحل مكافأة المياه: عندما يتم توزيع مكافأة المياه ، يجب أن يومض المرحل فوق الماء أثناء توزيع المكافأة. (7) مرحل مكافأة الرائحة والماء: عندما يتم إقران الرائحة بمكافأة مائية ، يجب أن يومض التتابع الأحمر فوق رقم الصمام المقابل باللون الأحمر أثناء المكافأة.

القيود
تختبر مهمة go/no-go قدرة الماوس على اختبار 2 روائح. من أجل تشغيل المهمة ، يجب تشغيل من خلال عدة جلسات. هذه ليست تقنية إنتاجية عالية لاختبار تمييز الرائحة. تم تصميم مقياس الرائحة لاختبار المحفزات الشمي. إنه ليس جهاز اختبار متعدد الحواس. ومع ذلك ، يمكن إجراء تعديلات لاختبار المدخلات الحسية الأخرى.

تصف هذه المقالة مقياس الرائحة المخفف السائل حيث يتم موازنة الهواء المتدفق عبر الرائحة المخففة في الزيت المعدني بمعدل 50 مل / دقيقة مسبقا مع تدفق الهواء في الخلفية عند 2 لتر / دقيقة. بالنسبة لتصميم توصيل الرائحة هذا ، تحدد حركية تخفيف الرائحة في تدفق الهواء الناقل سرعة الزيادة في تركيز الرائحة في تدفق الهواء في الخلفية. كما هو موضح في الشكل 7 ، بينما يزداد التركيز في غضون 200 مللي ثانية إلى نصف التركيز النهائي ، يتباطأ معدل تغير التركيز بعد نصف ثانية. في حين أن هذا التكوين لا ينتج عنه تغيير بخطوة مربعة في تركيز الرائحة ، فقد تم استخدامه بنجاح لدراسة تمييز الرائحة^{واكتشافها 21}. إذا كان البروتوكول التجريبي يتطلب تغييرا تدريجيا في تركيز الرائحة ، فيجب تعديل تصميم توصيل الرائحة إلى ثلاث قنوات مستمرة لتدفق الهواء في الخلفية 2 لتر / دقيقة حيث يتم توصيل الروائح باستمرار إلى تدفق الهواء في الخلفية لاثنتين من قنوات تدفق الهواء في الخلفية. ستوفر قناة التسليم الثالثة هواء متوازنا بالزيت المعدني. في هذه الحالة ، سيتم استخدام صمامات التحويل لتحويل أحد الروائح أو الهواء الخالي من الرائحة إلى منفذ الرائحة. سيؤدي ذلك إلى زيادة تدريجية في تركيز الرائحة في منفذ الرائحة (أيضا التقارير السابقة^19،22). بغض النظر ، من المهم توثيق المسار الزمني للتغيير في تركيز الرائحة باستخدام كاشف التأين الضوئي.

تم تصميم مقياس الرائحة الموصوف هنا للتجارب السلوكية للفئران ، ولكن تم استخدام هذا التصميم في الماضي للفئران. الفرق الرئيسي هو أنه من الضروري زيادة حجم الغرفة للدراسات مع الفئران²³. أخيرا ، يقوم مقياس الرائحة هذا بتقييم السلوك الشمي لماوس واحد. تم وصف مقياس الرائحة الآلي عالي الإنتاجية لاختبار العديد من^{الفئران 24}.

اهميه
يصف هذا البروتوكول مقياس الرائحة المخصص ، والذي يقلل التكاليف مقارنة بالطرق الأخرى المتاحة.

التطبيقات المستقبلية
تم تصميم مقياس الرائحة خصيصا للاستخدام مع الفئران ويتطلب تعديلا للاستخدام مع الأخرى ، مثل الفئران. يمكن أيضا دمج ميزات إضافية ، مثل نظام تسجيل متعدد الأقطاب الكهربائية (على سبيل المثال ، لوحة تسجيل متعددة الأقطاب الكهربائية) ، أو لوحة Arduino Uno ، أو الكاميرا.

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه، ولا توجد مصالح مالية متنافسة.

تم دعم هذا البحث من خلال منح من منح المعاهد الوطنية للصحة K01 NS127850-01 و R25 NS080685 و R01 NS081248 و DC000566. نود أن نشكر جميع أعضاء مختبر Restrepo و Ramirez-Gordillo على دعمهم.