Построение ольфактометра для изучения обонятельного поведения грызунов

Этот протокол описывает построение ольфактометра для экспериментов по обонятельному поведению. Пошаговая инструкция вместе с изображениями предоставляется для обеспечения успешного построения ольфактометра. Также включена информация об устранении неполадок, возникающих во время процесса.

Использование ольфактометров для изучения поведения грызунов и активности мозга во время выполнения обонятельных задач имеет решающее значение для понимания мозговых цепей. Эти сложные устройства позволяют исследователям точно контролировать и доставлять ароматические стимулы, что позволяет исследовать сложные обонятельные процессы у грызунов. Несмотря на то, что коммерчески доступные ольфактометры удобны, они создают проблемы при возникновении технических проблем, часто требующих дорогостоящей помощи и потенциально нарушающих сроки исследований. В этой статье подробно описывается создание специального ольфактометра, специально разработанного для экспериментов по обонятельному поведению мышей, а также приводится полный список деталей и пошаговые инструкции. Управление ольфактометром осуществляется через MATLAB, что обеспечивает удобный интерфейс для исследователей. Важно отметить, что открытый исходный код позволяет пользователям модифицировать и адаптировать систему, адаптируя поведенческие задачи под конкретные экспериментальные потребности. Создание индивидуального ольфактометра дает пользователям знания и возможности для самостоятельного выполнения индивидуального экспериментального проектирования и устранения неполадок, экономя время и ресурсы. Такой подход не только повышает гибкость исследований, но и способствует более глубокому пониманию функциональности оборудования, что в конечном итоге приводит к более надежным и надежным обонятельным исследованиям на грызунах.

Сложные механизмы, лежащие в основе принятия обонятельных решений, позволяют получить удивительное представление о поразительной сложности системы обработки сенсорной информации мозга ^1,2,3. В обонятельной луковице мышей огромное количество обонятельных сенсорных нейронов сходятся примерно на 2200 клубочках, каждый из которых иннервируется нейронами, экспрессирующими один и тот же обонятельный рецептор⁴. Примечательно, что даже один синтетический ароматизатор может стимулировать значительную часть из примерно 1100 обонятельных рецепторов у мышей ^5,6. Однако проблема выходит за рамки первоначального обнаружения одоранта. Временная динамика поступления запаха, на которую влияет ритмичный акт вдыхания, еще больше обогащает сенсорный ландшафт, добавляя слои информации для расшифровки мозгом. В сочетании со сложностью естественных стимулов, таких как специфическая моча, которая содержит сотни пахучих веществ, обонятельная система сталкивается с огромной задачей распутывания сложных паттернов активации клубочков для дифференциации различных^{запахов.}

Чтобы решить эту проблему, мозг координирует нейронную активность в нескольких областях, включая грушевидную кору, латеральную энторинальную кору, гиппокамп, обонятельный бугорок, префронтальную кору и даже мозжечок 9,10,11,12,13,14. В этих цепях пирамидальные клетки грушевидной коры интегрируют и модулируют информацию, передаваемую митральными клетками, в то время как другие области мозга играют уникальную роль в формировании обонятельного восприятия 15,16,17. Более того, на обработку мозгом обонятельных стимулов динамически влияют контекстуальные факторы, что подчеркивает адаптивность и сложность процесса принятия обонятельных решений.

В этой статье описывается создание пользовательского ольфактометра, который позволяет с помощью компьютера оценивать поведенческие показатели свободно движущихся мышей, занятых в задаче «годен/не идет». В этой задаче ассоциативного обучения мышь, лишенная воды, начинает испытание, облизывая носик подачи воды, расположенный в носовом конусе подачи запаха. Один из двух одорантов вводится через 1-1,5 с после того, как животное начинает испытание. Если одорант является вознаграждаемым (S+) одорантом, мышь получает вознаграждение водой, если она облизывает хотя бы один раз в каждом из четырех 0,5-секундных временных окон (A Hit). В противном случае мышь не получает вознаграждения (Miss). Если животное получает одорант без вознаграждения (S-), вознаграждение не выдается, а если мышь облизывается в каждом из четырех временных окон (ложная тревога, FA), то перед началом следующего испытания устанавливается временная задержка. Если животное не может облизываться в течение одного из временных окон, испытание засчитывается как правильное отбраковка (CR), и временная задержка не применяется. Процент правильной работы рассчитывается как процент попыток, в которых мышь набирает Hit или CR в окне из двадцати попыток:

Процент правильных ответов = 100 ((Хит + CR) / 20)

Существует два ключевых вопроса для обеспечения надлежащего функционирования ольфактометров, предназначенных для оценки обонятельного поведения. Во-первых, ольфактометр должен отслеживать реакцию мыши в режиме реального времени, чтобы получать соответствующие награды от запаха и воды. Этот ольфактометр достигается путем контроля слизывания либо путем измерения сопротивления между водяным изливом и дном камеры, либо путем измерения емкости¹⁸. Затем программа MATLAB использует эту информацию для принятия решений о доставке одоранта и вознаграждении водой. Вторая проблема заключается в необходимости надежной, воспроизводимой доставки одоранта. Этот ольфактометр достигается за счет приведения в действие клапанов, которые уравновешивают насыщенный одорантом воздух с воздухом-носителем, который затем подается к носовому обтекателю. Воздух уравновешивается с одорантом путем его барботирования через раствор одоранта, разбавленный минеральным маслом. Концентрация одоранта измеряется с помощью фотоионизационного детектора и может быть рассчитана на основе давления пара и коэффициента активности в соответствии с процедурами, описанными Williams and Dewan^18,19.

Все эксперименты проводились в соответствии с протоколами, утвержденными Комитетом по уходу за животными и их использованию в медицинском кампусе Аншутц Университета Колорадо. В этом исследовании использовались животные мужского пола CaMKIIα WT в возрасте двух месяцев на момент имплантации тетрода. Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованных в данном исследовании, представлена в Таблице материалов.

1. Плата и пайка однополюсных, одноходовых (SPST) кнопок мгновенного действия

1. Приобретите изготовленный на заказ белый плинтус с отверстиями для крепления стоек для клапанов запаха, расходомеров, платы SSR48 и других компонентов, показанных на рисунке 1A.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Белый плинтус, использованный в этом исследовании, был изготовлен в механическом цехе Центра нейротехнологий в медицинском кампусе Аншутца Университета Колорадо (Рисунок 1A). Файлы дизайна доступны по адресу
2. Добавьте 1-дюймовые винты и 3/4-дюймовые прокладки для размещения SSR48-RACK. Винты расположены в правом верхнем углу задней части доски (рисунок 1A).
3. Установите SSR48-RACK. SSR48-RACK будет расположен в верхней левой части задней части доски (рис. 1C).
4. Сделайте отверстия (0,4 см) для размещения винтовых клеммных колодок на обратной стороне доски. Винтовые клеммные колодки будут расположены в середине правой части задней части доски (рис. 1D).
5. Сверху вниз: Первая клеммная колодка на 4 винта будет использоваться для подключения проводов на 24 В. Следующая винтовая клеммная колодка будет использоваться для проводов 5 В. Оставьте одну колодку винтовой клеммной колодки пустой, а последние 4 винтовые клеммные колодки будут использоваться для подключения проводов заземления.
6. Просверлите отверстия (0,8 см) в блоке управления для размещения мгновенных кнопочных переключателей SPST. Блок управления будет расположен в передней нижней части доски (рис. 1E).
7. Настройте кнопочные переключатели мгновенного действия SPST. Припаяйте два провода к кнопочному переключателю мгновенного действия SPST. Предпочтительно использовать два разных цвета, например, красный и черный или зеленый (Рисунок 1F).
8. Прикрепите кнопочный переключатель мгновенного действия SPST к блоку управления. Кнопки поставляются с гайкой, которая используется для крепления к черному ящику управления (рис. 1G).
9. Закрепите провода, скрутив или закрепив их скотчем, чтобы они были вместе и организованы.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Напряжение питания 24 В используется для питания пережимных клапанов и клапанов запаха, а напряжение 5 В используется для цепи облизывания.
10. Поместите клапаны для удаления запаха в пазы решетки для клапанов запаха, расположенной в центре доски (рисунок 2A).
    1. Отклейте провода, которые отходят от клапанов, и припаяйте по одному проводу от каждого клапана к более толстому проводу. Поместите один провод в землю на винтовую клеммную колодку на обратной стороне доски, а второй провод в соответствующий контакт в SSR48-RACK. Например, клапан запаха 1 идет к штифту 1, клапан запаха 2 идет к штифту 2 и т.д. (рис. 2B).
    2. Подсоедините контакты с 1 по 8 в SSR48-RACK к двум пережимным клапанам каждый (входные и выходные клапаны для флаконов для балансировки минерального масла). Для каждого клапана подключите один провод от кнопки к сети 24 В, а другой провод — к контакту в SSR48-RACK, подключенному к клапану. Другой провод идет от клапана к земле. Обратитесь к рисунку 2B, C для размещения проводов на своих местах.
    3. Поместите водяной клапан и конечный клапан в соответствующие прорези на пластине клапана. Слот расположен в центре доски. Посмотрите на пластину клапана на рисунке 1 и расположение клапанов на рисунке 3A.
    4. Подсоедините водяной клапан и конечный клапан к земле и контактам 17 и 18 соответственно в SSR48-RACK. Подключите кнопки к сети 24 В и контактам 17 и 18 (рис. 2B).

2. Электроснабжение

1. Купите блок питания и удлинитель. Информацию о конкретном типе блока питания можно найти в Таблице материалов. Источник питания будет подавать выходы 24 В (V3) и 5 В (V1) и заземление на ольфактометр.
2. Отрежьте вилку шнура питания от блока питания. В частности, женскую часть удлинителя. Как только он перерезан, можно увидеть три провода. Зеленый провод подключен к G (заземлению) на блоке питания, а два других провода (белый и черный) подключены к L и N соответственно входного напряжения переменного тока 120 В к источнику питания (рисунок 3B).
   ВНИМАНИЕ: Провода питания 120 В подвергаются воздействию, и существует риск получения травмы в результате поражения электрическим током. Лучше всего накрыть его изолятором.
3. Отрежьте один конец провода, питающего SSR48-RACK. Подсоедините один из проводов к винту G в блоке питания, а второй — к V1 блока питания (рисунок 3C).
4. На блоке питания подключите один провод от G2 к массе на винтовой клеммной колодке (рисунок 2C).
5. На блоке питания подключите один провод от V1 к винтовым клеммным колодкам 5 В (рис. 2C).
6. На блоке питания подключите один провод от V3 к винтовым клеммным колодкам 24 В (рисунок 2C).

3. Сенсорная плата Lick

1. Получите макетную плату с 400 связующими точками и проложите провод, соединяющий соединительные точки B7 и B15 (рис. 3D).
2. Подсоедините один конец провода к стяжной точке 6+, а другой конец к стяжной точке C22 макетной платы (рис. 3D).
3. Соедините один конец в точке D16, а второй конец — в точке G22 макетной платы (рис. 3D).
4. Подсоедините один конец провода к гнезду I22, а второй конец к гнезду 29- макетной платы (рис. 3D).
5. Подключите один конец провода к гнезду 20А, а второй конец — к гнезду 29А макетной платы (рис. 3D).
6. Подключите один конец провода к 21B и второй конец к 28B макетной платы (рис. 3D).
7. Подключите один конец провода к гнезду 1+ макетной платы, а второй конец к 5 В винтовых клеммных колодок (рисунок 3D).
8. Подсоедините один конец провода к гнезду 1- макетной платы, а второй конец к заземлению винтовых клеммных колодок (рисунок 3D).
9. Подсоедините один конец провода к гнезду C7 макетной платы, а второй конец — к контакту 27 на SSR-48RACK (рис. 3D).
10. Подключите один конец провода к слоту 28C макетной платы, а ко второму концу будет прикреплен зажим типа «крокодил», который будет соединяться с металлической частью водяного смерча (рисунок 3D).
11. Подсоедините один конец провода к гнезду 20B макетной платы, а другой конец — к средней клемме потенциометра (рисунок 3D). Две клеммы, подключенные к резистивным элементам потенциометра, подключены к заземлению и напряжению 5 В. Средняя клемма подключена к макетной плате.
12. Получите резисторы 21 мОм. Для первого подключите один конец к 19A, а второй конец к 20D. Для второго соедините один конец с 22C, а другой конец с 21D. Подключите к потенциометру (рисунок 3D).
13. Получите один резистор кОм. Подключите один конец к 14С, а второй конец к 19С. Подключите к потенциометру (рисунок 3D).
14. Приобретите один резистор 120 Ω. Подключите один конец к 7D, а второй конец к 7H (Рисунок 3D).
15. Приобретите светодиодный фонарь. Цвет не имеет значения. Подключите один провод светодиода к 7J, а второй провод к 6- (Рисунок 3D).
16. Приобретите два операционных усилителя (ОУ). Соединения для первого — E10 — E16, F10-F16 (рис. 3D).

4. Снабжение воздухом и водой

1. Поместите два расходомера (2 л/мин и 50 куб. см/мин) в держатели расходомера. На рисунке 4A показана общая система воздушного потока, а на рисунке 4B показано увеличенное изображение расходомеров.
2. Приобретите аквариумный насос для обеспечения потока воздуха 2 л/мин. Используемая здесь модель аквариумного насоса имеет два выхода (см. Таблицу материалов). Подсоедините небольшой кусок трубки от каждого из двух выходов аквариумного насоса к двум входам Т-образного разъема (рис. 4B).
3. Подсоедините кусок трубки от выхода Т-образного разъема к входу фильтра с активированным углем (рис. 4B).
4. Подсоедините трубку от выхода угольного фильтра к Т-образному разъему и подсоедините два выхода разъема к шаровому крану для регулировки расхода воздуха (Рисунок 4C).
5. Подключите выход каждого шарового крана к входу расходомеров (рисунок 4D).
6. Подсоедините выход расходомера со скоростью 50 см/мин к верхнему коллектору, подавая воздух в флаконы для уравновешивания запаха объемом 40 мл с одорантами, разведенными в минеральном масле (рис. 4E).
7. Подключите выход из каждого флакона с запахом к соответствующему входу в нижнем коллекторе.
8. Трубки, соединяющие флаконы с запахом к коллекторам, представляют собой трубки с пережимными клапанами, которые открываются двумя отдельными пережимными клапанами. Поместите трубку в пережимные клапаны.
9. Подключите выход расходомера 2 л/мин к входу бокового входа нижнего коллектора.
10. Подсоедините выход нижнего коллектора к входу конечного (отводящего) клапана (рисунок 4F).
    1. Подсоедините стандартный выход конечного клапана к трубке подачи запаха в камере хода/без хода. Подсоедините стандартный выход выключения конечного клапана к выпускной трубе (Рисунок 4G). Это приводит к непрерывному потоку воздуха без запаха 2 л/мин при выключенном конечном клапане.
    2. Для каждого испытания убедитесь, что последний клапан включается, когда животное лижет, забирая воздух на выпуск, и одновременно включается клапан запаха. Это приводит к уравновешиванию запаха в фоновом воздушном потоке.
    3. Через 1-1,5 с следите за тем, чтобы окончательный клапан выключился, отводя воздух обратно в камеру. Это приводит к резкому увеличению концентрации одоранта. Через 2,5 с клапан запаха отключается, и концентрация запаха возвращается к 0.
    4. Подсоедините иглу 18 G к кончику шприца объемом 5 мл, который будет использоваться для подачи воды (рисунок 4H).
    5. Подсоедините одну трубку (диаметром 2 мм) к кончику иглы (рисунок 4H).
    6. Подсоедините другой конец трубки к входу водяного клапана. Возможно, потребуется вырезать трубку другого диаметра, чтобы она соответствовала входу водяного клапана (рис. 4I).
    7. Подсоедините трубку от выхода водяного клапана к носику для облизывания (рисунок 5A).

5. Подключение ольфактометра к компьютеру и установка программного обеспечения

1. Подключите SSR48-RACK к DIO96H/50 с помощью 100-контактного разъема «папа-гнездо». Подключите USB-кабель от DIO96/H50 к компьютеру (рис. 5B).
2. Загрузите последнюю версию программного обеспечения и драйверов mccdaq, а также InstaCal.
   ПРИМЕЧАНИЕ: InstaCal - это программа, которая проверяет связь между компьютером и DIO96/H50. Загрузите последнее программное обеспечение и драйверы здесь: https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx.
3. Запустите InstaCal. Убедитесь, что в "Universal Serial Bus" указана плата # как правильный номер, обычно #1 = плата #1 USB-DIO96H/50.
4. Скачать MATLAB.
5. Скачайте программы MATLAB для запуска ольфактометра из https://github.com/restrepd/dropc.
6. Откройте MATLAB в качестве администратора и установите путь таким образом, чтобы MATLAB распознавал программы. На вкладке «Главная» в среде MATLAB нажмите « Задать путь » в разделе «Среда». Откроется диалоговое окно, в котором вы можете добавить папки в путь поиска.
7. Запустите daqregister('mcc'). Измените номер платы в dropcInitializePortsNow.m.
   ПРИМЕЧАНИЕ: handles.dio = digitalio('mcc',1); %(1 или 0 в зависимости от компьютера).
8. Протестируйте dropcspm.m, выполнив пробный прогон, в котором пользователь «реагирует» на каждую попытку, подключая электрическую петлю между носиком для облизывания и металлическим полом заземленной камеры.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Теперь ольфактометр готов к использованию. Информацию о том, как тренировать мышь, можно найти в Nicole Arevalo et ^al.20.

6. Эксперименты на животных

1. Тщательно подготовьте животных к началу экспериментального процесса. Взвесьте каждую мышь по отдельности с помощью откалиброванных весов и запишите вес в лабораторный журнал. Отслеживайте эти важные данные на протяжении всего исследования, чтобы отслеживать состояние здоровья животных и оперативно реагировать на любые изменения веса.
2. После взвешивания аккуратно поместите мышей в специально предназначенную мышиную камеру. Активируйте датчики и системы доставки стимулов для выполнения задачи обонятельной дискриминации. Убедитесь, что камера сводит к минимуму стресс для животных, сохраняя при этом точный контроль условий эксперимента.
3. Позаботьтесь о том, чтобы животному было комфортно в камере. Запустите программу MATLAB для управления экспериментальными параметрами, такими как подача стимулов запаха (2,5 с), подача воды и запись ответов. Анализируйте данные в режиме реального времени, чтобы получить немедленную обратную связь о производительности животного.
4. Постоянно контролируйте и анализируйте производительность животного. Посмотрите на рассчитанный балл владения языком на основе процента правильных ответов. Стремитесь к тому, чтобы каждое животное достигло показателя производительности 80 или выше, который обозначает порог мастерства выполнения задачи.
5. Начинайте новую фазу эксперимента после того, как животное стабильно достигает оценки мастерства 80 или выше, что указывает на владение начальным различением пар запахов. Поменяйте пару запахов местами, оставив ранее вознагражденный аромат без вознаграждения, и наоборот.
   1. Проверьте когнитивную гибкость животного и его способность отучиваться от ассоциаций и переучиваться, тем самым получая ценную информацию о пластичности обонятельного обучения у мышей.

Следуя описанному здесь протоколу, ольфактометр может быть настроен для проверки поведения мышей в зависимости от запахов. На рисунке 6A показано поведение мыши в течение первого дня обучения в задаче «годен/не годен» с использованием этилацетата в качестве одоранта S+ и комбинации этилацетата и пропилацетата в качестве S-. Процент правильных ошибок рассчитывается как процент попыток, в которых мышь получает попадание или правильное отклонение. Изначально мышь начинала с 50% правильности, потому что она облизывалась в ответ на оба запаха. Однако после нескольких попыток он научился лизать только для S+ и перестал лизать для S-. На рисунке 6B показан процент правильных действий для последнего дня выполнения задания «годен/не годен» в прямом направлении, где животное достигло мастерства с производительностью 80% или выше. На этом этапе одоранты были обращены в обратном порядке (REV), причем этилацетат стал S-одорантом, а комбинация этилацетата и пропилацетата — S+. На рисунке 6C показан процент правильных ошибок в первый день выполнения задачи «годен/не годен» в обратном направлении, когда производительность мыши упала до 10%. F показывает производительность мыши в последний день реверса, когда она снова достигла мастерства.

Иллюстрация 1: Передняя сторона ольфактометра и проводка. (A) Размеры ольфактометра составляют 22 дюйма (Ш) x 16 дюймов (В) x 8,5 дюйма (Г), показаны без проводки или интерфейсных плат / плат для облизывания, доставленных из машинного цеха. Предварительно просверлены отверстия для клапанов запаха, термометров, водяных и конечных клапанов, водяного шприца, штатива для бутылок с запахом, штатива для клапанов запаха и мышиной камеры. (B) Ольфактометр подготовлен с помощью 8 болтов, необходимых для крепления SSR48-RACK с задней левой стороны. (C) Ольфактометр с установленным SSR48-RACK, включая подключенные реле. (D) Винтовые клеммные колодки, добавленные к ольфактометру, с назначенными секциями для 12 В, 5 В и заземления. (E) Черный ящик управления с просверленными отверстиями для мгновенных кнопочных переключателей SPST, с маркировкой каждой кнопки лентой по управлению клапаном. (F) Кнопочный переключатель мгновенного действия SPST с двумя цветными проводами с термоусадочными трубками, припаянными для защиты открытых участков. (G) Кнопочный переключатель мгновенного действия SPST, установленный на черном ящике управления и закрепленный прилагаемой шестигранной гайкой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Клапаны запаха и схемы. (A) Клапаны запаха надежно установлены в пазах и закреплены винтами. (B) Схема проводки клапана с запахом к SSR48-RACK и колодкам винтовых клемм. (C) Схема электропроводки черного ящика управления, блока питания, SSR48-RACK и винтовых клеммных колодок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Настройка воды и конечного клапана с источником питания. (A) Водяной и конечный клапаны добавлены в предназначенные для этого пазы в ольфактометре и закреплены винтами. (B) Проводка источника питания, подключенная к питанию ольфактометра. (C) Силовая проводка для SSR48-RACK. (D) Датчик Lick с подключенными компонентами, включая резисторы, провода, светодиод и операционный усилитель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Система подачи воздуха с расходомерами и трубками. (A) Расходомеры прикреплены к стойке с помощью винтов. (B) Аквариумный насос соединен с трубкой, соединенной с Т-образным шарниром. (C) Угольный фильтр с трубками, прикрепленными на выходе, с подключениями к отдельным регуляторам. (D) Трубки от регуляторов, подключенные к входам расходомера. (E) Трубки, прикрепленные к выходам расходомера. (F) Трубки от коллектора до конечного входа клапана. (G) Конечный клапан с трубкой, подключенной к отверстию запаха ольфактометра. (H) Шприц объемом 5 мл, наполненный водой, трубка прикреплена к игле 18 G. (I) Трубка подсоединена к входу водяного клапана. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Иллюстрация 5: Окончательные соединения водяного клапана и обзор системы. (А) Трубка от выхода водяного клапана к ликситу в ольфактометре. (B) Подключение ольфактометра к DIO96H/50 с помощью кабеля «мама-мама». Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Пример поведенческой производительности в задаче «идти/не идти» для мыши. Процент правильных ответов на каждом сеансе отображается для: (A) Первого дня прямого кондиционирования (S+: 1% изоамилацетата, S-: минеральное масло). (В) Последний день форвардной подготовки. (C) В первые сутки после отмены (S+: минеральное масло, S-: 1% изоамилацетата). (D) Последний день обратного кондиционирования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 7: Временной ход концентрации изоамилацетата в порту запаха. Измеряли концентрацию 10% изоамилацетата (разведенного в минеральном масле) в порту запаха, с помощью фотоионизационного устройства (ПИД). Вертикальными линиями обозначены начало и окончание доставки запаха. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Подробное пошаговое руководство по созданию ольфактометра, предназначенного для задач ассоциации запахов, можно найти в литературе. Исследователи могут столкнуться с различными проблемами во время сборки и эксплуатации устройства, но, к счастью, существуют устоявшиеся методы устранения неполадок для решения этих проблем. После правильной конструкции и калибровки ольфактометр служит бесценным инструментом для ученых, проводящих эксперименты, связанные с обонянием, обеспечивая точный контроль и доставку запаховых стимулов.

Критические шаги
Загруженная версия MATLAB должна быть 2015, так как написанный код совместим с этой версией, и использование любой другой версии может привести к проблемам. Важно убедиться, что в instacall выбрана правильная доска. Установка mcc.dill может быть выполнена путем запуска daqregister('mcc') при входе в систему как администратор MATLAB.

Устранение неполадок
В начале каждой учебной недели запускайте программное обеспечение для калибровки (InstaCal), чтобы убедиться, что ПК и ольфактометр взаимодействуют правильно. Откройте эту программу, нажмите на доску и нажмите « Цифровая калибровка». Необходимо проверить скорость воздушного потока. Фоновый расход воздуха должен составлять 2 л/мин, а расход к флаконам для уравновешивания запаха должен составлять 50 мл/мин. Крайне важно регулярно проверять скорость воздушного потока на выходе ольфактометра.

Перед установкой мыши важно убедиться, что проверены следующие параметры: (1) Клапаны запаха: клапаны запаха следует щелкать при нажатии кнопки на черном ящике. Воздушные трубки должны пузыриться в минеральном масле, при этом минеральное масло не должно попадать в трубку. (2) Трубка с запахом: Если запахи не вызывают образования пузырьков, трубка может быть заблокирована там, где она обычно защемляется рядом с клапаном. Может потребоваться замена трубки. (3) Конечный клапан и водяной клапан: Конечный клапан должен открыться правильно, а трубка должна быть проверена на правильность работы. Для водяного клапана любой воздух, блокирующий поток воды, должен быть очищен, что позволит воде поступать в ликсит. (4) Воздушный поток: расходомеры должны выглядеть откалиброванными и расположенными соответствующим образом. (5) Огни реле: Убедитесь, что «огни» на реле правильно активируются во время эксперимента. (6) Реле вознаграждения за воду: Когда выдается вознаграждение за воду, реле над водой должно мигать, когда оно выдает вознаграждение. (7) Реле вознаграждения за запах и воду: Когда запах сочетается с вознаграждением за воду, красное реле над соответствующим номером клапана должно мигать красным во время вознаграждения.

Ограничения
Задание «Годен/не годится» проверяет способность мыши тестировать 2 запаха. Для того, чтобы выполнить задачу, животное должно пройти через несколько сеансов. Это не высокопроизводительный метод для тестирования распознавания запахов. Ольфактометр предназначен для проверки обонятельных раздражителей. Это не мультисенсорный испытательный аппарат. Тем не менее, могут быть внесены изменения для тестирования других сенсорных входов.

В данной статье описан ольфактометр разбавления жидкости, в котором воздух, проходящий через одорант, разведенный в минеральном масле со скоростью 50 мл/мин, предварительно уравновешивается с фоновым потоком воздуха со скоростью 2 л/мин. Для данной конструкции подачи одоранта кинетика разбавления запаха в несущем воздушном потоке определяет скорость увеличения концентрации запаха в фоновом воздушном потоке. Как показано на рисунке 7, в то время как концентрация увеличивается в течение 200 мс до половины конечной концентрации, скорость изменения концентрации замедляется более чем на полсекунды. Хотя эта конфигурация не приводит к квадратному ступенчатому изменению концентрации запаха, она была успешно использована для изучения различения и обнаружения запахов²¹. Если протокол эксперимента требует ступенчатого изменения концентрации запаха, то конструкция подачи одоранта должна быть изменена на три канала фонового воздушного потока со скоростью 2 л/мин, в которых одоранты непрерывно подаются в фоновый воздушный поток двух каналов фонового воздушного потока. Третий канал доставки будет доставлять воздух, сбалансированный с минеральным маслом. В этом случае отводные клапаны будут использоваться для отвода одного из двух одорантов или воздуха без запаха в отверстие для запаха. Это приведет к ступенчатому увеличению концентрации одоранта в порту запаха (также предыдущие отчеты^19,22). В любом случае, очень важно задокументировать временной ход изменения концентрации запаха с помощью фотоионизационного детектора.

Описанный здесь ольфактометр предназначен для экспериментов на мышах, однако в прошлом эта конструкция использовалась для крыс. Основное отличие заключается в том, что необходимо увеличить размер камеры для исследований с²³ крысами. Наконец, этот ольфактометр оценивает обонятельное поведение одной мыши. Был описан высокопроизводительный автоматический ольфактометр для тестирования нескольких мышей²⁴.

Значение
Этот протокол описывает изготовленный на заказ ольфактометр, который снижает затраты по сравнению с другими доступными методами.

Будущие приложения
Ольфактометр разработан специально для использования с мышами и требует модификации для использования с другими животными, например, с крысами. Также могут быть включены дополнительные функции, такие как многоэлектродная записывающая система (например, многоэлектродная записывающая плата), плата Arduino Uno или камера.

Авторам нечего раскрывать, и конкурирующих финансовых интересов нет.

Данное исследование было поддержано грантами NIH K01 NS127850-01, R25 NS080685, R01 NS081248 и DC000566. Мы хотели бы поблагодарить всех сотрудников лаборатории Рестрепо и лабораторию Рамиреса-Гордильо за их поддержку.