בניית אולפקטומטר לחקר התנהגות חוש הריח של מכרסמים

פרוטוקול זה מתאר בניית אולפקטומטר לניסויי התנהגות חוש הריח. הוראות שלב אחר שלב, יחד עם תמונות, ניתנות על מנת להבטיח בנייה מוצלחת של האולפקטומטר. מידע לפתרון בעיות שנתקלו בהן במהלך התהליך כלול גם כן.

השימוש באולפקטומטרים לחקר התנהגות מכרסמים ופעילות מוחית במהלך משימות ריח הוא חיוני להבנת מעגלי המוח. מכשירים מתוחכמים אלה מאפשרים לחוקרים לשלוט במדויק ולספק גירויי ריח, ומאפשרים לחקור תהליכי ריח מורכבים במכרסמים. למרות שאולפקטומטרים זמינים מסחרית נוחים, הם מציבים אתגרים כאשר מתעוררות בעיות טכניות, לעתים קרובות דורשות סיוע יקר ועלולות לשבש את לוחות הזמנים של המחקר. מאמר זה מפרט את הבנייה של אולפקטומטר מותאם אישית שתוכנן במיוחד עבור ניסויי התנהגות ריח של עכברים, ומספק רשימה מקיפה של חלקים והוראות שלב אחר שלב. האולפקטומטר נשלט באמצעות MATLAB, ומציע ממשק ידידותי למשתמש לחוקרים. חשוב לציין, קוד הקוד הפתוח מאפשר למשתמשים לשנות ולהתאים את המערכת, ולהתאים משימות התנהגותיות כדי לענות על צרכים ניסיוניים ספציפיים. בניית אולפקטומטר מותאם אישית מעצימה את המשתמשים עם הידע והיכולת לבצע תכנון ניסיוני מותאם אישית ופתרון בעיות באופן עצמאי, וחוסכת זמן ומשאבים. גישה זו לא רק משפרת את גמישות המחקר אלא גם מטפחת הבנה מעמיקה יותר של פונקציונליות הציוד, מה שמוביל בסופו של דבר למחקרי ריח חזקים ואמינים יותר במכרסמים.

המנגנונים המורכבים העומדים בבסיס קבלת החלטות חוש הריח מציעים תובנות מרתקות על המורכבות המדהימה של מערכת העיבוד החושי של המוח ^1,2,3. בתוך פקעת הריח של עכברים, מגוון עצום של נוירונים חושי ריח מתכנסים לכ-2,200 גלומרולים, שכל אחד מהם מעוצבב על ידי נוירונים המבטאים את אותו קולטן ריח⁴. למרבה הפלא, אפילו ריחות סינתטיים בודדים יכולים לעורר חלק ניכר מכ-1,100 קולטני הריח בעכברים ^5,6. עם זאת, האתגר משתרע מעבר לזיהוי ריח ראשוני. הדינמיקה הזמנית של הגעת הריח, המושפעת מהפעולה הקצבית של הרחרוח, מעשירה עוד יותר את הנוף החושי, ומוסיפה שכבות של מידע למוח לפענוח. בנוסף למורכבות של גירויים טבעיים, כגון שתן ספציפי, המכיל מאות ריחות, מערכת הריח עומדת בפני המשימה האימתנית של התרת דפוסים מורכבים של הפעלה גלומרולרית כדי להבדיל בין ריחות שונים ^7,8.

כדי להתמודד עם אתגר זה, המוח מתזמר את הפעילות העצבית על פני מספר אזורים, כולל קליפת המוח הפיריפורמית, קליפת המוח האנטורינלית הצדדית, ההיפוקמפוס, שחפת הריח, קליפת המוח הקדם-מצחית ואפילו המוח הקטן 9,10,11,12,13,14. בתוך מעגלים אלה, תאים פירמידליים בקליפת המוח הפיריפורמית משתלבים ומווסתים מידע המועבר על ידי תאים מיטרליים, בעוד שאזורים אחרים במוח תורמים תפקידים ייחודיים בעיצוב תפיסת הריח 15,16,17. יתר על כן, עיבוד המוח של גירוי הריח מושפע באופן דינמי מגורמים הקשריים, מה שמדגיש את יכולת ההסתגלות והתחכום של תהליך קבלת ההחלטות בחוש הריח.

מאמר זה מתאר את הבנייה של אולפקטומטר מותאם אישית המאפשר הערכה מבוקרת מחשב של הביצועים ההתנהגותיים של עכברים הנעים בחופשיות העוסקים במשימת סע/לא-ללכת. במשימת למידה אסוציאטיבית זו, העכבר חסר המים יוזם ניסוי על ידי ליקוק פיית אספקת מים הממוקמת בתוך חרוט אף להעברת ריח. אחד משני ריחות מועבר 1-1.5 שניות לאחר שהחיה יוזמת את הניסוי. אם הריח הוא הריח המתוגמל (S+), העכבר מקבל פרס מים אם הוא מלקק לפחות פעם אחת בכל אחד מארבעת חלונות הזמן של 0.5 שניות (פגיעה). אחרת, העכבר לא יקבל תגמול (מיס). אם החיה מקבלת את הריח הלא מתוגמל (S-), לא מועבר פרס, ואם העכבר מלקק בכל אחד מארבעת חלונות הזמן (אזעקת שווא, FA), מוטל עיכוב זמן לפני תחילת הניסוי הבא. אם בעל החיים לא מצליח ללקק באחד מחלונות הזמן, הניסיון נספר כדחייה נכונה (CR), ולא מופעל עיכוב זמן. אחוז הביצועים הנכונים מחושב כאחוז הניסויים שבהם העכבר משיג Hit או CR בחלון של עשרים ניסיון:

אחוז נכון = 100 ((פגע + CR) / 20)

ישנם שני נושאים מרכזיים להבטחת תפקוד תקין של אולפקטומטרים שנועדו להעריך את התנהגות הריח של go/no-go. ראשית, על האולפקטומטר לנטר את תגובות העכבר בזמן אמת כדי לספק תגמולי ריח ומים בהתאם. אולפקטומטר זה מושג על ידי ניטור ליקוקים על ידי מדידת ההתנגדות בין זרבובית המים לרצפת התא או על ידי חישת קיבול¹⁸. לאחר מכן, תוכנית MATLAB משתמשת במידע זה כדי לקבל החלטות לגבי אספקת ריח ותגמול מים. הנושא השני הוא הצורך באספקת ריח אמינה וניתנת לשחזור. אולפקטומטר זה מושג על ידי הפעלת שסתומים המאזנים אוויר רווי ריח עם אוויר נשא, המועבר לאחר מכן לקונוס האף. האוויר מתאזן עם הריח על ידי בעבוע שלו דרך תמיסת ריח מדוללת בשמן מינרלי. ריכוז הריח נמדד באמצעות גלאי פוטוניזציה וניתן לחשב אותו על סמך לחץ אדים ומקדם פעילות, בהתאם לנהלים שתוארו על ידי וויליאמס ודוואן^18,19.

כל הניסויים נערכו על פי פרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים מוסדיים של הקמפוס הרפואי של אוניברסיטת קולורדו. בעלי החיים ששימשו במחקר זה היו עכברי CaMKIIα WT זכרים, שגילם חודשיים בזמן השתלת הטטרודה. פרטים על הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מסופקים בטבלת החומרים.

1. לוח והלחמה של כפתורי לחיצה רגעיים חד-מוטיים, זריקה אחת (SPST).

1. השג את הלוח הלבן בהתאמה אישית עם חורים כדי להדק את המתלים עבור שסתומי ריח, מדי זרימה, לוח SSR48 ורכיבים אחרים המוצגים באיור 1A.
   הערה: הלוח הלבן ששימש במחקר הזה יוצר על ידי בית המלאכה של המרכז לנוירוטכנולוגיה בקמפוס הרפואי CU Anschutz (איור 1A). קבצי העיצוב זמינים בכתובת
2. הוסף ברגים בגודל 1 אינץ' ומרווחים בגודל 3/4 אינץ' למיקום ה-SSR48-RACK. הברגים ממוקמים בפינה הימנית העליונה של החלק האחורי של הלוח הלבן (איור 1A).
3. התקן את ה-SSR48-RACK. ה-SSR48-RACK ימוקם בצד השמאלי העליון של החלק האחורי של הלוח הלבן (איור 1C).
4. צור חורים (0.4 ס"מ) כדי למקם את גושי רצועת מסוף הבורג בגב הלוח. בלוקי פס ההדק של הבורג ימוקמו בפינה הימנית האמצעית של החלק האחורי של הלוח הלבן (איור 1D).
5. מלמעלה למטה: בלוק רצועת המסוף הראשון בעל 4 הברגים ישמש לחיבור חוטים עבור 24 וולט. בלוק רצועת המסוף הבא של הבורג ישמש לחוטי 5 וולט. השאר בלוק רצועת מסוף בורג אחד ריק, ובלוק רצועת המסוף האחרון של 4 הבורגים ישמש לחיבור חוטי הארקה.
6. קדחו חורים (0.8 ס"מ) בתיבת הבקרה למיקום מתגי כפתור הלחיצה הרגעיים של SPST. תיבת הבקרה תמוקם בחלק התחתון הקדמי של לוח הציור (איור 1E).
7. הגדר את מתגי כפתור הלחיצה הרגעיים של SPST. הלחמו שני חוטים למתג כפתור הלחיצה הרגעי SPST. עדיף להשתמש בשני צבעים שונים, כמו למשל אדום ושחור או ירוק (איור 1F).
8. חבר את מתג כפתור הלחיצה הרגעי SPST לתיבת הבקרה. לחצני הלחיצה מגיעים עם אום המשמש לחיבור לקופסה השחורה של הבקרה (איור 1G).
9. אבטח את החוטים על ידי סיבוב או אבטחתם עם סרט כדי לשמור אותם יחד ומאורגנים.
   הערה: הספק 24 וולט משמש להפעלת שסתומי הצביטה ושסתומי הריח, והספק של 5 וולט משמש למעגל הליקוק.
10. הנח את שסתומי הריח לתוך החריצים של מתלה שסתומי הריח הממוקם במרכז הלוח הלבן (איור 2A).
    1. קלף את החוטים היורדים מהשסתומים והלחם חוט אחד מכל שסתום על חוט עבה יותר. הנח חוט אחד לתוך האדמה על בלוקי רצועת מסוף הבורג בגב הלוח הלבן וחוט שני לתוך הסיכה המתאימה ב-SSR48-RACK. לדוגמה, שסתום ריח 1 עובר לפין 1, שסתום ריח 2 עובר לפין 2 וכו' (איור 2B).
    2. חבר את הפינים 1 עד 8 ב-SSR48-RACK לשני שסתומי צביטה כל אחד (שסתומי כניסה ויציאה לבקבוקוני שיווי המשקל של השמן המינרלי). עבור כל שסתום, חבר חוט אחד מכפתור לחיצה למתח 24 וולט ואת החוט השני לפין ב- SSR48-RACK המחובר לשסתום. החוט השני עובר מהשסתום לקרקע. עיין באיור 2B,C להצבת החוטים במקומם.
    3. הנח את שסתום המים ואת השסתום הסופי בחריצים המתאימים בלוחית השסתום. החריץ ממוקם באמצע הלוח. ראה את לוחית השסתום באיור 1 ואת מיקום השסתומים באיור 3A.
    4. חבר את שסתום המים ואת השסתום הסופי לאדמה ולפינים 17 ו-18, בהתאמה, ב-SSR48-RACK. חבר את לחצני הלחיצה ל-24 וולט ולפינים 17 ו-18 (איור 2B).

2. ספק כוח

1. קנו ספק כוח וכבל מאריך. מידע לגבי הסוג הספציפי של ספק הכוח ניתן למצוא בטבלת החומרים. ספק הכוח יספק יציאות של 24 וולט (V3) ו-5 וולט (V1) והארקה לאולפקטומטר.
2. נתק את התקע של כבל החשמל לאספקת החשמל. באופן ספציפי, החלק הנשי של כבל המאריך. לאחר חיתוך, ניתן לראות שלושה חוטים. החוט הירוק מחובר ל-G (הארקה) בספק-הכוח, ושני החוטים האחרים (לבן ושחור) מחוברים ל-L ו-N, בהתאמה, של כניסת AC V 120 לספק-הכוח (איור 3B).
   זהירות: חוטי החשמל של 120 וולט חשופים, וקיים סיכון לפציעה כתוצאה מהתחשמלות. עדיף לכסות אותו עם מבודד.
3. חתוך קצה אחד של החוט המפעיל את ה-SSR48-RACK. חבר את אחד החוטים לבורג G בספק הכוח ואת השני ל-V1 של ספק הכוח (איור 3C).
4. בספק-הכוח, חבר חוט אחד מ-G2 לאדמה על בלוקי רצועת מסוף הבורג (איור 2C).
5. בספק הכוח, חבר חוט אחד מ- V1 לבלוקי רצועת המסוף של בורג V 5 (איור 2C).
6. באספקת החשמל, חבר חוט אחד מ-V3 לבלוקי רצועת המסוף של בורג 24 V (איור 2C).

3. לוח חיישן ללקק

1. השיגו לוח אב-טיפוס של 400 נקודות קשירה והריצו חוט שמתחבר מנקודות קשירה B7 עד B15 (איור 3D).
2. חבר קצה אחד של חוט לנקודת קשירה 6+ ואת הקצה השני לנקודת קשירה C22 של לוח הלחם (איור 3D).
3. חבר קצה אחד ב-D16 ואת הקצה השני ל-G22 של לוח הלחם (איור 3D).
4. חבר קצה אחד של חוט לחריץ I22 ואת הקצה השני ל-29- של לוח הלחם (איור 3D).
5. חבר קצה אחד של חוט לחריץ 20A ואת הקצה השני ל-29A של לוח אב-טיפוס (איור 3D).
6. חבר קצה אחד של חוט ל-21B ואת הקצה השני ל-28B של לוח הלחם (איור 3D).
7. חבר קצה אחד של חוט לחריץ 1+ של לוח הלחם ואת הקצה השני ל-5 V של גושי רצועת מסוף הבורג (איור 3D).
8. חבר קצה אחד של חוט לחריץ 1- של לוח הלחם ואת הקצה השני לקרקע של בלוקי רצועת מסוף הבורג (איור 3D).
9. חבר קצה אחד של חוט לחריץ C7 של לוח הלחם ואת הקצה השני לפין 27 ב-SSR-48RACK (איור 3D).
10. חברו קצה אחד של חוט לחריץ 28C של לוח אב-טיפוס ובקצה השני יהיה מחובר תפס תנין שיתחבר לחלק המתכתי של פיית המים (איור 3D).
11. חבר קצה אחד של חוט לחריץ 20B של לוח אב-טיפוס ואת הקצה השני למסוף האמצעי של הפוטנציומטר (איור 3D). שני המסופים המחוברים לאלמנטים ההתנגדות של הפוטנציומטר מחוברים לקרקע ו -5 וולט. המסוף האמצעי מחובר ללוח הלחם.
12. השג נגדים של 21 mΩ. עבור הראשון, חבר קצה אחד ל-19A ואת הקצה השני ל-20D. עבור השני, חבר קצה אחד ל-22C ואת הקצה השני ל-21D. התחבר לפוטנציומטר (איור 3D).
13. השג נגד kΩ אחד. חבר קצה אחד ל-14C ואת הקצה השני ל-19C. התחבר לפוטנציומטר (איור 3D).
14. השג נגד אחד של 120 Ω. חבר קצה אחד ל-7D ואת הקצה השני ל-7H (איור 3D).
15. השג נורת LED. הצבע לא משנה. חבר חוט LED אחד ל-7J ואת החוט השני ל-6- (איור 3D).
16. השג שני מגברים תפעוליים (מגברי אופ). החיבורים עבור הראשון הם E10 עד E16, F10-F16 (איור 3D).

4. אספקת אוויר ומים

1. הנח שני מדי זרימה (2 ליטר לדקה ו-50 סמ"ק לדקה) לתוך מחזיקי מד הזרימה. איור 4A מציג את מערכת זרימת האוויר הכוללת, ואיור 4B מציג את התצוגה המוגדלת של מדי הזרימה.
2. השג משאבת אקווריום כדי לספק זרימת אוויר של 2 ליטר לדקה. לדגם משאבת האקווריום המשמש כאן יש שתי יציאות (ראה טבלת חומרים). חבר חתיכת צינור קטנה מכל אחת משתי היציאות של משאבת האקווריום לשתי הכניסות של מחבר T (איור 4B).
3. חבר פיסת צינור מהיציאה של מחבר T לכניסה של מסנן פחם פעיל (איור 4B).
4. חבר צינורות מיציאת מסנן הפחמן למחבר T וחבר את שתי היציאות של המחבר לשסתום כדורי כדי לכוונן את קצב זרימת האוויר (איור 4C).
5. חבר את הפלט של כל שסתום כדור לכניסה של מדי הזרימה (איור 4D).
6. חבר את הפלט של מד הזרימה של 50 ס"מ לדקה לסעפת העליונה, וספק אוויר לבקבוקוני איזון הריח של 40 מ"ל עם ריחות מדוללים בשמן מינרלי (איור 4E).
7. חבר את הפלט מכל בקבוקון ריח לכניסה המתאימה בסעפת התחתונה.
8. הצינורות המחברים את בקבוקוני הריח לסעפות הם צינורות שסתום צביטה הנפתחים על ידי שני שסתומי צביטה נפרדים. הנח את הצינור לתוך שסתומי הצביטה.
9. חבר את הפלט של מד הזרימה של 2 ליטר לדקה לכניסה של כניסת הצד של הסעפת התחתונה.
10. חבר את הפלט של הסעפת התחתונה לכניסה של השסתום הסופי (ההפניה) (איור 4F).
    1. חבר את ברירת המחדל בפלט של השסתום הסופי לצינור אספקת הריח בתא ההליכה/לא. חבר את יציאת ברירת המחדל של השסתום הסופי לצינור פליטה (איור 4G). התוצאה היא זרימת אוויר רציפה ללא ריח של 2 ליטר לדקה כאשר השסתום הסופי כבוי.
    2. בכל ניסוי, ודא שהשסתום הסופי נדלק כאשר החיה מלקקת, לוקחת את האוויר לפליטה, ובמקביל שסתום הריח נדלק. התוצאה היא שיווי משקל של הריח בזרימת האוויר ברקע.
    3. לאחר 1-1.5 שניות, ודא שהשסתום הסופי נכבה, ומפנה את האוויר חזרה לתא. התוצאה היא עלייה חדה בריכוז הריח. לאחר 2.5 שניות, שסתום הריח נכבה, וריכוז הריח חוזר ל -0.
    4. חבר מחט של 18 גרם לקצה המזרק של 5 מ"ל שישמש להעברת תגמול המים (איור 4H).
    5. חבר צינור אחד (קוטר 2 מ"מ) לקצה המחט (איור 4H).
    6. חבר את הקצה השני של הצינור לכניסת שסתום המים. ייתכן שיהיה צורך לחתוך צינור בקוטר שונה כדי להתאים לכניסה של שסתום המים (איור 4I).
    7. חבר את הצינור מיציאת שסתום המים אל זרבובית הליקוק (איור 5A).

5. חיבור האולפקטומטר למחשב והתקנת התוכנה

1. חבר את ה-SSR48-RACK ל-DIO96H/50 עם מחבר נקבה לנקבה בעל 100 פינים. חבר את כבל ה-USB מה-DIO96/H50 למחשב (איור 5B).
2. הורד את הגרסה העדכנית ביותר של התוכנה ומנהלי ההתקנים של mccdaq ו-InstaCal.
   הערה: InstaCal היא התוכנית הבודקת את התקשורת בין המחשב ל-DIO96/H50. הורד את התוכנות ומנהלי ההתקנים העדכניים ביותר כאן: https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx.
3. הפעל את InstaCal. ודא ש"אפיק טורי אוניברסלי" מפרט את הלוח # כמספר הנכון, בדרך כלל #1 = לוח #1 USB-DIO96H/50.
4. הורד את MATLAB.
5. הורד את תוכניות MATLAB כדי להפעיל את האולפקטומטר מ-https://github.com/restrepd/dropc.
6. פתח את MATLAB כמנהל מערכת והגדר את הנתיב כך ש-MATLAB יזהה את התוכניות. בכרטיסייה בית בסביבת MATLAB, לחץ על הגדר נתיב במקטע סביבה. פעולה זו פותחת תיבת דו-שיח שבה באפשרותך להוסיף תיקיות בנתיב החיפוש.
7. הפעל את daqregister('mcc'). שנה את מספר הלוח ב- dropcInitializePortsNow.m.
   הערה: handles.dio = digitalio('mcc',1); %(1 או 0 בהתאם למחשב).
8. בדוק dropcspm.m על ידי ביצוע ריצה יבשה שבה המשתמש "מגיב" לכל ניסוי על ידי חיבור הלולאה החשמלית בין פיית הליקוק לרצפת המתכת של החדר המקורקע.
   הערה: האולפקטומטר מוכן כעת לשימוש. מידע על איך לאמן את העכבר נמצא אצל Nicole Arevalo et ^al.20.

6. ניסויים בבעלי חיים

1. הכינו את הנבדקים בזהירות לתחילת תהליך הניסוי. שקלו כל עכבר בנפרד באמצעות משקל מכויל ורשמו את המשקל ביומן מעבדה. עקוב אחר נתונים חיוניים אלה לאורך המחקר כדי לעקוב אחר בריאות בעלי החיים ולטפל בכל שינוי במשקל באופן מיידי.
2. הנח את העכברים בעדינות בתא העכבר שתוכנן במיוחד לאחר השקילה. הפעל את החיישנים ומערכות אספקת הגירויים למשימת אפליית הריח. ודא שהתא ממזער את הלחץ על בעלי החיים תוך שמירה על שליטה מדויקת בתנאי הניסוי.
3. ודא שהחיה נוחה בתא. התחל את תוכנית MATLAB כדי לשלוט בפרמטרים ניסיוניים כגון אספקת גירויי ריח (2.5 שניות), חלוקת מים והקלטת תגובות. נתח נתונים בזמן אמת כדי לקבל משוב מיידי על ביצועי בעל החיים.
4. עקוב ונתח את ביצועי החיה באופן רציף. הסתכל על ציון המיומנות המחושב על סמך אחוז התשובות הנכונות. שאפו שכל בעל חיים ישיג ציון ביצועים של 80 ומעלה, המסמן את הסף למיומנות במשימה.
5. התחל את השלב החדש של הניסוי ברגע שהחיה משיגה באופן עקבי ציון מיומנות של 80 ומעלה, המצביע על שליטה בהבחנה הראשונית של זוג הריחות. הפוך את צמד הריחות, והשאיר את הריח המתוגמל בעבר ללא תגמול ולהיפך.
   1. לבחון את הגמישות הקוגניטיבית של החיה ואת יכולתה לבטל את הלמידה וללמוד מחדש אסוציאציות, ובכך לקבל תובנות חשובות לגבי הפלסטיות של למידת הריח בעכברים.

בעקבות הפרוטוקול המתואר כאן, ניתן להגדיר אולפקטומטר כדי לבדוק את התנהגות ה-go/no-go של עכברים המבדילים בין ריחות. איור 6A מראה את ההתנהגות של עכבר במהלך היום הראשון של האימון במשימת go/no-go, תוך שימוש באתיל אצטט כריח S+ ושילוב של אתיל אצטט ופרופיל אצטט כ-S-. האחוז הנכון מחושב כאחוז הניסויים שבהם העכבר משיג פגיעה או דחייה נכונה. בתחילה, העכבר התחיל ב-50% נכון מכיוון שהוא ליקק בתגובה לשני הריחות. עם זאת, לאחר מספר ניסיונות, הוא למד ללקק רק עבור ה-S+ והפסיק ללקק עבור ה-S-. איור 6B מציג את האחוז הנכון ליום האחרון של משימת ה-go/no-go בכיוון קדימה, שבו החיה השיגה מיומנות עם ביצועים של 80% ומעלה. בשלב זה, הריחות היו הפוכים (REV), עם אתיל אצטט כ-S-odorant והשילוב של אתיל אצטט ופרופיל אצטט כ-S+. איור 6C מציג את האחוז הנכון ביום הראשון של משימת ה-go/no-go בכיוון ההפוך, שבו ביצועי העכבר ירדו ל-10%. F מציג את ביצועי העכבר ביום האחרון של ההיפוך, שם הוא שוב השיג מיומנות.

איור 1: הצד הקדמי של לוח הציור של האולפקטומטר והחיווט. (A) מידות האולפקטומטר הן 22 אינץ' רוחב x 16 אינץ' H x 8.5 אינץ' D, המוצגים ללא חיווט או לוחות ממשק/ליקוק, כפי שנמסרו מסדנת המכונה. חורים נקדחים מראש עבור שסתומי ריח, מדי חום, מים ושסתומים סופיים, מזרק מים, מתלה בקבוקי ריח, מתלה שסתומי ריח ותא העכבר. (ב) האולפקטומטר הוכן עם 8 הברגים הנדרשים להרכבת ה-SSR48-RACK בצד שמאל האחורי. (C) מד ריח עם SSR48-RACK מורכב, כולל ממסרים מחוברים. (ד) בלוקי רצועות מסוף בורג שנוספו לאולפקטומטר, עם קטעים ייעודיים ל-12 וולט, 5 וולט והארקה. (ה) בקרה על קופסה שחורה עם חורים קדוחים למתגי כפתור לחיצה רגעיים של SPST, עם תיוג סרט על כל כפתור על ידי בקרת שסתומים. (F) מתג כפתור לחיצה רגעי SPST עם שני חוטים מקודדי צבע עם צינורות מכווצים המולחמים להגנה על אזורים חשופים. (G) מתג כפתור לחיצה רגעי SPST המותקן על הקופסה השחורה של הבקרה ומאובטח עם אום המשושה המצורף. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: שסתומי ריח וסכמות. (A) שסתומי ריח המותקנים היטב בחריצים ומקובעים עם ברגים. (ב) סכמטי של חיווט שסתומי הריח לבלוקים של SSR48-RACK ורצועת מסוף בורג. (ג) סכמת חיווט של הקופסה השחורה של הבקרה, ספק הכוח, SSR48-RACK ובלוקי רצועת מסוף הבורג. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: מערך מים ושסתומים סופיים עם ספק-כוח. (א) מים ושסתומים סופיים שנוספו לחריצים המיועדים באולפקטומטר ומאובטחים באמצעות ברגים. (ב) חיווט אספקת חשמל המחובר להפעלת האולפקטומטר. (ג) חיווט חשמל עבור SSR48-RACK. (D) חיישן ליקוק עם רכיבים מחוברים, כולל נגדים, חוטים, LED ומגבר תפעולי. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: מערכת אספקת אוויר עם מדי זרימה וצינורות. (א) מדי זרימה המחוברים למתלה באמצעות ברגים. (B) משאבת אקווריום שמחוברת לצינורות, מחוברת עם מפרק T. (C) מסנן פחמן עם צינורות מחוברים ביציאה, עם חיבורים לווסתים בודדים. (ד) צינורות מווסתים המחוברים לכניסות מד זרימה. (ה) צינורות המחוברים ליציאות מד זרימה. (F) צינורות מהסעפת לכניסת השסתום הסופית. (ז) שסתום סופי עם צינור המחובר ליציאת הריח של מד הריח. (H) מזרק 5 מ"ל מלא במים, צינור מחובר למחט 18 גרם. (I) צינורות המחוברים לכניסת שסתום המים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: חיבורי שסתומי מים סופיים וסקירת מערכת. (א) צינורות מיציאת שסתום המים לליקסיט באולפקטומטר. (ב) חיבור האולפקטומטר ל-DIO96H/50 באמצעות כבל נקבה לנקבה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: דוגמה לביצועים התנהגותיים במשימת go/no go עבור עכבר. אחוז התגובות הנכונות בכל מפגש מוצג עבור: (A) היום הראשון של התניה קדימה (S+: 1% איזואמיל אצטט, S-: שמן מינרלי). (ב) היום האחרון של התניה קדימה. (C) היום הראשון לאחר ההיפוך (S+: שמן מינרלי, S-: 1% איזואמיל אצטט). (ד) היום האחרון של התניה הפוכה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7: מהלך זמן הריכוז של איזואמיל אצטט ביציאת הריח. ריכוז נמדד של 10% איזואמיל אצטט (מדולל בשמן מינרלי) ביציאת הריח, באמצעות מכשיר פוטויוניזציה (PID). קווים אנכיים מציינים את ההתחלה והסיום של אספקת הריח. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

מדריך מקיף שלב אחר שלב לבניית אולפקטומטר המיועד למשימות אסוציאציה של ריח ניתן למצוא בספרות. חוקרים עשויים להיתקל באתגרים שונים במהלך ההרכבה והתפעול של המכשיר, אך למרבה המזל, ישנן שיטות מבוססות לפתרון בעיות כדי לטפל בבעיות אלו. לאחר שנבנה וכיול כראוי, האולפקטומטר משמש ככלי רב ערך למדענים המבצעים ניסויים הקשורים לחוש הריח, ומאפשר שליטה מדויקת ואספקה של גירויי ריח.

שלבים קריטיים
גרסת MATLAB שהורדה אמורה להיות 2015, מכיוון שהקוד שנכתב תואם לגרסה זו, ושימוש בכל גרסה אחרת עלול להוביל לבעיות. חשוב לוודא שהלוח הנכון נבחר ב-instacall. ההתקנה של mcc.dill יכולה להתבצע על ידי ביצוע daqregister('mcc') בזמן שאתה מחובר כמנהל MATLAB.

פתרון בעיות
בתחילת כל שבוע אימונים, הפעל את תוכנת הכיול (InstaCal) כדי לוודא שהמחשב והאולפקטומטר מתממשקים כהלכה. פתח תוכנית זו, לחץ על הלוח ולחץ על כיול דיגיטלי. יש לבדוק את קצב זרימת האוויר. זרימת האוויר ברקע צריכה להיות 2 ליטר לדקה, והזרימה לבקבוקוני איזון הריחות צריכה להיות 50 מ"ל לדקה. חשוב ביותר לבדוק באופן שגרתי את קצב זרימת האוויר בפלט האולפקטומטר.

לפני הצבת עכבר, חשוב לוודא שהפרמטרים הבאים נבדקים: (1) שסתומי ריח: יש ללחוץ על שסתומי הריח בעת לחיצה על הכפתור בקופסה השחורה. צינורות אוויר צריכים לבעבע לתוך השמן המינרלי, ללא שמן מינרלי כלוא בצינור. (2) צינורות ריח: אם ריחות אינם מייצרים בועות, הצינור עלול להיות חסום במקום שבו הוא בדרך כלל צובט ליד השסתום. ייתכן שיהיה צורך בהחלפת צינורות. (3) שסתום סופי ושסתום מים: השסתום הסופי צריך להיפתח כהלכה, כאשר הצינור נבדק לתפקוד תקין. עבור שסתום המים, יש לנקות כל אוויר החוסם את זרימת המים, ולאפשר למים לזרום לתוך הליקסיט. (4) זרימת אוויר: מדי הזרימה צריכים להיראות מכוילים וממוקמים כראוי. (5) אורות ממסר: ודא שה"אורות" בממסרים מופעלים כהלכה במהלך הניסוי. (6) ממסר תגמול מים: כאשר מחלקים פרס מים, הממסר מעל המים צריך להבהב כשהוא מחלק את התגמול. (7) ממסר תגמול ריח ומים: כאשר ריח משויך לתגמול מים, הממסר האדום מעל מספר השסתום המתאים צריך להבהב באדום במהלך התגמול.

מגבלות
המשימה go/no-go בודקת את יכולתו של העכבר לבדוק 2 ריחות. על מנת להריץ את המשימה, יש להריץ את החיה מספר מפגשים. זו אינה טכניקה בעלת תפוקה גבוהה לבדיקת אפליית ריח. האולפקטומד נועד לבדוק גירויים של חוש הריח. זה לא מכשיר בדיקה רב חושי. עם זאת, ניתן לבצע שינויים כדי לבדוק קלטים חושיים אחרים.

מאמר זה מתאר אולפקטומטר דילול נוזלי שבו אוויר המבעבע דרך הריח המדולל בשמן מינרלי בקצב של 50 מ"ל לדקה מאוזן מראש עם זרימת האוויר ברקע ב-2 ליטר לדקה. עבור תכנון אספקת ריח זה, הקינטיקה של דילול הריח בזרימת האוויר המובילה קובעת את מהירות העלייה בריכוז הריח בזרימת האוויר ברקע. כפי שמוצג באיור 7, בעוד שהריכוז עולה בתוך 200 אלפיות השנייה למחצית מהריכוז הסופי, קצב שינוי הריכוז מאט מעבר לחצי שנייה. בעוד שתצורה זו אינה מייצרת שינוי מרובע בריכוז הריח, היא שימשה בהצלחה לחקר אפליה וזיהוי ריח²¹. אם פרוטוקול הניסוי דורש שינוי שלב בריכוז הריח, יש לשנות את התכנון לאספקת ריח לשלושה ערוצי זרימת אוויר רקע רציפים של 2 ליטר לדקה שבהם ריחות מועברים ברציפות לזרימת האוויר ברקע של שניים מתעלות זרימת האוויר ברקע. ערוץ האספקה השלישי יספק אוויר מאוזן עם שמן מינרלי. במקרה זה, שסתומי הסטה ישמשו להפניית אחד משני הריחות או אוויר נטול ריח לתוך יציאת הריח. זה יביא לעלייה מדרגה בריכוז הריח ביציאת הריח (גם דיווחים קודמים^19,22). בלי קשר, חשוב לתעד את מהלך הזמן לשינוי בריכוז הריח באמצעות גלאי פוטוניזציה.

האולפקטומטר המתואר כאן מיועד לניסויים התנהגותיים בעכברים, אולם עיצוב זה שימש בעבר לחולדות. ההבדל העיקרי הוא שיש צורך להגדיל את גודל החדר למחקרים עם חולדות²³. לבסוף, אולפקטומטר זה מעריך את התנהגות הריח של עכבר בודד. אולפקטומטר אוטומטי בעל תפוקה גבוהה תואר לבדיקת מספר עכברים²⁴.

משמעות
פרוטוקול זה מתאר אולפקטומטר בהתאמה אישית, המפחית עלויות בהשוואה לשיטות זמינות אחרות.

יישומים עתידיים
האולפקטומטר תוכנן במיוחד לשימוש עם עכברים ודורש שינוי לשימוש עם בעלי חיים אחרים, כמו חולדות. ניתן לשלב גם תכונות נוספות, כגון מערכת הקלטה מרובת אלקטרודות (למשל, לוח הקלטה מרובה אלקטרודות), לוח Arduino Uno או מצלמה.

למחברים אין מה לחשוף, ואין אינטרסים פיננסיים מתחרים.

מחקר זה נתמך על ידי מענקים ממענקי NIH K01 NS127850-01, R25 NS080685, R01 NS081248 ו-DC000566. ברצוננו להודות לכל חברי המעבדה של רסטרפו ורמירז-גורדילו על תמיכתם.