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嗅覺,在動(dòng)物界無(wú)處不在,對(duì)許多生物的生活至關(guān)重要。例如,老鼠依靠嗅覺覓食、尋找交配伙伴和逃避捕食。即使在更依賴視覺和聽覺而不是嗅覺的人類中,嗅覺也很重要,它可以幫助我們避免變質(zhì)的食物并保持清潔。 雖然人類的嗅覺疾病不常被討論,但它們被認(rèn)為很常見:人口研究表明,多達(dá)四分之一的人可能具有某種嗅覺功能障礙。隨著人口老齡化,這一比例預(yù)計(jì)會(huì)上升,因?yàn)樾嵊X障礙在老年人中更為常見。此類疾病會(huì)顯著降低生活質(zhì)量。 與醫(yī)學(xué)研究的許多其他領(lǐng)域一樣,小鼠模型可用于研究嗅覺障礙的病理學(xué)和治療。在本文中,我們將首先概述嗅覺的神經(jīng)生物學(xué),并總結(jié)影響這種感覺方式的主要疾病,然后再討論用于評(píng)估實(shí)驗(yàn)室小鼠嗅覺功能的各種實(shí)驗(yàn)范式。 嗅覺與大腦 所有脊椎動(dòng)物都有類似的嗅覺系統(tǒng),包括接收氣味分子的鼻子、檢測(cè)這些分子的受體、將信號(hào)從受體傳遞到大腦的神經(jīng)以及解釋信號(hào)并將其傳遞到大腦其他相關(guān)部分的專門大腦區(qū)域。 鼻子內(nèi)部的腔室襯有粘液,粘液在氣味分子通過鼻孔流入后捕獲氣味分子。這些分子在粘液中四處移動(dòng),直到它們與某種受體結(jié)合。這些受體如何識(shí)別特定的氣味分子仍不確定,但似乎涉及分子形狀和化學(xué)性質(zhì)的結(jié)合,類似于酶如何識(shí)別它們的底物。鼻腔壁是一層上皮,一層被稱為纖毛的微小毛發(fā)覆蓋的細(xì)胞。氣味分子受體嵌入這些纖毛的細(xì)胞膜中,而纖毛又附著于鼻腔壁后神經(jīng)元的樹突上。 當(dāng)氣味分子結(jié)合時(shí),纖毛將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖,沿樹突向下傳播,觸發(fā)嗅覺神經(jīng)元的動(dòng)作電位。轉(zhuǎn)導(dǎo)是通過第二信使系統(tǒng),特別是G蛋白偶聯(lián)受體和cAMP進(jìn)行的。嗅覺神經(jīng)元在鼻后部會(huì)聚于嗅覺神經(jīng)纖維上。信號(hào)沿著嗅覺神經(jīng)通過一種稱為篩竇骨的骨進(jìn)行傳輸,篩竇骨將大腦與鼻子分開。在這里,它們到達(dá)嗅球,這是大腦額葉底部負(fù)責(zé)處理氣味信息的區(qū)域。嗅球包含多種腎小球,每種腎小球均處理來自同一類型受體的信息,形成一種嗅覺圖譜。 最后,嗅球?qū)⑻幚砗蟮臍馕缎畔l(fā)送到大腦中與相關(guān)行為和認(rèn)知能力相關(guān)的其他部分。例如,嗅球可以將信息傳遞到海馬體,在那里它將與某些情景記憶相關(guān)聯(lián)?;蛘?,信息可能會(huì)傳到眶額皮層,在那里它會(huì)成為實(shí)際決策的因素。 小鼠嗅覺行為學(xué)測(cè)試 已經(jīng)開發(fā)了一些主要的實(shí)驗(yàn)方案,并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,以評(píng)估小鼠模型中的嗅覺功能。在本文中,我們將詳細(xì)介紹每種協(xié)議的執(zhí)行方式,討論每種協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn),并提及實(shí)施時(shí)需要考慮的一些事項(xiàng)。 嗅覺習(xí)慣化和去習(xí)慣化測(cè)試 實(shí)驗(yàn)介紹 這項(xiàng)測(cè)試評(píng)估老鼠分辨它以前遇到的氣味和新氣味的能力。首先,向小鼠出示浸泡在中性物質(zhì)中的棉簽。老鼠會(huì)檢查拭子,然后隨著它對(duì)氣味的習(xí)慣,逐漸減少嗅聞。接下來,將浸泡在不同氣味劑中的第二個(gè)拭子呈現(xiàn)給小鼠;由于這種氣味劑是新的,我們期望嗅聞的速率大大增加。無(wú)顯著增加表明小鼠無(wú)法辨別。
注意事項(xiàng) 1、確保棉簽上的氣味不會(huì)太濃,以免冒犯老鼠并防止它們想嗅聞。可能需要進(jìn)行初步研究以確定加味劑的最佳濃度。 2、確保用于測(cè)試的房間與老鼠所在的房間不同。 3、測(cè)試前對(duì)測(cè)試室進(jìn)行通風(fēng),以驅(qū)散空氣中可能殘留并可能混淆實(shí)驗(yàn)的任何主要?dú)馕丁?/p> 嗅覺偏好測(cè)試 實(shí)驗(yàn)介紹 嗅覺偏好測(cè)試在方法上與嗅覺習(xí)慣和不習(xí)慣測(cè)試非常相似;再一次,每只老鼠都有兩根浸泡在兩種不同氣味劑中的棉簽。這次的主要區(qū)別是兩個(gè)棉簽同時(shí)出現(xiàn)而不是依次出現(xiàn)。這使得實(shí)驗(yàn)者可以通過查看小鼠是否選擇明顯更多地嗅探一根棉簽來評(píng)估每只小鼠對(duì)一種氣味的偏好。
注意事項(xiàng) 1、確保隨機(jī)分配不同小鼠之間兩種氣味的左右順序(這排除了小鼠具有某種優(yōu)先于氣味偏好的方向偏好的可能性) 2、兩根棉簽應(yīng)放置得足夠遠(yuǎn),以免它們各自的氣味相互干擾。幾厘米應(yīng)該足以確保這一點(diǎn)。 3、氣味劑的濃度應(yīng)該相似,以確保老鼠對(duì)兩種氣味的相對(duì)質(zhì)量而不是它們的相對(duì)強(qiáng)度做出反應(yīng)。 嗅覺檢測(cè)閾值測(cè)試 實(shí)驗(yàn)介紹 嗅覺檢測(cè)閾值測(cè)試以氣味濃度作為自變量,以觀察老鼠仍能感知?dú)馕兜淖畹蜐舛仁嵌嗌?。帶有感興趣氣味的棉簽與浸泡在車輛中的棉簽一起展示。如果鼠標(biāo)無(wú)法檢測(cè)到氣味,它會(huì)用與車輛等量的氣味來嗅聞花蕾。然后氣味劑的濃度呈指數(shù)增加,直到兩個(gè)芽之間的嗅覺不再有顯著差異。
注意事項(xiàng) 1、需要進(jìn)行試點(diǎn)研究以確保使用合適的濃度范圍。最低濃度應(yīng)比小鼠可檢測(cè)到的最低濃度低十倍左右,最高濃度應(yīng)比所有小鼠顯示出明顯檢測(cè)證據(jù)的濃度高十倍左右。 2、每次濃度測(cè)定應(yīng)相隔 24 小時(shí)左右,以防止小鼠習(xí)慣氣味。 3、非常不利的氣味可能會(huì)引起回避反應(yīng)。非常有利的氣味可能會(huì)導(dǎo)致老鼠咬棉簽,這會(huì)使評(píng)估變得困難。 4、如果無(wú)法確定明確的閾值濃度,則應(yīng)嘗試不同的氣味劑,并將檢測(cè)間隔增加到 48 小時(shí)。 嗅覺短期記憶測(cè)試 ![]() 實(shí)驗(yàn)介紹 該測(cè)試評(píng)估小鼠記住特定氣味的能力。同一種氣味以一定的時(shí)間間隔呈現(xiàn)兩次,比較嗅聞的次數(shù)。然后在不同組的小鼠之間改變時(shí)間間隔。從第一次到第二次出現(xiàn)嗅覺的顯著減少表明小鼠記住了氣味。如果是這樣,隨著時(shí)間間隔的增加,減少的程度應(yīng)該不那么嚴(yán)重。
注意事項(xiàng) 1、與嗅覺閾值檢測(cè)測(cè)試一樣,必須使用相對(duì)中性的氣味,因?yàn)榉浅S欣蚍浅2焕臍馕犊赡軙?huì)導(dǎo)致鼠標(biāo)根據(jù)偏好而不是記憶改變其嗅探行為。 2、不同的氣味應(yīng)該用于不同的時(shí)間間隔。 3、所用氣味劑的濃度需要超過小鼠的檢測(cè)閾值。 4、在不同的時(shí)間間隔內(nèi),每次測(cè)試之間必須至少間隔 24 小時(shí)。 嗅覺學(xué)習(xí)和辨別測(cè)試 ![]() 實(shí)驗(yàn)介紹 這種范式與前面提到的范式非常不同,因?yàn)樗皇褂媒菰跉馕秳┲械拿藓?。取而代之的是,饑餓的老鼠會(huì)收到兩個(gè)裝滿沙子的不同盤子,沙子浸泡在不同的氣味中。只有其中一道菜含有埋在沙子里的食物獎(jiǎng)勵(lì)。老鼠必須學(xué)會(huì)在反復(fù)試驗(yàn)中使用氣味作為線索來選擇正確的菜肴并挖掘以找到食物。
注意事項(xiàng) 1、小鼠需要禁食 18 小時(shí)才能適應(yīng)協(xié)議中的這一點(diǎn)。 2、每只老鼠都應(yīng)該接受訓(xùn)練試驗(yàn),以確保它能夠在一般情況下挖掘和找到顆粒。 3、隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,可以增加食物顆粒的埋藏深度,以提高學(xué)習(xí)難度。 4、可以使用多種氣味劑來擴(kuò)展范式。最好先使用兩種氣味劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),然后再進(jìn)行多種氣味劑。 ![]() 結(jié)論 ![]() 嗅覺是人類和許多其他動(dòng)物的重要感覺。然而,這種感覺的使用經(jīng)常受到常見嗅覺障礙的威脅,因此迫切需要對(duì)此類障礙的原因和治療方法進(jìn)行科學(xué)調(diào)查。在這里,我們討論了許多關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)協(xié)議如何允許研究人員在這項(xiàng)工作中使用小鼠模型。希望本文能幫助科學(xué)家進(jìn)一步闡明和治療嗅覺病理學(xué)。 ![]() ![]() |
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