动物行为与光电专题（46）丨结合气味呈递系统的在体电生理记录

脑声常谈

2025-01-03 08:40发布于上海科普领域创作者

《动物模型构建与行为学评估》电子版pdf，网盘发货

《动物模型构建与行为学评估》V1.0共计约540页，主要围绕生物医学领域中动物实验的核心方法，详细介绍了如何通过构建动物模型来研究疾病机理，并且使用行为学评估手段验证这些模型的有效性。书中的内容适用于研究人员在进行神经科学、药理学、生物医学等领域的实验时，理解和运用动物模型这一重要工具。

在体电生理实验选择使用乌拉坦（对小鼠进行麻醉。乌拉坦是一种长效麻醉剂，作用时间大约为小时并且能够保持稳定的麻醉状态。此外，它被认为对神经元的自发放电影响较小，但对动物的内脏器官损害较大，并容易诱发癌症，所以要注意防护。在使用时，用过滤的生理盐水配成溶液，普通野生型小鼠的使用量为，使用腹腔注射的方法分三次逐渐减量的将麻醉剂注入动物体内，每次注射大约间隔分钟。从麻药注射到动物完全麻醉大概需要小时，判断小鼠是否麻醉完全的方法是夹眼睑或者尾巴，看有无体动反应来判断动物的麻醉程度。待小鼠进入麻醉状态后，用剪刀去掉头皮上的毛发，后沿头部中线用手术剪将头皮剪开。动物头部被固定在自制的立体定位仪上，身体下方用电加热板来保持小鼠体温在37℃。固定小鼠头部时，一般保持其后部向下倾斜，调整前后高度，使两点位于同一水平面上并平行于实验台，此外左右也要保证从中线向外侧选择相同距离的任意两点在同一水平面上。

在嘆球和皮层交界的地方，有一根大血管透过头骨可以观察到。我们一般会选择距离此血管向前中缝向侧面的范围作为记录区域。选择好嗅球要记录的位置后，在体视显微镜下用牙科钻头。将此点附近约区域之内的骨豁磨薄，用手术刀片小心挑开口，保证洞口尽量小，否则会因为暴露面积过大而导致较多细胞死亡，记录效率也会降低且不稳定。另外，要保证硬脑膜的完整和避开血管，防止脑脊液溢出或者血液流出而影响记录和细胞状态。在电极进入脑组织后，在手术处滴一定量生理盐水，防止脑组织大量失水导致细胞死亡。因为要记录嗅球神经元的自身电生理活性和气味反应变化，所以我们采用在体细胞外记录技术来检测动作电位的发放情况。整个电生理记录系统的组成包括：微电极记录探头（前置放大器（、后置放大器、数模转换器、剌激器）、电极微操作仪（数据记录电脑以及生物放大监听器。整套仪器首先由微电极记录探头采集细胞活动信号，传递到前置放大器进行十倍的放大，随后信号传入至后置放大器并再放大倍，进行范围在的滤波。最后这些模拟信号通过的系列数模转换器被转换为数字信号，由在下运行的自编译软件进行采集图，该软件可以记录数据，同时也能控制自动点胶机来决定给气味的种类、时间和顺序。

数据采集软件界面

图为记录软件的主界面，点击键后可以调试记录用的参数，例如通道选择、采样频率、间隔时间等，从而选择不同的记录方式。下图为控制点胶机部分的界面，它可以实时控制给种不同的气味，并且能够调节机械臂的速度、运动方式等参数，图中每一个红色的小圆圈对应一种气味小瓶，实验中一共使用了16种气味。

气味呈递系统挑选进行实验的液态气味装在顶端有橡胶塾的透明玻璃小瓶中，同时根据实际需要用矿物油对其进行不同比例稀释。根据官能团和碳链长度不同我们一共选择了种气味进行实验，其中包括脂肪酸、醋类、醇类、酮类、酸类、酸类、芳香类和信息素类。气味呈递系统的作用是向麻醉小鼠提供将要进行测验的气味刺激，为了降低气味残留和交叉污染，所有管道均使用特氟龙管。

实验中所使用的气味

16种挑选的气味存放在玻璃小瓶中，依次放置在气味面板的格子内，每个小瓶置于一排，共分排。

主气流由恒定流速的压缩空气源提供，其经过活性炭过滤并通过流量计设定为，末端距离小鼠鼻子约并持续给予气流。气味通路由自动点胶机、电磁阀、流量计等组成。在自动点胶机的机械臂上固定两个针头，一个连接从流量计出来的氮气，另一个连接至电磁阀并最后汇入主气流。当电脑控制给气时，将两个针头同时扎入装有气味的玻璃瓶中，按照气味排放的顺序分别取样。氮气被流量计控制在，通过针头被注入玻璃瓶中将瓶内气味的饱和蒸汽从另一个针头带出并汇入主气流中。实验中所使用的气味浓度为。为了精确控制给气时间长短，保证输出的气味浓度同计算值基本相符，并且在整个给气过程中保持恒定，我们使用了三个由刺激器信号控制的三通电磁阀。给气时，机械臂针头出来的气味经过第一个电磁阀的常通端进入到第二个电磁阔，在第时，第二个电磁阀的常闭端打开，将气味汇入到主气路中，开放后关闭。同时机械臂带着针头从玻璃瓶中抽出，给气结束。第时，三个电磁阀同时打开用流量的空气清洗管道中的残留气味，等待后，再次重复上面的步骤。电脑记录的数据包括给气前，气味反应，以及给气后每个气味需要连续测试次。除此之外，在小鼠鼻孔侧面安装了抽气管道，将影响实验结果的残留气味抽走，同时真空栗在给气时间之外会按照程序设定抽出气路管道中的残留气味，尽量减少交叉污染。

气味呈递系统示意图

主气流由过滤压缩空气提供，通过流量计（来控制气流大小。气味通路由电脑控制的自动点胶机选择气味，经过由刺激器控制的三通阀后汇入主气流中，我们可以调节流量计来控制气味达到不同终浓度。除此之外，使用了抽气系统来保证气体之间的交叉影响降到最低。

在体电生理记录数据分析实验中所有数据的分析均为结合和软件得到。记录软件存储的数据在中打开后，使用编译的程序将数据类型变成软件可读的格式，通过中功能，将数据转存为自身文件类型打开。为了验证所记录的数据是否属于单个细胞，需要将原始数据进行一遍蹄选，确认记录到的动作电位波形基本一致，此外还可以进行自相关分析，得到与小鼠呼吸频率相关的结果，说明记录的数据在很大可能性上来自单细胞。上图为通过软件进行分类（后得到的单细胞波形，所有细胞的数据都累积在一起，可以看出记录到的动作电位来自同一个神经元。

单细胞记录数据

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