氣味跨度任務(wù)（OST）用于研究嚙齒動物的嗅覺工作記憶能力。該任務(wù)最初由Dudchenko等人開發(fā)，旨在使用不同氣味研究非空間工作記憶，以及海馬損傷對大鼠在該任務(wù)中表現(xiàn)的影響。自開發(fā)以來，氣味跨度任務(wù)的不同變體已被用于研究健忘藥物、興奮藥物以及其他影響記憶和學(xué)習(xí)的藥物在動物模型中的行為藥理學(xué)。由于氣味識別能力和記憶力的下降是最早出現(xiàn)的癥狀之一，氣味跨度任務(wù)顯示出了作為阿爾茨海默病和精神分裂癥等疾病生物標(biāo)志物的潛力。它還可用于測試治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新型化合物。

氣味跨度任務(wù)是一種遞增的非匹配樣本任務(wù)，在該任務(wù)中，每次正確反應(yīng)后，需要記住的刺激數(shù)量（跨度）都會增加。實(shí)驗(yàn)對象會接觸一系列氣味刺激，并且對新刺激的選擇會得到強(qiáng)化。該任務(wù)在一個方形平臺上進(jìn)行，平臺周邊標(biāo)記有24個位置，用于放置裝有帶氣味沙子的杯子，以此作為氣味刺激源。實(shí)驗(yàn)會記錄跨度長度和任務(wù)執(zhí)行過程中出現(xiàn)的錯誤，以便進(jìn)行分析。

儀器與設(shè)備

氣味跨度任務(wù)在一個黑色的方形平臺上進(jìn)行，平臺由四條腿支撐，距離地面39英寸。在測試小鼠時，平臺尺寸為2.5英尺×2.5英尺×2.5英尺，平臺周邊有1英寸高的邊框；測試大鼠時，平臺尺寸為3英尺×3英尺×3英尺，邊框高1.25英寸。平臺周邊標(biāo)記有24個位置，平臺的每個角落有4個位置，每條邊上等間距分布著5個位置，且都帶有魔術(shù)貼條。使用由透明丙烯酸制成的杯子來盛放帶氣味的沙子混合物，杯子直徑為6.5厘米，高3.5厘米。杯子底部也附有一塊魔術(shù)貼，這樣便于將杯子放置在平臺上，同時也能防止在實(shí)驗(yàn)過程中杯子翻倒。帶氣味的沙子是由0.5克氣味物質(zhì)與100克無味的操場用沙混合而成的。也可以用木屑代替無味的操場用沙。在該任務(wù)中，使用了25種不同的氣味來制作帶氣味的混合物，例如可可、孜然、橙子、檸檬、芹菜、百里香、羅勒、茴香、辣椒粉、歐芹、多香果、咖啡、蒔蘿、丁香、墨角蘭、薄荷、肉桂、牛至、茶、生姜、大蒜、葛縷子、茴芹、鼠尾草和肉豆蔻。

訓(xùn)練方案

實(shí)驗(yàn)對象被分組飼養(yǎng)，房間溫度保持在21攝氏度，實(shí)行12小時光照/黑暗循環(huán)。實(shí)驗(yàn)對象會適度禁食，體重維持在自由進(jìn)食時體重的85%，在整個訓(xùn)練和測試過程中可自由飲水。對實(shí)驗(yàn)對象的訓(xùn)練和測試在光照階段進(jìn)行。每次實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時，都要用100%的乙醇清潔平臺，以去除任何可能影響實(shí)驗(yàn)對象在任務(wù)中表現(xiàn)的不必要刺激。

在訓(xùn)練前，讓實(shí)驗(yàn)對象連續(xù)3天每天適應(yīng)被處理10分鐘。將無味的操場用沙放入一個杯子中，并在里面埋入10顆獎勵顆粒。將杯子隨機(jī)放置在平臺上。從實(shí)驗(yàn)對象的籠子中取出一只，放在平臺上。讓實(shí)驗(yàn)對象挖掘、取出并吃掉所有的獎勵顆粒。然后將實(shí)驗(yàn)對象放回它的籠子。

第二天，取100克無味的操場用沙，與18顆碾碎的獎勵顆?；旌?。取兩份各5克的這種混合物分別放入兩個杯子中，只在其中一個杯子里埋入5顆獎勵顆粒。將杯子隨機(jī)放置在平臺上。從實(shí)驗(yàn)對象的籠子中取出一只，放在平臺上。讓實(shí)驗(yàn)對象挖掘、取出并吃掉所有5顆獎勵顆粒。然后將實(shí)驗(yàn)對象放回它的籠子。立即用裝有獎勵顆粒的同一個杯子重復(fù)這個過程。

氣味非匹配樣本任務(wù)

樣本階段：在樣本階段，將一個裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子的杯子（里面埋有一顆獎勵顆粒）隨機(jī)放置在平臺上的一個位置。將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉獎勵顆粒。一旦實(shí)驗(yàn)對象吃掉獎勵顆粒，就將其取出并放入一個不透明的桶中。將杯子移到平臺另一側(cè)的新位置。在平臺上的另一個隨機(jī)位置放置第二個杯子，里面裝有另一種隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，同樣埋有一顆獎勵顆粒。

選擇階段：在實(shí)驗(yàn)的選擇階段，將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉第二個杯子里的獎勵顆粒。取出實(shí)驗(yàn)對象并放入不透明的桶中。同時，取出第一個帶氣味的杯子，并將第二個帶氣味的杯子移到平臺上的隨機(jī)位置。

在平臺上的隨機(jī)位置放置第三個杯子，里面裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，埋有一顆獎勵顆粒。將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉第三個杯子里的獎勵顆粒。取出實(shí)驗(yàn)對象并放入不透明的桶中。同時，取出第二個帶氣味的杯子，并將第三個帶氣味的杯子移到平臺上的隨機(jī)位置。在平臺上的隨機(jī)位置放置第四個杯子，里面裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，埋有一顆獎勵顆粒。

腦聲常談建立了多個《動物模型構(gòu)建與行為評估》交流群，群內(nèi)分享各種經(jīng)典和前沿的行為范式，共同交流解決動物實(shí)驗(yàn)中遇到的棘手問題，避坑少走彎路！有需要的老師可以掃碼添加微信進(jìn)入討論群！

將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉第四個杯子里的獎勵顆粒。使用樣本階段和選擇階段重復(fù)這個過程，每次都引入一種新的帶氣味沙子。每天進(jìn)行總共10到12次非匹配樣本實(shí)驗(yàn)，持續(xù)3天，或者直到實(shí)驗(yàn)對象每次都能可靠地選擇新的氣味為止。使用的氣味是隨機(jī)選擇的，3天后，實(shí)驗(yàn)對象應(yīng)該已經(jīng)接觸過所有25種氣味。

氣味跨度任務(wù)：每個跨度實(shí)驗(yàn)都由樣本階段和選擇階段組成。

在樣本階段，將一個裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子的杯子（里面埋有一顆獎勵顆粒）隨機(jī)放置在平臺上的一個位置。將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉獎勵顆粒。實(shí)驗(yàn)對象吃掉獎勵顆粒后，將其取出并放入不透明的桶中。將第一個杯子移到平臺上的隨機(jī)位置。在平臺上的另一個隨機(jī)位置放置第二個杯子，里面裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，埋有一顆獎勵顆粒。在選擇階段，將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉獎勵顆粒，然后再將其放回不透明的桶中。如果實(shí)驗(yàn)對象開始挖掘第一個杯子，立即將其取出并放入不透明的桶中，然后重新開始實(shí)驗(yàn)。

接下來，在平臺上的隨機(jī)位置引入第三個杯子，里面裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，埋有一顆獎勵顆粒。將第一個和第二個杯子移到平臺上的不同位置。將實(shí)驗(yàn)對象放在平臺上，讓它挖掘、取出并吃掉獎勵顆粒，然后再將其放回不透明的桶中。繼續(xù)這個過程，在平臺上的隨機(jī)位置添加一個新的隨機(jī)選擇的帶氣味沙子（里面埋有一顆獎勵顆粒），并且每次實(shí)驗(yàn)對象通過選擇帶獎勵的沙子做出正確決定時，就將之前采樣的帶氣味沙子的杯子移到新的位置。如果實(shí)驗(yàn)對象選擇了之前采樣過的杯子，實(shí)驗(yàn)就終止，并從平臺上只有一個帶氣味沙子的杯子開始重新進(jìn)行一個新的跨度實(shí)驗(yàn)。在連續(xù)4天的測試期間，讓實(shí)驗(yàn)對象在15到20分鐘內(nèi)（進(jìn)行2到5次實(shí)驗(yàn)）盡可能多地進(jìn)行跨度實(shí)驗(yàn)。

十二氣味跨度任務(wù)

當(dāng)實(shí)驗(yàn)對象在連續(xù)2天內(nèi)平均跨度達(dá)到5，或者至少經(jīng)歷了20次實(shí)驗(yàn)階段后，氣味跨度任務(wù)完成，此時實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)入測試的最后階段。在這個任務(wù)中，連續(xù)7天每天讓實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行一次跨度實(shí)驗(yàn)，樣本階段和選擇階段與上述氣味跨度任務(wù)的描述相同，直到呈現(xiàn)出12種氣味為止。如果實(shí)驗(yàn)對象做出了錯誤的選擇，允許它探索平臺上的其他帶氣味的杯子，直到它選擇到正確的帶氣味杯子（里面有獎勵）。通過添加新的帶氣味沙子繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，直到對所有12種氣味都進(jìn)行了采樣。

探測實(shí)驗(yàn)階段：可以使用兩個探測實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行驗(yàn)證。

探測實(shí)驗(yàn)一（獎勵）：該實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對象在解決任務(wù)時是利用帶氣味沙子的氣味，而不是獎勵顆粒的氣味。在這個實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行方式與氣味跨度任務(wù)中描述的相同，但杯子里不埋任何獎勵顆粒。只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)對象通過開始挖掘正確的杯子做出正確選擇時，才給予獎勵。

探測實(shí)驗(yàn)二（杯子更換）：該實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對象是否通過標(biāo)記杯子或沙子來完成任務(wù)。在這個實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行方式與氣味跨度任務(wù)相同。在實(shí)驗(yàn)過程中的兩個時間點(diǎn)，當(dāng)平臺上有5個杯子（跨度為4）和9個杯子（跨度為8）時，用裝有相同氣味的新沙子和新杯子替換所有的沙子和杯子。

通過氣味跨度任務(wù)評估工作記憶：對之前用于大鼠的氣味跨度任務(wù)進(jìn)行了修改，以研究轉(zhuǎn)基因小鼠的工作記憶。使用過表達(dá)人類半胱天冬酶-3（一種在整個嗅覺系統(tǒng)中大量存在的凋亡蛋白）的小鼠。研究表明，與野生型小鼠相比，轉(zhuǎn)基因小鼠存在明顯的嗅覺工作記憶缺陷，表現(xiàn)為跨度長度縮短、準(zhǔn)確率降低和錯誤率升高。用于增強(qiáng)小鼠注意力的尼古丁可以逆轉(zhuǎn)嗅覺工作記憶缺陷。該任務(wù)可用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動物模型，并測試不同的治療方法，因?yàn)樗梢詸z測到基因改造動物嗅覺工作記憶的細(xì)微變化。小鼠的氣味跨度任務(wù)可以作為開發(fā)人類工作記憶測試的基礎(chǔ)，并且可以作為阿爾茨海默病和精神分裂癥等疾病的早期生物標(biāo)志物，因?yàn)闅馕蹲R別和記憶缺陷是最早觀察到的癥狀之一。

評估興奮藥物對氣味跨度任務(wù)表現(xiàn)的影響：使用了氣味跨度任務(wù)的修改版本來測試氟硝西泮、氯胺酮、甲基苯丙胺和哌醋甲酯等興奮藥物對大鼠表現(xiàn)的影響。這四種藥物都產(chǎn)生了劑量依賴性的表現(xiàn)損傷，表現(xiàn)為跨度長度、最長連續(xù)正確次數(shù)和總體準(zhǔn)確率的下降。甲基苯丙胺和哌醋甲酯在中高劑量時會縮短跨度長度和最長連續(xù)正確次數(shù)，這與這些藥物用于治療注意力缺陷多動障礙（ADHD）以增強(qiáng)工作記憶和注意力的事實(shí)相悖。氯胺酮的研究結(jié)果顯示，與氟硝西泮在多只大鼠中產(chǎn)生選擇性損傷不同，它只在兩只大鼠中產(chǎn)生了選擇性影響?？傮w而言，該研究結(jié)果表明，氣味跨度任務(wù)可用于記憶方面的行為和藥理學(xué)分析。

數(shù)據(jù)分析

• 跨度/跨度長度：依次呈現(xiàn)且無錯誤選擇的杯子數(shù)量減1。

• 完成的跨度總數(shù)。

• 準(zhǔn)確率百分比

• 平均跨度延遲時間

氣味跨度任務(wù)設(shè)置簡單，運(yùn)行所需的設(shè)備很少。所使用的裝置易于清潔和維護(hù)。測試方案可以修改，并應(yīng)用于從行為藥理學(xué)到研究基因改造動物工作記憶的各個研究領(lǐng)域。

文章引用：

• Dudchenko PA, Wood ER, Eichenbaum H (2000). Neurotoxic hippocampal lesions have no effect on odor span and little effect on odor recognition memory but produce significant impairments on spatial span, recognition, and alternation. Journal of Neuroscience 20(8), 2964-77.

• Young JW, Kerr LE, Kelly JS, Marston HM, Spratt C, Finlayson K, Sharkey J (2007). The odour span task: a novel paradigm for assessing working memory in mice. Neuropharmacology. 52(2), 634-45.

• Galizio M, April B, Deal M, Hawkey A, Panoz-Brown D, Prichard A, Bruce K (2016). Behavioral pharmacology of the odor span task: Effects of flunitrazepam, ketamine, methamphetamine and methylphenidate. Journal of the Experimental Analysis of Behavior 106(3), 173-194.

• Galizio M, Mathews M, Mason M, Panoz-Brown D, Prichard A, Soto P (2017). Amnestic drugs in the odor span task: Effects of flunitrazepam, zolpidem and scopolamine. Neurobiology of Learning and Memory 145, 67-74.

腦聲小店基于深度科研洞察，專注為動物實(shí)驗(yàn)提供"簡器械·精實(shí)驗(yàn)"解決方案。我們突破高精設(shè)備局限，開發(fā)手工定制化儀器及配件，通過科研巧思將基礎(chǔ)工具轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案。產(chǎn)品涵蓋行為學(xué)裝置、操作輔助工具等，使實(shí)驗(yàn)室在保持操作簡效的同時，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化數(shù)據(jù)采集，助力科研人員以創(chuàng)造性思維發(fā)掘簡易儀器的潛在科研價值。