如何多维度评价测试小鼠的嗅觉行为

嗅觉，在动物界无处不在，对许多生物的生活至关重要。例如，老鼠依靠嗅觉觅食、寻找交配伙伴和逃避捕食。即使在更依赖视觉和听觉而不是嗅觉的人类中，嗅觉也很重要，它可以帮助我们避免变质的食物并保持清洁。

虽然人类的嗅觉疾病不常被讨论，但它们被认为很常见：人口研究表明，多达四分之一的人可能具有某种嗅觉功能障碍。随着人口老龄化，这一比例预计会上升，因为嗅觉障碍在老年人中更为常见。此类疾病会显着降低生活质量。

与医学研究的许多其他领域一样，小鼠模型可用于研究嗅觉障碍的病理学和治疗。在本文中，我们将首先概述嗅觉的神经生物学，并总结影响这种感觉方式的主要疾病，然后再讨论用于评估实验室小鼠嗅觉功能的各种实验范式。

嗅觉与大脑

所有脊椎动物都有类似的嗅觉系统，包括接收气味分子的鼻子、检测这些分子的受体、将信号从受体传递到大脑的神经以及解释信号并将其传递到大脑其他相关部分的专门大脑区域。

鼻子内部的腔室衬有粘液，粘液在气味分子通过鼻孔流入后捕获气味分子。这些分子在粘液中四处移动，直到它们与某种受体结合。这些受体如何识别特定的气味分子仍不确定，但似乎涉及分子形状和化学性质的结合，类似于酶如何识别它们的底物。鼻腔壁是一层上皮，一层被称为纤毛的微小毛发覆盖的细胞。气味分子受体嵌入这些纤毛的细胞膜中，而纤毛又附着于鼻腔壁后神经元的树突上。

当气味分子结合时，纤毛将化学信号转换为电脉冲，沿树突向下传播，触发嗅觉神经元的动作电位。转导是通过第二信使系统，特别是G蛋白偶联受体和cAMP进行的。嗅觉神经元在鼻后部会聚于嗅觉神经纤维上。信号沿着嗅觉神经通过一种称为筛窦骨的骨进行传输，筛窦骨将大脑与鼻子分开。在这里，它们到达嗅球，这是大脑额叶底部负责处理气味信息的区域。嗅球包含多种肾小球，每种肾小球均处理来自同一类型受体的信息，形成一种嗅觉图谱。

最后，嗅球将处理后的气味信息发送到大脑中与相关行为和认知能力相关的其他部分。例如，嗅球可以将信息传递到海马体，在那里它将与某些情景记忆相关联。或者，信息可能会传到眶额皮层，在那里它会成为实际决策的因素。

小鼠嗅觉行为学测试

已经开发了一些主要的实验方案，并对其进行标准化，以评估小鼠模型中的嗅觉功能。在本文中，我们将详细介绍每种协议的执行方式，讨论每种协议的优缺点，并提及实施时需要考虑的一些事项。

嗅觉习惯化和去习惯化测试

实验介绍

这项测试评估老鼠分辨它以前遇到的气味和新气味的能力。首先，向小鼠出示浸泡在中性物质中的棉签。老鼠会检查拭子，然后随着它对气味的习惯，逐渐减少嗅闻。接下来，将浸泡在不同气味剂中的第二个拭子呈现给小鼠；由于这种气味剂是新的，我们期望嗅闻的速率大大增加。无显著增加表明小鼠无法辨别。

优点	缺点
比埋藏食物测试等旧的替代方法更准确	可能存在多种混杂因素，包括每只老鼠的好奇心、焦虑和活动背景水平，以及房间中存在的其他气味
无需专业设备即可轻松实验	优化气味强度所需的初步实验
可以测试社交和非社交气味

注意事项

1、确保棉签上的气味不会太浓，以免冒犯老鼠并防止它们想嗅闻。可能需要进行初步研究以确定加味剂的最佳浓度。

2、确保用于测试的房间与老鼠所在的房间不同。

3、测试前对测试室进行通风，以驱散空气中可能残留并可能混淆实验的任何主要气味。

嗅觉偏好测试

实验介绍

嗅觉偏好测试在方法上与嗅觉习惯和不习惯测试非常相似；再一次，每只老鼠都有两根浸泡在两种不同气味剂中的棉签。这次的主要区别是两个棉签同时出现而不是依次出现。这使得实验者可以通过查看小鼠是否选择明显更多地嗅探一根棉签来评估每只小鼠对一种气味的偏好。

优点	缺点
可以作为其他嗅觉测试的对照，以证明气味偏好不是混杂因素	很少有主要的临床应用，因为它测试主观偏好而不是嗅觉功能
可用于测试小鼠的恶臭
轻松简单地进行测试，无需专业设备

注意事项

1、确保随机分配不同小鼠之间两种气味的左右顺序（这排除了小鼠具有某种优先于气味偏好的方向偏好的可能性）

2、两根棉签应放置得足够远，以免它们各自的气味相互干扰。几厘米应该足以确保这一点。

3、气味剂的浓度应该相似，以确保老鼠对两种气味的相对质量而不是它们的相对强度做出反应。

嗅觉检测阈值测试

实验介绍

嗅觉检测阈值测试以气味浓度作为自变量，以观察老鼠仍能感知气味的最低浓度是多少。带有感兴趣气味的棉签与浸泡在车辆中的棉签一起展示。如果鼠标无法检测到气味，它会用与车辆等量的气味来嗅闻花蕾。然后气味剂的浓度呈指数增加，直到两个芽之间的嗅觉不再有显着差异。

优点	缺点
比嗅觉电图更容易进行	长时间的测试，至少需要几天才能完成，而且经常需要重复
允许在其他嗅觉测试中优化浓度	不能处理非常有利或非常不利的气味（见下文）
可用于评估嗅觉障碍症状	老鼠对气味的记忆可能是一个混杂因素

注意事项

1、需要进行试点研究以确保使用合适的浓度范围。最低浓度应比小鼠可检测到的最低浓度低十倍左右，最高浓度应比所有小鼠显示出明显检测证据的浓度高十倍左右。

2、每次浓度测定应相隔 24 小时左右，以防止小鼠习惯气味。

3、非常不利的气味可能会引起回避反应。非常有利的气味可能会导致老鼠咬棉签，这会使评估变得困难。

4、如果无法确定明确的阈值浓度，则应尝试不同的气味剂，并将检测间隔增加到 48 小时。

嗅觉短期记忆测试

实验介绍

该测试评估小鼠记住特定气味的能力。同一种气味以一定的时间间隔呈现两次，比较嗅闻的次数。然后在不同组的小鼠之间改变时间间隔。从第一次到第二次出现嗅觉的显着减少表明小鼠记住了气味。如果是这样，随着时间间隔的增加，减少的程度应该不那么严重。

优处	缺点
允许评估嗅觉记忆	需要先进行嗅觉习惯/去习惯测试
特定于嗅觉记忆，而不是测试一般的工作记忆	对气味的恐惧/吸引反应可能是混杂因素（见下文）

注意事项

1、与嗅觉阈值检测测试一样，必须使用相对中性的气味，因为非常有利或非常不利的气味可能会导致鼠标根据偏好而不是记忆改变其嗅探行为。

2、不同的气味应该用于不同的时间间隔。

3、所用气味剂的浓度需要超过小鼠的检测阈值。

4、在不同的时间间隔内，每次测试之间必须至少间隔 24 小时。

嗅觉学习和辨别测试

实验介绍

这种范式与前面提到的范式非常不同，因为它不使用浸泡在气味剂中的棉签。取而代之的是，饥饿的老鼠会收到两个装满沙子的不同盘子，沙子浸泡在不同的气味中。只有其中一道菜含有埋在沙子里的食物奖励。老鼠必须学会在反复试验中使用气味作为线索来选择正确的菜肴并挖掘以找到食物。

优点	缺点
不会被动机或好奇心的个体差异所混淆	比其他测试更复杂的设置，需要一些设备组装
与基于棉芽的测试相比，嗅觉学习问题的检测能力更高	需要几天才能完成

注意事项

1、小鼠需要禁食 18 小时才能适应协议中的这一点。

2、每只老鼠都应该接受训练试验，以确保它能够在一般情况下挖掘和找到颗粒。

3、随着实验的进行，可以增加食物颗粒的埋藏深度，以提高学习难度。

4、可以使用多种气味剂来扩展范式。最好先使用两种气味剂进行实验，然后再进行多种气味剂。

结论

嗅觉是人类和许多其他动物的重要感觉。然而，这种感觉的使用经常受到常见嗅觉障碍的威胁，因此迫切需要对此类障碍的原因和治疗方法进行科学调查。在这里，我们讨论了许多关键实验协议如何允许研究人员在这项工作中使用小鼠模型。希望本文能帮助科学家进一步阐明和治疗嗅觉病理学。