动物行为实验指南︱小鼠嗅觉延迟反应任务实验方法总结

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《动物行为实验指南》共674页，涵盖了常见的实验动物，如小鼠、大鼠和斑马鱼，详细描述了每一种行为测试的实验设计、测试设备、实验流程、评估指标、预期结果、常见问题及解决方法、数据分析、模型应用与局限性等各个方面。它通过快速引导，帮助研究人员高效地掌握实验的每个阶段，减少了查阅文献和寻找方法的时间，成为各类科研人员的重要参考资料。 《动物行为实验指南》共计收录了16种动物行为类型，包括焦虑抑郁、学习记忆、痛觉、运动、恐惧、社交、癫痫、操作、成瘾、视觉、痒觉、味觉、嗅觉、睡眠、斑马鱼行为以及常见动物模型等内容。每一类动物行为下，都详细介绍了多个经典的实验范式，涵盖了超过100种实验方法。 www.behaviewer.com

嗅觉延迟反应任务（Olfactory Delayed Response Task, DRT）是一种常用于研究动物认知、记忆等神经功能的实验任务。该范式主要用于探究大脑中与嗅觉记忆、短期记忆等相关的神经环路和神经机制。比较不同物种或同一物种不同个体在嗅觉延迟反应任务中的表现，可了解不同动物的认知能力差异以及同一物种内个体间认知能力的变化规律等。

任务原理：

主要基于动物对气味刺激的感知、记忆和行为反应。通过向动物呈现特定气味作为样本刺激，经过一定时间的延迟后，再给予相关的测试刺激或要求动物做出相应行为反应，以此来考察动物对气味信息的记忆、处理以及根据记忆做出决策的能力。

实验步骤：

训练阶段：

以小鼠为例，一般会使用自动训练系统对头部固定的小鼠进行训练。在每个训练试验中，先向小鼠呈现一种样本气味，让小鼠熟悉并记住该气味。

延迟阶段：

样本气味呈现结束后，进入延迟期，延迟时间通常为 4 秒或 10 秒等。在延迟期间，小鼠需要在没有外部提示的情况下，在记忆中保持对样本气味的信息。

测试阶段：

延迟期结束后，给予小鼠测试刺激，可能是与样本气味相同或不同的气味，也可能是根据样本气味的特征要求小鼠做出特定行为，如 “Go/No Go” 任务中，小鼠要根据之前的样本气味决定是否进行舔舐等行为，如果小鼠做出正确反应，如在应该舔舐时舔舐，不应该舔舐时不舔舐，则会得到水等奖励，反之则没有奖励。

具体实验流程：

将嗅觉测量装置置于隔音训练箱内，使用基于PIC数字信号控制器定制的嵌入式系统控制电磁阀和蠕动泵，以毫秒级分辨率控制嗅觉提示和水流，缩短气味输送管长度以提高气味剂更新速率。选用特定气味试剂作为储备气味剂，使其挥发，并与空气按不同比例混合达到相应浓度。利用光离子化检测器确保气味在延迟期结束后能有效清除。采用电容传感器或红外断光束检测器检测舔舐事件，用红外摄像头监测小鼠行为，训练期间禁止人为干预。实验前对小鼠进行1-2天限水，确保体重维持在训练前水平的80%以上。将小鼠头部固定在嗅觉测量装置中30分钟，训练其从水嘴舔水，初期自动供水鼓励舔舐，使小鼠学会在2-4分钟内触发超300毫升水奖励，此阶段持续4天。从适应期结束次日开始，定义为行为分析的第1天。试验结构伪随机设计，每个含4次试验的小组块中有2次Go试验和2次NoGo试验。第1天，前30次Go试验在反应窗口自动供水鼓励舔舐，后续Go试验中小鼠需学会主动舔水获取奖励。当至少70%小鼠达到连续60次试验平均正确表现率>80%的训练良好水平时，学习期结束。每次试验开始，呈现两种样本气味之一，持续1秒。接着进入4秒或10秒的固定延迟期。延迟期结束后，呈现0.5秒的测试气味。若在延迟期检测到舔舐事件，试验立即终止至下次试验开始，该结果不纳入分析。小鼠每次训练进行160次试验，连续试验间有固定试验间隔（4秒延迟时ITI为10秒，10秒延迟时ITI为15秒），每次训练结束后让小鼠自由饮水至饱腹。

行为表现指标计算：

正确率是衡量小鼠在 DRT 任务中表现的关键指标之一。计算方法为：正确反应次数（命中次数 + 正确拒斥次数）除以总试验次数。命中指在 “是”（Go）试验的反应窗口内检测到舔舐事件，且小鼠获得奖励；正确拒斥（correct rejection，CR）指在 “否”（No Go）试验的反应窗口内未检测到舔舐事件。

错误率与正确率相对，包括虚警（false alarm，FA）和未命中（miss）情况。虚警指在 “否” 试验的反应窗口内检测到舔舐事件；未命中指在 “是” 试验的反应窗口内未检测到舔舐事件。错误率的计算方法为：错误反应次数（虚警次数 + 未命中次数）除以总试验次数。

记录小鼠在测试气味呈现后到做出舔舐或不舔舐反应的时间，即反应时。通过分析不同试验条件下（如不同样本气味、延迟时间等）的反应时，可以了解小鼠对气味信息的处理速度和决策过程。

舔舐效率的计算方式为：

舔舐效率 = 获得奖励的舔舐次数 ÷（获得奖励的舔舐次数 + 未获得奖励的舔舐次数）；

获得奖励的舔舐次数是指在测试气味结束后的秒时间窗口内的舔舐事件次数，在 “是” 试验中，大多数舔舐事件都是在这个时间段检测到的。未获得奖励的舔舐次数是指在 “否” 试验中的舔舐事件次数。

提前舔舐的计算方式为：

提前舔舐 = 中止试验次数 ÷（中止试验次数 + 完成试验次数）。

文献引用：

1. Prefrontal projections modulate recurrent circuitry in the insular cortex to support shortterm memory Yao, Jian et al.Cell Reports, Volume 43, Issue 2, 113756