动物行为实验指南丨气味跨度任务测试方法及注意事项

气味跨度任务（OST）用于研究啮齿动物的嗅觉工作记忆能力。该任务最初由Dudchenko等人开发，旨在使用不同气味研究非空间工作记忆，以及海马损伤对大鼠在该任务中表现的影响。自开发以来，气味跨度任务的不同变体已被用于研究健忘药物、兴奋药物以及其他影响记忆和学习的药物在动物模型中的行为药理学。由于气味识别能力和记忆力的下降是最早出现的症状之一，气味跨度任务显示出了作为阿尔茨海默病和精神分裂症等疾病生物标志物的潜力。它还可用于测试治疗神经系统疾病的新型化合物。

气味跨度任务是一种递增的非匹配样本任务，在该任务中，每次正确反应后，需要记住的刺激数量（跨度）都会增加。实验对象会接触一系列气味刺激，并且对新刺激的选择会得到强化。该任务在一个方形平台上进行，平台周边标记有24个位置，用于放置装有带气味沙子的杯子，以此作为气味刺激源。实验会记录跨度长度和任务执行过程中出现的错误，以便进行分析。

仪器与设备

气味跨度任务在一个黑色的方形平台上进行，平台由四条腿支撑，距离地面39英寸。在测试小鼠时，平台尺寸为2.5英尺×2.5英尺×2.5英尺，平台周边有1英寸高的边框；测试大鼠时，平台尺寸为3英尺×3英尺×3英尺，边框高1.25英寸。平台周边标记有24个位置，平台的每个角落有4个位置，每条边上等间距分布着5个位置，且都带有魔术贴条。使用由透明丙烯酸制成的杯子来盛放带气味的沙子混合物，杯子直径为6.5厘米，高3.5厘米。杯子底部也附有一块魔术贴，这样便于将杯子放置在平台上，同时也能防止在实验过程中杯子翻倒。带气味的沙子是由0.5克气味物质与100克无味的操场用沙混合而成的。也可以用木屑代替无味的操场用沙。在该任务中，使用了25种不同的气味来制作带气味的混合物，例如可可、孜然、橙子、柠檬、芹菜、百里香、罗勒、茴香、辣椒粉、欧芹、多香果、咖啡、莳萝、丁香、墨角兰、薄荷、肉桂、牛至、茶、生姜、大蒜、葛缕子、茴芹、鼠尾草和肉豆蔻。

训练方案

实验对象被分组饲养，房间温度保持在21摄氏度，实行12小时光照/黑暗循环。实验对象会适度禁食，体重维持在自由进食时体重的85%，在整个训练和测试过程中可自由饮水。对实验对象的训练和测试在光照阶段进行。每次实验开始和结束时，都要用100%的乙醇清洁平台，以去除任何可能影响实验对象在任务中表现的不必要刺激。

在训练前，让实验对象连续3天每天适应被处理10分钟。将无味的操场用沙放入一个杯子中，并在里面埋入10颗奖励颗粒。将杯子随机放置在平台上。从实验对象的笼子中取出一只，放在平台上。让实验对象挖掘、取出并吃掉所有的奖励颗粒。然后将实验对象放回它的笼子。

第二天，取100克无味的操场用沙，与18颗碾碎的奖励颗粒混合。取两份各5克的这种混合物分别放入两个杯子中，只在其中一个杯子里埋入5颗奖励颗粒。将杯子随机放置在平台上。从实验对象的笼子中取出一只，放在平台上。让实验对象挖掘、取出并吃掉所有5颗奖励颗粒。然后将实验对象放回它的笼子。立即用装有奖励颗粒的同一个杯子重复这个过程。

气味非匹配样本任务

样本阶段：在样本阶段，将一个装有随机选择的带气味沙子的杯子（里面埋有一颗奖励颗粒）随机放置在平台上的一个位置。将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉奖励颗粒。一旦实验对象吃掉奖励颗粒，就将其取出并放入一个不透明的桶中。将杯子移到平台另一侧的新位置。在平台上的另一个随机位置放置第二个杯子，里面装有另一种随机选择的带气味沙子，同样埋有一颗奖励颗粒。

选择阶段：在实验的选择阶段，将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉第二个杯子里的奖励颗粒。取出实验对象并放入不透明的桶中。同时，取出第一个带气味的杯子，并将第二个带气味的杯子移到平台上的随机位置。

在平台上的随机位置放置第三个杯子，里面装有随机选择的带气味沙子，埋有一颗奖励颗粒。将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉第三个杯子里的奖励颗粒。取出实验对象并放入不透明的桶中。同时，取出第二个带气味的杯子，并将第三个带气味的杯子移到平台上的随机位置。在平台上的随机位置放置第四个杯子，里面装有随机选择的带气味沙子，埋有一颗奖励颗粒。

脑声常谈建立了多个《动物模型构建与行为评估》交流群，群内分享各种经典和前沿的行为范式，共同交流解决动物实验中遇到的棘手问题，避坑少走弯路！有需要的老师可以扫码添加微信进入讨论群！

将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉第四个杯子里的奖励颗粒。使用样本阶段和选择阶段重复这个过程，每次都引入一种新的带气味沙子。每天进行总共10到12次非匹配样本实验，持续3天，或者直到实验对象每次都能可靠地选择新的气味为止。使用的气味是随机选择的，3天后，实验对象应该已经接触过所有25种气味。

气味跨度任务：每个跨度实验都由样本阶段和选择阶段组成。

在样本阶段，将一个装有随机选择的带气味沙子的杯子（里面埋有一颗奖励颗粒）随机放置在平台上的一个位置。将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉奖励颗粒。实验对象吃掉奖励颗粒后，将其取出并放入不透明的桶中。将第一个杯子移到平台上的随机位置。在平台上的另一个随机位置放置第二个杯子，里面装有随机选择的带气味沙子，埋有一颗奖励颗粒。在选择阶段，将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉奖励颗粒，然后再将其放回不透明的桶中。如果实验对象开始挖掘第一个杯子，立即将其取出并放入不透明的桶中，然后重新开始实验。

接下来，在平台上的随机位置引入第三个杯子，里面装有随机选择的带气味沙子，埋有一颗奖励颗粒。将第一个和第二个杯子移到平台上的不同位置。将实验对象放在平台上，让它挖掘、取出并吃掉奖励颗粒，然后再将其放回不透明的桶中。继续这个过程，在平台上的随机位置添加一个新的随机选择的带气味沙子（里面埋有一颗奖励颗粒），并且每次实验对象通过选择带奖励的沙子做出正确决定时，就将之前采样的带气味沙子的杯子移到新的位置。如果实验对象选择了之前采样过的杯子，实验就终止，并从平台上只有一个带气味沙子的杯子开始重新进行一个新的跨度实验。在连续4天的测试期间，让实验对象在15到20分钟内（进行2到5次实验）尽可能多地进行跨度实验。

十二气味跨度任务

当实验对象在连续2天内平均跨度达到5，或者至少经历了20次实验阶段后，气味跨度任务完成，此时实验对象进入测试的最后阶段。在这个任务中，连续7天每天让实验对象进行一次跨度实验，样本阶段和选择阶段与上述气味跨度任务的描述相同，直到呈现出12种气味为止。如果实验对象做出了错误的选择，允许它探索平台上的其他带气味的杯子，直到它选择到正确的带气味杯子（里面有奖励）。通过添加新的带气味沙子继续实验，直到对所有12种气味都进行了采样。

探测实验阶段：可以使用两个探测实验阶段进行验证。

探测实验一（奖励）：该实验用于验证实验对象在解决任务时是利用带气味沙子的气味，而不是奖励颗粒的气味。在这个实验阶段，实验的进行方式与气味跨度任务中描述的相同，但杯子里不埋任何奖励颗粒。只有当实验对象通过开始挖掘正确的杯子做出正确选择时，才给予奖励。

探测实验二（杯子更换）：该实验用于验证实验对象是否通过标记杯子或沙子来完成任务。在这个实验阶段，实验的进行方式与气味跨度任务相同。在实验过程中的两个时间点，当平台上有5个杯子（跨度为4）和9个杯子（跨度为8）时，用装有相同气味的新沙子和新杯子替换所有的沙子和杯子。

通过气味跨度任务评估工作记忆：对之前用于大鼠的气味跨度任务进行了修改，以研究转基因小鼠的工作记忆。使用过表达人类半胱天冬酶-3（一种在整个嗅觉系统中大量存在的凋亡蛋白）的小鼠。研究表明，与野生型小鼠相比，转基因小鼠存在明显的嗅觉工作记忆缺陷，表现为跨度长度缩短、准确率降低和错误率升高。用于增强小鼠注意力的尼古丁可以逆转嗅觉工作记忆缺陷。该任务可用于神经系统疾病的动物模型，并测试不同的治疗方法，因为它可以检测到基因改造动物嗅觉工作记忆的细微变化。小鼠的气味跨度任务可以作为开发人类工作记忆测试的基础，并且可以作为阿尔茨海默病和精神分裂症等疾病的早期生物标志物，因为气味识别和记忆缺陷是最早观察到的症状之一。

评估兴奋药物对气味跨度任务表现的影响：使用了气味跨度任务的修改版本来测试氟硝西泮、氯胺酮、甲基苯丙胺和哌醋甲酯等兴奋药物对大鼠表现的影响。这四种药物都产生了剂量依赖性的表现损伤，表现为跨度长度、最长连续正确次数和总体准确率的下降。甲基苯丙胺和哌醋甲酯在中高剂量时会缩短跨度长度和最长连续正确次数，这与这些药物用于治疗注意力缺陷多动障碍（ADHD）以增强工作记忆和注意力的事实相悖。氯胺酮的研究结果显示，与氟硝西泮在多只大鼠中产生选择性损伤不同，它只在两只大鼠中产生了选择性影响。总体而言，该研究结果表明，气味跨度任务可用于记忆方面的行为和药理学分析。

数据分析

• 跨度/跨度长度：依次呈现且无错误选择的杯子数量减1。

• 完成的跨度总数。

• 准确率百分比

• 平均跨度延迟时间

气味跨度任务设置简单，运行所需的设备很少。所使用的装置易于清洁和维护。测试方案可以修改，并应用于从行为药理学到研究基因改造动物工作记忆的各个研究领域。

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.

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。