氣味跨度任務(wù)（OST）用于研究嚙齒動(dòng)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(duì)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(dòng)物模型中的行為藥理學(xué)。由于氣味識(shí)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(huì)增加。實(shí)驗(yàn)對(duì)象會(huì)接觸一系列氣味刺激，并且對(duì)新刺激的選擇會(huì)得到強(qiáng)化。該任務(wù)在一個(gè)方形平臺(tái)上進(jìn)行，平臺(tái)周邊標(biāo)記有24個(gè)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(huì)記錄跨度長度和任務(wù)執(zhí)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，以便進(jìn)行分析。

儀器與設(shè)備

氣味跨度任務(wù)在一個(gè)黑色的方形平臺(tái)上進(jìn)行，平臺(tái)由四條腿支撐，距離地面39英寸。在測試小鼠時(shí)，平臺(tái)尺寸為2.5英尺×2.5英尺×2.5英尺，平臺(tái)周邊有1英寸高的邊框；測試大鼠時(shí)，平臺(tái)尺寸為3英尺×3英尺×3英尺，邊框高1.25英寸。平臺(tái)周邊標(biāo)記有24個(gè)位置，平臺(tái)的每個(gè)角落有4個(gè)位置，每條邊上等間距分布著5個(gè)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(tái)上，同時(shí)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(duì)象被分組飼養(yǎng)，房間溫度保持在21攝氏度，實(shí)行12小時(shí)光照/黑暗循環(huán)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象會(huì)適度禁食，體重維持在自由進(jìn)食時(shí)體重的85%，在整個(gè)訓(xùn)練和測試過程中可自由飲水。對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)，都要用100%的乙醇清潔平臺(tái)，以去除任何可能影響實(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)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(gè)杯子中，并在里面埋入10顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。將杯子隨機(jī)放置在平臺(tái)上。從實(shí)驗(yàn)對(duì)象的籠子中取出一只，放在平臺(tái)上。讓實(shí)驗(yàn)對(duì)象挖掘、取出并吃掉所有的獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。然后將實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jiǎng)勵(lì)顆?；旌稀Ｈ煞莞?克的這種混合物分別放入兩個(gè)杯子中，只在其中一個(gè)杯子里埋入5顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。將杯子隨機(jī)放置在平臺(tái)上。從實(shí)驗(yàn)對(duì)象的籠子中取出一只，放在平臺(tái)上。讓實(shí)驗(yàn)對(duì)象挖掘、取出并吃掉所有5顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。然后將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放回它的籠子。立即用裝有獎(jiǎng)勵(lì)顆粒的同一個(gè)杯子重復(fù)這個(gè)過程。

氣味非匹配樣本任務(wù)

樣本階段：在樣本階段，將一個(gè)裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子的杯子（里面埋有一顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒）隨機(jī)放置在平臺(tái)上的一個(gè)位置。將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放在平臺(tái)上，讓它挖掘、取出并吃掉獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。一旦實(shí)驗(yàn)對(duì)象吃掉獎(jiǎng)勵(lì)顆粒，就將其取出并放入一個(gè)不透明的桶中。將杯子移到平臺(tái)另一側(cè)的新位置。在平臺(tái)上的另一個(gè)隨機(jī)位置放置第二個(gè)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(jiǎng)勵(lì)顆粒。

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

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

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將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放在平臺(tái)上，讓它挖掘、取出并吃掉第四個(gè)杯子里的獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。使用樣本階段和選擇階段重復(fù)這個(gè)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(duì)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(duì)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(gè)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(gè)裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子的杯子（里面埋有一顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒）隨機(jī)放置在平臺(tái)上的一個(gè)位置。將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放在平臺(tái)上，讓它挖掘、取出并吃掉獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。實(shí)驗(yàn)對(duì)象吃掉獎(jiǎng)勵(lì)顆粒后，將其取出并放入不透明的桶中。將第一個(gè)杯子移到平臺(tái)上的隨機(jī)位置。在平臺(tái)上的另一個(gè)隨機(jī)位置放置第二個(gè)杯子，里面裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，埋有一顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。在選擇階段，將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放在平臺(tái)上，讓它挖掘、取出并吃掉獎(jiǎng)勵(lì)顆粒，然后再將其放回不透明的桶中。如果實(shí)驗(yàn)對(duì)象開始挖掘第一個(gè)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(tái)上的隨機(jī)位置引入第三個(gè)杯子，里面裝有隨機(jī)選擇的帶氣味沙子，埋有一顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒。將第一個(gè)和第二個(gè)杯子移到平臺(tái)上的不同位置。將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放在平臺(tái)上，讓它挖掘、取出并吃掉獎(jiǎng)勵(lì)顆粒，然后再將其放回不透明的桶中。繼續(xù)這個(gè)過程，在平臺(tái)上的隨機(jī)位置添加一個(gè)新的隨機(jī)選擇的帶氣味沙子（里面埋有一顆獎(jiǎng)勵(lì)顆粒），并且每次實(shí)驗(yàn)對(duì)象通過選擇帶獎(jiǎng)勵(lì)的沙子做出正確決定時(shí)，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(duì)象選擇了之前采樣過的杯子，實(shí)驗(yàn)就終止，并從平臺(tái)上只有一個(gè)帶氣味沙子的杯子開始重新進(jìn)行一個(gè)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(duì)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(duì)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(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)入測試的最后階段。在這個(gè)任務(wù)中，連續(xù)7天每天讓實(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)象做出了錯(cuò)誤的選擇，允許它探索平臺(tái)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(jiǎng)勵(lì)）。通過添加新的帶氣味沙子繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，直到對(duì)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(gè)探測實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行驗(yàn)證。

探測實(shí)驗(yàn)一（獎(jiǎng)勵(lì)）：該實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)象在解決任務(wù)時(shí)是利用帶氣味沙子的氣味，而不是獎(jiǎng)勵(lì)顆粒的氣味。在這個(gè)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(jiǎng)勵(lì)顆粒。只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)對(duì)象通過開始挖掘正確的杯子做出正確選擇時(shí)，才給予獎(jiǎng)勵(lì)。

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(duì)象是否通過標(biāo)記杯子或沙子來完成任務(wù)。在這個(gè)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(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)平臺(tái)上有5個(gè)杯子（跨度為4）和9個(gè)杯子（跨度為8）時(shí)，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(píng)估工作記憶：對(duì)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(gè)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(cuò)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(dòng)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(dòng)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(shí)別和記憶缺陷是最早觀察到的癥狀之一。

評(píng)估興奮藥物對(duì)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(duì)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(shí)會(huì)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(dòng)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。總體而言，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(cuò)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(shí)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(dòng)物工作記憶的各個(gè)研究領(lǐng)域。

文章引用：

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• 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.

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