Name: an open-source, fully customizable 5-choice serial reaction time task toolbox for automated behavioral training of rodents
Uploaded: 2022-01-19T14:45:00
Duration: 9 min 39 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Open-Source, Fully Customizable 5-Choice Serial Reaction Time Task Toolbox for Automated Behavioral Training of Rodents at JoVE.com

עבודה זו נתמכת על ידי DFG WE 5469/3-1.

<ol>
	<li>Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+the+5-choice+serial+reaction+time+task+for+the+assessment+of+visual+attentional+processes+and+impulse+control+in+rats.">The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats.</a> Nature Protocols. 3 (5), 759-767 (2008).</li><li>Asinof, S. K., Paine, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+5-choice+serial+reaction+time+task:+a+task+of+attention+and+impulse+control+for+rodents.">The 5-choice serial reaction time task: a task of attention and impulse control for rodents.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (90), e51574 (2014).</li><li>Higgins, G. A., Silenieks, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rodent+Test+of+Attention+and+Impulsivity:+The+5-Choice+Serial+Reaction+Time+Task.">Rodent Test of Attention and Impulsivity: The 5-Choice Serial Reaction Time Task.</a> Current Protocols in Pharmacology. 78 (1), 1-34 (2017).</li><li>Humby, T., Wilkinson, L., Dawson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assaying+aspects+of+attention+and+impulse+control+in+mice+using+the+5-choice+serial+reaction+time+task.">Assaying aspects of attention and impulse control in mice using the 5-choice serial reaction time task.</a> Current Protocols in Neuroscience. 31 (1), 1-15 (2005).</li><li>Robbins, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+5-choice+serial+reaction+time+task:+behavioural+pharmacology+and+functional+neurochemistry.">The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry.</a> Psychopharmacology. 163 (3-4), 362-380 (2002).</li><li>Amitai, N., Markou, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+performance+in+the+five-choice+serial+reaction+time+task+induced+by+administration+of+N-methyl-D-aspartate+receptor+antagonists:+relevance+to+cognitive+dysfunction+in+schizophrenia.">Disruption of performance in the five-choice serial reaction time task induced by administration of N-methyl-D-aspartate receptor antagonists: relevance to cognitive dysfunction in schizophrenia.</a> Biological Psychiatry. 68 (1), 5-16 (2010).</li><li>Fizet, J., Cassel, J. C., Kelche, C., Meunier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+5-Choice+Serial+Reaction+Time+(5-CSRT)+task+in+different+vertebrate+models.">A review of the 5-Choice Serial Reaction Time (5-CSRT) task in different vertebrate models.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 71, 135-153 (2016).</li><li>Spinelli, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+the+marmoset+monkey+on+computerized+tasks+of+attention+and+working+memory.">Performance of the marmoset monkey on computerized tasks of attention and working memory.</a> Cognitive Brain Research. 19 (2), 123-137 (2004).</li><li>Parker, M. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+automation+of+a+test+of+impulse+control+in+zebrafish.">Development and automation of a test of impulse control in zebrafish.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 65 (2013).</li><li>Birtalan, E., B&#225;nhidi, A., Sanders, J. I., Bal&#225;zsfi, D., Hangya, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+training+of+mice+on+the+5-choice+serial+reaction+time+task+in+an+automated+rodent+training+system.">Efficient training of mice on the 5-choice serial reaction time task in an automated rodent training system.</a> Scientific Reports. 10 (1), 1-8 (2020).</li><li>Fischer, B., Wegener, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emphasizing+the+&amp;#34;positive&amp;#34;+in+positive+reinforcement:+using+nonbinary+rewarding+for+training+monkeys+on+cognitive+tasks.">Emphasizing the &amp;#34;positive&amp;#34; in positive reinforcement: using nonbinary rewarding for training monkeys on cognitive tasks.</a> Journal of Neurophysiology. 120 (1), 115-128 (2018).</li></ol>

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

הפרוטוקול הנוכחי נועד לפתח ולבדוק חלופה זולה וניתנת להתאמה אישית מלאה למנגנון משימת זמן התגובה הטורית הסטנדרטית, הזמינה מסחרית ל-5 אפשרויות. בדרך כלל, סוגים מסחריים של מכשירים זמינים לספק קבוצה מוגבלת של תכונות לפי הצורך כדי להפעיל את המחקר הסטנדרטי 5-CSRTT. מסיבה זו, שינויים לא סטנדרטיים בתכנון הניסוי הספציפי, כגון שינויים ברצף הניסוי או שילובי גירוי מטרה, בדרך כלל אינם אפשריים. בנוסף, רבים מסוגי המנגנונים הזמינים מגיעים עם תוכנה ספציפית וסגורה שעשויה שלא לספק גישה לכל הנתונים ההתנהגותיים של הניסוי, כגון התזמון ומספר הצמצם של תשובות מוקדמות ומתמידות. לעומת זאת, היתרון החיוני של ארגז הכלים המוצג כאן הוא - מלבד עלותו הנמוכה - האפשרות ליישם עיצובי ניסויים רבים ופרדיגמות מחקר שונות. נכון לעכשיו, ארגז הכלים תומך בהגדרה של עיצובי גירויים מרובים, כגון התרת גירויים מעומעמים ושימוש בשתי מערכות העברת כדורים ותלות תגמול בזמן התגובה. הוא גם תומך בשימוש ברמקול מיניאטורי למשוב שמיעתי. עם זאת, המטרה העיקרית היא לאפשר שינויים קלים ברצף הניסוי בהתאם למטרת המשתמש, כגון החדרת מפתחי צמצם מוארים מעומעמים ותגמול לוחות זמנים למשימות קבלת החלטות או שילוב גישות אימון חיזוקים חיוביים חדישות11. בנוסף, כל הנתונים הגולמיים שנרכשו במהלך ההפעלה זמינים לניתוח נוסף. ארגז הכלים מספק פונקציית מדרגות לאימון התנהגותי אוטומטי, שגם היא ניתנת להתאמה אישית מלאה ומאפשרת למשתמש לשנות את הקריטריונים עבור כל עדכון ברמה, את מספר רמות האימון ואת הפרמטרים שיש לעדכן. יתר על כן, המנגנון עצמו ניתן להתאמה גבוהה, ושינויים בתכנון הניסוי ובפרישת התא אפשריים בקלות, מה שמאפשר ליישם את פרדיגמת 5-CSRTT על מיני בעלי חיים הזקוקים לתכנון מחקר שונה ממה שמציעים סוגי המנגנונים הזמינים מסחרית.
חלקים ספציפיים של הפרוטוקול עבור תצורת התוכנה הם קריטיים כדי להבטיח זרימת עבודה חלקה: במיוחד עבור היום הראשון של הניסוי, ההכנה הן של החומרה והן של תוכנת בקרת הניסויים (שלבים 2 ו-3) והתצורה של שלב 5.3 היא קריטית. ההבטחה שחיבור היציאה הטורית בין חומרת המיקרו-בקר, התוכנה שלה ותוכנת בקרת הניסויים פועלים כראוי היא קריטית ליצירת ארגז כלים של 5-CSRTT המתפקד באופן מלא. בתחילת כל יום ניסוי, מומלץ לחזור על שלושת השלבים שהוזכרו לעיל כדי להבטיח שסקריפטי בקרת החומרה והניסויים מוגדרים כראוי.
לבסוף, המגבלה הנוכחית של ארגז הכלים היא יישומו בפלטפורמת תכנות בלעדית אחת, שלמרבה הצער פוגעת בשימוש בה כארגז כלים שלם בקוד פתוח. עם זאת, באופן עקרוני, ארגז הכלים צריך להיות ניתן להתאמה בקלות לשפות תכנות אחרות כגון Python מכיוון שבמהלך משפט אחד נותר ללא שינוי.
בהשוואה לשיטות חלופיות קיימות, ארגז הכלים 5-CSRTT שהוצג כאן מאפשר ליישם את פרדיגמת 5-CSRTT הסטנדרטית ושינויים בה כגון הגדרת חלון זמן מוגדר לתשובות מתמידות או הצגת גירויים מסיחי דעת או חיזוק כמו רמקולים או אורות מהבהבים. בנוסף להיותו קל לשימוש וניתן להתאמה גבוהה, המנגנון הוא בעלות נמוכה וניתן לשכפל אותו בקלות, והוא מתמרץ מחקר באמצעות מודלים של בעלי חיים שאינם מכרסמים.

5-CSRTT הוא מבחן התנהגותי, המשמש לעתים קרובות במכרסמים לחקר תהליכי קשב חזותי ואימפולסיביות 1,2,3,4,5,6, כגון קביעת תפקידה של המערכת הכולינרגית בקשב והשפעתם של מעכבי ספיגה חוזרת של נוראדרנלין על התנהגויות אימפולסיביות7 . המנגנון הסטנדרטי מאפשר התבוננות באמצעי בקרה שונים כגון דיוק תגובה, זמני תגובה, התנהגות אימפולסיבית וכפייתית, יכולת מוטורית ומוטיבציה 1,2,3,4,5. הוא מורכב ממערך אופקי של חמישה פתחי צמצם המצוידים ב-LED, מגזין מזון על קירות החדר המנוגדים לפתחי הצמצם, ואורות בית 2,5. במשימה טיפוסית, אור הבית מואר, ותחילת הפגישה מסומנת על ידי התאורה של מגזין האוכל, שבו כדור חינם מועבר. קורס הניסוי מתחיל כאשר החיה דוקרת את האף כדי לשלוף את הכדור1. לאחר מכן, אור מגזין המזון כבה, והמרווח הבין-ניסויי (ITI) מתחיל, שבמהלכו החיה אמורה להפנות את תשומת לבה לפתחים. ברגע שה-ITI חולף, תאורת גירוי מוצגת באחד ממפתחי הצמצם 1,2,5. הגירוי ניתן עבור אורך מסוים המכונה משך הגירוי (StD). החיה יכולה להגיב לגירוי בזמן שהוא מוצג או במהלך חלון זמן מוגבל לאחר סיום ה-StD, המכונה אחיזה מוגבלת (LH). כדי להגיב, החיה צריכה לתקוע את האף בפתח הצמצם של המטרה, ואם היא נעשית נכון, פרס מתפרסם במגזין המזון 1,2,5. אחרת, כל תגובה שגויה, כמו גם תגובות כלשהן לפני הצגת גירוי (צפויות או מוקדמות מדי) או כל אי תגובה (השמטה) גורמות לפסק זמן (TO), שבמהלכו נורית הבית כבויה למשךזמן מסוים 1,2,5 (איור 1). באופן כללי, דיוק הגירוי המפלה מודד את תפקוד הקשב, בעוד שתגובות מוקדמות ומתמידות (תגובות חוזרות ונשנות בפתחי הצמצם לאחר הצגת הגירוי) נחשבות למדדים של התנהגות אימפולסיבית וכפייתיות, בהתאמה 1,4,5,6.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63385/63385fig01.jpg"> איור 1: רצפי ניסוי אפשריים של 5-CSRTT טיפוסיים. לאחר המרווח הבין-טריאלי, נורית הגירוי נדלקת למשך זמן מסוים, ולאחר מכן כבויה במהלך מרווח ההחזקה המוגבל. החולדה יכולה לענות נכון ולקבל פרס או תשובה בצורה לא נכונה ולקבל פסק זמן במהלך תקופה זו. אם החולדה אינה עונה בזמן, השמטתה גורמת לפסק זמן. באופן דומה, אם הוא מגיב לפני הצגת גירוי האור, תגובתו המוקדמת גורמת לפסק זמן. ניסיון נוסף מתחיל לאחר איסוף הפרס או סיום תקופת ההפסקה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63385/63385fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.</a>
5-CSRTT נמצא בשימוש נרחב בשל הגמישות שלו: על ידי שינוי הפרמטרים של עיצוב הניסוי, ניתן לחקור קטגוריות משנה שונות של תשומת לב. לדוגמה, בעוד שהחיה אמורה לחלק את תשומת הלב שלה על פני חמשת מפתחי הצמצם השונים (תשומת לב חזותית-מרחבית), השימוש בגירויים לא רלוונטיים (למשל, גירויים שמיעתיים) מאפשר בדיקה שלקשב סלקטיבי או מתמשך 1,2,5,6. לשם כך, ניתן להרחיב את מערך הניסוי על ידי הכללת רמקולים, שיכולים לשמש כמסייחי דעת או אפילו מחזקים גירויים 1,2,5,6. יתר על כן, ניתן לווסת את עומס הקשב ישירות על ידי שינוי הצגת הגירוי או אקראיזציה של משך ה- ITI10. ה-5-CSRTT לא רק משמש במכרסמים 3,7, אלא הותאם לאחרונה לבדיקת פרימטים לא אנושיים 1,7,8 ודגים 7,9, מה שמראה עוד יותר את היתכנותו. ארגז כלים 5-CSRTT הניתן להתאמה אישית מלאה מאפשר התאמה קלה של פרדיגמת המכרסמים הסטנדרטית למודלים אחרים של בעלי חיים. יתר על כן, גמישות ההתאמה האישית של ארגז הכלים 5-CSRTT מעודדת גם מחקר באמצעות עיצובי משימות לא סטנדרטיים.
ארגז הכלים 5-CSRTT הניתן להתאמה אישית מלאה המוצג כאן מכיל סקריפט Arduino לבקרת חומרה, המתוכנת בסביבת פיתוח משולבת. הוא מורכב גם מארגז כלים של Matlab (גרסה R2019b ומטה) לבקרת ניסויים. הפרוטוקול הבא מסביר כיצד להגדיר את ארגז הכלים של 5-CSRTT עם הפרדיגמה הסטנדרטית הנפוצה ומציג תצורות אופציונליות עבור פרדיגמות לא סטנדרטיות.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1200 Ohm Resistor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Already available in the lab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-bit 10 k&#937; digital potentiometer</td>
			<td>Microchip</td>
			<td>MCP42010-I/P</td>
			<td>From Conrad.de: 1083205</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARD MEGA2560 KIT Arduino - Mega 2560 R3 Lernset</td>
			<td>JOY-IT</td>
			<td>ARD-Set01</td>
			<td>From Reichelt.de: ARD MEGA2560 KIT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARD SHD MOTOR Arduino Shield - Motor</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>1438</td>
			<td>From Reichelt.de: ARD SHD MOTOR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARDUINO STACKABLE HEADER KIT - R3</td>
			<td>Sparkfun Electronics</td>
			<td>PRT-11417</td>
			<td>From Antratek.de: PRT-11417</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chow</td>
			<td>Altromin</td>
			<td>1324 N</td>
			<td>Altromin chow products</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Euro-Geh&#228;use</td>
			<td>Hammond Electronics</td>
			<td>1591EBK</td>
			<td>From Conrad.de: 520691</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Food pellets</td>
			<td>Bio-Serv</td>
			<td>F0021</td>
			<td>From Bio-serv.com: Dustless Precision Pellets Rodent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fritzing</td>
			<td>Interaction Design Lab Potsdam</td>
			<td></td>
			<td>Fritzing Software download</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Integrated Development Environment</td>
			<td>Arduino</td>
			<td></td>
			<td>Arduino IDE download (Freely available)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR Break Beam Sensor - 3mm LEDs</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>2167</td>
			<td>From Mouser.de: 485-2167</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptop or Computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED white round 5mm 2000mcd 20mA</td>
			<td>TruComponents</td>
			<td>1573731</td>
			<td>From Conrad.de: 1573731</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microswitch</td>
			<td>Hartmann</td>
			<td>MBB1 01 A 01 C 09 A</td>
			<td>From Conrad.com: 707243</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NeoPixel Stick - 8 WS2812 5050 RGB LEDs</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>1426</td>
			<td>From Reichelt.de: DEBO LED NP8 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive buzzer Speaker</td>
			<td>Conrad Components</td>
			<td>93038c213a</td>
			<td>From Conrad.de: 1511468</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pellet release disk</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Already available in the lab. Similar products depicted below. Keep in mind that some of these products make use of different (and stronger) motors and infrared sensors. The use of the microswitch (row 7) and the&#160; Arduino Motor Shield (row 3) need to be adapted to fit these new specifications. We recommend 3d printing the disk to work with the provided materials and software. 
			Carbatec universal base plate 
			Open Science Framework Open Feeder 
			Open Ephys 3d Model Food Pellet Dispenser 
			Campden Instruments 45mg pellet dispenser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Programming platform</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>R2019b or younger</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Psychtoolbox Software</td>
			<td></td>
			<td>V3</td>
			<td>Psychtoolbox-3 download</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spur GEAR-MOTOR with DC brush motor</td>
			<td>Micromotors</td>
			<td>B138F.12.208</td>
			<td>Micromotos Series B138F Technical data</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an open-source, fully customizable 5-choice serial reaction time task toolbox for automated behavioral training of rodents

מטלת זמן התגובה הסדרתית בת 5 האפשרויות (5-CSRTT) היא מבחן התנהגותי המשמש לעתים קרובות לחקר קשב חזותי-מרחבי ואימפולסיביות אצל מכרסמים. המשימה דורשת מבעלי חיים להקצות תשומת לב למערך אופקי של חמישה פתחים קטנים המצוידים במקורות אור, ובתוך חלון זמן מוגבל, לתקוע את האף בפתח מטרה מואר אחד כדי לקבל פרס מזון במחסנית המזון הממוקמת בקיר הנגדי של החדר. המשימה מתייחסת לאמצעי בקרה התנהגותיים כגון דיוק התגובה וזמני התגובה ומאפשרת להסיק תשומת לב סלקטיבית ואימפולסיביות. ניתן לשלוט בקושי המשימה על ידי שינוי משך הגירוי ועיצוב המשימה באופן כללי. מנגנון זמין מסחרית מורכב בדרך כלל מתא ניסוי ותוכנה מסוימת כדי לציין פרמטרים של משימה, אך בשל קשיחות קבועה ותוכנה, הם מציבים מגבלות רבות על שינויים בתכנון הניסוי הכללי ובדרישות המשימה הספציפיות ובפלט הנתונים הקשורים. מאמר זה מסביר חלופה הניתנת להתאמה אישית מלאה המבוססת על מיקרו-בקר לוח יחיד קל לשימוש ורכיבים אלקטרוטכניים סטנדרטיים, סקריפט Arduino בגישה פתוחה וארגז כלים Matlab לבקרת חומרה ומפרטי משימות התנהגותיים, בהתאמה. ארגז הכלים כולל הליך מדרגות אופציונלי, המאפשר אימון התנהגותי אוטומטי. הגדרת החומרה המלאה, הניתנת להתקנה בתאים מותאמים אישית, והתוכנה הניתנת להתאמה חופשית מעודדות תכנון משימות ותאים לא סטנדרטיים. תכנון המערכת והקוד הפתוח לבקרת חומרה והתקנת ניסויים מתוארים.

Watch this Scientific Journal Video about An Open-Source, Fully Customizable 5-Choice Serial Reaction Time Task Toolbox for Automated Behavioral Training of Rodents at JoVE.com

An Open-Source, Fully Customizable 5-Choice Serial Reaction Time Task Toolbox for Automated Behavioral Training of Rodents

הפרוטוקול הנוכחי מתאר את הפיתוח של ארגז כלים של משימת זמן תגובה סדרתי בן 5 אפשרויות פתוח עבור מודלים של בעלי חיים מכרסמים, תוך שימוש בארדואינו ובחומרה קשורה וארגז כלים רב-תכליתי של Matlab, כולל סקריפט אופציונלי לאימון התנהגותי אוטומטי. הסקריפטים ניתנים להתאמה אישית ומאפשרים יישום של עיצובי ניסוי ובדיקה שונים.

ארגז כלים לזמן תגובה סדרתי של 5 אפשרויות קוד פתוח וניתן להתאמה אישית מלאה של 5 אפשרויות לאימון התנהגותי אוטומטי של מכרסמים

The 5-choice serial reaction time task (5-CSRTT) is a behavioral test often used to study visuospatial attention and impulsiveness in rodents. The task ...

הפרוטוקול מספק ארגז כלים בקוד פתוח הניתן להתאמה אישית לאימון ולביצוע משימת זמן התגובה הטורית בת 5 האפשרויות. זהו מבחן התנהגותי מבוסס היטב לחקר תשומת לב חזותית-מרחבית ואימפולסיביות במכרסמים. היתרון העיקרי של ארגז הכלים הוא העלות הנמוכה ויכולת ההתאמה האישית שלו.הוא מספק גמישות גבוהה לגבי פרמטרי הגירוי הספציפיים ותצורת התגמול ומעודד עיצובי בדיקה לא סטנדרטיים. מטלת זמן התגובה הסדרתית בת 5 האפשרויות מספקת תובנות לגבי תהליכי הקשב, האימפולסיביות והכפייתיות במכרסמים. ארגז הכלים שלנו מאפשר הסתגלות קלה למודלים אחרים של בעלי חיים שאינם מכרסמים.זה גם מאפשר אילוף חצי אוטומטי של בעלי חיים על ידי הליך מדרגות אופציונלי. בסרטון, אנו מספקים מבוא שלב אחר שלב לשימוש בו. ההליך יודגם על ידי אווה סטריפלמן, סטודנטית לביולוגיה מהמעבדה שלנו.התחל על ידי פתיחת סביבת הפיתוח המשולבת הזמינה באופן חופשי או תוכנת IDE. עבור אל הכרטיסיות קובץ ופתח ולחץ על הסקריפט לשליטה בחומרה. לאחר מכן, חבר את המיקרו-בקר USB למחשב.בחצי השמאלי העליון של המסך, נווט אל הכלים כדי לבדוק אם פרטי הלוח והמעבד שנבחרו באופן אוטומטי תואמים ללוח המיקרו-בקר המחובר. לאחר אישור פרטי הלוח והמעבד המתאימים, לחץ על הכרטיסיה יציאה כדי לבחור את היציאה הזמינה. בחצי השמאלי העליון של המסך, לחץ על הלחצן אמת כדי לוודא שאין טעויות בסקריפט.בסיום, לחץ על הכרטיסיה העלה עם חץ כדי להעלות את הסקריפט ללוח המיקרו-בקרים. לאחר שתוודא שכל ארבעת הסקריפטים והפונקציות של פקד הניסוי ממוקמים באותה תיקיה, פתח את פלטפורמת התכנות ולחץ על סרגל הכלים הבית והגדר נתיב. לאחר מכן עבור אל לחצן הוסף תיקיה כדי לבחור את התיקיה המכילה את כל סקריפטי בקרת הניסוי.בסיום, לחץ על שמור כפתור וסגור את חלון הגדר נתיב. בכרטיסיה סרגל הכלים בית, הקש פתח כדי לפתוח את קבצי ה- Script והפונקציות. כדי להכין את ארגז הכלים להרגלה, בחר את סקריפט המשתמש שנפתח.לאחר אישור כי משתנה ההרגלה בשורה השביעית מוגדר כאמיתי, כתוב מספר בדקות על שורה שמונה כדי לקבוע מגבלת זמן להרגלה. בשורה התשיעית, כתוב מספר בין 0.01 לאחד כדי לבחור רמת בהירות עבור אור הגירוי. כדי להכין את ארגז הכלים להפעלת הניסוי, בחר את סקריפט המשתמש שנפתח וודא שהמשתנה בשורה השביעית מוגדר כשקרי.בשורה 12, הקלד את נתיב הספריות כדי לשמור באופן אוטומטי את נתוני הניסוי. ודא שקיימת ספרייה עם השם המדויק. לאחר מכן הקלד את זיהוי הנושא בשורה 13.לאחר מכן, ודא שהמשתנים בשורות 14 ו-15 מוגדרים כנכון. בסיום, הקלד מספר בשורה 16 כדי להגדיר גירסת ניסיון, ובשורה 17, כדי להגדיר מגבלת זמן בדקות כדי לעצור את התוכנית באופן אוטומטי. עבור התצורה של הפרמטרים עבור משימת זמן תגובה טורית סטנדרטית של 5 אפשרויות בחירה או פרדיגמת 5CSRTT, הזן ערך מספרי בשורה 45 התואם למספר הפתחים שניתן להאיר.המשתנה בשורה 46 צריך להיות מוגדר כפסאודורנדום או אקראי. הגדר את אורך משך הגירוי בשורה 47 בשניות. בדוק אם המשתנה בשורה 48 מסומן כסינגל והערך המספרי בשורה 49 הוא אחד.בשורה 50, הגדר את הבהירות של גירוי המטרה במספר. המשתנה בשורה 64 צריך להיות בינארי, ואילו בשורה 65, להיות לא תלוי. לאחר מכן הזן ערך מספרי בשורה 71 המתאים למספר כדורי המזון שישוחררו לאחר תקיעת אף נכונה.לחלופין, ניתן להגדיר נהלי מדרגות שונים המאפשרים אימון התנהגותי אוטומטי. בדוק אם המשתנה בשורה 26 מוגדר כנכון. לאחר מכן, בשורה 29, הקלד את שם הקבוצה הראשונה או השנייה.מאוחר יותר, בחר את פונקציית גרם המדרגות שנפתחה. הקלד את שם הקבוצה הראשונה בשורה הרביעית והקלד את שם הקבוצה השנייה בשורה 77. כדי לשנות את הקריטריונים של הקבוצה הראשונה לרמת האימון השנייה, הקלד אחד מהפרמטרים המחושבים בבדיקת הביצועים וערך מספרי נבחר בשורה 17.ניתן להוסיף או להחליף את הקריטריונים. כדי לשנות את הפרמטרים של הקבוצה הראשונה שיעודכנו ברמת האימון השנייה, לדוגמה, משך הזמן של פסק זמן, הקלד את הפרמטר וערך מספרי נבחר בשורה 19. המשך בהתאם אם הקבוצה השנייה של נושא מוגדרת.לפני תחילת האימונים ההתנהגותיים, בעלי החיים צריכים להתרגל לחדר. ארגז הכלים מספק פרוטוקול הרגלה. כדי להתחיל את סשן ההרגלה, הכינו את חדר האופרנטים על ידי הצבת שני כדורי מזון מתגמלים בכל אחד מהפתחים.הדביקו את דלת הדש של המגזין כדי להישאר פתוחים לשלב ההרגלה הראשון. בשלב ההרגלה השני, הסר את הקלטת על דלת דש המגזין. הכינו את חדר האופרה על ידי הנחת חמישה כדורי מזון בדלת המגזין.לפני שתתחילו את האימונים הניסיוניים, נקו את הקירות והרצפה של חדר האופרה. כאשר ההתקנה מוכנה, בחר את סקריפט המשתמש שנפתח, ודא שתיאור COM בשורה 75 תואם ליציאה הזמינה שנבחרה. אם התיאור אינו תואם, שנה את הערך המספרי בסקריפט הבקרה הניסיוני.מניחים את החולדה בחדר. בסקריפט המשתמש שנפתח, לחץ על הכרטיסיה סרגל הכלים של העורך לפני שתבחר בלחצן ההפעלה הירוק הפעל. בדוק אם התוכנית פועלת כראוי על-ידי קריאת פרטי חלון הפקודה.לאחר מכן, ארגז הכלים יתחיל את המשימה כפי שהוגדרה קודם לכן על-ידי המשתמש. הפעלת הניסוי תיעצר באופן אוטומטי לאחר הניסוי או מגבלת הזמן שצוינו. אם בעל החיים מגיע לרמת ביצועים מוגדרת מראש לפני סיום ההפעלה והמשתמש הגדיר הליך מדרגות, ארגז הכלים יטען את רמת האימון הבאה וימשיך את האימון עם ההגדרות החדשות.הרמה תיטען באופן אוטומטי בתחילת האימון הבא. כדי לעצור את הניסוי, הקש על מקש Escape בלוח המקשים של המחשב. כאשר ההודעה מופיעה בתצוגת חלון הפקודה, הקלד Y ולחץ על מקש Enter בלוח המקשים של המחשב כדי לעצור את ההפעלה הנוכחית ולשמור את הנתונים שנרכשו.לאחר מכן יוצג באופן אוטומטי גרף פשוט עם הסקירה הכללית של ההפעלה. 10 חולדות עם ברדסים של ליסטר אומנו באמצעות ארגז הכלים של 5 אפשרויות המשימה לזמן תגובה סדרתי. מספר המפגשים שהושקעו ברמת האימון על ידי כל חולדה נותח ונקבע הממוצע בכל הנבדקים.השונות בין הנבדקים הייתה המשמעותית ביותר ברמות הראשוניות וירדה ברמות מאוחרות יותר. ברמה הרביעית, כאשר הקריטריונים השתנו כך שיכללו סף למדדי ביצועים, מספר המפגשים הממוצע שהושקעו והשונות בין החולדות עלו, כאשר לשתי חולדות לקח חמישה ושישה ימים לסיים את הרמה. עם זאת, כל החולדות הגיעו לרמה השמינית תוך 14 עד 22 מפגשים.הניתוח הייצוגי מראה את הביצועים הממוצעים של הנבדקים לכל רמת אימון ולאורך כל ימי האימון במנגנון 5CSRTT. אחוז הדיוק ואחוז הפליטה חושבו ונקבע המספר הכולל הממוצע של תגובות נכונות בכל הניסויים בכל רמה. כל הנבדקים השיגו דיוק סופי ברמות האימון השמינית והאחרונה של יותר מ-60% נבדקים רבים השיגו דיוק של כ-80%.ארגז הכלים של משימות זמן התגובה הטורי בן 5 האפשרויות ניתנות להתאמה אישית מלאה ולגישה פתוחה. הוא מספק אפשרויות רבות נוספות לציון תצורת הגירוי ותכנון המשימה וקבוצה מקיפה של נתונים התנהגותיים מוקלטים. ארגז הכלים מאפשר לחקור גרסאות לא סטנדרטיות של פרדיגמת זמן התגובה הסדרתית של 5 אפשרויות, לדוגמה, כדי לקבל תובנות עמוקות יותר על תהליכי קבלת החלטות או לתגמל התנהגות הקשורה.

Research

JoVE Journal

Behavior

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

מכרסמים אוויר פרוטוקול אוטומטי לחלוטין עבור הסנסורית אינטגרציה וניסויי בקרה קוגניטיבית

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

תגובת 5-Choice הסידורי זמן משימה: משימה של תשומת לב ודחף בקרה למכרסמים

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

A Dual Task Procedure Combined with Rapid Serial Visual Presentation to Test Attentional Blink for Nontargets

הליך משימה כפולה בשילוב עם מצגת חזותית סידורי מהירה לבדיקת קשב בלינק לNontargets

When viewers search for targets in a rapid serial visual presentation (RSVP) stream, if two targets are presented within about 500 msec of each other, the ...

Experimental Assessment of Mouse Sociability Using an Automated Image Processing Approach

ההערכה הניסויית של עכבר חברותי בגישת עיבוד תמונה אוטומטית

Mouse is the preferred model organism for testing drugs designed to increase sociability. We present a method to quantify mouse sociability in which the ...

Combined Shuttle-Box Training with Electrophysiological Cortex Recording and Stimulation as a Tool to Study Perception and Learning

שילוב הסעות-Box הדרכה עם אלקטרו Cortex הקלטה וגירוי ככלי לחקר תפיסה ולמידה

Shuttle-box avoidance learning is a well-established method in behavioral neuroscience and experimental setups were traditionally custom-made; the ...

An Unpredictable Chronic Mild Stress Protocol for Instigating Depressive Symptoms, Behavioral Changes and Negative Health Outcomes in Rodents

פרוטוקול מתח מתון כרוני בלתי צפוי לתסמיני דיכאון ייזום, שינויים התנהגותיים ותוצאות בריאותיות שליליות במכרסמים

Chronic, unresolved stress is a major risk factor for the development of clinical depression. While many preclinical models of stress-induced depression ...

Feeding Experimentation Device (FED): Construction and Validation of an Open-source Device for Measuring Food Intake in Rodents

Feeding Experimentation Device FED: Construction and Validation of an Open-source Device for Measuring Food Intake in Rodents

האכלת התקני ניסויים (FED): בנייה ותיקוף של התקן קוד פתוח עבור מדידת צריכת מזון במכרסמים

Food intake measurements are essential for many research studies. Here, we provide a detailed description of a novel solution for measuring food intake in ...

The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

The "Motor" in Implicit Motor Sequence Learning: A Foot-stepping Serial Reaction Time Task

"מנוע" במנוע מרומזת רצף למידה: תגובת טורי צועד ברגל זמן פעילות

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that ...

An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in  Free Moving Rodents

T-maze אוטומטית המבוסס על המנגנון ופרוטוקול לניתוח עיכוב מאמץ מבוססות החלטות בחולדות העברה חינם

Many neurological and psychiatric patients demonstrate difficulties and/or deficits in decision making. Rodent models are helpful to produce a deeper ...