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

Julia Morais Gancz; Nada El Jundi; Eva Strippelmann; Michael Koch; Detlef Wegener

doi:10.3791/63385

JoVE Journal > Behavior

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Verhalten

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

Published: January 19, 2022

doi:

10.3791/63385

Julia Morais Gancz¹, Nada El Jundi², Eva Strippelmann², Michael Koch², Detlef Wegener¹

¹Cognitive Neurophysiology Department, Brain Research Institute,University of Bremen, ²Neuropharmacology Department, Brain Research Institute,University of Bremen

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 למשך^זמן 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.

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. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

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 של^קשב 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.

Protocol

הליך הניסוי בפרוטוקול זה בוצע בעקבות המלצות הנחיית האיחוד האירופי 2010/63 לרווחת בעלי חיים ניסיוניים ובהתאם לחוק רווחת בעלי החיים שהוציאה הממשלה הפדרלית של גרמניה ואושרה על ידי הרשויות המקומיות. מכיוון שהמחקר דרש רק הכשרה התנהגותית, לא הומתו בעלי חיים, וכולם הוחזקו בגידול לאחר שהמחקר נערך. המחקר נערך באמצעות עשר חולדות ליסטר עם ברדס זכרים (בני 4 חודשים בתחילת האימון ההתנהגותי). 1. שיכון בעלי חיים, גידול וטיפול בהם חולדות בית יחד עם עד חמישה חברי המלטה בכלוב סטנדרטי עם חומר מצעים מתאים, על פי המלצות הוועדה לרווחת בעלי החיים שלכם. השאירו את החולדות בחדר מאוורר עם טמפרטורה מבוקרת של 20 ± 2 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של מקסימום 50% עם מחזור אור/חושך של 12:12 שעות, או בהתאם להמלצות הוועדה לרווחת בעלי החיים שלכם. הגבילו את הגישה למזון (12 גרם צ’או ביום לחולדה, ראו טבלת חומרים) וספקו גישה בלתי מוגבלת למים. סמן את זנבות החיות באמצעות טוש דיו קבוע שאינו רעיל. לפני תחילת הניסוי ההתנהגותי, טפלו בחולדות במשך שבוע לפחות עד שהן רגילות להיות מטופלות על ידי נסיינים, והציגו את החולדות לכדורי המזון המתגמלים כדי להפחית את הניאופוביה של המזון. 2. הכנת החומרה ותוכנת הבקרה פתח את תוכנת סביבת הפיתוח המשולבת (IDE) הזמינה באופן חופשי (ראה טבלת חומרים). לחץ על קובץ > פתח ולחץ על הסקריפט לבקרת חומרה (קובץ משלים 1). חבר את המיקרו-בקר USB למחשב. בדוק אם פרטי הלוח והמעבד שנבחרו באופן אוטומטי תואמים ללוח המיקרו-בקר המחובר על-ידי לחיצה על כלים בחצי השמאלי העליון של המסך. בחר את פרטי הלוח והמעבד המתאימים, ולחץ על יציאה כדי לבחור את היציאה הזמינה. בחצי השמאלי העליון של המסך, לחץ על סקיצה > כלול ספריה > ניהול ספריות. בחלון מנהל הספרייה שנפתח לאחרונה, הקלד את המונח “מגן מנוע Adafruit V2” בסרגל החיפוש ולחץ על לחצן התקן בספריה המתאימה. חזור על אותו תהליך עבור מונח החיפוש “Adafruit Neopixel”. בחצי השמאלי העליון של המסך, לחץ על אמת (הכפתור עם סימן ביקורת) כדי לוודא שאין טעויות בסקריפט. לחץ על העלה (הכפתור עם חץ ימינה) כדי להעלות את הסקריפט ללוח המיקרו-בקרים. 3. הכנת תוכנת בקרת הניסויים ודא שכל ארבעת הסקריפטים והפונקציות לבקרת ניסויים ממוקמים באותה תיקיה. פתח את פלטפורמת התכנות, לחץ על הכרטיסיה סרגל הכלים HOME בחצי העליון של המסך ולחץ על הגדר נתיב. לחץ על הוסף תיקיה ובחר את התיקיה המכילה את כל סקריפטי בקרת הניסוי. לחץ על שמור וסגור את החלון הגדר נתיב . לחץ על פתח בכרטיסיית סרגל הכלים HOME בחצי העליון של המסך ופתח את הסקריפטים והפונקציות הבאים: משתמש (קובץ משלים 2), גרם מדרגות (קובץ משלים 3) ו – DataProc (קובץ משלים 4). בצע את ההוראות להורדה והתקנה של תוכנת Psychtoolbox כדי לאפשר את הפונקציונליות של לחצן ESC המשמשת את ארגז הכלים (ראה טבלת חומרים לקישור הגישה). 4. תצורה של פרמטרים המשמשים בארגז הכלים 5-CSRTT הכן את ארגז הכלים להרגלה.הערה: איור 2 מייצג את מנגנון 5-CSRTT המשמש למחקר הנוכחי. בחר את קובץ ה- Script של המשתמש שנפתח. ודא שמשתנה ההרגלה בשורה 7 מוגדר כ’נכון’. כתוב מספר בדקות (למשל ’30’ במשך 30 דקות) בשורה 8 כדי לקבוע מגבלת זמן להרגלה. בשורה 9, כתוב מספר בין 0.01 ל-1 (בהירות מלאה) כדי לבחור רמת בהירות עבור אור הגירוי.הערה: רמת הבהירות שבה נעשה שימוש בפרוייקט זה מוגדרת ל- 0.2. לערוך את הניסוי ההתנהגותי (שלב 5). הכינו את ארגז הכלים למפגש הניסוי.בחר את קובץ ה- Script של המשתמש שנפתח. ודא שהמשתנה בשורה 7 מוגדר כ’לא נכון’. בשורה 12, הקלד את נתיב הספרייה שבו נתוני הניסוי יישמרו באופן אוטומטי (לדוגמה, ‘C:\Users\trainer\Desktop\5CSRTT’). ודא שקיימת ספרייה עם שם מדויק זה. הקלד את זיהוי הנושא בשורה 13 (למשל ‘red1′). ודא שהמשתנה בשורה 14 מוגדר כ’אמת’, כך שהנתונים שנוצרו יישמרו באופן אוטומטי בנתיב הספרייה. ודא שהמשתנה בשורה 15 מוגדר כ’אמיתי’ והקלד מספר בשורות 16 ו- 17 כדי להגדיר מגבלת ניסיון וזמן (במינימום), בהתאמה, ולאחר מכן התוכנית תיפסק באופן אוטומטי. הגדר את הפרמטרים עבור פרדיגמה סטנדרטית של 5-CSRTT. בדוק אם המשתנה בשורה 32 מוגדר כ’נכון’ עבור מסירת גלולות בחינם לפני תקופת הניסיון הראשונה. הגדר את המשתנה בשורה 33 כ’נכון’ כדי להבטיח כניסה למגזין לפני תחילת כל ניסיון. בדוק אם המשתנה בשורה 34 מוגדר כ’מוגדר’ והקלד מספר בשורה 35 כדי לציין את אורך ה- ITI בשניות. ודא שהמשתנה המוגדר בשורה 37 מוגדר כ’נכון’, כך שניסויים עם תשובות מוקדמות לא ישפיעו על מגבלת הניסוי של הפגישה. הקלד ערך מספרי בשורה 38 שיגדיר את אורך ההחזקה המוגבלת (LH) בשניות. ודא שהמשתנה בשורה 39 מוגדר כ’אין’ והמשתנה בשורה 40 מוגדר כ’לא נכון’. הקלד מספר בשורה 41 כדי להגדיר את אורך TO תוך שניות ולוודא שהמשתנה בשורה 42 מוגדר כ’לא נכון’. הקלד ערך מספרי בשורה 45 המתאים למספר הפתחים שניתן להאיר (לדוגמה, ‘5’). ודא שהמשתנה בשורה 46 מוגדר כ’פסאודו-דוראנדום’ או ‘אקראי’ והקלד מספר בשורה 47, וקבע את אורך ה-StD תוך שניות. בדוק אם המשתנה בשורה 48 מוגדר כ’יחיד’ והערך המספרי בשורה 49 הוא ‘1’. בשורה 50, הקלד מספר כדי להגדיר את הבהירות של גירוי המטרה. בדוק אם המשתנים בשורות 64 ו- 65 מוגדרים כ’בינאריים’ ו’לא תלויים’, בהתאמה. הקלד ערך מספרי בשורה 71 המתאים למספר כדורי המזון שישוחררו לאחר נקישת אף נכונה. לערוך את הניסוי ההתנהגותי (שלב 5). הגדר את הפרמטרים עבור פרדיגמה לא סטנדרטית של 5-CSRTT.הערה: כל השלבים המתוארים בתת-סעיף זה הם אופציונליים.אם יש צורך בבדיקת ביצועים אוטומטית לשימוש בהליך האימון האוטומטי של גרם המדרגות, ודא שהמשתנה בשורה 18 מוגדר כ’נכון’ והקלד ערך מספרי בשורה 20 המגדיר את תדירות בדיקת הביצועים. הקלד מספר בשורה 21 כדי להגדיר את מספר הניסויים המינימלי שיש להשלים במהלך ההפעלה הנוכחית לפני חישוב ביצועי הנבדק. ודא שהמשתנה בשורה 21 מוגדר כ’כל’ כך שכל הניסויים של ההפעלה הנוכחית ייכללו בבדיקת הביצועים. ודא שהמשתנה בשורה 22 מוגדר כ’אמיתי’, כך שהתוכנית תעדכן את הפרמטרים של ההפעלה הנוכחית כך שיתאימו להפעלה שהושלמה בעבר. בשורה 23, הקלד ‘האחרונה’ כדי לקבוע שההפעלה האחרונה תועלה.הערה: התוכנית תעדכן את הפרמטרים בהתבסס על מפרטים בפונקציה “גרם מדרגות”, ויקפוץ לרמה שהושלמה בעבר. ניתן גם לבחור ערכת נתונים ספציפית שיש להעלות על ידי הקלדת הנתיב המדויק לקובץ הנתונים עם הסיומת “.mat”. אם האימון ההתנהגותי האוטומטי רצוי, ודא שהמשתנה בשורה 26 מוגדר כ’נכון’. הקלד ערך מספרי בשורות 27 ו- 28 כדי להגדיר את רמת האימון מלכתחילה ואת המספר הכולל של הרמות הזמינות, בהתאמה. אם חלוקה של קוהורטות רצויה, הקלד שם (לדוגמה, ‘קבוצה1’) בשורה 29 המציין את הקבוצה.הערה: כל קבוצה יכולה להשתמש בערכה משלה של רמות אימון וקריטריונים לעדכוני רמות. הפרמטרים עבור כל קבוצה מוגדרים בפונקציה “גרם מדרגות” (שלב 4.2.8.). בשורה 34, הקלד ‘אקראי’ אם רצוי משך ITI אקראי. הקלד מרווח מספרי (לדוגמה, ‘[0,2]’) כדי להגדיר את המרווח המכיל מספר אקראי שיתווסף למשך ה- ITI הקבוע. כדי להבטיח שניסויים עם תגובות מוקדמות ישפיעו על מגבלת הניסוי של הפגישה, הקלד ‘false’ בשורה 37. כדי להגדיר חלון זמן שבמהלכו ייספרו פקקי אף נוספים כתשובות מתמידות, הקלד ערך מספרי בשורה 39. הקלד ‘נכון’ בשורה 40 כדי שתשובות מוקדמות יעוררו פסק זמן. כדי להגדיר קבוצות שונות של מפתחי הצמצם של המטרה, הקלד ‘שכן’, ‘הוזז’ או ‘כל’ בשורה 48. הקלד ערך מספרי בשורה 49, המגדיר את המספר הכולל של מפתחי הצמצם של היעד. אם רצויים גירויים מעומעמים, הקלד ערך מספרי בשורות 51 ו- 52, והגדר את המספר הכולל של פתחים מעומעמים ואת בהירותו, בהתאמה. אם יש צורך בפליטת צליל קצר (טון C4, 262 הרץ (סימון פסיעה מדעי)) לפני הצגת הגירוי, ודא שהמשתנה בשורה 55 מוגדר כ’נכון’. הקלד ערכים מספריים בשורות 56, 57 ו- 58 כדי להגדיר את חלון הזמן (באלפיות השנייה) בין הטון להצגת הגירוי של הדובר, משך הטון (באלפיות השנייה) ונפח הטון (מספרים בין 0 (ללא צליל) ל- 1 (נפח מלא) מותרים). אם יש צורך בפליטה של צליל קצר (טון C6, 1047 הרץ) לאחר עקיצה מוצלחת של האף, ודא שהמשתנה בשורה 59 מוגדר כ’נכון’. הקלד ערך מספרי בשורות 60 ו- 61 המגדירים את משך הטון (באלפיות השנייה) ואת נפח הטון (מספרים בין 0 (ללא צליל) ל- 1 (נפח מלא) מותרים). אם יש לתגמל תגובות במפתחי צמצם מוארים מעומעמים, ודא שהמשתנה בשורה 64 מוגדר כ’לא בינארי’. הקלד ערך מספרי בשורה 73 כדי להגדיר את מספר כדורי המזון המועברים עבור פקקי אף במפתחי צמצם מוארים מעומעמים. אם אתם משתמשים ביותר ממתקן כדוריות אחד, הקלידו את מספר המנוע המתאים בקווים 70 ו-72 עבור פקקי אף במפתחי צמצם מטרה ובמפתחי צמצם מוארים מעומעמים.הערה: מספר המנוע יכול להיות 1 או 2. מסופי ההברגה המתאימים של מגן המנוע M3 ו- M4 מוגדרים בסקריפט לבקרת חומרה. אם יש צורך בדירוג התגמול על סמך זמן התגובה, ודא שהמשתנה בשורה 65 מוגדר כ’תלוי’. הגדר את התלות של פקקי אף במפתחי צמצם של מטרה על ידי הקלדת ערכים מספריים בשורה 67 שיחלקו את זמן התגובה (בשניות), את המספר המוטורי ואת מספר כדורי המזון שיועברו לקטגוריות שונות, כך שמרווח זמן תגובה ספציפי יתאים למספר מנוע נבחר ולמספר הכדורים. הקלד מספרים בשורה 68 כדי להגדיר קטגוריות שונות עבור זמן תגובה (תוך שניות), מספר מנוע ומספר כדורי מזון שיסופקו עבור פקקי אף במפתחי צמצם מוארים מעומעמים. הגדר את פונקציית המדרגות על-ידי ביצוע השלבים הבאים.הערה: שלב זה הוא אופציונלי. בחר את פונקציית גרם המדרגות שנפתחה. בשורה 4, הקלד את שם הקבוצה הראשונה (לדוגמה, ‘קבוצה1’). אם רלוונטי, הקלד את שם הקבוצה השנייה (לדוגמה, ‘קבוצה2’) בשורה 77. כדי לשנות את הפרמטרים עבור רמת האימון השנייה עבור הקבוצה הראשונה, הקלד אחד מהפרמטרים המחושבים בבדיקת הביצועים בשורה 17 (לדוגמה, PerformanceCheck.NumCorrect >= 30 אם הקריטריונים עונים נכון על 30 פקקי אף).הערה: אל תשנה את הפרמטר “Config_trigger == 2” בעת שימוש בטעינה האוטומטית של ההפעלה הקודמת (שלב 4.2.7.2.2.). בשורה 19, הקלד משתנה שברצונך לעדכן וערך מספרי אם רלוונטי (לדוגמה, ‘Config.LED.StimDuration = 30’ כדי להגדיר את אורך ה- StD ל- 30 שניות).הערה: ניתן לבחור באופן חופשי את מספר הפרמטרים שיש לשנות ואת הערך החדש שלהם. הדרישה היחידה היא שיש להקליד את הפרמטר שיש לעדכן אחרי המשתנה ‘UpdateTrigger = 1’ בכל רמה שהעדכון רצוי. הגדר את הפונקציה “DataProc”. בחר את הפונקציה DataProc שנפתחה. אם יש לשרטט גרף עם הסקירה הכללית של ההפעלה ולשמור אותו באופן אוטומטי, הקלד את הפקודות עבור העלילה הרצויה משורה 83 ואילך.הערה: הפקודות הנוכחיות בשורה 83 ואילך מתארות סקירה כללית של תוצאת ההפעלה וכמה אמצעי בקרה נחוצים כגון המספר הכולל של תשובות מוקדמות או מספר הדחיפה של לוח המזון במהלך ITI. 5. ניסוי התנהגותי העבירו את כלוב החולדות מהוויבריום לחדר הניסויים לפחות 30 דקות לפני ההרגלה או פגישת הניסוי כדי להכיר את בעלי החיים לחדר הבדיקה. לסשן ההרגלה, הכינו את תא האופרה על ידי הנחת שני כדורי מזון מתגמלים בכל אחד מפתחי הצמצם וחמישה כדורי מזון בדלת המגזין. קביעת התצורה של הפרמטרים עבור ההפעלה על-ידי ביצוע שלבים 2-4.1.הערה: תא האופרנט ששימש לפרוטוקול זה היה תיבת PVC של סקינר ששונתה עם מידות 30 x 30 x 45 ס”מ.הערה: עבור שלב ההרגלה הראשון, הדביקו את דלת דש המגזין כדי להישאר פתוחה. לשלב ההרגלה השני, הסר את הקלטת על דלת דש המגזין. בחר את קובץ ה- Script של המשתמש שנפתח. ודא שתיאור ‘COM’ בשורה 75 תואם ליציאה הזמינה שנבחרה בשלב 2.2. אם הוא אינו תואם, שנה את הערך המספרי בסקריפט בקרת הניסוי (לדוגמה, מ-‘COM3’ ל-‘COM4’). הניחו בעדינות את החולדות בחדר. בסקריפט המשתמש שנפתח, לחץ על הכרטיסיה סרגל הכלים של העורך בחצי העליון של המסך ולאחר מכן לחץ על כפתור ההפעלה הירוק הפעל. בדוק אם התוכנית פועלת כראוי על-ידי קריאת המידע “חלון הפקודה”. כדי לעצור את הניסוי בכל עת, הקש על מקש הבריחה ESC במקלדת המחשב. המתן עד שהודעה תופיע בתצוגת חלון הפקודה. הקלד “y” ולחץ על מקש Enter בלוח המקשים של המחשב כדי לעצור את ההפעלה הנוכחית ולשמור את הנתונים שנרכשו. כאשר מגיעים לזמן ההרגלה או לזמן ההפעלה או למגבלת הניסיון (שלב 4.1.1 או 4.2.5, בהתאמה), בדוק את ההודעה שמופיעה בתצוגת חלון הפקודה. הקלד “y” והקש על מקש Enter בלוח המקשים של המחשב כדי לעצור את ההפעלה הנוכחית.הערה: ההודעה תוצג רק בתחילת ניסוי חדש ותפסיק את הפגישה המתמשכת עד שתוקלד תשובה (“y” כדי להפסיק את ההפעלה או “n” כדי להמשיך את הניסוי). במקרה של מפגש הרגלה, בדקו אם החולדה צרכה את כל כדורי המזון. חזור על שלב ההרגלה עד שכל הכדורים נצרכים לפני שתתקדם לשלב ההרגלה הבא או, לאחר השלב השני, התחל את אימון 5-CSRTT. לאחר הפגישה, נקו את הקירות והרצפה של החדר האופרנטי, למשל, עם תמיסת אתנול 70% ומגבת נייר. לפני הצגת החולדה הבאה, יש להמתין 2-3 דקות עד שריח האתנול יתפוגג. בסיום יום הניסוי, נתקו את המיקרו-בקר USB מהמחשב. לחלופין, סגור את שני הסקריפטים לבקרת חומרה וניסויים.

Representative Results

איור 2: מנגנון 5-CSRTT המשמש למחקר הנוכחי. המנגנון פועל על מחשב נייד המצויד בארגז הכלים 5-CSRTT, המספק סקריפט לשליטה במיקרו-בקר ובכל הציוד הקשור אליו וסקריפטים מרובים לשליטה בניסוי 5-CSRTT. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. ארגז הכלים הניתן להתאמה אישית מלאה הוא קל לשימוש ומבוסס על מיקרו-בקר לוח יחיד ורכיבים אלקטרוטכניים סטנדרטיים. איור 3 מציג מעגל פשוט ודיאגרמת חיווט. כל הצמצם מורכב מ-5 נוריות LED כגירויים קלים וחמישה חיישני אינפרא אדום לזיהוי פקקי אף. תאורת הבית מורכבת מרצועה אחת עם שמונה נוריות LED, ומגזין האוכל עשוי מפתח צמצם עם דלת דש עם מתג מיקרו, מתקן כדוריות מונע מנוע ורצועה עם שמונה נוריות LED לתאורה. המעגל גם מדגים חיבורים לרכיבים אופציונליים כגון רמקול זמזם פסיבי למשוב שמיעתי ופוטנציומטר דיגיטלי להתאמת עוצמת הקול. לקבלת רשימה של הציוד המשמש לפיתוח ארגז כלים זה, ראה טבלת חומרים. איור 3: מעגל פשוט יותר של חומרת המיקרו-בקר. כדי להיות ניתן להתאמה אישית בקלות ובמהירות, ציוד המיקרו-בקרים מחובר באמצעות לוח לחם. משמאל למעלה לשמאל למטה, בכיוון השעון: לוח מיקרו-בקר מחובר למגן מנוע ולמנוע DC (המייצג את מנוע מתקן הכדורים). מימין נמצאים פסי ה-LED הן עבור אורות הבית והן עבור אורות מגזין המזון, ובאמצע נמצאות כל חמש נוריות ה-LED הלבנות עבור אור הגירוי וחמשת זוגות חיישני האינפרא-אדום המשמשים במפתחי הצמצם. מתחת ללוח המיקרו-בקרים נמצא מיקרו-מכשפה פשוטה (המייצגת את המתג המשמש בדלת דש מגזין המזון). לבסוף, רמקול זמזם פסיבי ופוטנציומטר דיגיטלי מתוארים באמצע. תמונה זו נעשתה באמצעות תוכנת הקוד הפתוח פריצינג. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. איור 4: קישור ופונקציות של כל הרכיבים של סקריפטי בקרת הניסוי והדיאגרמה הפשוטה של פונקציית “קוד”. (A) הסקריפט “משתמש” שולח את הפרמטרים שלו לפונקציית “קוד”, אשר בתורה מקשרת ישירות לפונקציית “גרם המדרגות”, ומאפשרת לו לעדכן כל פרמטר המשמש בפונקציית “קוד” בזמן שהניסוי נמשך. הפונקציה “קוד” שולחת את תוצאותיה לפונקציה “DataProc” בסוף ההפעלה. (B) לפני תחילת הפעלת ניסוי, הפונקציה “קוד” בודקת תחילה אם היא אמורה להתחיל את פרוטוקול ההרגלה. אם לא, הוא מגדיר את הפרמטרים בהתבסס על ההגדרות שנבחרו בסקריפט “משתמש”. לפני שכל גירסת ניסיון מתחילה, הפונקציה בודקת אם מקש ESC במקלדת נלחץ. אם לא, זה ממשיך עם משפט חדש. אחרת, הוא מפסיק את הפעלת הניסוי ומעביר את הנתונים שנאספו לפונקציה DataProc. בדיקה קריטית זו לפני כל תחילת ניסיון מאפשרת לתוכנית להפסיק לפני שמגיעים למגבלת זמן כלשהי שנבחרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. ניתן לראות אינטראקציות בין סקריפטים שונים לבקרת ניסויים באיור 4A. הסקריפט “משתמש” כולל את כל הפרמטרים המגדירים את הניסוי. שם, משתנים הקובעים את תזמון הניסוי, מספרו ובהירותם של גירויים מוארים, משך ITI וכדומה יכולים להיבחר באופן חופשי. פונקציית הקוד (קובץ משלים 5) כוללת תיאור מפורט של ניסוי יחיד ושל כל התוצאות האפשריות, החוזרות על עצמן לאורך הניסוי, כפי שמוצג באיור 4B. יתר על כן, הוא מורכב מפרוטוקול להרגלת החיה למנגנון. פונקציית הקוד גם בודקת באופן קבוע את ביצועי החיה. יתר על כן, פונקציית המדרגות היא אופציונלית. ביצועי הנבדק מושווים לקריטריונים שנקבעו בעבר, והפרמטרים הרצויים מתעדכנים באופן אוטומטי אם ביצועי החיה עומדים בקריטריונים אלה. פונקציית המדרגות עשויה לשקול גם את התוצאות שנרכשו מהמפגש של היום הקודם. בזמן שהניסוי פועל, בדיקת ביצועים בסוף ניסוי תחשב את הדיוק, ההשמטות והמספר הכולל של התגובות הנכונות של הניסויים שהושלמו ותשווה את התוצאה עם הקריטריונים הרצויים לעדכון רמה, כמפורט בפונקציית המדרגות. לבסוף, הפונקציה DataProc מעבדת את כל הנתונים שנאספו ויוצרת גרפים פשוטים לניתוח מהיר. בסוף הפעלה, ארגז הכלים שומר באופן אוטומטי את כל הנתונים בקובץ *.mat ומייצר קובץ *.xlsx נוסף עם המידע החיוני מהניסוי. איור 5: דוגמה לתצורות גירוי שונות של ארגז הכלים 5-CSRTT. הדיאגרמה מדגימה שילובים אפשריים של גירויי מטרה בתלות בתצורה שנבחרה. הן תצורות “כל” והן “יחיד” משמשות בפרדיגמה הסטנדרטית (עבור ההרגלה והניסוי ההתנהגותי). התצורות “שכן” ו”הוזז” מציגות תצורות גירוי לא סטנדרטיות, המאפשרות שימוש במספרים אחרים של גירויים מוארים, שגם להם עשוי להיות ניגוד שונה מגירוי המטרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. שלב הפרוטוקול 4.2.7.7 מזכיר תכונה אופציונלית: שינוי הקיבוץ של מפתחי הצמצם של המטרה. פרדיגמת 5-CSRTT הסטנדרטית עושה שימוש בגירוי מטרה אחד ויחיד. כאן אנו מדגימים כיצד ארגז הכלים המוצג מאפשר שינויים של הפרדיגמה הסטנדרטית. איור 5 מציג כמה שילובי קבוצות אפשריים מתוך חמישה צמצם בסך הכל הנוגעים לתצורה שנבחרה. תצורת “הכל” מאירה את כל פתחי הצמצם הזמינים כך שכל מפתח צמצם הוא כעת מפתח צמצם מטרה, מה שיכול להיות מועיל בשלבי האימון הראשוניים. תצורת השכנים מוודאת שהמספר (שנבחר באופן חופשי) של מפתחי הצמצם של המטרה יהיה שכן זה לזה. ניתן לציין הגדרות כך שהשכנים לא יהיו זהים עם מפתח הצמצם של המטרה אלא יוארו בניגודיות נמוכה יותר (או אפילו גבוהה יותר). השימוש במפתחי צמצם עם ניגודי תאורה שונים מאפשר לבחון פרדיגמות חדשות, כגון שימוש בתגמולים מדורגים שונים עבור פקקי אף במפתחי הצמצם בעלי הניגודיות הגבוהה או הנמוכה. איור 5 מציג דוגמה עם שלושה פתחי צמצם למטרה עם תאורה זהה. התצורה היחידה משמשת בדרך כלל בתקן 5-CSRTT, שבו מוארת רק מטרה אחת. לבסוף, התצורה שהוזזה מרחיבה את תצורת השכן. הוא מזיז את גירוי השכן לכיוון הצמצם האחרון או הראשון במקרה שמפתח הצמצם של המטרה נמצא במיקום הראשון או האחרון, בהתאמה. כמו בתצורת השכנים, ניתן לבחור באופן חופשי את חוזק ההארה של השכנים, בהיותו זהה או שונה ממפתח הצמצם של המטרה. כמו כן, ניתן לבחור באופן חופשי את מספר הגירויים המוארים הכוללים. לאחר מכן, ארגז הכלים מחשב את כל הגירויים האפשריים באופן אוטומטי. עם זאת, הפרמטר “Config.LED.NumHighLED” חייב להיות מוגדר “1” עבור תצורה זו. בעקבות הפרוטוקול, אימון החולדות (N = 10) עבור 5-CSRTT בוצע על פי שלבי האימון שהוצגו בטבלה 1. טבלה 1: לוח זמנים לאימונים של 5-CSRTT וקריטריונים למעבר לשלב הבא. (A) המרווח בין הניסויים נשמר קבוע ב-5 שניות בכל רמת אימון. (B) משך גירוי לכל רמת אימון. (C) חלון זמן מוגבל של החזקה (LH), הזמן המרבי הנסבל בין הגירוי כבוי לבין כל תגובה של עקיצה באף. (ד) המספר הכולל של התגובות הנכונות הדרושות כדי לעבור את רמת האימון המתאימה. (ה) אחוז הדיוק מחושב כ- . (ו) אחוז טעויות ההשמטה מוגדר כ- . קריטריון זה אינו כולל תגובות מוקדמות. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. הביצועים של החולדות הושוו למספר ימי האימון (האימונים) הנדרשים כדי להשלים כל רמת אימון שניתנה בטבלה 1. כל בעלי החיים התחילו ברמת אילוף 1 עם StD ו- LH של 60 שניות כל אחד. עם זאת, חלק מהחולדות (N = 5) קיבלו אימון הרגלה משופר כדי לבחון כמה מאפשרויות הגירוי הנוספות שדווחו קודם לכן, מה שמסביר את ההבדל במספר המפגשים שבעלי החיים הבודדים נשארו ברמת האימון 1. השלמת הרמה סומנה על ידי הגעה לסך של 30 תגובות נכונות או יותר. StD ו-LH ירדו במהלך הרמות הבאות, בעוד שהקריטריונים להתקדמות לרמת האימון הבאה נעשו קשים יותר, מה שהגדיל את הביקוש הקשבי של המשימה 1,6. טבלה 2 מציגה את הגיליון האלקטרוני *.xlsx שנוצר באופן אוטומטי של חולדה לדוגמה אחת במהלך הפעלה אחת. החולדה התחילה עם התצורה שצוינה ברמת האימון 5. לאחר ארבעה ניסויים, החולדה התקדמה לרמה 6, בהתחשב בניסויים שבוצעו בפגישה הנוכחית בתוספת הדיוק שהושג בפגישה הקודמת. כמה ניסויים צריכים להתבצע לכל הפחות באימון הנוכחי כדי להתקדם לרמת האימון הבאה מצוין במשתנה “Config.Experiment.MinNumTrials”. באותו מפגש, החולדה התקדמה לרמת אימון 7 לאחר שהשלימה 66 ניסויים ברמה 6 והשיגה את הדרישה של > דיוק של 80% והשמטה < 20%. בסך הכל, חולדות אומנו במשך 26 ימים באמצעות התצורה של רמות האימון כפי שנקבע בטבלה 1. מספר המפגשים המושקעים בכל רמת אימון מסופק באיור 6A. הקו השחור מציג את הממוצע בכל הנבדקים, וכל קו צבעוני מציג את הנתונים של חולדה אחת. כל החולדות הגיעו לרמה השמינית תוך 14-22 מפגשים (איור 6B). איור 6C מראה את הביצועים הממוצעים של הנבדקים לכל רמת אימון ולאורך כל ימי האימון במנגנון 5-CSRTT. הקו השחור המקווקו מייצג את אחוז הדיוק, והקו השחור הישר מייצג את אחוז ההשמטה. הדיוק חושב כיחס בין מספר התגובות הנכונות לבין מספר התגובות הכולל. ההשמטות חושבו כיחס בין מספר ההשמטות לבין המספר הכולל של הניסויים (כלומר, סכום התגובות הנכונות, התגובות השגויות וההשמטות). הקו האפור מציין את המספר הכולל הממוצע של תגובות נכונות בכל הניסויים בכל רמה. איור 6D מציג את הדיוק הסופי שהושג על ידי כל נבדק ברמת האימון השמינית והאחרונה. בממוצע, חולדות בילו 5.9 (±1.03 SEM) כדי להשלים את רמה 1, בין 1.5 (±0.17) ו-3.5 (±0.5) כדי להשלים את רמה 2 עד 6, ו-1.7 (±0.16) כדי להשלים את רמה 7 לפני שהן הגיעו לרמה הסופית 8. כפי שניתן לראות באיור 6A, השונות בין הנבדקים הייתה המשמעותית ביותר ברמות הראשוניות (SD = 3.25 ברמה 1, 1.58 ברמה 2) וירידה ברמות מאוחרות יותר (0.47 ו-0.48 ברמות 6 ו-7, בהתאמה). ברמה 4, כאשר משך הגירוי הופחת עוד יותר, מספר המפגשים הממוצע שהושקעו (2.6 ± 0.52), והשונות בין חולדות (1.64) עלו, כאשר לשתי חולדות לקח 5 ו-6 ימים להסיק את הרמה. איור 6: תוצאות הניסוי ההתנהגותי בארגז הכלים 5-CSRTT. (A) מספר המפגשים המבוצעים בכל רמת אימון. הקו השחור מתאר את מספר המפגשים הממוצע של כל הנבדקים עבור כל רמה (ממוצע ± SEM), וקווים צבעוניים מייצגים נתונים של נבדקים בודדים. (ב) המספר המוחלט של המפגשים הדרושים כדי להגיע לרמה הסופית, לכל נושא. (C) מדדי ביצועים ממוצעים במהלך האימון (ממוצע ± SEM). הקו השחור המקווקו מתאר את הדיוק של כל הנבדקים בכל התגובות הנתונות בכל האימונים בכל רמת האימון, והקו השחור מציג את אחוז ההשמטה המתאים. הקו האפור מתאר את המספר האבסולוטי הממוצע של תשובות נכונות של כל הנבדקים בכל רמת אימון. (ד) דיוק לכל נושא במהלך רמת האימון השמינית והאחרונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. טבלה 2: נתונים שנאספו מחולדה לדוגמה אחת במהלך אימון אחד. עמודה א’ מציגה את ספירת הניסיון מעל ההפעלה ביחס לרמת האימון הנוכחית, כפי שמוצגת בעמודה B. עמודה C מציגה את משך ה- ITI, ועמודה D מציגה את שעת ההתחלה של גירסת הניסיון. עמודות E ל- I מציגות את רמת הבהירות של גירוי ה- LED בפתחי צמצם 1 עד 5, בהתאמה. רמת בהירות של 0 פירושה שהגירוי היה כבוי, ורמת בהירות של 0.2 פירושה שהגירוי הופעל ב-20% מעוצמתו המרבית. עמודות J ו-K מראות את השעה המדויקת שבה הגירוי הופעל וכבה, בהתאמה. עמודה L מציגה את תוצאת הניסוי: 0 פירושו “השמטה”, 1 פירושו “תגובה נכונה”, 3 פירושו “תגובה לא נכונה” (תקיעת האף לתוך מפתח צמצם שאינו מטרה) ו-4 פירושו “מוקדם מדי”. עמודה M מראה איזה פתח צמצם ננעץ באף במהלך המשפט, ואילו עמודה N מתארת את הזמן המדויק של נקבת האף. העמודות O, P ו-Q מציגות את הזמן שבו הופעל מנוע מתקן הכדורים, את מספר המנוע המתאים ואת הזמן שבו החולדה פתחה את מתקן הכדורים כדי לקבל את הפרס שלה, בהתאמה. עמודה R מציגה את שעת הסיום של תקופת הניסיון. העמודות S, T, U, V ו-W מציגות את המספר הכולל של תגובות מוקדמות, פסקי זמן, דחיפות פאנל במהלך ITI, את המספר הכולל של תשובות מתמידות ואת זמן הריצה הכולל של ההפעלה בדקות, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. קובץ משלים 1: סקריפט לבקרת החומרה של תוכנת IDE (קוד Arduino). זה כולל את כל הפקודות לשליטה בחומרה וברכיבים האלקטרוטכניים של ארגז הכלים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 2: סקריפט עבור הפונקציה “משתמש” בתוכנת בקרת הניסוי. זה כולל את כל הפרמטרים שמגדירים את הניסוי. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 3: סקריפט לפונקציה “גרם מדרגות” בתוכנת בקרת הניסוי. פעולה זו מנטרת את ביצועי הנושא ומשווית אותו לקריטריונים שנקבעו קודם לכן. הפרמטרים הרצויים מתעדכנים באופן אוטומטי אם ביצועי החיה עומדים בקריטריונים אלה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 4: סקריפט עבור הפונקציה “DataProc” בתוכנת בקרת הניסוי. פעולה זו מעבדת את כל הנתונים שנאספו ויוצרת גרפים פשוטים לניתוח מהיר. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 5: סקריפט עבור הפונקציה “קוד”. זה כולל תיאור מפורט של ניסוי יחיד ואת כל התוצאות האפשריות, אשר חוזר על עצמו לאורך הניסוי. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Discussion

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.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

Materials

1200 Ohm Resistor			Already available in the lab
8-bit 10 kΩ digital potentiometer	Microchip	MCP42010-I/P	From Conrad.de: 1083205
ARD MEGA2560 KIT Arduino – Mega 2560 R3 Lernset	JOY-IT	ARD-Set01	From Reichelt.de: ARD MEGA2560 KIT
ARD SHD MOTOR Arduino Shield – Motor	Adafruit	1438	From Reichelt.de: ARD SHD MOTOR
ARDUINO STACKABLE HEADER KIT – R3	Sparkfun Electronics	PRT-11417	From Antratek.de: PRT-11417
Chow	Altromin	1324 N	Altromin chow products
Euro-Gehäuse	Hammond Electronics	1591EBK	From Conrad.de: 520691
Food pellets	Bio-Serv	F0021	From Bio-serv.com: Dustless Precision Pellets Rodent
Fritzing	Interaction Design Lab Potsdam		Fritzing Software download
Integrated Development Environment	Arduino		Arduino IDE download (Freely available)
IR Break Beam Sensor – 3mm LEDs	Adafruit	2167	From Mouser.de: 485-2167
Laptop or Computer
LED white round 5mm 2000mcd 20mA	TruComponents	1573731	From Conrad.de: 1573731
Microswitch	Hartmann	MBB1 01 A 01 C 09 A	From Conrad.com: 707243
NeoPixel Stick – 8 WS2812 5050 RGB LEDs	Adafruit	1426	From Reichelt.de: DEBO LED NP8 2
Passive buzzer Speaker	Conrad Components	93038c213a	From Conrad.de: 1511468
Pellet release disk			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 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
Programming platform	Mathworks	R2019b or younger
Psychtoolbox Software		V3	Psychtoolbox-3 download
Spur GEAR-MOTOR with DC brush motor	Micromotors	B138F.12.208	Micromotos Series B138F Technical data

Referenzen

Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nature Protocols. 3 (5), 759-767 (2008).
Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-choice serial reaction time task: a task of attention and impulse control for rodents. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (90), e51574 (2014).
Higgins, G. A., Silenieks, L. B. Rodent Test of Attention and Impulsivity: The 5-Choice Serial Reaction Time Task. Current Protocols in Pharmacology. 78 (1), 1-34 (2017).
Humby, T., Wilkinson, L., Dawson, G. Assaying aspects of attention and impulse control in mice using the 5-choice serial reaction time task. Current Protocols in Neuroscience. 31 (1), 1-15 (2005).
Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. 163 (3-4), 362-380 (2002).
Amitai, N., Markou, A. 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. Biological Psychiatry. 68 (1), 5-16 (2010).
Fizet, J., Cassel, J. C., Kelche, C., Meunier, H. A review of the 5-Choice Serial Reaction Time (5-CSRT) task in different vertebrate models. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 71, 135-153 (2016).
Spinelli, S., et al. Performance of the marmoset monkey on computerized tasks of attention and working memory. Cognitive Brain Research. 19 (2), 123-137 (2004).
Parker, M. O., et al. Development and automation of a test of impulse control in zebrafish. Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 65 (2013).
Birtalan, E., Bánhidi, A., Sanders, J. I., Balázsfi, D., Hangya, B. Efficient training of mice on the 5-choice serial reaction time task in an automated rodent training system. Scientific Reports. 10 (1), 1-8 (2020).
Fischer, B., Wegener, D. Emphasizing the "positive" in positive reinforcement: using nonbinary rewarding for training monkeys on cognitive tasks. Journal of Neurophysiology. 120 (1), 115-128 (2018).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Diesen Artikel zitieren

Morais Gancz, J., El Jundi, N., Strippelmann, E., Koch, M., Wegener, D. An Open-Source, Fully Customizable 5-Choice Serial Reaction Time Task Toolbox for Automated Behavioral Training of Rodents. J. Vis. Exp. (179), e63385, doi:10.3791/63385 (2022).