Kemirgenler Gıda Alımını Ölçüm için Açık kaynak Cihazı İnşaat ve Doğrulama: Deneme Cihazı (FED) Besleme
Summary
Feeding Experimentation Device (FED) is an open-source device for measuring food intake in mice. FED can also synchronize food intake measurements with other techniques via a real-time digital output. Here, we provide a step-by-step tutorial for the construction, validation, and usage of FED.
Abstract
Food intake measurements are essential for many research studies. Here, we provide a detailed description of a novel solution for measuring food intake in mice: the Feeding Experimentation Device (FED). FED is an open-source system that was designed to facilitate flexibility in food intake studies. Due to its compact and battery powered design, FED can be placed within standard home cages or other experimental equipment. Food intake measurements can also be synchronized with other equipment in real-time via FED’s transistor-transistor logic (TTL) digital output, or in post-acquisition processing as FED timestamps every event with a real-time clock. When in use, a food pellet sits within FED’s food well where it is monitored via an infrared beam. When the pellet is removed by the mouse, FED logs the timestamp onto its internal secure digital (SD) card and dispenses another pellet. FED can run for up to 5 days before it is necessary to charge the battery and refill the pellet hopper, minimizing human interference in data collection. Assembly of FED requires minimal engineering background, and off-the-shelf materials and electronics were prioritized in its construction. We also provide scripts for analysis of food intake and meal patterns. Finally, FED is open-source and all design and construction files are online, to facilitate modifications and improvements by other researchers.
Introduction
20. yüzyılın ikinci yarısında üzerinde küresel obezite yükselişi ile birlikte, 1, 2, 3, 4 besleme altında yatan mekanizmalar dikkat orada yenilenir. Tipik olarak, gıda alımı elle 5 tartılır, ya da ticari olarak mevcut besleme sistemleri edilir. Ticari sistemler mükemmel, ama kendi tasarımlarını veya kodunu değiştirerek sınırlı esneklik sağlar. İnce temporal çözünürlük ve minimum insan müdahalesi 6 ile gıda alımını ölçmek için bir açık kaynak besleme sistemi: Burada, Beslenme Deney Cihazı (FED) açıklar. FED akülü ve tamamen standart koloni raf caging ya da diğer bilimsel ekipman içine sığacak bir 3D baskılı durumda bulunan olduğunu.
İstikrarlı halde, FED kendi fo bir gıda pelet dinlenme ile düşük güç modunda çalışıriyi od. pelet varlığı kızılötesi ışın ile izlenir. Bir fare bir pelet kaldırır, bir Photointerrupter sensörü mikrodenetleyiciye bir sinyal gönderir ve zaman damgası onboard güvenli dijital (SD) kart üzerine kaydedilir. Aynı zamanda, bir transistör transistör mantığı (TTL) çıkış pelet alma gerçek zamanlı çıkışı sağlar. Hemen bu olay şu, motorlu başka pelet dağıtmak için döner ve sistem düşük güç moduna döner. Sayesinde açık kaynak doğası gereği, FED değiştirilmiş ve özel araştırma ihtiyaçlarına uyacak şekilde geliştirilebilir. Örneğin, kod insan müdahalesi gerekmeden, günün belirli saatlerinde için besleme sınırlamak için ya da peletleri ulaşıldığında dağıtma durdurmak için kolayca değiştirilebilir.
Burada, farelerde gıda alımını ölçmek için FED inşaat, doğrulama ve kullanım için adım adım talimatlar özetlemektedir. Biz bir sistem oluşturmak için bütün bileşenlerin bir listesini sağlar. Önemlisi, hiçbir ön exelektronik Perience FED oluşturmak için gereklidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beslenme Deneme Cihazı (FED) esnek bir gıda alımı izleme sistemidir. Burada, imalatı ve mikrodenetleyiciler üzerine 3D baskılı donanım, elektrik bileşenleri lehim ve skeçler uploading montaj dahil olmak üzere, cihaz sorun giderme hakkında ayrıntılı talimatlar açıklar. dikkatle protokolde belirtilen tüm adımları takip etmek önemli olmasına rağmen, başarılı bir son ürün sağlamak için her bölümde ekstra dikkat hak kritik adımlar vardır. 3D step motor miline rahatça sığacak ve komşu pa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri İntramural Araştırma Programı (NIH), Ulusal Diyabet Enstitüsü ve Sindirim ve Böbrek Hastalıkları (NIDDK) tarafından desteklenmiştir. Biz 3D baskı ile ilgili yardım için Gereçleri NIH Bölüm ve NIH Kütüphanesi teşekkür ederiz.
Materials
| Electronics | |||
| Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield for Arduino v2 Kit – v2.3 | Adafruit | 1438 | Use of other motor shields has not been tested and will require changes to the code |
| Adafruit Assembled Data Logging shield for Arduino | Adafruit | 1141 | Use of other data logging shields has not been tested and will require changes to the code |
| PowerBoost 500 Charger | Adafruit | 1944 | Other voltge regulator boards have not been tested, but should work if they have similar specifications |
| FTDI Friend + extras – v1.0 | Adafruit | 284 | Any FTDI-USB connection will work |
| Small Reduction Stepper Motor – 5VDC 32-Step 1/16 Gearing | Adafruit | 858 | Use of other stepper motors has not been tested |
| Arduino Pro 328 – 5V/16MHz | SparkFun | DEV-10915 | Other Arduino boards should work, although may require changes to the code |
| Photo Interrupter – GP1A57HRJ00F | SparkFun | SEN-09299 | Other photointerrupters will work, but may require changes to the 3D design |
| SparkFun Photo Interrupter Breakout Board – GP1A57HRJ00F | SparkFun | BOB-09322 | Other photointerrupters will work, but may require changes to the 3D design |
| Connectors, screws, and miscellaneous items | |||
| Shield stacking headers for Arduino (R3 Compatible) | Adafruit | 85 | Any stacking header that says Arduiono R3 compatible will work |
| Multi-Colored Heat Shrink Pack – 3/32" + 1/8" + 3/16" | Adafruit | 1649 | Any heatshrink will work |
| Hook-up Wire Spool Set – 22AWG Solid Core – 6x25ft | Adafruit | 1311 | Any wire will work |
| Lithium Ion Battery Pack – 3.7V 4400mAh | Adafruit | 354 | Any 3.7V Lithium battery with a JST connector will work |
| SD/MicroSD Memory Card (8GB SDHC) | Adafruit | 1294 | Any SD card will work |
| 50 Ohm BNC Bulkhead Jack (3/8" D-Hole) | L-com | BAC70A | Any BNC bulkhead will work |
| Type 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Sheet metal screw, No 6 size, 1/4" Length | McMaster-Carr | 90184A120 | Any screws of this specification will work |
| Type 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Sheet metal screw, No 2 size, 1/4" Length | McMaster-Carr | 91735A102 | Any screws of this specification will work |
| Nylon 100 Degree Flat Head Slotted Machine Screw, 4-40 Thread, 1" Length | McMaster-Carr | 90241A253 | Any screws of this specification will work |
| Nylon Hex Nut, 4-40 Thread Size | McMaster-Carr | 94812A200 | Any nut of this specification will work |
| 2Pin JST M F Connector 200mm 22AWG Wire Cable | NewEgg | 9SIA27C3FY2876 | Any 2 pin connector will work for this connection |
| Metal Pushbutton – Latching (16mm, Red) | SparkFun | COM-11971 | Any push button or switch will work |
| Resistor Kit – 1/4W | SparkFun | COM-10969 | Any 1/4W resistors will work |
References
- Ellacott, K. L., Morton, G. J., Woods, S. C., Tso, P., Schwartz, M. W. Assessment of feeding behavior in laboratory mice. Cell Metab. 12 (1), 10-17 (2010).
- Betley, J. N., et al. Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal. Nature. 521 (7551), 180-185 (2015).
- van den Heuvel, J. K., et al. Neuropeptide Y activity in the nucleus accumbens modulates feeding behavior and neuronal activity. Biol Psychiatry. 77 (7), 633-641 (2015).
- Cone, J. J., Roitman, J. D., Roitman, M. F. Ghrelin regulates phasic dopamine and nucleus accumbens signaling evoked by food-predictive stimuli. J Neurochem. 133 (6), 844-856 (2015).
- Ulman, E. A., Compton, D., Kochanek, J. Measuring food and water intake in rats and mice. ALN Mag. , 17-20 (2008).
- Nguyen, K. P., O’Neal, T. J., Bolonduro, O. A., White, E., Kravitz, A. V. Feeding Experimentation Device (FED): A flexible open-source device for measuring feeding behavior. J Neurosci Methods. 267, 108-114 (2016).
- Aguiar, P., Mendonca, L., Galhardo, V. OpenControl: a free opensource software for video tracking and automated control of behavioral mazes. J Neurosci Methods. 166 (1), 66-72 (2007).
- Devarakonda, K., Nguyen, K. P., Kravitz, A. V. ROBucket: A low cost operant chamber based on the Arduino microcontroller. Behav Res Methods. 48 (2), 503-509 (2016).
- Hoffman, A. M., Song, J., Tuttle, E. M. ELOPTA: a novel microcontroller-based operant device. Behav Res Methods. 39 (4), 776-782 (2007).
- Crall, J. D., Gravish, N., Mountcastle, A. M., Combes, S. A. BEEtag: A Low-Cost, Image-Based Tracking System for the Study of Animal Behavior and Locomotion. PLoS One. 10 (9), (2015).
