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.

Behavior

صندوق أدوات مهام وقت رد الفعل التسلسلي مفتوح المصدر وقابل للتخصيص بالكامل من 5 اختيارات للتدريب السلوكي الآلي للقوارض

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

يصف هذا البروتوكول تطوير صندوق أدوات مفتوح المصدر لوقت رد الفعل التسلسلي المكون من 5 خيارات لنماذج القوارض ، باستخدام Arduino والأجهزة ذات الصلة وصندوق أدوات Matlab متعدد الاستخدامات ، بما في ذلك برنامج نصي اختياري للتدريب السلوكي الآلي. البرامج النصية قابلة للتخصيص وتسهل تنفيذ تصميمات التجارب والاختبارات المختلفة.

Abstract

مهمة وقت رد الفعل التسلسلي المكون من 5 خيارات (5-CSRTT) هي اختبار سلوكي يستخدم غالبا لدراسة الانتباه البصري المكاني والاندفاع في القوارض. تتطلب المهمة من الحيوانات تخصيص الانتباه إلى مجموعة أفقية من خمس فتحات صغيرة مجهزة بمصادر الضوء ، وفي غضون نافذة زمنية محدودة ، تقوم بكز فتحة هدف مضيئة للحصول على مكافأة غذائية في مجلة الطعام الموجودة في الجدار المقابل للغرفة. تأخذ المهمة في الاعتبار تدابير التحكم السلوكي مثل دقة الاستجابة وأوقات رد الفعل وتسمح باستنتاج الانتباه الانتقائي والاندفاع. يمكن التحكم في صعوبة المهمة عن طريق تعديل مدة التحفيز وتصميم المهمة بشكل عام. يتكون الجهاز المتاح تجاريا عادة من غرفة تجريبية وبرنامج معين لتحديد معلمات المهمة ، ولكن بسبب الثابت والبرمجيات الثابتة ، فإنها تشكل العديد من القيود على التغييرات في التصميم التجريبي العام ومتطلبات المهمة المحددة وإخراج البيانات ذات الصلة. تشرح هذه المقالة بديلا قابلا للتخصيص بالكامل استنادا إلى متحكم دقيق أحادي اللوحة سهل الاستخدام ومكونات كهروتقنية قياسية ، وبرنامج Arduino مفتوح الوصول ، وصندوق أدوات Matlab للتحكم في الأجهزة ومواصفات المهام السلوكية ، على التوالي. يتضمن صندوق الأدوات إجراء درجا اختياريا ، مما يتيح التدريب السلوكي الآلي. يشجع الإعداد الكامل للأجهزة ، والذي يمكن تثبيته في غرف مخصصة ، والبرامج القابلة للتكيف بحرية على تصميم المهام والغرف غير الموحدة. يتم وصف تصميم النظام والشفرة مفتوحة المصدر للتحكم في الأجهزة والإعداد التجريبي.

Introduction

ال 5-CSRTT هو اختبار سلوكي ، وغالبا ما يستخدم في القوارض لدراسة عمليات الانتباه البصري والاندفاع¹،²،³^،⁴،⁵،⁶ ^، مثل تحديد دور الجهاز الكوليني في الانتباه وتأثير مثبطات امتصاص النورادرينالين على السلوكيات الاندفاعية⁷ . يسمح الجهاز القياسي بمراقبة تدابير التحكم المختلفة مثل دقة الاستجابة وأوقات رد الفعل والسلوك الاندفاعي والقهري والقدرة الحركية والتحفيز¹^،²،³،⁴^،⁵. وهو يتألف من مجموعة أفقية من خمس فتحات مجهزة بمصابيح LED ، ومجلة طعام على جدران الغرفة المقابلة للفتحات ، وأضواء المنزل ^2,5. في مهمة نموذجية ، يضيء ضوء المنزل ، وتتميز بداية الجلسة بإضاءة مجلة الطعام ، حيث يتم تسليم حبيبة مجانية. تبدأ الدورة التجريبية عندما يقوم الحيوان بدس المجلة لاسترداد الكريات¹. بعد ذلك ، يتم إطفاء ضوء مجلة الطعام ، ويبدأ الفاصل الزمني بين التجارب (ITI) ، حيث من المفترض أن يوجه الحيوان انتباهه نحو الفتحات. بمجرد انقضاء ITI ، يتم تقديم إضاءة التحفيز في إحدى الفتحات¹^،²^،⁵. يتم إعطاء الحافز لفترة محددة تعرف باسم مدة التحفيز (StD). يمكن للحيوان الاستجابة للحافز أثناء تقديمه أو خلال نافذة زمنية محدودة بعد انتهاء StD ، والمعروفة باسم الاحتجاز المحدود (LH). للاستجابة ، يتعين على الحيوان أن يكز الفتحة المستهدفة ، وإذا تم ذلك بشكل صحيح ، يتم إصدار مكافأة في مجلة الطعام¹^،²^،⁵. خلاف ذلك ، فإن أي استجابة غير صحيحة ، وكذلك أي استجابات قبل عرض التحفيز (استباقي أو سابق لأوانه) أو أي فشل في الاستجابة (إغفال) يؤدي إلى مهلة (TO) ، يتم خلالها إيقاف تشغيل ضوء المنزل لمدة معينة 1،²^،⁵ (الشكل 1). بشكل عام ، تقيس دقة التحفيز التمييزي الأداء الانتباهي ، في حين أن الاستجابات المبكرة والمثابرة (الاستجابات المتكررة عند الفتحات بعد عرض التحفيز) تعتبر مقاييس للسلوك الاندفاعي والإكراه ، على التوالي¹،⁴^،⁵^،⁶.

الشكل 1: التسلسلات التجريبية المحتملة ل 5-CSRTT نموذجي. بعد الفاصل الزمني بين التجارب، يتم تشغيل ضوء التحفيز لفترة محددة، ثم يتم إيقاف تشغيله خلال فترة الانتظار المحدود. يمكن للفئران إما الإجابة بشكل صحيح والحصول على مكافأة أو الإجابة بشكل غير صحيح والحصول على مهلة خلال هذا الوقت. إذا لم يجيب الفئران في الوقت المناسب ، فإن إغفاله يؤدي إلى مهلة. وبالمثل ، إذا استجاب قبل عرض الحافز الضوئي ، فإن استجابته السابقة لأوانها تؤدي إلى مهلة. تبدأ تجربة أخرى بعد تحصيل المكافأة أو نهاية فترة المهلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يستخدم 5-CSRTT على نطاق واسع بسبب مرونته: من خلال تغيير معلمات تصميم التجربة ، يمكن التحقيق في فئات فرعية مختلفة من الاهتمام. على سبيل المثال ، في حين أنه من المفترض أن يقسم الحيوان انتباهه عبر الفتحات الخمس المختلفة (الانتباه البصري المكاني) ، فإن استخدام المحفزات غير ذات الصلة (على سبيل المثال ، المحفزات السمعية) يمكن من اختبار الانتباه الانتقائي أو المستمر¹،²^،⁵^،⁶. لهذا الغرض ، يمكن توسيع الإعداد التجريبي من خلال تضمين مكبرات الصوت ، والتي يمكن استخدامها كمحفزات مشتتة أو حتى معززة¹،²^،⁵^،⁶. علاوة على ذلك ، يمكن تعديل الحمل الانتباهي مباشرة عن طريق تغيير عرض التحفيز أو التوزيع العشوائي لمدة ITI¹⁰. لا يستخدم 5-CSRTT فقط في القوارض^3,7 ، ولكن تم تكييفه مؤخرا لاختبار الرئيسيات غير البشرية 1,7,8 والأسماك ^7,9 ، مما يعرض جدواه. يسمح صندوق أدوات 5-CSRTT القابل للتخصيص بالكامل بالتكيف السهل لنموذج القوارض القياسي مع النماذج الحيوانية الأخرى. علاوة على ذلك ، فإن مرونة التخصيص لصندوق أدوات 5-CSRTT تشجع أيضا البحث باستخدام تصميمات مهام غير قياسية.

يحتوي صندوق أدوات 5-CSRTT القابل للتخصيص بالكامل والمعروض هنا على برنامج Arduino نصي للتحكم في الأجهزة ، مبرمج في بيئة تطوير متكاملة. كما يتكون من صندوق أدوات Matlab (الإصدار R2019b أو الأصغر) للتحكم في التجربة. يشرح البروتوكول التالي كيفية تكوين صندوق أدوات 5-CSRTT باستخدام النموذج القياسي المستخدم على نطاق واسع ويعرض تكوينات اختيارية للنماذج غير القياسية.

Protocol

تم تنفيذ الإجراء التجريبي في هذا البروتوكول وفقا لتوصيات توجيه الاتحاد الأوروبي 2010/63 لرعاية التجارب ووفقا لقانون رعاية الحيوان الصادر عن الحكومة الاتحادية لألمانيا وتمت الموافقة عليه من قبل السلطات المحلية. نظرا لأن البحث يتطلب فقط تدريبا سلوكيا ، لم يتم قتل أي ، وتم الاحتفاظ بها جميعا في التربية بعد إجراء البحث. تم إجراء البحث باستخدام عشرة فئران مقنعة من ليستر الذكور (4 أشهر من العمر في بداية التدريب السلوكي). 1. إسكان الحيوانات وتربيتها ومناولتها الفئران المنزل جنبا إلى جنب مع ما يصل إلى خمسة القمامة في قفص قياسي مع مواد الفراش المناسبة، وفقا لتوصيات لجنة رعاية الحيوان الخاص بك. احتفظ بالفئران في غرفة جيدة التهوية مع درجة حرارة يتم التحكم فيها تبلغ 20 ± 2 درجة مئوية ورطوبة نسبية بحد أقصى 50٪ مع دورة ضوء / ظلام 12: 12 ساعة ، أو وفقا لتوصيات لجنة رعاية الحيوان. تقييد الوصول إلى الغذاء (12 غراما من التشاو يوميا لكل فأر، انظر جدول المواد) وتوفير الوصول غير المقيد إلى المياه. ضع علامة على ذيول الحيوانات باستخدام علامة حبر دائمة غير سامة. قبل البدء في التجربة السلوكية ، تعامل مع الفئران لمدة أسبوع على الأقل حتى تعتاد على التعامل معها من قبل المجربين ، وأدخل الفئران إلى الكريات الغذائية المجزية للحد من رهاب الطعام الجديد. 2. إعداد الأجهزة وبرامج التحكم افتح برنامج بيئة التنمية المتكاملة (IDE) المتاح مجانا (انظر جدول المواد). انقر فوق ملف > فتح وانقر على البرنامج النصي للتحكم في الأجهزة (ملف تكميلي 1). قم بتوصيل وحدة التحكم الدقيقة USB بالكمبيوتر. تحقق مما إذا كانت معلومات اللوحة والمعالج التي تم اختيارها تلقائيا تتوافق مع لوحة المتحكمات الدقيقة المتصلة من خلال النقر فوق الأدوات في النصف العلوي الأيسر من الشاشة. حدد معلومات اللوحة والمعالج المقابلة ، وانقر فوق المنفذ لتحديد المنفذ المتاح . في النصف العلوي الأيسر من الشاشة ، انقر فوق رسم > تضمين المكتبة > إدارة المكتبات. في نافذة مدير المكتبة التي تم فتحها حديثا ، اكتب المصطلح “Adafruit Motor Shield V2” في شريط البحث وانقر فوق الزر تثبيت في المكتبة المقابلة. كرر نفس العملية لمصطلح البحث “Adafruit Neopixel”. في النصف العلوي الأيسر من الشاشة ، انقر فوق التحقق (الزر الذي يحتوي على علامة اختيار) للتأكد من عدم وجود أخطاء في البرنامج النصي. انقر فوق تحميل (الزر الذي يحتوي على سهم إلى اليمين) لتحميل البرنامج النصي إلى لوحة المتحكم الدقيقة. 3. إعداد برنامج التحكم في التجربة تأكد من وجود جميع البرامج النصية والوظائف الأربعة للتحكم في التجربة في نفس المجلد. افتح منصة البرمجة ، وانقر فوق علامة التبويب شريط أدوات HOME في النصف العلوي من الشاشة ، وانقر فوق تعيين المسار. انقر فوق إضافة مجلد وحدد المجلد الذي يحتوي على جميع البرامج النصية لعنصر تحكم التجربة. انقر فوق حفظ وأغلق نافذة تعيين المسار. انقر فوق فتح في علامة التبويب شريط أدوات HOME في النصف العلوي من الشاشة وافتح البرامج النصية والوظائف التالية: المستخدم (الملف التكميلي 2) ، الدرج (الملف التكميلي 3) ، و DataProc (الملف التكميلي 4). اتبع الإرشادات الخاصة بتنزيل برنامج Psychtoolbox وتثبيته لتمكين وظيفة زر ESC المستخدمة من قبل صندوق الأدوات (انظر جدول المواد للحصول على رابط الوصول). 4. تكوين المعلمات المستخدمة في صندوق أدوات 5-CSRTT قم بإعداد صندوق الأدوات للتعود.ملاحظة: يمثل الشكل 2 جهاز 5-CSRTT المستخدم في الدراسة الحالية. حدد البرنامج النصي للمستخدم المفتوح. تأكد من تعيين متغير التعود على السطر 7 إلى “صحيح”. اكتب رقما بالدقائق (على سبيل المثال “30” لمدة 30 دقيقة) على السطر 8 لتحديد حد زمني للتعود. في السطر 9، اكتب رقما بين 0.01 و1 (السطوع الكامل) لاختيار مستوى سطوع لضوء التحفيز.ملاحظة: يتم تعيين مستوى السطوع المستخدم في هذا المشروع إلى 0.2. إجراء التجربة السلوكية (الخطوة 5). قم بإعداد مجموعة الأدوات لجلسة التجربة.حدد البرنامج النصي للمستخدم المفتوح. تأكد من تعريف المتغير الموجود في السطر 7 على أنه “false”. في السطر 12 ، اكتب مسار الدليل حيث سيتم حفظ بيانات التجربة تلقائيا (على سبيل المثال ، “C:\Users\trainer\Desktop\5CSRTT”). تأكد من وجود دليل بهذا الاسم بالضبط. اكتب تعريف الموضوع على السطر 13 (على سبيل المثال، “red1”). تأكد من تعريف المتغير الموجود على السطر 14 على أنه “true” ، بحيث يتم حفظ البيانات التي تم إنشاؤها تلقائيا في مسار الدليل. تأكد من تعريف المتغير الموجود على السطر 15 على أنه “true” واكتب رقما على السطرين 16 و 17 لتعيين فترة تجريبية وحد زمني (بالدقيقة) ، على التوالي ، وبعد ذلك سيتوقف البرنامج تلقائيا. تكوين المعلمات لنموذج قياسي 5-CSRTT. تحقق مما إذا كان المتغير الموجود على السطر 32 قد تم تعيينه على “true” لتسليم الكريات مجانا قبل التجربة الأولى. حدد المتغير الموجود في السطر 33 على أنه “صحيح” لضمان إدخال مجلة قبل بدء كل إصدار تجريبي. تحقق مما إذا كان المتغير الموجود في السطر 34 قد تم تعيينه على أنه “محدد” واكتب رقما على السطر 35 لتحديد طول ITI بالثواني. تأكد من تعيين المتغير المحدد في السطر 37 إلى “صحيح” حتى لا تؤثر التجارب ذات الإجابات السابقة لأوانها على الحد التجريبي للجلسة. اكتب قيمة رقمية على السطر 38 تحدد طول الانتظار المحدود (LH) بالثواني. تأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 39 إلى “لا شيء” وأن المتغير الموجود على السطر 40 معرف بأنه “خطأ”. اكتب رقما على السطر 41 لتحديد طول TO في ثوان وتأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 42 إلى “false”. اكتب قيمة رقمية على السطر 45 تتوافق مع عدد الفتحات التي يمكن إضاءتها (على سبيل المثال، “5”). تأكد من تعريف المتغير الموجود على السطر 46 على أنه “عشوائي زائف” أو “عشوائي” واكتب رقما على السطر 47 ، مع تعيين طول StD بالثواني. تحقق مما إذا كان المتغير الموجود على السطر 48 يعرف بأنه “مفرد” وأن القيمة العددية على السطر 49 هي “1”. على السطر 50 ، اكتب رقما لتحديد سطوع الحافز المستهدف. تحقق مما إذا كانت المتغيرات الموجودة على السطرين 64 و 65 تعرف بأنها “ثنائية” و “غير معتمدة” ، على التوالي. اكتب قيمة رقمية على السطر 71 تقابل عدد كريات الطعام التي سيتم إطلاقها بعد كزة الأنف الصحيحة. إجراء التجربة السلوكية (الخطوة 5). تكوين المعلمات لنموذج 5-CSRTT غير قياسي.ملاحظة: كافة الخطوات الموضحة في هذا الفصل الفرعي اختيارية.إذا كان هناك حاجة إلى فحص تلقائي للأداء لاستخدام إجراء التدريب الآلي على السلالم ، فتأكد من تعريف المتغير الموجود على السطر 18 على أنه “true” واكتب قيمة رقمية على السطر 20 تحدد تكرار فحص الأداء. اكتب رقما على السطر 21 لتحديد الحد الأدنى لعدد التجارب التي يجب إكمالها خلال الجلسة الحالية قبل حساب أداء الموضوع. تأكد من تعريف المتغير الموجود على السطر 21 على أنه “الكل” بحيث يتم تضمين جميع تجارب الجلسة الحالية في فحص الأداء. تأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 22 إلى “true” بحيث يقوم البرنامج بتحديث معلمات الجلسة الحالية لمطابقة جلسة عمل مكتملة مسبقا. في السطر 23 ، اكتب “الأحدث” لإثبات أنه سيتم تحميل الجلسة الأخيرة.ملاحظة: سيقوم البرنامج بتحديث المعلمات استنادا إلى المواصفات الموجودة في وظيفة “الدرج” ، والقفز إلى المستوى المكتمل مسبقا. يمكن أيضا اختيار مجموعة بيانات محددة ليتم تحميلها عن طريق كتابة المسار الدقيق لملف البيانات مع نهاية “.mat”. إذا كان التدريب السلوكي الآلي مطلوبا ، فتأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 26 إلى “true”. اكتب قيمة رقمية على السطرين 27 و 28 لتحديد مستوى التدريب الذي يجب البدء به والعدد الإجمالي للمستويات المتاحة ، على التوالي. إذا كان تقسيم الأفواج أمرا مرغوبا فيه، فاكتب اسما (على سبيل المثال، “group1”) على السطر 29 يحدد المجموعة.ملاحظة: يمكن لكل مجموعة استخدام مجموعة خاصة بها من مستويات التدريب ومعاييره لتحديثات المستوى. يتم تعريف معلمات كل مجموعة في وظيفة “الدرج” (الخطوة 4.2.8). على السطر 34 ، اكتب “عشوائيا” إذا كانت مدة ITI عشوائية مطلوبة. اكتب فاصلا زمنيا رقميا (على سبيل المثال، ‘[0,2]’) لتحديد الفاصل الزمني الذي يحتوي على رقم عشوائي سيتم إضافته إلى مدة ITI الثابتة. للتأكد من أن التجارب ذات الاستجابات السابقة لأوانها تؤثر على الحد الأقصى للتجربة في الجلسة، اكتب “خطأ” على السطر 37. لتحديد نافذة زمنية يتم خلالها احتساب كزات أنف إضافية كإجابات مثابرة، اكتب قيمة رقمية على السطر 39. اكتب “true” على السطر 40 بحيث تثير الإجابات السابقة لأوانها مهلة. لتحديد مجموعات مختلفة من فتحات الهدف، اكتب “جار” أو “متغير” أو “جميع” على السطر 48. اكتب قيمة رقمية على السطر 49، مع تحديد العدد الإجمالي للفتحات المستهدفة. إذا كانت المحفزات الخافتة مطلوبة، فاكتب قيمة رقمية على السطرين 51 و52، مع تحديد العدد الإجمالي للفتحات الخافتة وسطوعها، على التوالي. إذا كان انبعاث نغمة قصيرة (Tone C4 ، 262 هرتز (تدوين الملعب العلمي)) قبل عرض التحفيز مطلوبا ، فتأكد من تعيين المتغير الموجود في السطر 55 على “true”. اكتب قيما رقمية على الأسطر 56 و 57 و 58 لتحديد النافذة الزمنية (بالمللي ثانية) بين نغمة المتحدث وعرض التحفيز ، ومدة النغمة (بالمللي ثانية) ، وحجم النغمة (يسمح بالأرقام بين 0 (بدون نغمة) و 1 (الحجم الكامل). إذا كان انبعاث نغمة قصيرة (نغمة C6 ، 1047 هرتز) بعد كزة أنف ناجحة مطلوبا ، فتأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 59 إلى “صحيح”. اكتب قيمة رقمية على السطرين 60 و61 تحدد مدة النغمة (بالمللي ثانية) وحجم النغمة (يسمح بالأرقام بين 0 (بدون نغمة) و1 (الحجم الكامل). إذا كان من المقرر مكافأة الاستجابات في فتحات الإضاءة الخافتة، فتأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 64 إلى “غير ثنائي”. اكتب قيمة رقمية على السطر 73 لتحديد عدد كريات الطعام التي يتم تسليمها لكزات الأنف في فتحات الإضاءة الخافتة. في حالة استخدام أكثر من موزع بيليه واحد، اكتب رقم المحرك المقابل على الخطين 70 و72 لكزات الأنف في الفتحات المستهدفة والفتحات المضاءة الخافتة.ملاحظة: يمكن أن يكون رقم المحرك إما 1 أو 2. يتم تعريف المحطات اللولبية لدرع المحرك المقابلة M3 و M4 في البرنامج النصي للتحكم في الأجهزة. إذا كان تقدير المكافأة بناء على وقت رد الفعل مطلوبا، فتأكد من تعيين المتغير الموجود على السطر 65 إلى “معتمد”. حدد اعتماد كزات الأنف في الفتحات المستهدفة عن طريق كتابة قيم رقمية على السطر 67 من شأنها أن تقسم وقت التفاعل (بالثواني) ، ورقم المحرك ، وعدد كريات الطعام التي سيتم تسليمها إلى فئات مختلفة ، بحيث يتوافق الفاصل الزمني المحدد لرد الفعل مع رقم المحرك المختار وعدد الكريات. اكتب أرقاما على السطر 68 لتحديد فئات مختلفة لوقت رد الفعل (بالثواني) ورقم المحرك وعدد كريات الطعام التي سيتم تسليمها لكزات الأنف في فتحات الإضاءة الخافتة. قم بتكوين وظيفة الدرج باتباع الخطوات أدناه.ملاحظة: هذه الخطوة اختيارية. حدد وظيفة الدرج المفتوحة. في السطر 4، اكتب اسم المجموعة الأولى (على سبيل المثال، “group1”). إذا كان ذلك ممكنا، اكتب اسم المجموعة الثانية (مثل “group2”) في السطر 77. لتغيير معلمات مستوى التدريب الثاني للمجموعة الأولى، اكتب إحدى المعلمات المحسوبة في فحص الأداء على السطر 17 (على سبيل المثال، PerformanceCheck.NumCorrect >= 30 إذا كانت المعايير تجيب على 30 كزة أنف بشكل صحيح).ملاحظة: لا تقم بتغيير المعلمة “Config_trigger == 2” عند استخدام التحميل التلقائي لجلسة العمل السابقة (الخطوة 4.2.7.2). في السطر 19 ، اكتب متغيرا ترغب في تحديثه وقيمة رقمية إن وجدت (على سبيل المثال ، “Config.LED.StimDuration = 30” لتعيين طول StD إلى 30 ثانية).ملاحظة: يمكن اختيار عدد المعلمات التي سيتم تغييرها وقيمتها الجديدة بحرية. الشرط الوحيد هو أن المعلمة المراد تحديثها تحتاج إلى الكتابة بعد المتغير “UpdateTrigger = 1” في كل مستوى يرغب في التحديث. تكوين وظيفة “DataProc”. حدد وظيفة DataProc المفتوحة. إذا كان هناك حاجة إلى رسم رسم بياني يحتوي على نظرة عامة على الجلسة وحفظه تلقائيا، فاكتب الأوامر الخاصة بالمخطط المطلوب من السطر 83 فصاعدا.ملاحظة: ترسم الأوامر الحالية على السطر 83 فصاعدا نظرة عامة على نتائج الجلسة وبعض تدابير الرقابة الضرورية مثل العدد الإجمالي للإجابات السابقة لأوانها أو عدد دفعات لوحة الطعام أثناء ITI. 5. التجربة السلوكية انقل قفص الفئران من vivarium إلى الغرفة التجريبية قبل 30 دقيقة على الأقل من جلسة التعود أو التجربة لتعريف الحيوانات بغرفة الاختبار. بالنسبة لجلسة التعود ، قم بإعداد غرفة التشغيل عن طريق وضع كريتين طعاميتين للمكافأة في كل فتحة من الفتحات وخمس كريات طعام في باب المجلة. تكوين المعلمات لجلسة العمل باتباع الخطوات 2-4.1.ملاحظة: كانت غرفة التشغيل المستخدمة لهذا البروتوكول عبارة عن صندوق Skinner PVC معدل بأبعاد 30 × 30 × 45 سم.ملاحظة: بالنسبة لمرحلة التعود الأولى، قم بلصق باب رفرف المجلة ليظل مفتوحا. بالنسبة لمرحلة التعود الثانية ، قم بإزالة الشريط الموجود على باب رفرف المجلة. حدد البرنامج النصي للمستخدم المفتوح. تأكد من أن وصف “COM” على السطر 75 يتطابق مع المنفذ المتاح المختار في الخطوة 2.2. إذا لم تكن متطابقة، فقم بتغيير القيمة الرقمية في البرنامج النصي لعنصر تحكم التجربة (على سبيل المثال، من “COM3” إلى “COM4”). ضع الفئران بلطف في الغرفة. في البرنامج النصي للمستخدم المفتوح ، انقر فوق علامة التبويب شريط أدوات EDITOR في النصف العلوي من الشاشة ، ثم انقر فوق زر التشغيل الأخضر تشغيل. تحقق مما إذا كان البرنامج يعمل بشكل صحيح عن طريق قراءة معلومات “نافذة الأوامر”. لإيقاف التجربة في أي وقت، اضغط على مفتاح الهروب ESC على لوحة مفاتيح الكمبيوتر. انتظر حتى تظهر رسالة على شاشة نافذة الأوامر. اكتب “y” واضغط على المفتاح Enter على لوحة مفاتيح الكمبيوتر لإيقاف الجلسة الحالية وحفظ البيانات التي تم الحصول عليها. عند الوصول إلى حد التعود أو وقت الجلسة أو الحد التجريبي (الخطوة 4.1.1 أو 4.2.5 على التوالي)، تحقق من الرسالة التي تظهر على شاشة نافذة الأوامر. اكتب “y” واضغط على المفتاح Enter على لوحة مفاتيح الكمبيوتر لإيقاف جلسة العمل الحالية.ملاحظة: لن يتم عرض الرسالة إلا في بداية الإصدار التجريبي الجديد وستوقف الجلسة الجارية حتى يتم كتابة إجابة (“y” لإيقاف الجلسة أو “n” لمتابعة التجربة). في حالة جلسة التعود ، تحقق مما إذا كان الفئران قد استهلك جميع كريات الطعام. كرر مرحلة التعود حتى يتم استهلاك جميع الكريات قبل التقدم إلى مرحلة التعود التالية أو ، بعد المرحلة الثانية ، ابدأ تدريب 5-CSRTT. بعد الجلسة ، قم بتنظيف جدران وأرضية غرفة التشغيل ، على سبيل المثال ، باستخدام محلول الإيثانول بنسبة 70٪ ومنشفة ورقية. قبل إدخال الفئران التالية ، انتظر لمدة 2-3 دقائق حتى تتبدد رائحة الإيثانول. عند انتهاء يوم التجربة، افصل وحدة التحكم الدقيقة USB عن الكمبيوتر. اختياريا، أغلق كلا البرنامجين النصيين للتحكم في الأجهزة والتجارب.

Representative Results

الشكل 2: جهاز 5-CSRTT المستخدم في الدراسة الحالية. يعمل الجهاز على جهاز كمبيوتر محمول مجهز بصندوق أدوات 5-CSRTT ، والذي يوفر نصا للتحكم في المتحكم الدقيق وجميع المعدات ذات الصلة والبرامج النصية المتعددة للتحكم في تجربة 5-CSRTT. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. صندوق الأدوات القابل للتخصيص بالكامل سهل الاستخدام ويعتمد على متحكم دقيق أحادي اللوحة ومكونات كهروتقنية قياسية. ويبين الشكل 3 مخططا مبسطا للدوائر والأسلاك. تتكون الفتحة بأكملها من 5 مصابيح LED كمحفزات ضوئية وخمسة مستشعرات بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن كزات الأنف. يتكون ضوء المنزل من شريط واحد مع ثمانية مصابيح LED ، ومجلة الطعام مصنوعة من فتحة مع باب رفرف مع مفتاح صغير ، وموزع بيليه يحركه المحرك ، وشريط مع ثمانية مصابيح LED للإضاءة. كما تجسد الدائرة توصيلات للمكونات الاختيارية مثل مكبر صوت الجرس السلبي للتغذية المرتدة السمعية ومقياس الجهد الرقمي لضبط مستوى الصوت. للحصول على قائمة بالمعدات المستخدمة في تطوير صندوق الأدوات هذا، يرجى الاطلاع على جدول المواد. الشكل 3: الدائرة المبسطة لأجهزة المتحكم الدقيق. لتكون قابلة للتخصيص بسهولة وسرعة ، يتم توصيل معدات المتحكم الدقيق عبر لوح الخبز. من أعلى اليسار إلى أسفل اليسار ، في اتجاه عقارب الساعة: يتم توصيل لوحة التحكم الدقيقة بدرع المحرك ومحرك DC (يمثل محرك موزع الكريات). إلى اليمين توجد شرائط LED لكل من أضواء المنزل ومجلة الطعام ، وفي الوسط توجد جميع مصابيح LED البيضاء الخمسة لضوء التحفيز وأزواج أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء الخمسة المستخدمة في الفتحات. يوجد أسفل لوحة المتحكم الدقيق مفتاح صغير بسيط (يمثل المفتاح المستخدم في باب رفرف مجلة الطعام). أخيرا ، يتم تصوير مكبر صوت جرس سلبي ومقياس جهد رقمي في المنتصف. تم إنشاء هذه الصورة باستخدام برنامج Fritzing مفتوح المصدر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 4: ربط ووظائف جميع مكونات البرامج النصية للتحكم في التجربة والرسم البياني المبسط لدالة “الكود” (أ) يرسل البرنامج النصي “المستخدم” معلماته إلى وظيفة “الكود” ، والتي بدورها ترتبط مباشرة بوظيفة “الدرج” ، مما يسمح لها بتحديث أي معلمة مستخدمة في وظيفة “الكود” أثناء استمرار التجربة. ثم ترسل وظيفة “الرمز” نتائجها إلى وظيفة “DataProc” في نهاية الجلسة. (ب) قبل بدء جلسة تجربة، تتحقق الدالة “Code” أولا مما إذا كان من المفترض أن تبدأ بروتوكول التعود. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإنه يقوم بإعداد المعلمات استنادا إلى التعريفات المختارة في البرنامج النصي “المستخدم”. قبل بدء كل إصدار تجريبي، تتحقق الوظيفة بعد ذلك مما إذا كان مفتاح ESC على لوحة المفاتيح قد تم الضغط عليه. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإنه يستمر في محاكمة جديدة. وإلا، فإنه يوقف جلسة التجربة ويمرر البيانات التي تم جمعها إلى الدالة DataProc. يسمح هذا الفحص الهام قبل كل بدء تجريبي للبرنامج بالتوقف قبل الوصول إلى أي حد زمني مختار. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. يمكن رؤية التفاعلات بين البرامج النصية المختلفة للتحكم في التجربة في الشكل 4A. يتضمن البرنامج النصي “المستخدم” جميع المعلمات التي تحدد التجربة. هناك ، يمكن اختيار المتغيرات التي تحدد توقيت التجربة وعدد وسطوع المحفزات المضيئة ومدة ITI وما شابه ذلك بحرية. تتضمن وظيفة Code (الملف التكميلي 5) وصفا مفصلا لتجربة واحدة وجميع النتائج المحتملة ، والتي يتم تكرارها طوال التجربة ، كما هو موضح في الشكل 4B. علاوة على ذلك ، فإنه يتكون من بروتوكول لتعويد الحيوان على الجهاز. تقوم وظيفة Code أيضا بالتحقق بانتظام من أداء الحيوان. علاوة على ذلك ، فإن وظيفة الدرج اختيارية. تتم مقارنة أداء الشخص بالمعايير المحددة مسبقا ، ويتم تحديث المعلمات المطلوبة تلقائيا إذا كان أداء الحيوان يفي بهذه المعايير. قد تأخذ وظيفة الدرج في الاعتبار أيضا النتائج المكتسبة من جلسة اليوم السابق. أثناء تشغيل التجربة، سيقوم فحص الأداء في نهاية التجربة بحساب الدقة والسهو والعدد الإجمالي للاستجابات الصحيحة للتجارب المكتملة ومقارنة النتيجة بالمعايير المطلوبة لتحديث المستوى، كما هو محدد في وظيفة الدرج. وأخيرا، تعالج الدالة DataProc جميع البيانات التي تم جمعها وتنشئ رسوما بيانية بسيطة للتحليل السريع. في نهاية الجلسة، يقوم صندوق الأدوات تلقائيا بحفظ جميع البيانات في ملف *.mat وإنشاء ملف *.xlsx إضافي يحتوي على المعلومات الأساسية من التجربة. الشكل 5: مثال على تكوينات التحفيز المختلفة لصندوق أدوات 5-CSRTT. يوضح الرسم البياني المجموعات الممكنة من المحفزات المستهدفة اعتمادا على التكوين المختار. يتم استخدام كل من التكوينات “الكل” و “المفردة” في النموذج القياسي (للتجربة الاعتيادية والسلوكية). تظهر تكوينات “الجار” و “المتغيرة” تكوينات تحفيز غير قياسية ، مما يسمح باستخدام أعداد أخرى من المحفزات المضاءة ، والتي قد يكون لها أيضا تباين مختلف عن الحافز المستهدف. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. تشير الخطوة 4.2.7.7 إلى ميزة اختيارية: تغيير تجميع الفتحات المستهدفة. يستخدم نموذج 5-CSRTT القياسي حافزا مستهدفا واحدا. هنا ، نمثل كيف يسمح صندوق الأدوات المقدم بإجراء تعديلات على النموذج القياسي. يعرض الشكل 5 بعض مجموعات المجموعات المحتملة من إجمالي خمس فتحات تتعلق بالتكوين المختار. يضيء التكوين “الكل” جميع الفتحات المتاحة بحيث تصبح كل فتحة الآن فتحة مستهدفة ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في مراحل التدريب الأولية. يتأكد تكوين الجيران من أن عدد الفتحات المستهدفة (المختار بحرية) سيكون مجاورا لبعضها البعض. يمكن تحديد الإعدادات بحيث لا يكون الجيران متطابقين مع الفتحة المستهدفة ولكن يتم إضاءتهم بتباين أقل (أو حتى أعلى). يسمح استخدام الفتحات ذات التباينات المختلفة للإضاءة باختبار نماذج جديدة، مثل استخدام مكافآت متدرجة بشكل مختلف لكزات الأنف في الفتحات عالية أو منخفضة التباين. يوضح الشكل 5 مثالا يحتوي على ثلاث فتحات مستهدفة ذات إضاءة متطابقة. عادة ما يتم استخدام التكوين الفردي في معيار 5-CSRTT ، حيث يتم إضاءة هدف واحد فقط. وأخيرا، يعمل التكوين الذي تم تحريكه على توسيع تكوين الجار. إنه يحول حافز الجار نحو الفتحة الأخيرة أو الأولى في حالة وجود الفتحة المستهدفة في الموضع الأول أو الأخير ، على التوالي. كما هو الحال في تكوين الجار ، يمكن اختيار قوة الإضاءة للجيران بحرية ، إما أن تكون هي نفسها أو مختلفة عن الفتحة المستهدفة. أيضا ، يمكن اختيار عدد المحفزات المضاءة بشكل عام بحرية. ثم يقوم صندوق الأدوات بحساب جميع المحفزات الممكنة تلقائيا. ومع ذلك، يجب تعيين المعلمة “Config.LED.NumHighLED” إلى “1” لهذا التكوين. وعملا بالبروتوكول، تم تدريب الفئران (N = 10) على 5-CSRTT وفقا لمراحل التدريب الواردة في الجدول 1. الجدول 1: 5-CSRTT جدول التدريب والمعايير للانتقال إلى المستوى التالي. (ألف) ظلت الفترة الفاصلة بين المحاكمات ثابتة عند 5 ثوان في كل مستوى تدريبي. (ب) مدة التحفيز لكل مستوى تدريبي. (ج) النافذة الزمنية المحدودة (LH) ، وهي الحد الأقصى للوقت المسموح به بين إيقاف التحفيز وأي استجابة لكزة الأنف. (دال) العدد الإجمالي للردود الصحيحة اللازمة لاجتياز مستوى التدريب المعني. (ه) تحسب نسبة الدقة على النحو التالي: (و) تعرف النسبة المئوية لأخطاء الإغفال بأنها . ولا يشمل هذا المعيار الردود السابقة لأوانها. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول. وتمت مقارنة أداء الفئران بعدد أيام (جلسات) التدريب اللازمة لإكمال كل مستوى من مستويات التدريب الوارد في الجدول 1. بدأت جميع الحيوانات في مستوى التدريب 1 مع StD و LH من 60 ثانية لكل منهما. ومع ذلك ، تلقت بعض الفئران (N = 5) تدريبا معززا على التعود لاختبار بعض خيارات التحفيز الإضافية التي تم الإبلاغ عنها سابقا ، مما يفسر الفرق في عدد الجلسات التي أبقتها الحيوانات الفردية في مستوى التدريب 1. وتميز إكمال المستوى بالوصول إلى ما مجموعه 30 ردا صحيحا أو أكثر. انخفض StD و LH خلال المستويات التالية ، في حين أصبحت معايير التقدم إلى مستوى التدريب التالي أكثر صرامة ، مما زاد من الطلب على الانتباه للمهمة 1,6. ويبين الجدول 2 جدول البيانات *.xlsx الذي تم إنشاؤه تلقائيا لأحد أمثلة الفئران خلال جلسة واحدة. بدأ الفئران بالتكوين المحدد في مستوى التدريب 5. بعد أربع تجارب، تقدم الفئران إلى المستوى 6، مع الأخذ في الاعتبار التجارب التي أجريت في الدورة الحالية بالإضافة إلى الدقة التي تحققت في الجلسة السابقة. يتم تحديد عدد التجارب التي يجب إجراؤها على الأقل في الدورة الحالية للتقدم إلى مستوى التدريب التالي في المتغير “Config.Experiment.MinNumTrials”. وفي نفس الجلسة، تقدم الفئران إلى المستوى التدريبي 7 بعد الانتهاء من 66 تجربة في المستوى 6 وتحقيق متطلبات > دقة 80٪ وإغفال < بنسبة 20٪. وفي المجموع، تم تدريب الفئران لمدة 26 يوما باستخدام تكوين مستويات التدريب على النحو المبين في الجدول 1. ويرد في الشكل 6 ألف عدد الجلسات التي يقضيها كل مستوى تدريبي. يعرض الخط الأسود المتوسط عبر جميع المواضيع، ويعرض كل خط ملون بيانات فأر واحد. وصلت جميع الفئران إلى المستوى الثامن في غضون 14-22 جلسة (الشكل 6 ب). ويبين الشكل 6 جيم متوسط أداء المواد الدراسية لكل مستوى تدريبي وعبر جميع أيام التدريب في جهاز 5-CSRTT. يمثل الخط الأسود المتقطع النسبة المئوية للدقة، ويمثل الخط الأسود المستقيم النسبة المئوية للحذف. تم حساب الدقة على أنها النسبة بين عدد الردود الصحيحة والعدد الإجمالي للردود. وحسب الإغفالات على أنها النسبة بين عدد الإغفالات والعدد الإجمالي للتجارب (أي مجموع الردود الصحيحة، والردود غير الصحيحة، والإغفالات). يشير الخط الرمادي إلى متوسط العدد الإجمالي للاستجابات الصحيحة عبر جميع التجارب في كل مستوى. يعرض الشكل 6D الدقة النهائية التي حققها كل موضوع على مستوى التدريب الثامن والأخير. في المتوسط، أمضت الفئران 5.9 (±1.03 SEM) جلسات لإكمال المستوى 1، بين 1.5 (±0.17) و 3.5 (±0.5) جلسات لإكمال المستوى 2 إلى 6، و 1.7 (±0.16) لإكمال المستوى 7 قبل أن تصل إلى المستوى النهائي 8. وكما يتضح من الشكل 6 ألف، كان التباين بين المواضيع أكثر أهمية في المستويات الأولية (SD = 3.25 في المستوى 1، و 1.58 في المستوى 2) وانخفض في المستويات اللاحقة (0.47 و 0.48 في المستويين 6 و 7 على التوالي). في المستوى 4 ، عندما تم تخفيض مدة التحفيز بشكل أكبر ، زاد متوسط عدد الجلسات التي تم إنفاقها (2.6 ± 0.52) ، والتباين بين الفئران (1.64) ، حيث استغرق اثنان من الفئران 5 و 6 أيام لإنهاء المستوى. الشكل 6: نتائج التجربة السلوكية مع مجموعة أدوات 5-CSRTT . (أ) عدد الجلسات التي تم إجراؤها في كل مستوى تدريبي. يصور الخط الأسود متوسط عدد جلسات جميع المواد لكل مستوى (متوسط ± SEM) ، وتمثل الخطوط الملونة بيانات الموضوعات الفردية. (ب) العدد المطلق للجلسات اللازمة للوصول إلى المستوى النهائي، لكل موضوع. (ج) متوسط مقاييس الأداء طوال فترة التدريب (متوسط ± SEM). يصور الخط الأسود المنقط دقة جميع الموضوعات عبر جميع الإجابات المعطاة في جميع الجلسات لكل مستوى تدريبي ، ويوضح الخط الأسود نسبة الحذف المقابلة. يصور الخط الرمادي متوسط العدد المطلق للإجابات الصحيحة لجميع المواد الدراسية في كل مستوى تدريبي. (د) الدقة لكل مادة خلال المستوى التدريبي الثامن والأخير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الجدول 2: جمع البيانات من مثال واحد من الفئران خلال جلسة تدريبية واحدة. يعرض العمود A عدد التجارب التجريبية خلال الجلسة فيما يتعلق بمستوى التدريب الحالي، كما هو موضح في العمود B. يعرض العمود C مدة ITI، ويعرض العمود D وقت بدء الفترة التجريبية. تظهر الأعمدة من E إلى I مستوى السطوع لحافز LED في الفتحات من 1 إلى 5 ، على التوالي. مستوى السطوع 0 يعني أن الحافز كان متوقفا ، ومستوى السطوع 0.2 يعني أن الحافز قد تم تشغيله بنسبة 20٪ من شدته القصوى. يوضح العمودان J وK الوقت المحدد الذي تم فيه تشغيل الحافز وإيقاف تشغيله، على التوالي. يعرض العمود L نتيجة التجربة: 0 تعني “الإغفال” ، 1 تعني “الاستجابة الصحيحة” ، 3 تعني “الاستجابة غير الصحيحة” (كزة الأنف في فتحة غير مستهدفة) و 4 تعني “سابقة لأوانها”. يوضح العمود M الفتحة التي تعرضت لكزة الأنف أثناء التجربة، بينما يصور العمود N الوقت الدقيق لكزة الأنف. تظهر الأعمدة O و P و Q الوقت الذي تم فيه تشغيل محرك موزع الكريات ، ورقم المحرك المقابل ، والوقت الذي فتح فيه الفئران موزع الكريات للحصول على مكافأته ، على التوالي. يعرض العمود R وقت انتهاء الفترة التجريبية. تعرض الأعمدة S و T و U و V و W إجمالي عدد الاستجابات السابقة لأوانها والمهلات ودفعات اللوحة أثناء ITI والعدد الإجمالي للإجابات المثابرة وإجمالي وقت تشغيل الجلسة بالدقائق ، على التوالي. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول. ملف تكميلي 1: برنامج نصي للتحكم في الأجهزة لبرنامج IDE (رمز Arduino). يتضمن ذلك جميع الأوامر للتحكم في الأجهزة والمكونات الكهروتقنية لصندوق الأدوات. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف. الملف التكميلي 2: برنامج نصي لوظيفة “المستخدم” في برنامج التحكم في التجربة. يتضمن ذلك جميع المعلمات التي تحدد التجربة. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف. الملف التكميلي 3: برنامج نصي لوظيفة “الدرج” في برنامج التحكم في التجربة. هذا يراقب أداء الموضوع ويقارنه بالمعايير المحددة مسبقا. يتم تحديث المعلمات المطلوبة تلقائيا إذا كان أداء الحيوان يفي بهذه المعايير. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف. الملف التكميلي 4: برنامج نصي لوظيفة “DataProc” في برنامج التحكم في التجربة. يعالج هذا جميع البيانات التي تم جمعها ويولد رسوما بيانية بسيطة للتحليل السريع. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف. الملف التكميلي 5: برنامج نصي لوظيفة “التعليمات البرمجية”. ويشمل ذلك وصفا مفصلا لتجربة واحدة وجميع النتائج المحتملة ، والتي يتم تكرارها طوال التجربة. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

يهدف هذا البروتوكول إلى تطوير واختبار بديل منخفض التكلفة وقابل للتخصيص بالكامل لجهاز مهام وقت رد الفعل التسلسلي القياسي المتاح تجاريا المكون من 5 خيارات. عادة ، توفر أنواع الأجهزة المتاحة تجاريا مجموعة محدودة من الميزات حسب الحاجة لتشغيل البحث القياسي 5-CSRTT. ولهذا السبب ، عادة ما تكون التعديلات غير القياسية في تصميم التجربة المحددة ، مثل التغييرات في تسلسل التجربة أو مجموعات التحفيز المستهدفة ، غير ممكنة. بالإضافة إلى ذلك ، تأتي العديد من أنواع الأجهزة المتاحة مع برامج محددة ومغلقة قد لا توفر الوصول إلى جميع البيانات السلوكية للتجربة ، مثل توقيت وعدد الفتحات للإجابات السابقة لأوانها والمثابرة. وعلى النقيض من ذلك، فإن الميزة الحيوية لصندوق الأدوات المعروض هنا هي – إلى جانب تكلفته المنخفضة – إمكانية تنفيذ العديد من التصاميم التجريبية المختلفة والنماذج البحثية. حاليا، تدعم مجموعة الأدوات تعريف تصاميم التحفيز المتعددة، مثل السماح بالمحفزات الخافتة واستخدام نظامين لتوصيل الكريات والاعتماد على وقت رد الفعل. كما أنه يدعم استخدام مكبر صوت مصغر للتغذية الراجعة السمعية. ومع ذلك ، فإن الغرض الأساسي هو السماح بإجراء تعديلات سهلة على تسلسل التجربة وفقا لهدف المستخدم ، مثل إدخال فتحات مضاءة باهتة وجداول زمنية مجزية لمهام صنع القرار أو دمج أحدث أساليب التدريب على التعزيز الإيجابي¹¹. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير جميع البيانات الخام التي تم الحصول عليها خلال الجلسة لمزيد من التحليل. يوفر صندوق الأدوات وظيفة Staircase للتدريب السلوكي الآلي ، وهو أيضا قابل للتخصيص بالكامل ويسمح للمستخدم بتغيير معايير كل تحديث مستوى وعدد مستويات التدريب والمعلمات التي سيتم تحديثها. علاوة على ذلك ، فإن الجهاز نفسه قابل للتكيف بشكل كبير ، والتغييرات في تصميم التجربة وتخطيط الغرفة ممكنة بسهولة ، مما يجعل من الممكن تطبيق نموذج 5-CSRTT على الأنواع الحيوانية التي تحتاج إلى تصميم بحثي مختلف عما تقدمه أنواع الأجهزة المتاحة تجاريا.

تعد أجزاء محددة من البروتوكول الخاص بتكوين البرنامج أمرا بالغ الأهمية لضمان سير عمل سلس: خاصة في اليوم الأول من التجربة ، يعد إعداد كل من الأجهزة وبرامج التحكم في التجربة (الخطوتان 2 و 3) وتكوين الخطوة 5.3 أمرا بالغ الأهمية. يعد التأكد من أن اتصال المنفذ التسلسلي بين أجهزة المتحكمات الدقيقة وبرامجها وبرنامج التحكم في التجربة يعمل بشكل صحيح أمرا بالغ الأهمية لإنشاء صندوق أدوات 5-CSRTT يعمل بكامل طاقته. في بداية كل يوم تجربة، ينصح بتكرار الخطوات الثلاث المذكورة أعلاه لضمان تكوين البرامج النصية للتحكم في الأجهزة والتجربة بشكل صحيح.

وأخيرا، فإن القيد الحالي لصندوق الأدوات هو تنفيذه على منصة برمجة حصرية واحدة، مما يعرض للأسف استخدامه كصندوق أدوات كامل مفتوح المصدر. ومع ذلك ، من حيث المبدأ ، يجب أن تكون مجموعة الأدوات قابلة للتكيف بسهولة مع لغات البرمجة الأخرى مثل بايثون لأن مسار تجربة واحدة لا يزال دون تغيير.

بالمقارنة مع الطرق البديلة الحالية ، يسمح صندوق أدوات 5-CSRTT الذي تم تقديمه هنا بتنفيذ نموذج 5-CSRTT القياسي وتعديلاته مثل تحديد نافذة زمنية محددة للإجابات المثابرة أو إدخال محفزات مشتتة أو معززة مثل مكبرات الصوت أو الأضواء الوامضة. بالإضافة إلى كونه سهل الاستخدام وقابلا للتكيف بشكل كبير ، فإن الجهاز منخفض التكلفة ويمكن تكراره بسهولة ، ويحفز البحث باستخدام نماذج حيوانية غير القوارض.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يتم دعم هذا العمل من قبل 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

References

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

Cite This Article

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).

Automatically Generated