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实验攻略

解密:操作性行为系统—斯金纳箱

2020年10月13日 浏览量: 评论(0) 来源:深圳瑞沃德 作者: 责任编辑:admin
摘要:斯金纳箱的任务模式大部分建立在动物对奖赏渴望的心理因素上。进行任务前一周左右,先将动物进行饥饿处理,使动物体重控制在原有的85%-90%之间,以保证动物有动机去主动学习,完成任务。任务模式分为不同阶段,可由浅入深,逐步让动物学习。 第一阶段:让动物学会如何获得奖赏。在动机的驱使下,动物会本能的不停探索箱子内部。程序可以设置为感应到动物嘴巴靠近奖赏口时,机器自动给予一定时间或者体积的奖励。

今天和大家聊聊斯金纳箱的任务模式及优势。斯金纳箱一般包含触屏,压杆,鼻触,提示灯,奖赏等配件。那如何让实验动物在斯金纳箱内获得美味的食物,完成学习呢?解密走起!

斯金纳箱的任务模式大部分建立在动物对奖赏渴望的心理因素上。进行任务前一周左右,先将动物进行饥饿处理,使动物体重控制在原有的85%-90%之间,以保证动物有动机去主动学习,完成任务。任务模式分为不同阶段,可由浅入深,逐步让动物学习。 第一阶段:让动物学会如何获得奖赏。在动机的驱使下,动物会本能的不停探索箱子内部。程序可以设置为感应到动物嘴巴靠近奖赏口时,机器自动给予一定时间或者体积的奖励。

一般三天之内,动物就可以熟练获得奖励(以规定时间内动物达成一定奖赏次数为标准)。

下一阶段:增加更多操作性行为,例如压杆,触屏等,使相应行为与奖赏联系起来。例如实验可以设计为屏幕随机出现一个图形。基于动物探索的本能,当重复之前的行为得不到奖赏后,动物会进一步探索,相较之前的箱体环境,图形属于新鲜元素,当动物触摸图形,以奖赏作为反馈激励动物学习。

图片源自

http://www.tjmu.edu.cn/info/1049/4344.htm

 实验任务一般会在规定时间内,设置一定的trail次数,每次trail之间会设置随机时间间隔(ITI,inter-trial interval),减少动物随机行为对数据的干扰。依据不同实验需求,可改变奖赏概率,任务难度等。像Operant Progressive-Ratio Test是逐步将需要付出的行为依比率增加,例如鼻触次数,压杆次数等。为激励动物做出行为,可将奖赏也按照相应比率增加。

 

同时,实验任务中可以引入“delay”,以检测动物的记忆保持能力。5选择序列反应时任务范式中(5-CSRT ,5-Choice Serial Reaction Time)动物通过对5孔观察,在规定时间对点亮的孔做出正确的笔触响应,便可得到食物或者饮水奖励。因此,可以设置不同的测试次数,奖赏时间,提示时间,delay时间等,应用于不同的研究方向。 

解析斯金纳箱优势 

相较于常见的行为学系统,斯金纳箱实验数据的评估方式更加丰富,训练方式种类多,更有利于研究多个脑区之间的投射关系。除了依据实验范式得到行为的判断指标之外,通过全程的软件数据记录,可以分析动物任务表现中的注意力,动机等多种指标。
斯金纳箱满足多样化实验场景。Lafayette斯金纳箱采用图形编程软件,可绘制逻辑关系图,易学易懂,可根据实验设计高效编程,常用实验范例可以直接购买使用,可记录实验事件数据,Raw Data可多次回溯分析,便于追踪处理数据。模块化搭配可根据实验需求选择需要的配置,不同实验动物模型可以定制适合的箱体。依据软件化操作和智能控制,斯金纳箱任务范式时间敏感性高,扩展功能丰富可以结合光遗传,光纤记录,电生理等实验技术

 

以光遗传为例,光遗传学是一项整合了光学、遗传学、电生理等多学科的生物工程技术,其主要原理是采用基因操作技术将光感基因(如ChR2,NaHR3.0,Arch或OptoXR等)转入到特定类型的细胞中,进行特殊离子通道或GPCR表达。光感离子通道在不同波长的光刺激下,会对离子的通过产生选择性,从而造成细胞膜两边的膜电位发生变化,达到对细胞选择性兴奋或者抑制的目的。

光遗传技术具有独特的高时空分辨率和细胞类型特异性两大特点,克服了传统手段(激动剂,抑制剂,电刺激等)许多缺点,能对神经元进行非侵入式精准定位调控。通过斯金纳箱系统与光遗传设备结合,可以控制设备在动物触发某项行为时,精准给予光刺激(ms级别的反馈速度),有效利用光遗传的高时空分辨率的特点,保证实验可控,精确。可以说,光遗传是斯金纳箱的拍档之一!下一篇,我们将进行斯金纳箱应用光遗传的文献解读分享。


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