解密操作性行為系統(tǒng)-斯金納箱的使用
瀏覽次數(shù):1810 發(fā)布日期:2020-9-9
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今天和大家聊聊斯金納箱的任務(wù)模式及優(yōu)勢。斯金納箱一般包含觸屏,壓桿,鼻觸,提示燈,獎賞等配件。那如何讓實驗動物在斯金納箱完成學習任務(wù)呢?解密走起!
斯金納箱的任務(wù)模式大部分建立在動物對獎賞渴望的心理因素上。進行任務(wù)前一周左右,先將動物進行饑餓處理,使動物體重控制在原有的85%-90%之間,以保證動物有動機去主動學習,完成任務(wù)。任務(wù)模式分為不同階段,可由淺入深,逐步讓動物學習。 第一階段:讓動物學會如何獲得獎賞。在動機的驅(qū)使下,動物會本能的不停探索箱子內(nèi)部。程序可以設(shè)置為感應(yīng)到動物嘴巴靠近獎賞口時,機器自動給予一定時間或者體積的獎勵。
一般三天之內(nèi),動物就可以熟練獲得獎勵(以規(guī)定時間內(nèi)動物達成一定獎賞次數(shù)為標準)。
下一階段:
增加更多操作性行為,例如壓桿,觸屏等,使相應(yīng)行為與獎賞聯(lián)系起來。例如實驗可以設(shè)計為屏幕隨機出現(xiàn)一個圖形;趧游锾剿鞯谋灸,當重復之前的行為得不到獎賞后,動物會進一步探索,相較之前的箱體環(huán)境,圖形屬于新鮮元素,當動物觸摸圖形,以獎賞作為反饋激勵動物學習。
實驗任務(wù)一般會在規(guī)定時間內(nèi),
設(shè)置一定的trail次數(shù),每次trail之間會設(shè)置隨機時間間隔(ITI,inter-trial interval),減少動物隨機行為對數(shù)據(jù)的干擾。依據(jù)不同實驗需求,可改變獎賞概率,任務(wù)難度等。像Operant Progressive-Ratio Test是逐步將需要付出的行為依比率增加,例如鼻觸次數(shù),壓桿次數(shù)等。為激勵動物做出行為,可將獎賞也按照相應(yīng)比率增加。
同時,實驗任務(wù)中可以
引入“delay”,以檢測動物的記憶保持能力。5選擇序列反應(yīng)時任務(wù)范式中(5-CSRT ,5-Choice Serial Reaction Time)動物通過對5孔觀察,在規(guī)定時間對點亮的孔做出正確的筆觸響應(yīng),便可得到食物或者飲水獎勵。因此,可以設(shè)置不同的測試次數(shù),獎賞時間,提示時間,delay時間等,應(yīng)用于不同的研究方向。
解析斯金納箱優(yōu)勢
相較于常見的行為學系統(tǒng),斯金納箱
實驗數(shù)據(jù)的評估方式更加豐富,訓練方式種類多,更有利于研究多個腦區(qū)之間的投射關(guān)系。除了依據(jù)實驗范式得到行為的判斷指標之外,通過全程的軟件數(shù)據(jù)記錄,可以分析動物任務(wù)表現(xiàn)中的注意力,動機等多種指標。
斯金納箱滿足多樣化實驗場景。Lafayette斯金納箱采用圖形編程軟件,可繪制邏輯關(guān)系圖,易學易懂,可根據(jù)實驗設(shè)計高效編程,常用實驗范例可以直接購買使用,可記錄實驗事件數(shù)據(jù),Raw Data可多次回溯分析,便于追蹤處理數(shù)據(jù)。模塊化搭配可根據(jù)實驗需求選擇需要的配置,不同實驗動物模型可以定制適合的箱體。依據(jù)軟件化操作和智能控制,斯金納箱任務(wù)范式時間敏感性高,擴展功能豐富,可以結(jié)合光遺傳,光纖記錄,電生理等實驗技術(shù)。
以光遺傳為例,光遺傳學是一項整合了光學、遺傳學、電生理等多學科的生物工程技術(shù),其主要原理是采用基因操作技術(shù)將光感基因(如ChR2,NaHR3.0,Arch或OptoXR等)轉(zhuǎn)入到特定類型的細胞中,進行特殊離子通道或GPCR表達。光感離子通道在不同波長的光刺激下,會對離子的通過產(chǎn)生選擇性,從而造成細胞膜兩邊的膜電位發(fā)生變化,達到對細胞選擇性興奮或者抑制的目的。
光遺傳技術(shù)具有獨特的高時空分辨率和細胞類型特異性兩大特點,克服了傳統(tǒng)手段(激動劑,抑制劑,電刺激等)許多缺點,能對神經(jīng)元進行非侵入式精準定位調(diào)控。通過斯金納箱系統(tǒng)與光遺傳設(shè)備結(jié)合,可以控制設(shè)備在動物觸發(fā)某項行為時,精準給予光刺激(ms級別的反饋速度),有效利用光遺傳的高時空分辨率的特點,保證實驗可控,精確?梢哉f,光遺傳是斯金納箱的拍檔之一!