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  • 斯金纳箱:研究动物行为的尖端装备
    点击数: 更新时间:2017-8-24 10:48:49

    ​条件行为操作箱(又名斯金纳箱)是由B.F.斯金纳于20世纪30年代创造设计用于研究操作性条件反射的一种典型仪器,因而又叫操作性条件反射测试箱。


    它不仅仅是用于研究动物的行为,而且被广泛地用于脑和行为科学的研究,比如刺激或损伤脑的某些部位、某些药物的使用对动物行为的影响、联合光遗传、电生理研究各情感神经环路等等几乎所有的标准操作任务(如基本的操作式行为研究、药物精神依赖性实验、自身给药等),用于进行高效的啮齿动物认知能力评估。




    1、Morris水迷宫

    水迷宫是目前公认的空间学习记忆功能评价方法
    构成:盛水圆形容器和一个平台组成。
    经典水迷宫所检测的是动物在多次的训练中,学会寻找固定位置的隐蔽平台,形成空间位置认知、空间参考记忆。


    2、旷场/开放场
    评价动物在新环境中的探究行为、紧张程度和运动能力
    构成:根据动物体型大小设计不同大小的正方形箱体
    动物在趋避性和好奇心二者之间游走导致动物产生焦虑情绪



    3、强迫游泳
    评价动物抑郁水平
    构成:透明水桶
    生存驱使动物游泳、挣扎,试图逃离当前的环境。但不断尝试仍无法摆脱,因而放弃不动。


    4、三腔社会交互
    评价动物社交能力
    构成:分三个区域,其中两侧分别装有陌生/熟悉小鼠的金属笼
    通过比较靠近陌生/熟悉小鼠的时间来评价动物的社交偏好





    斯金纳箱



    完全模块化的操作箱,可以选择带足底电刺激或不带足底电刺激的操作箱外,还可选择触屏操作箱,同时用于认知和操作行为的测试。


    可选的刺激和行为操作组件有纯音刺激、强度可调的声音刺激、白噪音刺激、强度可调的光刺激、液体奖赏、颗粒奖赏、触鼻探测、标准或加厚压杆操作、头部进入监测等。




    基本模块





    模块功能







    所有组件均可根据实验需求选配安装




    箱体功能



     



    升级触屏斯金纳箱





    系统并且提供多种标准范例,包括整套任务所必需的习惯和图形,可让动物达到特殊应用中的标准,同时收集和分析数据。所提供的标准任务范例可直接转化为已建立的猴子和人类触摸模型*。



    到目前为止,市面上有多种界面系统和行为控制软件包,然而,只有ABET II提供给没有任何编程经验的用户一个可以自定义的软件系统。


    可以执行的常见任务有:


    双选择成对/视觉辨别逆转 Two-choice Pairwise/Visual Discrimination Reversal (PD) 
    学习认知两个同时显示图形中的一个是正确的。触摸正确刺激(S+)会被奖励食物,触摸错误刺激(S-)会被超时惩罚。一旦此任务学习结束,刺激将会颠倒,S+刺激会变为S-刺激,反之亦然。这个逆转学习过程需要优势反应的抑制,并且依赖于前额皮质。


    配对联结式学习 Paired Associate Learning (PAL) 
    在人类中,类似的任务可以用于高效的阿尔茨海默症早期检测。在啮齿动物的PAL任务中,三个空间位置会出现三个物体,动物学习和记忆其中的一个。在给予实验中,会出现两个不同的物体,一个位于正确的位置,另一个位于错误位置,动物必须选择位于正确刺激位置的那个。此任务对于胆碱能传递很敏感,并且可表现海马功能障碍,并且能够区分海马体中谷氨酸和乙酰胆碱受体的功能。


    视觉运动条件学习 Visuomotor Conditional Learning (VMCL) 
    习惯和刺激反应类任务,啮齿动物学习这样一种规则:假如图形A出现,对左边区域做出响应;假如图形B出现,对右边区域做出响应。这种类型的测试对于背侧纹状体损伤很敏感,因此可与Huntington和Parkinson相关联。


    消退 Extinction (EXT) 
    此任务简单但是强大。如同逆转测试一样是一种行为抑制测试,但是针对不同的需求。 事实上,一些动物在逆转测试中形成固定认知,但是无消退,反之亦然。动物一开始需要对中央窗口出现的白色方块做出响应来获得奖励,达到一定标准后,进行响应消退测试,此阶段对于动物做出的响应不再提供奖励。 


    选择序列反应时 5-Choice Serial Reaction Time (5CSRT) 
    要求啮齿动物对5个位置中随机1位置出现的短暂视觉刺激做出响应,此任务对皮质层处理能力敏感,特别是那些涉及到前额皮质和高度依赖胆碱能传递的功能方面。


    Trial-Unique Nonmatching-to-Location (TUNL) 
    TUNL可理解为delayed nonmatching-to-place (DNMTP)的另一种版本,在DNMTP中,图像出现在一个范例位置,紧跟着一个延时,出现在范例位置(incorrect, S-)和一个不匹配位置(correct, S+)。DNMTP被证实易受非空间调解策略伤害。TUNL消除了使用多样的、trial-unique位置,防止调解策略的使用。当两个位置挨着一起时,背侧海马体损伤或减少的海马体神经发生的动物将会受到损害,而离的很远时则不会。这个特点也精致地呈现出对海马功能障碍、同时开发海马体中记忆和模组分离任务的敏感性。


    自行塑成 Autoshaping (AUTO) 
    任务测量对屏幕的巴甫洛夫反应。这是一种快速的简单经典条件反射执行测试,依赖于集中在腹侧纹状体的奖励系统。白色垂直矩形出现在奖励托盘的某一边,触摸一边总是允许给予食物奖励,另一边无奖励。奖励不依赖于接近屏幕,接近屏幕的途径通过食物托盘两边的红外线探测器进行测量。


    位置辨别学习 Location Discrimination Learning(LDL) 
    啮齿动物要求区别屏幕上的两个白色方块。对屏幕一边方块的响应将会获得奖励,而对另一边的响应将会受到超时期间惩罚。不同试验中,方块之间的距离不同。当位置挨着一起时,背侧海马体损伤的动物会受到损害,而离得很远时则不会。




    适配各类实验动物


    1、小鼠



    2、大鼠



    3、猪



    4、灵长类





    今年又新发表众文献(部分):


    AlzheimerDisease 老年痴呆研究

    1.  McKee, S. E., Grissom, N.M., Herdt, C. T., & Reyes, T. M. (2017). Methyl donor supplementationalters cognitive performance and motivation in female offspring from high-fatdiet–fed dams. The FASEB Journal, fj-201601172R.

    2.  Higa, K. K., Young, J. W.,Ji, B., Nichols, D. E., Geyer, M. A., & Zhou, X. (2017). Striatal dopamineD1 receptor suppression impairs reward-associative learning. Behavioural brain research, 323, 100-110.

    Parkinson’s Disease …帕金森研究

    1.  Wicks, B., Waxler, D. E.,White, K. M., Duncan, N., Bergmann, J., Cole, R. D., ... & Bangasser, D. A.(2017). Method for testing sustained attention in touchscreen operant chambersin rats. Journal of Neuroscience Methods, 277, 30-37.

    2.  iga, Kerin K., Jared W.Young, Baohu Ji, David E. Nichols, Mark A. Geyer, and Xianjin Zhou."Striatal dopamine D1 receptor suppression impairs reward-associativelearning." Behavioural brain research 323 (2017): 100-110.

    Autism …自闭症研究

    1. Shin, Y. J. (2017). Increasedneuroinflammatory signaling and memory deficits caused by early-life ethanolexposure and the potential benefits of anti-inflammatory treatment (Doctoral dissertation,The Ohio State University).

    2.  Copping, N. A., Berg, E.L., Foley, G. M., Schaffler, M. D., Onaga, B. L., Buscher, N., ... & Yang,M. (2017). Touchscreen learning deficits and normal social approach behavior inthe Shank3B model of Phelan–McDermid Syndrome and autism. Neuroscience, 345, 155-165.

    Anxiety …抑郁研究

    1. Khan, A., De Jong, L. A.,Kamenski, M. E., Higa, K. K., Lucero, J. D., Young, J. W., ... & Powell, S.B. (2017). Adolescent GBR12909 exposure induces oxidative stress, disruptsparvalbumin-positive interneurons, and leads to hyperactivity and impulsivityin adult mice. Neuroscience, 345, 166-175.

    2.  McKee, S. E., Grissom, N.M., Herdt, C. T., & Reyes, T. M. (2017). Methyl donor supplementationalters cognitive performance and motivation in female offspring from high-fatdiet–fed dams. The FASEB Journal, fj-201601172R.