Name: Feeding Experimentation Gerät (FED): Konstruktion und Validierung eines Open-Source-Vorrichtung zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Nagetiere (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Lernen Sie den Bau und die Validierung von FED, einem Open-Source-Gerät zur präzisen Messung der Nahrungsaufnahme bei Mäusen im Heimkäfig. Diese Methode ermöglicht Echtzeit-Datenerfassung für Fütterungs- und Adipositas-Forschung.

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Diese Arbeit wurde durch die Interne Research Program der National Institutes of Health (NIH), The National Institute of Diabetes und Magen-Darm-und Nierenerkrankungen (NIDDK) unterstützt. Wir danken der NIH Abschnitt auf Besetzung und die NIH-Bibliothek für die Unterstützung bei den 3D-Druck.

Hinweis: Dieses Protokoll für Komponenten speziell in der Tabelle der Materialien genannt geschrieben wird. Während ähnliche Funktionalität kann unter Verwendung anderer Hardware erreicht werden kann, wurde FED für den Arduino Pro Mikrocontroller programmiert (im Folgenden bezeichnet: Mikrocontroller) gehandelt werden und Zubehör. Andere Mikrocontroller kann ebenso gut funktionieren, aber den Anwender auffordert, den Code zu ändern, um sie zu unterstützen. Offline-Datenanalyse wurde mit der Programmiersprache Python codiert werden. 1. Vorbereitung und Installation der Software <ol><li> Procure elektronische Bauteile benötigt , um FED konstruieren (siehe Tabelle 1 andFed Github BoM.xlxs an: https://github.com/KravitzLab/FED/tree/master/doc). HINWEIS: Alternativ Lieferanten können für viele Teile auf dieser Tabelle verwendet werden, sofern sie zu vergleichbaren Spezifikationen aufweisen. </li><li> Drucken Sie alle 3D konstruiert sind (siehe Abbildung 1, abrufbar unter: https://github.com/KravitzLab/FED/wiki/3D-Printed-Components). 3D-Drucker mit einem 200 MikronAuflösung sollte der Druck FED fähig sein. </li><li> Herunterladen und Installieren der Integrated Development Environment (IDE) Plattform, um den Mikrocontroller zu programmieren. </li><li> Downloaden und installieren Sie zusätzliche Bibliotheken zu ermöglichen Funktionalität von Motorschild und Datenlogger (verfügbar unter: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino). </li><li> Beschaffen Sie Werkzeuge für die Montage benötigt (zB ein Lötkolben, Heißluftpistole, löten, Abisolierzange, Spitzzange, und beide Flachkopf und Schraubendreher). </li></ol> 2. Löten Elektrische Komponenten HINWEIS: Verwenden Sie Schrumpfschlauch alle Lötverbindungen zu schützen. Vor der Lötverbindungen, schieben ein Stück Schrumpffolienschlauch (~ 2 cm) Schlauch um einen der Drähte. Nach dem Anschluss Löten, zentriert um den Schlauch auf den Anschlusspunkt und einer Heißluftpistole den Schlauch schrumpfen zu erwärmen verwenden. <ol><li> Vorbereitung Anschlüsse (2A) <ol><li> Bereiten Sie vier 2-poligen JST-Stecker Paare undbeschriften sowohl männliche als auch weibliche Seite &quot;A&quot;, &quot;B&quot;, &quot;C&quot; und &quot;D&quot; bezeichnet. Entfernen Sie den roten Draht von beiden Seiten des Verbinderpaar &quot;D&quot;. </li><li> Bereiten Sie einen 3-poligen JST Steckerpaar und beschriften sowohl männliche als auch weibliche Seite &quot;E&quot;. </li></ol></li><li> Mikrocontroller und stapelbar Schilde (2B) <ol><li> Löten weibliche stapelbar Header mit Buchsen auf der Oberseite des Mikrocontrollers. Clip abstehenden Draht von Header auf der Unterseite des Mikrocontrollers. </li><li> Solder weibliche stapelbar Header mit Buchsen auf der Oberseite der SD-Datenprotokollierung Schild. Lassen Sie Drähte an Boden der Abschirmung vorsteht. </li><li> Löten Stiftleisten auf dem Motorschild mit Stiften aus dem Boden ragen. </li><li> Legen Sie eine Knopfzellenbatterie in den Schlitz des SD Schild Macht der Echtzeit-Uhr-Modul zur Verfügung zu stellen. </li></ol></li><li> Externe Netzschalter (Abbildung 2C) HINWEIS: Ein Rastmetalltaster has fünf Anschlüsse: Leistung, Masse normalerweise geschlossen (NC1), Schließer (NO1) und gemeinsame (C1). <ol><li> Löten Sie den 2-poligen Stecker &quot;A&quot; bis C1 (Verwendung roter Draht) und Boden (Verwendung schwarzer Draht). Schrumpf alle Verbindungen. </li><li> Löten Sie den 2-poligen Stecker &quot;B&quot; + (Verwendung roter Draht) und NO1 (Verwendung schwarzer Draht). Schrumpf alle Verbindungen. </li></ol></li><li> Photointerrupter (2D) <ol><li> Solder Photounterbrechers (der schwarze Teil) Breakout Board. </li><li> Dazu wird ein 4.7K Widerstand an der Vorderseite des Breakout-Board. </li><li> Löten Sie den Stecker 3-poliger Stecker &quot;E&quot; auf der Rückseite des Breakout-Board: rote Kabel an PWR, grünen Draht an GND und weiße Kabel an SGL. </li><li> Schneiden Sie lose Drähte auf der Rückseite der Lichtschranke durchbrechen Bord. </li></ol></li><li> Boost - Board (Abbildung 2E) <ol><li> Löten Sie die 2-polige Buchse &quot;A&quot; bis 5 V und Masse-Pins auf der Boost-Board. </li><li> Löten Sie den schwarzen Draht von male-Stecker &quot;D&quot; auf die zusätzliche GND-Pin auf der Boost-Board. </li></ol></li><li> BNC - Ausgangskabel (optional: 2F) <ol><li> Löten Sie den 2-poligen Stecker &quot;C&quot; zu den Anschlüssen eines BNC-Kabel (roter Draht zum Mittelstift, schwarzer Draht nach außen polig). HINWEIS: Für die Montage der 2-poligen Stecker muss auf dem BNC-Stecker durch die Mutter passen. Wir verwenden einen kleineren Stecker oder rasieren Sie die JST-Stecker mit einer Rasierklinge, um es fit zu machen. </li></ol></li><li> Motor Shield (2G) <ol><li> Drehen Sie die roten und schwarzen Kabel des weiblichen Verbindungs &quot;B&quot; zusammen und Lot zu V in. </li><li> Löten Sie den schwarzen Draht des weiblichen Verbinders &quot;C&quot; zu dem Erdungsstift neben ARef, und der rote Draht dieses Anschlusses an Pin 3. </li><li> Löten Sie den schwarzen Draht des weiblichen Verbinders &quot;D&quot; zu dem Erdungsstift neben V in. </li><li> Löten Sie den grünen Draht des weiblichen Verbinders &quot;E&quot; auf dem Erdungsstiftneben 5V, das rote Kabel von diesem Anschluss 5V, und das weiße Kabel von diesem Anschluss an Pin 2. </li></ol></li></ol> 3. Software hochladen <ol><li> Schließen Sie den FTDI Breakout-Board an die Programmierung Pins des Mikrocontrollers, und schließen Sie dann FTDI Breakout-Board an den Computer über Micro-USB-Kabel. </li><li> Öffnen Sie die IDE (Integrated Development Environment) Programm. </li><li> Wählen Sie den richtigen Mikrocontroller-Board für Software-Upload über Extras&gt; Brett Dropdown-Menü. </li><li> Wählen Sie ATMega 328 (5 V, 16 MHz) über die Tools&gt; Prozessor-Menü. </li><li> Wählen Sie den Port, den der Mikrocontroller verbunden ist Tools durch&gt; Port&gt; COM # (variiert je nachdem, welcher Port befindet sich derzeit in Gebrauch). </li><li> Klicken Sie auf den &quot;Upload&quot;, um die FED Skizze auf dem Brett zu laden (verfügbar unter: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino). </li></ol> 4. Hardware-Montage <ol><li> Schrittmotor und mOTOR Abschirmung (Figuren 1C und 3A und 3B) <ol><li> Befestigen Sie den 5V - Schrittmotor auf den 3D - Druck Motorhalterung mit zwei # 6 x ¼ &quot;blech Schrauben (1C und 3A). </li><li> Setzen Sie sich drehende Scheibe in die Motorhalterung und drücken Sie fest mit Schrittmotorwelle (3B) zu befestigen. </li><li> Twist auf 3D gedruckt Lebensmittel Silo auf die Motorhalterung das Pellet Leveler Arm ist über das Loch in der Motorhalterung sicherstellen. </li><li> Twist auf verbundenen Stücke von oben (Schritte 4.1.1 - 4.1.3) auf die Oberseite der gedruckten Basis, mit dem Schrittmotor in Richtung der Rückseite der Basis positioniert und das Loch in der Front positioniert. </li><li> Schneiden Sie den 5-poligen Stecker von den Schrittmotor Drähte und Bänder ~ 2 mm vom Ende jedes Drahtes. </li><li> Schließen Sie Drähte von Schrittmotor an den Klemmenblock - Anschlüsse auf der Motorschild: rot zu Boden, orange und rosa auf einem Motoranschluss (zB M1) und Blau und Gelb auf den anderen mOTOR Port (zB M2). </li></ol></li><li> Externe Netzschalter <ol><li> Entfernen Sie die Mutter von der Power-Taste und legen Sie die Power-Taste in das Loch in der rechten Seite der Basis. Sichere Taste an der Stelle mit Sechskantmutter. </li></ol></li><li> Photounterbrechers (3C) <ol><li> Platzieren Sie die Lichtschranke in die 3D-Druckgehäuse. HINWEIS: eine Heißluftpistole verwenden Sie das Gehäuse zu erwärmen, wenn die Lichtschranke nicht den ganzen Weg nicht Platz in. </li><li> String die 3-Pin-Stecker &quot;E&quot; von der Lichtschranke (PWR, GND und SGL) durch die vordere mittlere Loch der gedruckten 3D-Basis. </li><li> Befestigen Sie das Gehäuse in die FED Basis mit zwei 1 &quot;Nylon Schrauben und entsprechenden Muttern. </li></ol></li><li> BNC - Ausgangskabel (optional) <ol><li> Legen Sie BNC-Stecker in das Loch auf der linken Seite des FED-Basis. Befestigen Sie an Ort und Stelle mit der Mutter. </li><li> Wenn BNC-Anschluss nicht verwendet wird, stecken Loch mit 3D-Druck-Stecker. </li&gt; </ol></li><li> Batterie und Boost - Board (3D) <ol><li> Schließen Sie 3,7 V Akkupacks an den DC / DC-Boost-Wandler-Modul über den JST 2-Pin-Anschluss. Die blaue LED auf der Boost-Board leuchtet auf, wenn der Akku geladen wird. </li></ol></li><li> Montageplatten im Inneren des Gehäuses (Abbildung 3E) <ol><li> Berg Mikrocontroller innerhalb der Basis mit FTDI Verbindungen den Netzschalter gegenüber, mit # 4 x ¼ &quot;Stahlblechschrauben. </li><li> Stack-Motorschild und Datenprotokollierung Schild auf dem Microcontroller. </li><li> Schrauben Sie den Boost-Platine in den Fall mit # 2 x ¼ &quot;Stahlblechschrauben. Montage-Boost mit der Micro-SD-Steckplatz nach unten zeigt. FED kann ohne Öffnen des Gehäuses über diesen Port aufgeladen werden. </li><li> Schließen Sie die fünf Anschlüsse, &quot;A&quot; Stecker auf &quot;A&quot; weiblich, &quot;B&quot; Stecker auf &quot;B&quot; weiblich, usw. </li><li> Setzen Sie den Akku in der 3D-Druck Basis und in der Nähe der hinteren Abdeckung gleitet. </li&gt; <li> Schieben Sie auf der 3D-gedruckten Frontplatte. </li></ol></li></ol> 5. Validierung und Datenerfassung HINWEIS: Vor auf einer FED-System einschalten, stellen Sie sicher eine SD-Karte auf der SD-Abschirmung eingesetzt ist, sonst FED nicht Pellets verzichten. Zusätzlich Strombrücke auf der Motorschild (knapp über dem Powerblock) an Ort und Stelle zu gewährleisten. <ol><li> Power on FED - System mit dem Netztaster und Testgerätefunktionalität. <ol><li> Füllen Sie Lebensmittel Silo mit 20 mg Futterpellets vor dem Einschalten. HINWEIS: Der Netzschalter sollte aufleuchten, wie sollten LEDs auf dem Mikrocontroller, SD Schild und Motorschild. Wenn kein Pellet in der gut ist, sollte man verzichten. </li><li> Entfernen Sie manuell von 5 bis 10 Pellets aus der Nahrung gut und bestätigen, dass die Ersatz Pellets abgegeben werden. </li></ol></li><li> Entfernen Sie die SD-Karte und überprüfen wurde, dass die Daten ordnungsgemäß protokolliert. Die Daten sind in einer durch Komma getrennten Wert erworben werden (.csv) mit dem Namen nach dem variable Dateinamen im Code. </li><li> Legen Sie FED Einheit innerhalb experimentell zu untersuchen, Energie an, und stellen Sie sicher, dass ein Pellet in die Nahrung gut abgegeben wird. </li><li> Im Laufe der Datenerfassung, FED täglich überprüfen, um sicherzustellen, dass sie richtig durch die Bestätigung arbeitet, dass das LED-Licht auf der Netzschalter eingeschaltet ist (dies zeigt an, dass die Batterie ausreichend geladen ist) in der Nahrung gut und ein Pellet sitzt (zeigt dass es keine Probleme mit Pelletabgabe). </li><li> Nach der Datenerfassung, SD-Karte und Zugang CSV-Datei abgerufen werden. HINWEIS: Die Analyse-Skripte für Mahlzeiten und Muster der Fütterung sind verfügbar unter: https://github.com/KravitzLab/fed. </li></ol>

<ol><li>Ellacott, K. L., Morton, G. J., Woods, S. C., Tso, P., Schwartz, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+feeding+behavior+in+laboratory+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Metab%22%5BJournal%5D)">Assessment of feeding behavior in laboratory mice.</a> Cell Metab. 12 (1), 10-17 (2010).</li>
<li>Betley, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurons+for+hunger+and+thirst+transmit+a+negative-valence+teaching+signal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal.</a> Nature. 521 (7551), 180-185 (2015).</li>
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<li>Aguiar, P., Mendonca, L., Galhardo, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OpenControl%3A+a+free+opensource+software+for+video+tracking+and+automated+control+of+behavioral+mazes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">OpenControl: a free opensource software for video tracking and automated control of behavioral mazes.</a> J Neurosci Methods. 166 (1), 66-72 (2007).</li>
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<li>Hoffman, A. M., Song, J., Tuttle, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ELOPTA%3A+a+novel+microcontroller-based+operant+device%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Res+Methods%22%5BJournal%5D)">ELOPTA: a novel microcontroller-based operant device.</a> Behav Res Methods. 39 (4), 776-782 (2007).</li>
<li>Crall, J. D., Gravish, N., Mountcastle, A. M., Combes, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BEEtag%3A+A+Low-Cost%2C+Image-Based+Tracking+System+for+the+Study+of+Animal+Behavior+and+Locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">BEEtag: A Low-Cost, Image-Based Tracking System for the Study of Animal Behavior and Locomotion.</a> PLoS One. 10 (9), (2015).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt gibt, weder finanziell noch anderweitig.

Die Fütterung Experimentation Gerät (FED) ist eine flexible Nahrungsaufnahme-Monitoring-System. Hier beschreiben wir detaillierte Anweisungen zur Herstellung und zur Fehlerbehebung des Geräts, einschließlich der Montage von gedruckten 3D-Hardware, Löten von elektrischen Komponenten, und das Hochladen von Skizzen auf den Mikrocontroller. Obwohl es wichtig ist, alle Schritte in dem Protokoll skizzierten folgen sorgfältig, gibt es wichtige Schritte, die in jedem Abschnitt besondere Aufmerksamkeit verdienen ein erfolgreiche...

Mit dem Anstieg der globalen Fettleibigkeit über den letzten Teil des 20. Jahrhunderts wird die Aufmerksamkeit zugrunde liegenden auf die Mechanismen erneuert 1 Fütterung, 2, 3, 4. Typischerweise wird die Nahrungsaufnahme manuell 5, oder mit handelsüblichen Zuführsysteme gewogen. Kommerzielle Systeme sind ausgezeichnet, aber bieten eine begrenzte Flexibilität, ihre Entwürfe oder Code zu modifizieren. Hier beschreiben wir die Fütterung Experimentation Gerät (FED): eine Open-Source - Zufuhrsystem zur Messung der Nahrungsaufnahme mit feiner zeitlicher Auflösung und minimale menschliche Eingriffe 6. FED ist batteriebetrieben und vollständig innerhalb eines 3D-Druckgehäuse enthalten, die in der Standard-Kolonie-Rack Caging oder andere wissenschaftliche Geräte passen. In seinem stationären Zustand arbeitet FED in einem Low-Power-Modus mit einem Futterpellet ruht in seiner food gut. Das Vorhandensein des Pellets wird über einen Infrarotstrahl überwacht. Wenn eine Maus ein Pellet entfernt, sendet ein Lichtschrankensensor ein Signal an den Mikrocontroller und die Zeit-Stempel auf dem Bord Secure Digital (SD) Karte protokolliert. Gleichzeitig bietet ein Transistor-Transistor-Logik (TTL) Ausgang ein Echtzeit-Ausgabe des Pellet Retrieval. Unmittelbar nach diesem Fall dreht sich der Motor weiteren Pellets zu verzichten, und das System kehrt zu seinem Niedrigleistungsmodus. Aufgrund seiner Open-Source-Natur kann FED geändert und passen den spezifischen Forschungsbedarf verbessert werden. Beispielsweise kann der Code leicht verändert werden Fütterung zu bestimmten Zeiten des Tages zu begrenzen oder Abgabe zu stoppen, wenn eine Anzahl von Pellets wurde erreicht, ohne menschliche Eingriffe erfordern. Hier erläutern wir den Schritt-für-Schritt-Anleitungen für den Bau, die Validierung und Anwendung von FED zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Mäusen. Wir bieten Ihnen eine Liste aller Komponenten ein System zu konstruieren. Wichtig ist, dass keine vorherige Experience in der Elektronik benötigt FED zu konstruieren.

<table><tbody><tr><td>Electronics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adafruit Motor-/Schritt-/Servo-Shield für Arduino v2 Kit - v2.3</td><td>Adafruit</td><td>1438</td><td>Die Verwendung anderer Motor-Shields wurde nicht getestet und erfordert Änderungen am Code</td></tr><tr><td>Adafruit Assembled Data Logging Shield für Arduino</td><td>Adafruit</td><td>1141</td><td>Die Verwendung anderer Datenlogger-Shields wurde nicht getestet und erfordert Änderungen am Code</td></tr><tr><td>PowerBoost 500 Ladegerät</td><td>Adafruit</td><td>1944</td><td>Andere Voltge-Reglerplatinen wurden nicht getestet, sollten aber funktionieren, wenn sie ähnliche Spezifikationen haben</td></tr><tr><td>FTDI Friend + extras - v1.0</td><td>Adafruit</td><td>284</td><td>Jeder FTDI-USB-Anschluss funktioniert Schrittmotor</td></tr><tr><td>mit kleiner Untersetzung - 5VDC 32-Step 1/16 Getriebe</td><td>Adafruit</td><td>858</td><td>Verwendung anderer Schrittmotoren wurde nicht getestet</td></tr><tr><td>Arduino Pro 328 - 5V/16MHz</td><td>SparkFun</td><td>DEV-10915</td><td>Andere Arduino-Boards sollten funktionieren, obwohl möglicherweise Änderungen am Code erforderlich sind</td></tr><tr><td>Photo Interrupter - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>SEN-09299</td><td>Andere Fotounterbrecher funktionieren, erfordern jedoch möglicherweise Änderungen am 3D-Design</td></tr><tr><td>SparkFun Photo Interrupter Breakout Board - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>BOB-09322</td><td>Andere Fotounterbrecher funktionieren, erfordern jedoch möglicherweise Änderungen am 3D-Design</td></tr><tr><td>Steckverbinder, Schrauben und sonstige Artikel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shield Stacking Header für Arduino (R3 Compatible)</td><td>Adafruit</td><td>85</td><td>Jeder Stacking-Header, der Arduiono R3 kompatibel ist, funktioniert</td></tr><tr><td>Mehrfarbiges Schrumpfpaket - 3/32" + 1/8" + 3/16"</td> <td>Adafruit</td><td>1649</td><td>Jeder Schrumpf funktioniert</td></tr><tr><td>Hook-up Wire Spool Set - 22AWG Solid Core - 6x25ft</td><td>Adafruit</td><td>1311</td><td>Jeder Draht funktioniert</td></tr><tr><td>Lithium-Ionen-Akku - 3,7 V 4400 mAh</td><td>Adafruit</td><td>354</td><td>Jeder 3,7-V-Lithium-Akku mit JST-Anschluss funktioniert&nbsp;</td></tr><tr><td>SD/MicroSD-Speicherkarte (8 GB SDHC)</td><td>Adafruit</td><td>1294</td><td>Jede SD-Karte funktioniert</td></tr><tr><td>50 Ohm BNC-Schottbuchse (3/8" D-Loch)</td><td>L-com</td><td>BAC70A</td><td>Jede BNC-Trennwand funktioniert</td></tr><tr><td>Typ 316 Edelstahl-Schwenkkopf Kreuzschlitzschraube aus Blech, Nr. 6, 1/4" Länge</td><td>McMaster-Carr</td><td>90184A120</td><td>Alle Schrauben dieser Spezifikation funktionieren</td></tr><tr><td>Typ 316 Edelstahl-Flachkopf-Kreuzschlitzschraube aus Blech, Nr. 2 Größe, 1/4" Länge</td><td>McMaster-Carr</td><td>91735A102</td><td>Alle Schrauben dieser Spezifikation funktionieren</td></tr><tr><td>Nylon 100 Grad Flachkopf Schlitz Maschinenschraube, 4-40 Gewinde, 1" Länge</td><td>McMaster-Carr</td><td>90241A253</td><td>Alle Schrauben dieser Spezifikation funktionieren</td></tr><tr><td>Nylon-Sechskantmutter, 4-40 Gewindegröße</td><td>McMaster-Carr</td><td>94812A200</td><td>Jede Mutter dieser Spezifikation funktioniert</td></tr><tr><td>2-poliger JST M F-Steckverbinder 200 mm 22AWG Drahtkabel</td><td>NewEgg</td><td>9SIA27C3FY2876</td><td>Jeder 2-polige Steckverbinder funktioniert für diese Verbindung</td></tr><tr><td>Metall-Druckknopf - Einrastend (16 mm, Rot)</td><td>SparkFun</td><td>COM-11971</td><td>Jeder Taster oder Schalter funktioniert</td></tr><tr><td>Widerstands-Kit - 1/4 W</td><td>SparkFun</td><td>COM-10969</td><td>Alle 1/4 W Widerstände funktionieren</td></tr></tbody></table>

feeding experimentation gerät (fed): konstruktion und validierung eines open-source-vorrichtung zur messung der nahrungsaufnahme bei nagetiere

Feeding Experimentation Device (FED): Construction and Validation of an Open-source Device for Measuring Food Intake in Rodents

Messungen der Nahrungsaufnahme sind für viele Forschungsstudien unerlässlich. Hier stellen wir eine detaillierte Beschreibung einer neuartigen Lösung zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Mäusen vor: das Feeding Experimentation Device (FED). FED ist ein Open-Source-System, das entwickelt wurde, um die Flexibilität bei Studien zur Nahrungsaufnahme zu erleichtern. Aufgrund seines kompakten und batteriebetriebenen Designs kann der FED in Standardkäfigen oder anderen Versuchsgeräten untergebracht werden. Messungen der Lebensmittelaufnahme können auch in Echtzeit über den digitalen TTL-Ausgang (Transistor-Transistor-Logik) von FED mit anderen Geräten synchronisiert werden, oder in der Nacherfassungsverarbeitung, da FED jedes Ereignis mit einer Echtzeituhr mit einem Zeitstempel versieht. Während des Gebrauchs befindet sich ein Lebensmittelpellet im Futterbehälter von FED, wo es über einen Infrarotstrahl überwacht wird. Wenn das Pellet mit der Maus entfernt wird, speichert FED den Zeitstempel auf seiner internen SD-Karte (Secure Digital) und gibt ein weiteres Pellet aus. FED kann bis zu 5 Tage laufen, bevor die Batterie aufgeladen und der Pelletbehälter nachgefüllt werden muss, wodurch menschliche Eingriffe in die Datenerfassung minimiert werden. Die Montage von FED erfordert nur minimalen technischen Hintergrund, und bei der Konstruktion wurden handelsübliche Materialien und Elektronik priorisiert. Wir stellen auch Skripte zur Analyse der Nahrungsaufnahme und des Mahlzeitenverhaltens zur Verfügung. Schließlich ist FED Open Source und alle Design- und Konstruktionsdateien sind online, um Änderungen und Verbesserungen durch andere Forscher zu erleichtern.

Validierungstests die Verwendung von Tieren beteiligt sind, wurden von der Animal Care und Use Committee am National Institute of Diabetes und Magen-Darm-und Nierenerkrankungen, geprüft und genehmigt. Um die Verwendung von FED demonstrieren zur Messung Käfig Fütterung, erwachsene weibliche C57BL / 6 - Mäuse (n = 4) wurden einzeln mit ad libitum Zugang zu Wasser und Standard - Laborfutter unter einem 12/12 h Hell / Dunkel - Zyklus gehalten (Licht an bei 05.00). Nach eine...

Feeding Experimentation Device (FED) ist ein Open-Source-Gerät zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Mäusen. FED kann auch Messungen der Nahrungsaufnahme über einen digitalen Echtzeitausgang mit anderen Techniken synchronisieren. Hier stellen wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für den Aufbau, die Validierung und die Verwendung von FED bereit.

Feeding Experimentation Gerät (FED): Konstruktion und Validierung eines Open-Source-Vorrichtung zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Nagetiere

Food intake measurements are essential for many research studies. Here, we provide a detailed description of a novel solution for measuring food intake in ...

Das übergeordnete Ziel der Fütterungsexperimentiervorrichtung besteht darin, eine quelloffene Vorrichtung zu entwickeln, die die Nahrungsaufnahme bei Mäusen in einer Heimkäfigumgebung messen kann. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Fütterung und Adipositas zu beantworten, beispielsweise, ob spezifische neuronale Schaltkreise unterschiedliche Muster der Nahrungsaufnahme hervorrufen können. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie quelloffen ist und mit Heimkäfigen kompatibel ist.Es kann die Nahrungsaufnahme ohne spezielle Ausrüstung oder Käfige messen. Wir hatten die Idee zu dieser Methode erstmals, als wir die Nahrungsaufnahme einer großen Anzahl von Mäusen manuell wogen. Dies war zeitaufwändig und fehleranfällig.Die visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Herstellungsschritte schwer zu erlernen sein können. Bereiten Sie zunächst vier zweipolige Steckverbinderpaare vor und beschriften Sie jeweils die männlichen und weiblichen Seiten mit A, B, C und D. Entfernen Sie anschließend den roten Draht von beiden Seiten des Steckverbinderpaars D. Danach bereiten Sie ein dreipoliges Steckverbinderpaar vor und beschriften Sie die männlichen und weiblichen Seiten jeweils mit E. Löten Sie stapelbare Buchsenleisten mit den Buchsen auf der Oberseite des Mikrocontrollers. Schneiden Sie die hervorstehenden Drähte der Leisten auf der Unterseite des Mikrocontrollers ab und verbinden Sie dann die stapelbaren Buchsenleisten mit den Buchsen oben auf dem Secure-Digital- (SD-)Datenaufzeichnungsschild.Lassen Sie am unteren Rand des Schildes hervorstehende Drähte stehen. Falls vorhanden, überbrücken Sie die SCL-, SDA-, MOSI-, MISO- und SCK-Pads auf der Unterseite des SD-Schildes. Falls diese nicht vorhanden sind, kann dieser Schritt übersprungen werden.Danach männliche Stiftleisten mit nach unten herausragenden Stiften an das Motor-Shield anbringen. Die Stiftleisten auf dem Motor-Shield verlöten. Sicherstellen, dass der VIN-Brückenkopf über dem Stromblock auf dem Motor-Shield korrekt sitzt.Setzen Sie eine 3-Volt-Lithium-Knopfzellenbatterie in den SD-Shield ein. Zum Zusammenbau des Einschaltknopfs löten Sie den zweipoligen männlichen Stecker A mit rotem Draht an C1 und A mit schwarzem Draht an Masse, sowie B mit rotem Draht an Plus und B mit schwarzem Draht an NO1. Isolieren Sie alle Verbindungen mit Schrumpfschlauch.Löten Sie den Lichtschranke und einen 4,7-KΩ-Widerstand auf die Breakout-Platine. Schneiden Sie die herausstehenden Drähte auf der Rückseite der Lichtschranken-Breakout-Platine ab. Befestigen Sie den dreipoligen männlichen Anschluss E an der Rückseite der Breakout-Platine, wobei der rote Draht mit PWR, der grüne mit GND und der weiße mit SIG verbunden wird. Löten Sie daraufhin den zweipoligen weiblichen Anschluss A an die 5-V- und Massepins der Boost-Platine sowie den schwarzen Draht vom männlichen Anschluss D an den zusätzlichen GND-Pin der Boost-Platine.Verbinden Sie anschließend den zweipoligen Stecker C mit den Anschlüssen einer BNC-Buchse, indem Sie den roten Draht mit dem mittleren Pin und den schwarzen Draht mit dem äußeren Pin verbinden. Bauen Sie das Motor-Shield zusammen, indem Sie die roten und schwarzen Drähte des weiblichen Steckers B zusammendrehen und an VIN löten. Löten Sie abschließend Folgendes. Erstens, der schwarze Draht des weiblichen Steckverbinders C mit dem Massepin neben AREF verbinden und der rote Draht dieses Verbinders mit Pin drei. Zweitens, der schwarze Draht des weiblichen Steckverbinders D mit dem Massepin neben VIN verbinden. Drittens, der grüne Draht des weiblichen Steckverbinders E mit dem Massepin neben 5 V verbinden, der rote Draht dieses Verbinders mit 5 V und der weiße Draht dieses Verbinders mit Pin zwei. Schließen Sie zunächst die FTDI-Aufteilplatine an die Programmierpins des Mikrocontrollers an und verbinden Sie dann die FTDI-Aufteilplatine über ein Micro-USB-Kabel mit dem Computer.Klicken Sie in der Software auf die Schaltfläche „Upload“, um den Fütterungsexperimentier-Apparat oder FED-Code an die Breakout-Platine zu senden. Befestigen Sie anschließend den 5-Volt-Schrittmotor mit zwei Blechschrauben Nr. 6, eine viertel Zoll lang, an der 3D-gedruckten Motoraufnahme. Setzen Sie danach die Drehscheibe in die Motoraufnahme ein und drücken Sie sie fest, um sie sicher auf der Motorwelle des Schrittmotors zu befestigen. Drehen Sie das 3D-gedruckte Futtersilo auf die Motoraufnahme, wobei sicherzustellen ist, dass der Pellet-Nivellierarm über der Öffnung in der Motoraufnahme liegt.Danach die neu verbundenen Teile auf die Oberseite der gedruckten Basis drehen, wobei der Schrittmotor zur Rückseite der Basis zeigt und die Öffnung an der Vorderseite liegt. Den Fünf-Pin-Stecker von den Kabeln des Schrittmotors abschneiden und etwa zwei Millimeter von jedem Kabelende abisolieren. Anschließend die Kabel des Schrittmotors mit den Anschlussklemmen auf dem Motor-Shield verbinden: rot mit Masse, orange und rosa mit einem Motoranschluss sowie blau und gelb mit dem anderen Motoranschluss. Danach das Netz vom Netzschalter entfernen und den Netzschalter in die Öffnung an der rechten Seite der Basis einsetzen.Befestigen Sie die Taste mit einer Sechskantmutter. Setzen Sie den Lichtschranke in ihr 3D-gedrucktes Gehäuse ein und befestigen Sie das Gehäuse mit zwei ein Zoll langen Nylon-Schrauben und den dazugehörigen Muttern in der FED-Basis. Danach stecken Sie den BNC-Stecker in die Öffnung auf der linken Seite der FED-Basis.Befestigen Sie die Konstruktion mit einer Mutter und schließen Sie anschließend einen 3,7-Volt-Batteriepack über die zweipolige Verbindung an das DC-DC-Boost-Wandlermodul an. Schrauben Sie die Boost-Platine mit ¼-Zoll-Stahl-Blechschrauben der Größe 2 im Gehäuse fest. Bringen Sie die Mikrosteuerung mit den FTDI-Anschlüssen zur Stromschalterseite hin im Sockel mit ¼-Zoll-Stahl-Blechschrauben der Größe 4 an, und stapeln Sie dann das Motor-Shield und das Datenaufzeichnungs-Shield auf der Mikrosteuerung. Montieren Sie die Boost-Platine so, dass der microSD-Steckplatz nach unten zeigt.Verbinden Sie abschließend die fünf Stecker, A männlich mit A weiblich, B männlich mit B weiblich, und so weiter. Setzen Sie die Batterie in die 3D-gedruckte Basis ein, schieben Sie die vordere und hintere Abdeckung auf das FED, füllen Sie den Vorratsbehälter mit Pellets und setzen Sie den Deckel auf den Vorratsbehälter. Nach Abschluss der Montage stecken Sie eine SD-Karte in das Datenaufzeichnungs-Shield, schalten Sie das FED-System mit dem Netzschalter ein und testen Sie die Gerätefunktion. Entfernen Sie manuell fünf bis 10 Pellets aus dem Futterbehälter und vergewissern Sie sich, dass Ersatzpellets zugeführt werden. Entfernen Sie schließlich die SD-Karte und überprüfen Sie, ob die Daten ordnungsgemäß aufgezeichnet wurden. Nach einer einwöchigen Gewöhnungsphase wurde der Futterbehälter entfernt und für fünf Tage Validierungstests durch einen FED ersetzt.Die Pellet-Retrieval-Kurven einzelner Mäuse zeigen eine kontinuierliche Fütterung über den gesamten Validierungstestzeitraum mit deutlich sichtbarer circadianer Rhythmik. Um die Genauigkeit des FED-Systems zu quantifizieren, erhielt jedes FED-System 1.000 Pellets für den Validierungstestzeitraum. Das FED protokolliert 95 % der Pellets auf die SD-Karte.Einmal beherrscht, kann jeder FED in etwa zwei bis drei Stunden gebaut werden. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man einen FED konstruiert und dessen Einsatz validiert. Aufgrund seiner Open-Source-Natur können dem FED zusätzliche Funktionen wie operantes Verhalten hinzugefügt werden, um weitere Fragestellungen zu beantworten.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Behavior

Verhalten

Dieses Video beschreibt den CApillary FEeder oder CAFE-Assay, eine Verhaltensmethode, die die Nahrungsaufnahme und -präferenz von ungezügelten Fruchtfliegen misst. Das vorgestellte Protokoll zeigt, wie der Assay mit minimaler Verdunstung aus den flüssigkeitsgefüllten Kapillaren durchgeführt wird, die zur Abgabe der Nahrung und zur Verfolgung ihrer Aufnahme verwendet werden.

Der CApillary FEeder (CAFE) Assay: Eine Methode zur Verfolgung des Lebensmittelkonsums und der Präferenz bei Drosophila

Die aktuelle Studie untersucht ein neues Verfahren für die Beurteilung der verstärkenden Effekte von schmackhaften Lösungen im Laborratten: intraorale Selbstverwaltung. Zu diesem Zweck operante reagiert (also Hebelpressen) für die intraorale Infusionen von süß-Lösungen in unterschiedlichen Konzentrationen wurde die kontinuierliche und progressive Verhältnisse Verstärkungspläne gemessen.

Ein neues Verfahren zur Bewertung der verstärkenden Eigenschaften von Geschmacksstoffe in Labor-Ratten: Operante Intraorale Selbstverwaltung

Diese Studie menschlichen videofluoroscopic Schlucken Studie (VFSS) Methoden zur Verwendung mit murinen Krankheitsmodellen zwecks Translations Dysphagie Forschung erleichtern erfolgreich angepasst.

Anpassung Menschen Videofluoroscopic Swallow Studienmethoden nachgewiesen und charakterisiert Dysphagie in Murine Krankheitsmodelle

Der CApillary FEeder (CAFE) Assay ist eine einfache, budgetfreundliche und äußerst zuverlässige Methode zur Untersuchung von Mechanismen, die der Nahrungsaufnahme zugrunde liegen. In Verbindung mit dem vielseitigen genetischen Modellorganismus Drosophila melanogaster bietet es ein leistungsfähiges Mittel, um neue Erkenntnisse über die Regulationsmechanismen der Nahrungsaufnahme zu gewinnen.

Die kapillare feeder Assay misst die Nahrungsaufnahme in<em&gt; Drosophila melanogaster</em

Quantitative Nahrungsaufnahme Assays mit gefärbten Lebensmittel bieten eine robuste und Hochdurchsatz-Mittel zur Fütterung Motivation zu bewerten. Kombination des Lebensmittel Verbrauch Tests mit thermogenetischen und optogenetische Bildschirme ist ein leistungsfähiger Ansatz zu untersuchen, die neuronale Schaltkreise, die zugrunde liegenden Appetit bei Erwachsenen Drosophila Melanogaster.

Kombination von quantitativer Nahrungsaufnahme Assays und zwangsweise Aktivierung von Neuronen um Appetit in Drosophila studieren

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung einer sehr schmackhaften Cafeteria-Diät im westlichen Stil, um Überernährung und Adipositas bei Nagetieren zu modellieren. Hier bieten wir einen detaillierten Überblick über die Lebensmittelauswahl, -zubereitung und -messung und erläutern methodische Faktoren, die zur Erzeugung eines robusten und reproduzierbaren Phänotyps beitragen.

Palatable Western-Stil Cafeteria Diät als zuverlässige Methode zur Modellierung Diät-induzierte Adipositas bei Nagetieren

Hier wird ein Protokoll zur Untersuchung des depressiven und anhedonischen Verhaltens bei Ratten vorgestellt. Es kombiniert zwei etablierte Verhaltensmethoden, die Saccharosepräferenz und neuheitsinduzierte Hypophagie-Tests, mit einem automatisierten Lebensmittel- und Flüssigkeitsaufnahmeüberwachungssystem, um indirekt das Verhalten von Nagetieren mit Ersatzparametern zu untersuchen.

Saccharosepräferenz und Neuheit-induzierte Hypophagie-Tests bei Ratten mit einem automatisierten Lebensmittelaufnahme-Überwachungssystem

Dieses Protokoll zeigt und erklärt eine neue technologiebasierte Methode zur Bewertung der Ernährung. Die Methode besteht aus einem Esstablett mit mehreren eingebauten Waagen und einer Videokamera. Das Gerät ist insofern einzigartig, als es automatisierte Messungen der Nahrungs- und Getränkeaufnahme und des Essverhaltens im Verlauf einer Mahlzeit beinhaltet.

Konzeptentwicklung und Einsatz einer automatisierten Methode zur Beurteilung der Nahrungsaufnahme und des Essverhaltens

Die zeitliche Beschränkung der Nahrungsaufnahme hat sich als vielversprechende Intervention zur Abschwächung ernährungsbedingter Stoffwechselerkrankungen herausgestellt. Dieses Manuskript beschreibt den Aufbau und die Verwendung eines effizienten, selbst entwickelten Systems zur Messung und Manipulation der rhythmischen Nahrungsaufnahme bei Mäusen.

Manipulation der rhythmischen Nahrungsaufnahme bei Mäusen mit einem maßgeschneiderten Fütterungssystem

Dieses Papier beschreibt das Design, die Montage und das Protokoll für ein automatisiertes Fütterungssystem zusammen mit einer alternativen Deckel- und Käfigmodifikation, die mit minimalen Modifikationen für angebundene optogenetische oder faserphotometrische Experimente in Standard-Nagetierkäfigen implementiert werden kann. Das Fütterungssystem bietet ein kostengünstiges Werkzeug für die zeitgesteuerte Fütterung und/oder Kalorienrestriktion.

Ein Do-it-yourself-System für die planmäßige Fütterung von Labornagetieren in ihrem Heimkäfig

Bei Mäusen wurde ein Binge-Eating-Modell mit intermittierendem Zugang zu M&amp;M's (einem sehr schmackhaften Lebensmittel aus Fett und Zucker) etabliert. Mäuse mit intermittierendem Zugang zu diesem fett- und zuckerreichen Futter zeigten stressähnliche Verhaltensweisen, eine erhöhte Kalorienaufnahme und eine Präferenz für dieses Futter gegenüber Standardfutter im Vergleich zu Mäusen mit kontinuierlichem oder keinem Zugang zum Futter.

Intermittierendes Binge-Intake-Modell bei Mäusen

Lernen Sie den Bau und die Validierung von FED, einem Open-Source-Gerät zur präzisen Messung der Nahrungsaufnahme bei Mäusen im Heimkäfig. Diese Methode ermöglicht Echtzeit-Datenerfassung für Fütterungs- und Adipositas-Forschung.

Feeding Experimentation Gerät (FED): Konstruktion und Validierung eines Open-Source-Vorrichtung zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Nagetiere (Video) | JoVE Journal

Feeding Experimentation Gerät (FED): Konstruktion und Validierung eines Open-Source-Vorrichtung zur Messung der Nahrungsaufnahme bei Nagetiere

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