Eine vollständig anpassbare Open-Source-Toolbox für serielle Reaktionszeiten mit 5 Auswahlmöglichkeiten für das automatisierte Verhaltenstraining von Nagetieren

Das Protokoll bietet eine anpassbare Open-Source-Toolbox für das Training und die Durchführung der seriellen Reaktionszeitaufgabe mit 5 Auswahlmöglichkeiten. Dies ist ein etablierter Verhaltenstest, um die visuell-räumliche Aufmerksamkeit und Impulsivität bei Nagetieren zu untersuchen. Der Hauptvorteil der Toolbox sind die niedrigen Kosten und die Anpassbarkeit.

Es bietet eine hohe Flexibilität in Bezug auf die spezifischen Reizparameter und die Belohnungskonfiguration und fördert nicht standardmäßige Testdesigns. Die 5-Auswahl-Serienreaktionszeitaufgabe bietet Einblicke in die Aufmerksamkeitsprozesse, Impulsivität und Zwanghaftigkeit bei Nagetieren. Unsere Toolbox ermöglicht eine einfache Anpassung an andere Nicht-Nagetiermodelle.

Es ermöglicht auch eine halbautomatische Ausbildung von Tieren durch ein optionales Treppenverfahren. Im Video geben wir eine Schritt-für-Schritt-Einführung in die Verwendung. Das Verfahren wird von Eva Strippelmann, einer Biologiestudentin aus unserem Labor, demonstriert.

Öffnen Sie zunächst die frei verfügbare integrierte Entwicklungsumgebung oder IDE-Software. Gehen Sie zu den Registerkarten Datei und Öffnen und klicken Sie auf das Skript für die Hardwaresteuerung. Schließen Sie als Nächstes den Mikrocontroller-USB an den Computer an.

Navigieren Sie in der oberen linken Hälfte des Bildschirms zu den Tools, um zu überprüfen, ob die automatisch ausgewählten Board- und Prozessorinformationen mit der angeschlossenen Mikrocontroller-Platine übereinstimmen. Nachdem Sie die entsprechenden Board- und Prozessorinformationen bestätigt haben, klicken Sie auf die Registerkarte Port, um den verfügbaren Port auszuwählen. Klicken Sie in der oberen linken Hälfte des Bildschirms auf die Schaltfläche Überprüfen, um sicherzustellen, dass keine Skriptfehler auftreten.

Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf die Registerkarte Hochladen mit einem Pfeil, um das Skript auf die Mikrocontroller-Platine hochzuladen. Nachdem Sie sichergestellt haben, dass sich alle vier Skripts und Funktionen für das Experimentsteuerelement im selben Ordner befinden, öffnen Sie die Programmierplattform und klicken Sie auf die Home-Symbolleiste und auf Set Path. Gehen Sie dann zur Schaltfläche Ordner hinzufügen, um den Ordner auszuwählen, der alle Skripts zur Experimentsteuerung enthält.

Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern und schließen Sie das Fenster Pfad festlegen. Drücken Sie auf der Registerkarte Home-Symbolleiste auf Öffnen, um die Skripts und Funktionen zu öffnen. Um die Toolbox für die Gewöhnung vorzubereiten, wählen Sie das geöffnete Benutzerskript aus.

Nachdem Sie bestätigt haben, dass die Gewöhnungsvariable in Zeile sieben auf true gesetzt ist, schreiben Sie eine Zahl in Minuten in Zeile acht, um ein Zeitlimit für die Gewöhnung festzulegen. Schreiben Sie in Zeile neun eine Zahl zwischen 0,01 und eins, um eine Helligkeitsstufe für das Reizlicht auszuwählen. Um die Toolbox für die Testsitzung vorzubereiten, wählen Sie das geöffnete Benutzerskript aus, und überprüfen Sie, ob die Variable in Zeile sieben als false definiert ist.

Geben Sie in Zeile 12 den Verzeichnispfad ein, um die Testdaten automatisch zu speichern. Stellen Sie sicher, dass ein Verzeichnis mit dem genauen Namen vorhanden ist. Geben Sie dann die Betreffidentifikation in Zeile 13 ein.

Stellen Sie als Nächstes sicher, dass die Variablen in den Zeilen 14 und 15 als true definiert sind. Wenn Sie fertig sind, geben Sie eine Zahl in Zeile 16 ein, um eine Testversion festzulegen, und in Zeile 17, um ein Zeitlimit in Minuten festzulegen, um das Programm automatisch zu stoppen. Geben Sie für die Konfiguration der Parameter für eine Standardaufgabe mit serieller Reaktionszeit mit 5 Auswahlmöglichkeiten oder ein 5CSRTT-Paradigma einen numerischen Wert in Zeile 45 ein, der der Anzahl der Blenden entspricht, die beleuchtet werden können.

Die Variable in Zeile 46 sollte als pseudozufällig oder zufällig definiert werden. Stellen Sie die Länge der Stimulusdauer in Zeile 47 in Sekunden ein. Überprüfen Sie, ob die Variable in Zeile 48 als einfach gekennzeichnet ist und der numerische Wert in Zeile 49 eins ist.

Definieren Sie in Zeile 50 die Helligkeit des Zielreizes in einer Zahl. Die Variable in Zeile 64 sollte binär sein, während in Zeile 65 nicht abhängig ist. Geben Sie dann in Zeile 71 einen numerischen Wert ein, der der Anzahl der Futterpellets entspricht, die nach einem korrekten Nasenstich freigesetzt werden sollen.

Alternativ können verschiedene Treppenverfahren definiert werden, die ein automatisiertes Verhaltenstraining ermöglichen. Überprüfen Sie, ob die Variable in Zeile 26 als true definiert ist. Geben Sie dann in Zeile 29 den Namen der ersten oder zweiten Gruppe ein.

Wählen Sie später die geöffnete Treppenfunktion aus. Geben Sie den Namen der ersten Gruppe in Zeile vier und den Namen der zweiten Gruppe in Zeile 77 ein. Um die Kriterien der ersten Gruppe für die zweite Ausbildungsstufe zu ändern, geben Sie einen der in der Leistungsprüfung berechneten Parameter und einen ausgewählten Zahlenwert in Zeile 17 ein.

Die Kriterien können hinzugefügt oder ersetzt werden. Um die Parameter der ersten Gruppe zu ändern, die in der zweiten Trainingsstufe aktualisiert werden sollen, z. B. die Dauer eines Timeouts, geben Sie den Parameter und einen ausgewählten numerischen Wert in Zeile 19 ein. Gehen Sie entsprechend vor, wenn die zweite Gruppe eines Subjekts definiert ist.

Bevor die Tiere mit dem Verhaltenstraining beginnen, müssen sie sich an die Kammer gewöhnen. Die Toolbox bietet ein Gewöhnungsprotokoll. Um die Gewöhnungssitzung zu beginnen, bereiten Sie die operante Kammer vor, indem Sie zwei Belohnungsfutterpellets in jede der Öffnungen legen.

Kleben Sie die Magazinklappentür ab, um für die erste Gewöhnungsphase offen zu bleiben. Entfernen Sie in der zweiten Gewöhnungsphase das Klebeband an der Magazinklappentür. Bereiten Sie die Operationskammer vor, indem Sie fünf Futterpellets in die Magazintür legen.

Bevor Sie mit den experimentellen Trainingseinheiten beginnen, reinigen Sie die Wände und den Boden der Operantenkammer. Wenn das Setup fertig ist, wählen Sie das geöffnete Benutzerskript aus und stellen Sie sicher, dass die COM-Beschreibung in Zeile 75 mit dem ausgewählten verfügbaren Port übereinstimmt. Wenn die Beschreibung nicht übereinstimmt, ändern Sie den numerischen Wert im experimentellen Steuerungsskript.

Legen Sie die Ratte in die Kammer. Klicken Sie im geöffneten Benutzerskript auf die Registerkarte Editor-Symbolleiste, bevor Sie die grüne Wiedergabeschaltfläche Ausführen auswählen. Überprüfen Sie, ob das Programm ordnungsgemäß ausgeführt wird, indem Sie die Informationen des Befehlsfensters lesen.

Die Toolbox startet dann die Aufgabe wie zuvor vom Benutzer definiert. Die Testsitzung wird nach dem angegebenen Test- oder Zeitlimit automatisch beendet. Wenn das Tier vor Beendigung der Sitzung ein vorgegebenes Leistungsniveau erreicht und der Benutzer ein Treppenverfahren definiert hat, lädt die Toolbox die nächste Trainingsstufe und setzt das Training mit den neuen Einstellungen fort.

Das Level wird zu Beginn der nächsten Trainingseinheit automatisch geladen. Um das Experiment zu beenden, drücken Sie die Esc-Taste auf der Tastatur des Computers. Wenn die Meldung auf der Anzeige des Befehlsfensters angezeigt wird, geben Sie Y ein und drücken Sie die Eingabetaste auf der Tastatur des Computers, um die aktuelle Sitzung zu beenden und die erfassten Daten zu speichern.

Dann wird automatisch ein einfaches Diagramm mit der Sitzungsübersicht angezeigt. 10 Lister-Kapuzenratten wurden mit der 5-Auswahl-Taskbox für serielle Reaktionszeiten trainiert. Die Anzahl der Sitzungen, die pro Trainingsstufe von jeder Ratte verbracht wurden, wurde analysiert und der Durchschnitt über alle Probanden wurde bestimmt.

Die Varianz zwischen den Probanden war in den Anfangsstufen am signifikantesten und nahm in späteren Stufen ab. In Stufe vier, als sich die Kriterien änderten, um einen Schwellenwert für Leistungsmessungen aufzunehmen, stieg die durchschnittliche Anzahl der verbrachten Sitzungen und die Varianz zwischen Ratten, wobei zwei Ratten fünf und sechs Tage brauchten, um das Niveau zu beenden. Alle Ratten erreichten jedoch innerhalb von 14 bis 22 Sitzungen die achte Stufe.

Die repräsentative Analyse zeigt die mittlere Leistung der Probanden pro Trainingsstufe und über alle Trainingstage im 5CSRTT-Apparat hinweg. Der Genauigkeitsprozentsatz und der Emissionsprozentsatz wurden berechnet und die durchschnittliche Gesamtzahl der korrekten Antworten über alle Versuche in jeder Stufe bestimmt. Alle Probanden erreichten eine endgültige Genauigkeit auf der achten und letzten Trainingsstufe von mehr als 60% Viele Probanden erreichten eine Genauigkeit von etwa 80%.

Die 5-Auswahl-Toolbox für serielle Reaktionszeiten ist vollständig anpassbar und frei zugänglich. Es bietet viele zusätzliche Optionen zur Spezifizierung der Reizkonfiguration und des Aufgabendesigns sowie einen umfassenden Satz aufgezeichneter Verhaltensdaten. Die Toolbox ermöglicht es, nicht standardmäßige Versionen des seriellen 5-Auswahl-Reaktionszeitparadigmas zu untersuchen, um beispielsweise tiefere Einblicke in Entscheidungsprozesse zu erhalten oder damit verbundenes Verhalten zu belohnen.