Name: La alimentación de dispositivos Experimentación (FED): construcción y validación de un dispositivo de fuente abierta para la medición de la ingesta de alimentos en roedores (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Aprende a construir y validar el dispositivo FED para medir la ingesta de alimentos en ratones en jaulas hogareñas. Esta herramienta de código abierto facilita la investigación en neurociencia y obesidad.

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Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación Intramural de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (NIDDK). Agradecemos a la Sección de NIH en instrumentación y la Biblioteca del NIH para obtener ayuda con la impresión en 3D.

NOTA: Este protocolo está escrito para los componentes denominados específicamente en la Tabla de Materiales. Mientras funcionalidad similar puede conseguirse utilizando otro hardware, FED se programó para el microcontrolador Arduino Pro (en adelante denominado: microcontrolador) y accesorios indicados. Otros microcontroladores pueden funcionar igual de bien, pero requerirá que el usuario modifique el código para apoyarlos. análisis de datos fuera de línea se codifica usando el lenguaje de programación Python. 1. Preparación e instalación del software <ol><li> Adquirir los componentes electrónicos necesarios para construir FED (véase la Tabla 1 andFed Github BoM.xlxs en: https://github.com/KravitzLab/FED/tree/master/doc). NOTA: los proveedores alternativos se pueden utilizar para muchas partes de esta tabla, siempre que tengan especificaciones equivalentes. </li><li> Imprimir todos los componentes diseñados 3D (Figura 1, disponible en: https://github.com/KravitzLab/FED/wiki/3D-Printed-Components). Las impresoras 3D con un micrón 200resolución debe ser capaz de imprimir FED. </li><li> Descargar e instalar la plataforma de entorno de desarrollo integrado (IDE) para programar el microcontrolador. </li><li> Descargar e instalar librerías adicionales para habilitar la funcionalidad del escudo del motor y registrador de datos (disponible en: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino). </li><li> Adquirir herramientas necesarias para el montaje (por ejemplo, un soldador, pistola de aire caliente, soldadura, pelacables, alicates de punta fina, y ambos de cabeza plana y destornilladores). </li></ol> 2. Componentes eléctricos para soldar NOTA: Utilice la tubería termoencogible para proteger a todas las uniones soldadas. Antes de conexiones de soldadura, deslice un pedazo de tubo de plástico de embalar (~ 2 cm) de manguera alrededor de uno de los cables. Después de soldar la conexión, centrar la tubería en el punto de conexión y el uso de una pistola de calor para calentar el tubo retráctil. <ol><li> Conectores de Preparación (Figura 2A) <ol><li> Preparar cuatro pares de conectores JST de 2 polos yetiquetar &quot;A&quot; Ambas partes macho y hembra, &quot;B&quot;, &quot;C&quot; y &quot;D&quot;, respectivamente. Retire el cable rojo de ambos lados del par de conectores &quot;D&quot;. </li><li> Preparar un par JST conector de 3 pines y etiquetar ambos lados masculinos y femeninos &quot;E&quot;. </li></ol></li><li> Microcontroladores y apilables escudos (Figura 2B) <ol><li> Soldar cabeceras apilables femeninas con tomas de corriente en el lado superior del microcontrolador. Clip sobresale alambre de cabeceras en la parte inferior del microcontrolador. </li><li> Soldadura femenina cabeceras apilables con tomas de corriente en la parte superior de la pantalla de registro de datos SD. Deja que sobresale cables en la parte inferior de la pantalla. </li><li> Soldar los conectores macho en el protector del motor con los pernos que sobresalen de la parte inferior. </li><li> Coloque una batería de tipo botón en la ranura del protector SD para proporcionar alimentación al módulo de reloj en tiempo real. </li></ol></li><li> Botón de alimentación externa (Figura 2C) NOTA: Un pulsador de enganche de metal jas cinco conexiones: energía, la tierra, normalmente cerrado (NC1), normalmente abierto (NO 1), y comunes (C1). <ol><li> Soldar el conector de 2 pines macho &quot;A&quot; a C1 (uso cable rojo) y el suelo (usar cable negro). Termorretráctil todas las conexiones. </li><li> Soldar el 2-pin conector macho &quot;B&quot; a + (uso cable rojo) y NO1 (utilizar cable negro). Termorretráctil todas las conexiones. </li></ol></li><li> Photointerrupter (Figura 2D) <ol><li> Photointerrupter de soldadura (la parte en negro) a la evasión bordo. </li><li> Soldar una resistencia de 4.7K a la parte delantera del tablero del desbloqueo. </li><li> Soldar el macho de 3 pines del conector &quot;E&quot; de la parte posterior del tablero del desbloqueo: cable rojo a PWR, cable verde a GND, y el cable blanco a SGL. </li><li> Corte los cables sueltos en la parte posterior de Photointerrupter romper el tablero. </li></ol></li><li> Tablero de impulso (Figura 2E) <ol><li> Soldar el 2-pin conector hembra &quot;A&quot; a los pines de 5V y tierra en el tablero de impulso. </li><li> Soldar el cable negro de maLe conector &quot;D&quot; para el pin GND adicional en la placa de refuerzo. </li></ol></li><li> Cable de salida BNC (opcional: Figura 2F) <ol><li> Soldar el conector de 2 patillas &quot;C&quot; para los terminales de un cable BNC (cable rojo al pin central, cable negro al pin exterior). NOTA: Para el montaje, el conector de 2 pines debe pasar a través de la tuerca en el conector BNC. Utilizamos un conector más pequeño, o rasura el conector JST con una hoja de afeitar para que se ajuste. </li></ol></li><li> Escudo del motor (Figura 2G) <ol><li> Retuerza los cables rojo y negro del conector hembra &quot;B&quot; juntos y soldadura en V. </li><li> Soldar el cable negro del conector hembra &quot;C&quot; para el conector de tierra junto a Aref, y el cable rojo de este conector a la clavija 3. </li><li> Soldar el cable negro del conector hembra &quot;D&quot; para el conector de tierra al lado de V en. </li><li> Soldar el cable verde del conector hembra &quot;E&quot; para el conector de tierrajunto a 5V, el cable rojo de este conector a 5V, y el cable blanco de este conector al terminal 2. </li></ol></li></ol> 3. Carga de software <ol><li> Conectar el tablero del desbloqueo de FTDI a los pines de programación del microcontrolador, y luego conectar tablero del desbloqueo de FTDI al ordenador mediante un cable micro USB. </li><li> Abra el programa IDE (entorno de desarrollo integrado). </li><li> Seleccione la placa electronica correcta para la carga de software a través de Herramientas&gt; menú desplegable Junta. </li><li> Seleccionar ATMega 328 (5 V, 16 MHz) a través del menú Herramientas&gt; Procesador. </li><li> Seleccione el puerto que el microcontrolador está conectado a través de herramientas&gt; Puerto&gt; COM # (variará dependiendo de qué puerto está actualmente en uso). </li><li> Haga clic en el botón &quot;Subir&quot; para subir el boceto FED a la placa (disponible en: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino). </li></ol> 4. Accesorios de ensamblaje <ol><li> Motor paso a paso ymotor escudo (figuras 1C y 3A y 3B) <ol><li> Asegure el motor paso a paso 5V en el 3D impreso de montaje del motor con dos # 6 x ¼ &quot;tornillos de chapa (figuras 1C y 3A). </li><li> Insertar la rotación de disco en soporte de motor y empuje hacia abajo para fijar firmemente al eje del motor paso a paso (Figura 3B). </li><li> Giro en 3D silo de alimentos impresa sobre la montura de motor asegurándose de que el brazo de pellets es nivelador sobre el orificio de montaje del motor. </li><li> Giro en piezas conectadas desde arriba (pasos 4.1.1 - 4.1.3) a la parte superior de la base impresa, con el motor paso a paso posicionado hacia la parte posterior de la base y el orificio situado en la parte delantera. </li><li> Cortar el conector de 5 pines de los cables del motor paso a paso y tiras ~ 2 mm del extremo de cada cable. </li><li> Conecte los cables de motor paso a paso a los conectores de la regleta de terminales en el protector del motor: rojo al suelo, naranja y rosa a un puerto del motor (por ejemplo, M1), y azul y amarillo a la otra motor puerto (por ejemplo, M2). </li></ol></li><li> Botón de alimentación externa <ol><li> Retire la tuerca del botón de encendido e inserte el botón de encendido en el agujero en el lado derecho de la base. botón de seguridad en su lugar con la tuerca hexagonal. </li></ol></li><li> Photointerrupter (Figura 3C) <ol><li> Coloque el Photointerrupter en su alojamiento impresa en 3D. NOTA: utilizar una pistola de calor para calentar la vivienda si el Photointerrupter no se asienta todo el camino. </li><li> Cadena de la 3-pin conector macho &quot;E&quot; de la Photointerrupter (PWR, GND, y SGL) a través del orificio central delantera de la base impresa en 3D. </li><li> Fijar la carcasa en la base de la FED con dos tornillos de 1 &quot;de nylon y tuercas correspondientes. </li></ol></li><li> Cable de salida BNC (opcional) <ol><li> Inserte el conector BNC en el agujero en el lado izquierdo de la base FED. Asegure en su lugar con la tuerca. </li><li> Si no se utiliza el conector BNC, tape el orificio con el enchufe impresa en 3D. </li&gt; </ol></li><li> Batería y tabla de impulso (figura 3D) <ol><li> Conectar 3.7 V batería al módulo de convertidor elevador CC / CC a través de la conexión de 2 pines JST. El LED azul en la tabla de Boost se iluminará si la batería está cargada. </li></ol></li><li> Placas de montaje en el interior de la vivienda (Figura 3E) <ol><li> Monte microcontrolador en el interior de la base con conexiones FTDI frente al interruptor de alimentación, usando # 4 ¼ &quot;tornillos de chapa de acero x. </li><li> Apilar el blindaje del motor y el escudo de registro de datos en la parte superior del microcontrolador. </li><li> Tornillo de la placa de refuerzo en el caso usando # 2 x ¼ &quot;hoja de tornillos de metal de acero. Monte Boost con la ranura micro-SD que apunta hacia abajo. FED se puede cargar a través de este puerto sin abrir la caja. </li><li> Conectar los cinco conectores, &quot;A&quot; masculino &quot;A&quot; femenino &quot;B&quot; masculino a femenino &quot;B&quot;, etc. </li><li> Coloque la batería dentro de la base impresa en 3D y cerca deslizando la tapa posterior. </li&gt; <li> Deslice sobre la placa nominal impreso en 3D. </li></ol></li></ol> 5. Validación y Adquisición de Datos NOTA: Antes de encender un sistema FED, asegúrese de insertar una tarjeta SD en el escudo SD, de lo contrario FED no va a dispensar gránulos. Además, asegúrese de puente de encendido en el protector del motor (justo encima del bloque de potencia) en su sitio. <ol><li> Encienda el sistema alimentado con la funcionalidad pulsador de alimentación y el dispositivo de prueba. <ol><li> Llenar el silo de comidas con 20 mg de bolitas de comida antes de encender. NOTA: El interruptor de encendido debe encenderse, al igual que los LEDs en el microcontrolador, escudo SD, y el blindaje del motor. Si no hay ningún precipitado en el pozo, hay que dispensar. </li><li> quitar manualmente 5 - 10 bolitas de los alimentos y así confirmar que el reemplazo de pastillas se dispensan. </li></ol></li><li> Retire la tarjeta SD y verificar que los datos se registra correctamente. Los datos deben ser adquiridos en un valores separados por comas (CSV) que se denomina de acuerdo con la VAFILENAME riable en el código. </li><li> Coloque la unidad ingresa al interior del establecimiento experimental, suministro de energía y asegurar que una pastilla se dispensa en la comida bien. </li><li> En el transcurso de la adquisición de datos, comprobar alimentados diariamente para verificar que esté funcionando correctamente, lo que confirma que la luz LED en el interruptor de alimentación está encendida (esto indica que la batería tenga suficiente carga) y una pastilla se sienta en la comida bien (indica que no hay problemas con la dispensación de pellets). </li><li> Después de la adquisición de datos, recuperar la tarjeta SD y acceso a archivos CSV. NOTA: las secuencias de comandos de análisis para las comidas y los patrones de alimentación están disponibles en: 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>
<li>van den Heuvel, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuropeptide+Y+activity+in+the+nucleus+accumbens+modulates+feeding+behavior+and+neuronal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Neuropeptide Y activity in the nucleus accumbens modulates feeding behavior and neuronal activity.</a> Biol Psychiatry. 77 (7), 633-641 (2015).</li>
<li>Cone, J. J., Roitman, J. D., Roitman, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ghrelin+regulates+phasic+dopamine+and+nucleus+accumbens+signaling+evoked+by+food-predictive+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurochem%22%5BJournal%5D)">Ghrelin regulates phasic dopamine and nucleus accumbens signaling evoked by food-predictive stimuli.</a> J Neurochem. 133 (6), 844-856 (2015).</li>
<li>Ulman, E. A., Compton, D., Kochanek, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1397713/">Measuring food and water intake in rats and mice.</a> ALN Mag. , 17-20 (2008).</li>
<li>Nguyen, K. P., O'Neal, T. J., Bolonduro, O. A., White, E., Kravitz, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feeding+Experimentation+Device+%28FED%29%3A+A+flexible+open-source+device+for+measuring+feeding+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Feeding Experimentation Device (FED): A flexible open-source device for measuring feeding behavior.</a> J Neurosci Methods. 267, 108-114 (2016).</li>
<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>
<li>Devarakonda, K., Nguyen, K. P., Kravitz, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ROBucket%3A+A+low+cost+operant+chamber+based+on+the+Arduino+microcontroller%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Res+Methods%22%5BJournal%5D)">ROBucket: A low cost operant chamber based on the Arduino microcontroller.</a> Behav Res Methods. 48 (2), 503-509 (2016).</li>
<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>

Los autores declaran no tener conflictos de intereses, financieros o de otro tipo.

El dispositivo de alimentación Experimentación (FED) es un sistema flexible de vigilancia ingesta de alimentos. A continuación, describimos instrucciones detalladas sobre la fabricación y la solución de problemas del dispositivo, incluyendo el montaje de hardware 3D impresa, soldadura de componentes eléctricos, y la carga de los bocetos en los microcontroladores. Aunque es importante seguir todos los pasos descritos en el protocolo con cuidado, hay pasos críticos que merecen una atención especial en cada sección para as...

Con el aumento de la obesidad global durante la última parte del siglo 20, se ha renovado la atención en los mecanismos que subyacen a la alimentación de 1, 2, 3, 4. Típicamente, la ingesta de alimentos se pesa manualmente 5, o con sistemas de alimentación comercialmente disponibles. Los sistemas comerciales son excelentes, pero proporcionan una flexibilidad limitada en la modificación de sus diseños o código. A continuación, se describe el dispositivo de alimentación de Experimentación (FED): un sistema de alimentación de código abierto para la medición de la ingesta de alimentos con resolución temporal fina y una mínima interferencia humana 6. FED es alimentado por batería y totalmente contenida dentro de una caja impresa en 3D que puede caber dentro de las jaulas estante colonias estándar u otro equipo científico. En su estado estacionario, FED opera en un modo de bajo consumo con una bolita de comida en reposo en su food bien. La presencia de la pastilla se controla a través de un haz de luz infrarroja. Cuando un ratón elimina una pastilla, un sensor Photointerrupter envía una señal al microcontrolador y el sello de tiempo se registra en la tarjeta a bordo Secure Digital (SD). Al mismo tiempo, una salida lógica transistor-transistor (TTL) proporciona una salida en tiempo real de recuperación de gránulos. Inmediatamente después de este evento, el motor gira para dispensar otra pastilla, y el sistema vuelve a su modo de bajo consumo. Debido a su naturaleza de código abierto, FED puede ser modificado y mejorado para adaptarse a las necesidades específicas de investigación. Por ejemplo, el código puede ser fácilmente alterado para limitar la alimentación a horas específicas del día, o para detener el suministro cuando se ha alcanzado un número de pastillas, sin requerir la intervención humana. A continuación, describimos las instrucciones paso a paso para la construcción, validación y uso de la FED para medir la ingesta de alimentos en ratones. Proporcionamos una lista de todos los componentes para la construcción de un sistema. Es importante destacar que, sin previo retroactivoSe necesita riencia en la electrónica para la construcción de la FED.

<table><tbody><tr><td>Electronics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield para Arduino v2 Kit - v2.3</td><td>Adafruit</td><td>1438</td> El <td>uso de otros escudos de motor no ha sido probado y requerirá cambios en el código</td></tr><tr><td>Adafruit Assembled Data Logging shield para Arduino</td><td>Adafruit</td><td>1141</td> El <td>uso de otros escudos de registro de datos no se ha probado y requerirá cambios en el código</td></tr><tr><td>Cargador PowerBoost 500</td><td>Adafruit</td><td>1944</td><td>Otras placas reguladoras de voltge no han sido probadas, pero deberían funcionar si tienen especificaciones similares</td></tr><tr><td>FTDI Friend + extras - v1.0</td><td>Adafruit</td><td>284</td><td>Cualquier conexión FTDI-USB funcionará</td></tr><tr><td>Motor paso a paso de reducción pequeño - 5VDC 32-Step 1/16 Engranaje</td><td>Adafruit</td><td>858</td><td>El uso de otros motores paso a paso no ha sido probado</td></tr><tr><td>Arduino Pro 328 - 5V/16MHz</td><td>SparkFun</td><td>DEV-10915</td><td>Otras placas Arduino deberían funcionar, aunque pueden requerir cambios en el código</td></tr><tr><td>Interruptor de fotos - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>SEN-09299</td><td>Otros fotointerruptores funcionarán, pero pueden requerir cambios en el diseño 3D</td></tr><tr><td>Placa de conexión SparkFun Photo Interrupter - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>BOB-09322</td><td>Otros fotointerruptores funcionarán, pero pueden requerir cambios en el diseño</td></tr> <tr><td>3DConectores, tornillos y artículos varios</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shield cabezales de apilamiento para Arduino (compatible con R3)</td><td>Adafruit</td><td>85</td><td>Cualquier cabezal de apilamiento que diga Arduiono R3 compatible funcionará</td></tr><tr><td>Paquete termorretráctil multicolor - 3/32" + 1/8" + 3/16"</td><td>Adafruit</td><td>1649</td><td>Cualquier termorretráctil funcionará</td></tr><tr><td>Juego de carretes de alambre de conexión - 22AWG Núcleo sólido - 6x25ft</td><td>Adafruit</td><td>1311</td><td>Cualquier cable funcionará</td></tr><tr><td>Paquete de baterías de iones de litio - 3.7V 4400 mAh</td><td>Adafruit</td><td>354</td><td>Cualquier batería de litio de 3.7 V con un conector JST funcionará&nbsp;</td></tr><tr><td>Tarjeta de memoria SD/MicroSD (8GB SDHC)</td><td>Adafruit</td><td>1294</td><td>Cualquier tarjeta SD funcionará</td></tr><tr><td>50 Ohm BNC Mamparo (3/8" D-Hole)</td><td>L-com</td><td>BAC70A</td><td>Cualquier mamparo BNC funcionará</td></tr><tr><td>Tipo 316 Acero inoxidable Cabeza de sartén Phillips Tornillo de chapa, tamaño No 6, 1/4" de longitud</td><td>McMaster-Carr</td><td>90184A120</td><td>Cualquier tornillo de esta especificación funcionará</td></tr><tr><td>Tipo 316 Tornillo Phillips de chapa Phillips de cabeza plana de acero inoxidable, tamaño n.º 2, 1/4" de longitud</td><td>McMaster-Carr</td><td>91735A102</td><td>Cualquier tornillo de esta especificación funcionará</td></tr><tr><td>Tornillo de máquina ranurado de cabeza plana de nailon de 100 grados, rosca 4-40, 1" de longitud</td><td>McMaster-Carr</td><td>90241A253</td><td>Cualquier tornillo de esta especificación funcionará</td></tr><tr><td>Tuerca hexagonal de nailon, tamaño de rosca 4-40</td><td>McMaster-Carr</td><td>94812A200</td><td>Cualquier tuerca de esta especificación funcionará</td></tr><tr><td>Conector JST M F de 2 pines 200 mm Cable de alambre de 22AWG</td><td>NewEgg</td><td>9SIA27C3FY2876</td><td>Cualquier conector de 2 pines funcionará para esta conexión</td></tr><tr><td>Pulsador metálico - Enclavamiento (16 mm, rojo)</td><td>SparkFun</td><td>COM-11971</td><td>Cualquier pulsador o interruptor funcionará</td></tr><tr><td>Kit de resistencias - 1/4 W</td><td>SparkFun</td><td>COM-10969</td><td>Cualquier resistencia de 1/4 W funcionará</td></tr></tbody></table>

la alimentación de dispositivos experimentación (fed): construcción y validación de un dispositivo de fuente abierta para la medición de la ingesta de alimentos en roedores

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

Las mediciones de la ingesta de alimentos son esenciales para muchos estudios de investigación. Aquí, proporcionamos una descripción detallada de una solución novedosa para medir la ingesta de alimentos en ratones: el Dispositivo de Experimentación de Alimentación (FED). FED es un sistema de código abierto que fue diseñado para facilitar la flexibilidad en los estudios de ingesta de alimentos. Debido a su diseño compacto y alimentado por baterías, FED se puede colocar dentro de jaulas domésticas estándar u otros equipos experimentales. Las mediciones de la ingesta de alimentos también se pueden sincronizar con otros equipos en tiempo real a través de la salida digital de lógica de transistor-transistor (TTL) de FED, o en el procesamiento posterior a la adquisición, ya que FED marca el tiempo de cada evento con un reloj en tiempo real. Cuando está en uso, una bolita de alimento se encuentra dentro del pozo de alimentos de FED, donde se monitorea a través de un haz infrarrojo. Cuando el ratón retira el pellet, FED registra la marca de tiempo en su tarjeta digital segura (SD) interna y dispensa otro pellet. FED puede funcionar hasta 5 días antes de que sea necesario cargar la batería y rellenar la tolva de pellets, lo que minimiza la interferencia humana en la recopilación de datos. El ensamblaje de FED requiere una experiencia mínima en ingeniería, y se priorizó la fabricación de materiales y componentes electrónicos listos para usar en su construcción. También proporcionamos guiones para el análisis de la ingesta de alimentos y los patrones de comidas. Por último, FED es de código abierto y todos los archivos de diseño y construcción están en línea, para facilitar las modificaciones y mejoras por parte de otros investigadores.

Las pruebas de validación que implican el uso de animales fueron revisados ​​y aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales en el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales. Para demostrar el uso de la FED para medir la alimentación jaula, adulto femenino ratones C57BL / 6 (n = 4) fueron alojados individualmente con acceso ad libitum a agua y pienso estándar de laboratorio bajo un ciclo de 12/12 h de luz / oscuridad (luces encendidas a la...

Feeding Experimentation Device (FED) es un dispositivo de código abierto para medir la ingesta de alimentos en ratones. FED también puede sincronizar las mediciones de ingesta de alimentos con otras técnicas a través de una salida digital en tiempo real. Aquí, proporcionamos un tutorial paso a paso para la construcción, validación y uso de FED.

La alimentación de dispositivos Experimentación (FED): construcción y validación de un dispositivo de fuente abierta para la medición de la ingesta de alimentos en roedores

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

El objetivo general del dispositivo de experimentación alimentaria es crear un dispositivo de código abierto que pueda medir la ingesta de alimento en un entorno de jaula domiciliaria en ratones. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en los campos de la alimentación y la obesidad, como si determinados circuitos neuronales pueden inducir diferentes patrones de ingesta alimentaria. La principal ventaja de esta técnica es que es de código abierto y compatible con la jaula domiciliaria.Puede medir la ingesta de alimento sin necesidad de equipo especializado ni jaulas especiales. Tuvimos la idea inicial de este método cuando estábamos pesando a mano la ingesta de alimento en un gran número de ratones. Este procedimiento era lento y propenso a errores.La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos de fabricación pueden ser difíciles de aprender. Comience preparando cuatro pares de conectores de dos pines y etiquete ambos lados, macho y hembra, como A, B, C y D respectivamente. Luego, retire el cable rojo de ambos lados del par de conectores D. A continuación, prepare un par de conectores de tres pines y etiquete los lados macho y hembra como E. Suelde encabezados apilables hembra con zócalos en el lado superior del microcontrolador. Corte el alambre sobresaliente de los encabezados en la parte inferior del microcontrolador y luego conecte los encabezados apilables hembra con zócalos en la parte superior del escudo de registro de datos seguro digital, o SD.Deje los cables sobrantes en la parte inferior del blindaje. Si existen, conecte con puentes los pads SCL, SDA, MOSI, MISO y SCK en la parte inferior del blindaje SD. Si no están presentes, omita este paso.A continuación, sujete conectores macho al Blindaje para Motor con pines que sobresalgan desde la parte inferior. Suelde los conectores al Blindaje para Motor. Asegúrese de que el puente VIN esté colocado encima del bloque de alimentación en el Blindaje para Motor.Inserte una batería de celda de litio de tres voltios en el escudo SD. Para armar el botón de encendido, suelde el conector macho de dos pines A a C1 usando un cable rojo, y A a tierra usando un cable negro, así como B a positivo usando un cable rojo y B a NO1 usando un cable negro. Aísle térmicamente todas las conexiones.Soldar el foto-interruptor y una resistencia de 4,7 K al tablero de expansión. Recortar los cables sobrantes de la parte trasera del tablero de expansión del foto-interruptor. Conectar el conector macho de tres pines E a la parte trasera del tablero de expansión, el cable rojo a PWR, el cable verde a GND y el cable blanco a SIG, luego soldar el conector hembra de dos pines A a los pines de 5 V y tierra en la placa de aumento, así como el cable negro del conector macho D al pin GND adicional en la placa de aumento.A continuación, conecte el conector de dos pines C a los terminales de un conector BNC colocando el cable rojo en el pin central y el cable negro en el pin exterior. Arme el escudo del motor trenzando juntos los cables rojo y negro del conector hembra B y soldándolos a VIN. Finalmente, suelde lo siguiente.Uno, el cable negro del conector hembra C al pin de tierra junto a AREF y el cable rojo de este conector al pin tres. Dos, el cable negro del conector hembra D al pin de tierra junto a VIN, y tres, el cable verde del conector hembra E al pin de tierra junto a 5 V, el cable rojo de este conector a 5 V, y el cable blanco de este conector al pin dos. Comience conectando la placa adaptadora FTDI a los pines de programación del microcontrolador y luego conecte la placa adaptadora FTDI al ordenador mediante un cable micro USB.En el software, haga clic en el botón de carga para enviar el dispositivo de experimentación alimenticia, o boceto FED, a la placa de conexión. A continuación, sujete el motor paso a paso de cinco voltios al soporte del motor impreso en 3D con dos tornillos de chapa número seis de una cuarta de pulgada, luego inserte el disco giratorio en el soporte del motor y presione hacia abajo para fijarlo firmemente al eje del motor paso a paso. Enrosque el silo de alimento impreso en 3D al soporte del motor, asegurándose de que el brazo nivelador de las pastillas esté sobre el orificio en el soporte del motor.A continuación, gire las piezas recién conectadas hacia la parte superior de la base impresa, colocando el motor paso a paso hacia la parte trasera de la base y el orificio hacia la parte delantera. Corte el conector de cinco pines de los cables del motor paso a paso y retire aproximadamente dos milímetros del extremo de cada cable; luego conecte los cables del motor paso a paso a los conectores del bloque de terminales en el Motor Shield: el rojo a tierra, el naranja y el rosa a un puerto del motor, y el azul y el amarillo al otro puerto del motor. Después de eso, retire la red del botón de encendido e inserte el botón de encendido en el orificio del lado derecho de la base.Sujete el botón en su lugar con una tuerca hexagonal. Coloque el foto-interruptor en su carcasa impresa en 3D y asegure la carcasa a la base del FED con dos tornillos de nailon de una pulgada y sus tuercas correspondientes. A continuación, inserte el conector BNC en el orificio del lado izquierdo de la base del FED.Sujete en su lugar con la tuerca, luego conecte un paquete de baterías de 3,7 voltios al módulo convertidor CC-CC mediante la conexión de dos pines. Atornille la placa de aumento al estuche utilizando tornillos de acero para chapa metálica número 2 de un cuarto de pulgada, luego monte el microcontrolador dentro de la base con las conexiones FTDI orientadas hacia el interruptor de alimentación utilizando tornillos de acero para chapa metálica número 4 de un cuarto de pulgada, a continuación apile el escudo del motor y el escudo de registro de datos encima del microcontrolador. Monte la placa de aumento con la ranura microSD orientada hacia abajo.Por último, conecte los cinco conectores, macho A con hembra A, macho B con hembra B, y así sucesivamente. Coloque la batería dentro de la base impresa en 3D, deslice las cubiertas frontal y trasera sobre el FED, llene el depósito con pastillas y coloque la tapa del depósito. Una vez completado el montaje, inserte una tarjeta SD en el módulo de registro de datos, encienda el sistema FED con el botón de encendido y pruebe el funcionamiento del dispositivo.Retire manualmente de cinco a 10 comprimidos del pocillo de alimento y confirme que se dispensan comprimidos de reemplazo. Finalmente, retire la tarjeta SD y verifique que los datos se hayan registrado correctamente. Después de un período de aclimatación de una semana, se retiró el comedero y se reemplazó por un FED durante cinco días de pruebas de validación.La recuperación de pellets para cada ratón muestra una alimentación continua durante el período de prueba de validación, con una ritmicidad circadiana claramente visualizada. Para cuantificar la precisión del FED, se entregaron 1.000 pellets a cada sistema FED durante el período de prueba de validación. El FED registra el 95 % de los pellets en la tarjeta SD.Una vez dominado, cada FED puede construirse en aproximadamente de dos a tres horas. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo construir un FED y validar su uso. Debido a su naturaleza de código abierto, se pueden añadir capacidades adicionales, como el comportamiento operante, al FED para responder preguntas adicionales.

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Investigación

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Comportamiento

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La alimentación de dispositivos Experimentación (FED): construcción y validación de un dispositivo de fuente abierta para la medición de la ingesta de alimentos en roedores (Video) | JoVE Journal

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