Name: Alimentazione dispositivo Sperimentazione (FED): Costruzione e validazione di un dispositivo Open-source per la misurazione assunzione di cibo nei roditori (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Scopri come costruire e validare il dispositivo FED per misurare l'assunzione di cibo nei topi in gabbia domestica. Questo metodo open-source facilita la ricerca sul comportamento alimentare e sull'obesità.

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Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma Intramural Research del National Institutes of Health (NIH), l&#39;Istituto nazionale di diabete e Digestiva e Malattie renali (NIDDK). Ringraziamo la sezione NIH sulla strumentazione e la Biblioteca NIH per l&#39;assistenza con la stampa 3D.

NOTA: Questo protocollo è stato scritto per i componenti specificamente indicati nella tabella dei materiali. Mentre una funzionalità simile può essere realizzato utilizzando altro hardware, FED è stato programmato per il microcontrollore Arduino Pro (d&#39;ora in poi chiamato: microcontrollore) e accessori elencati. Altri microcontrollori possono funzionare altrettanto bene, ma richiederà all&#39;utente di modificare il codice di sostenerli. l&#39;analisi dei dati in linea è stato codificato utilizzando il linguaggio di programmazione Python. 1. Preparazione e installazione del software <ol><li> Procurarsi i componenti elettronici necessari per costruire FED (vedi Tabella 1 andFed Github BoM.xlxs a: https://github.com/KravitzLab/FED/tree/master/doc). NOTA: i fornitori alternativi possono essere usati per molte parti su questo tavolo, a condizione che abbiano specifiche equivalenti. </li><li> Stampa tutti i componenti 3D progettati (figura 1, disponibili presso: https://github.com/KravitzLab/FED/wiki/3D-Printed-Components). stampanti 3D con 200 micronrisoluzione dovrebbe essere in grado di stampare FED. </li><li> Scaricare e installare la piattaforma Integrated Development Environment (IDE) per programmare il microcontrollore. </li><li> Scaricare e installare librerie aggiuntive per attivare la funzionalità di scudo motore e data logger (disponibile all&#39;indirizzo: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino). </li><li> Procurarsi gli strumenti necessari per il montaggio (ad esempio, un saldatore, pistola termica, saldatura, spellafili, pinze a naso, ed entrambi a testa piatta e cacciaviti). </li></ol> 2. Componenti elettrici di saldatura NOTA: utilizzare il calore tubo termoretraibile per proteggere tutti i giunti saldati. Prima di connessioni di saldatura, far scorrere un pezzo di tubo termoretraibile (circa 2 cm) tubi attorno ad uno dei fili. Dopo aver saldato il collegamento, centrare il tubo sul punto di connessione e utilizzare una pistola di calore per riscaldare restringere il tubo. <ol><li> Connettori Preparazione (Figura 2A) <ol><li> Preparare quattro coppie di connettori JST 2 pin eetichettare sia maschili che femminili lati &quot;A&quot;, &quot;B&quot;, &quot;C&quot; e &quot;D&quot;, rispettivamente. Rimuovere il filo rosso da entrambi i lati della coppia di connettori &quot;D&quot;. </li><li> Preparare una coppia di connettori JST a 3 pin ed etichettare entrambe le parti maschili e femminili &quot;E&quot;. </li></ol></li><li> Microcontrollori e impilabili scudi (Figura 2B) <ol><li> Saldare intestazioni impilabili femminili con prese sul lato superiore del microcontrollore. Clip sporgenti filo dal intestazioni sul fondo del microcontrollore. </li><li> Saldare femminile intestazioni impilabili con prese sul lato superiore dello scudo registrazione dei dati SD. Lasciare sporgenti cavi nella parte inferiore dello scudo. </li><li> Saldare connettori maschio sullo scudo motore con perni sporgenti dal fondo. </li><li> Inserire una batteria a bottone nello slot di scudo SD per fornire alimentazione al modulo orologio in tempo reale. </li></ol></li><li> Pulsante di accensione esterno (Figura 2C) NOTA: Un aggancio in metallo pulsante ettaris cinque connessioni: potenza, a terra, normalmente chiuso (NC1), normalmente aperto (NO1) e comune (C1). <ol><li> Saldare il connettore a 2 pin maschile &quot;A&quot; per C1 (filo rosso uso) e la terra (usare filo nero). Termoretraibile tutte le connessioni. </li><li> Saldare il 2-pin connettore maschio &quot;B&quot; a + (filo rosso uso) e NO1 (usare filo nero). Termoretraibile tutte le connessioni. </li></ol></li><li> Fotointerruttori (Figura 2D) <ol><li> Saldare Fotointerruttori (la parte nera) a bordo di sblocco. </li><li> Saldare una resistenza 4.7K verso la parte anteriore della scheda di breakout. </li><li> Saldare il maschio a 3 pin connettore &quot;E&quot; per il posteriore della scheda di breakout: filo rosso al PWR, filo verde a GND, e il filo bianco al SGL. </li><li> Tagliare i fili sciolti sul retro della Photointerrupter uscire bordo. </li></ol></li><li> Bordo Boost (Figura 2E) <ol><li> Saldare il 2-pin connettore femmina &quot;A&quot; a 5V e terra pin sulla scheda di spinta. </li><li> Saldare il filo nero da MAConnettore le &quot;D&quot; al pin aggiuntivi GND sulla scheda boost. </li></ol></li><li> Cavo di uscita BNC (opzionale: Figura 2F) <ol><li> Saldare il 2-pin connettore &quot;C&quot; per i terminali di un cavo BNC (filo rosso al perno centrale, filo nero al pin esterno). NOTA: Per il montaggio, il connettore a 2 pin deve passare attraverso il dado sul connettore BNC. Usiamo un connettore più piccolo, o la barba verso il basso il connettore JST con una lama di rasoio per adattarlo. </li></ol></li><li> Motor Shield (Figura 2G) <ol><li> Intrecciare i fili rosso e nero del connettore femmina &quot;B&quot; insieme e saldare a V a. </li><li> Saldare il filo nero del connettore femmina &quot;C&quot; al pin terra accanto al Aref, e il filo rosso di questo connettore al piedino 3. </li><li> Saldare il filo nero del connettore femmina &quot;D&quot; al pin terra accanto al V a. </li><li> Saldare il filo verde del connettore femmina &quot;E&quot; al pin terraaccanto a 5V, il filo rosso di questo connettore a 5 V, e il filo bianco di questo connettore a pin 2. </li></ol></li></ol> 3. Software Upload <ol><li> Collegare il breakout board FTDI ai pin di programmazione del microcontrollore, e quindi collegare breakout board FTDI al computer tramite cavo micro USB. </li><li> Aprire il programma IDE (ambiente di sviluppo integrato). </li><li> Selezionare la scheda microcontrollore corretto per il caricamento del software attraverso Strumenti&gt; menu a discesa Consiglio. </li><li> Selezionare ATMega 328 (5V, 16MHz) attraverso il&gt; menu Strumenti del processore. </li><li> Selezionare la porta che il microcontrollore è collegato al attraverso strumenti&gt; Port&gt; COM # (può variare a seconda di quale porta è attualmente in uso). </li><li> Fare clic sul pulsante &quot;upload&quot; per caricare il disegno FED alla scheda (disponibile all&#39;indirizzo: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino). </li></ol> 4. Hardware di assemblaggio <ol><li> Motore passo-passo e motor scudo (Figure 1C e 3A e 3B) <ol><li> Fissare il motore passo-passo 5V sul 3D stampato supporto motore con due # 6 x ¼ &quot;viti di lamiera (Figure 1C e 3A). </li><li> Inserire disco rotante in supporto motore e spingere verso il basso per fissare saldamente all&#39;albero motore passo-passo (Figura 3B). </li><li> Twist in 3D cibo stampato silo sul supporto motore assicurandosi che il braccio di pellet livellatore è sopra il foro nel supporto motore. </li><li> Twist su pezzi collegati da sopra (punti 4.1.1 - 4.1.3) alla parte superiore della base stampata, con il motore passo-passo posizionata verso la parte posteriore della base e il foro posizionato nella parte anteriore. </li><li> Tagliare il connettore a 5 pin dai fili del motore passo-passo e strip ~ 2 mm dalla fine di ciascun filo. </li><li> Collegare i fili da motore passo-passo ai connettori morsettiera sul scudo motore: rosso a terra, arancio e rosa per una porta del motore (ad esempio, M1), e blu e giallo per l&#39;altra motor porta (ad esempio, M2). </li></ol></li><li> Pulsante di accensione esterno <ol><li> Rimuovere il dado dal tasto di accensione e inserire il tasto di alimentazione nel foro nel lato destro della base. Pulsante sicuro in posizione con dado esagonale. </li></ol></li><li> Fotointerruttori (Figura 3C) <ol><li> Posizionare il Photointerrupter nella sua sede stampati 3D. NOTA: usare una pistola di calore per riscaldare l&#39;alloggiamento se la Photointerrupter non sedile fino in fondo. </li><li> String il 3-pin connettore maschio &quot;E&quot; dalla Fotointerruttori (PWR, GND, e SGL) attraverso il foro centrale anteriore della base stampata in 3D. </li><li> Fissare l&#39;alloggiamento nella base FED con due viti 1 &quot;in nylon e dadi corrispondenti. </li></ol></li><li> Cavo di uscita BNC (opzionale) <ol><li> Inserire il connettore BNC nel foro sul lato sinistro della base FED. Fissare in posizione con il dado. </li><li> Se connettore BNC non viene utilizzato, Foro con spina 3D stampata. </li&gt; </ol></li><li> Batteria e scheda di spinta (Figura 3D) <ol><li> Collegare pacco batterie 3.7 V al modulo convertitore boost DC / DC tramite la JST collegamento a 2 poli. Il LED sul bordo Boost blu si accende se la batteria è carica. </li></ol></li><li> Schede di montaggio all&#39;interno di abitazioni (Figura 3E) <ol><li> Monte microcontrollore interno della base con collegamenti FTDI di fronte l&#39;interruttore di alimentazione, utilizzando # 4 x ¼ &quot;viti per lamiera d&#39;acciaio. </li><li> Stack scudo motore e scudo registrazione dei dati sulla parte superiore del microcontroler. </li><li> Avvitare la scheda Boost nel caso utilizzando # 2 x ¼ &quot;viti per lamiera d&#39;acciaio. Monte Boost con lo slot micro-SD rivolta verso il basso. FED può essere ricaricato attraverso questa porta senza aprire il caso. </li><li> Collegare i cinque connettori, &quot;A&quot; maschile &quot;A&quot; femminile, &quot;B&quot; maschio a femmina &quot;B&quot;, ecc </li><li> Posizionare la batteria all&#39;interno della base stampata in 3D e vicino facendo scorrere il coperchio posteriore. </li&gt; <li> Far scorrere sulla piastra faccia 3D stampata. </li></ol></li></ol> 5. Convalida e acquisizione dati NOTA: Prima di accendere un sistema FED, assicurare una scheda SD è inserita sullo scudo SD, altrimenti FED non eroga pellet. Inoltre, assicurarsi ponticello potere sullo scudo del motore (appena sopra il blocco di potere) è a posto. <ol><li> Accendere il sistema FED con la funzionalità pulsante di alimentazione e dispositivo di test. <ol><li> Riempire silo cibo con 20 palline di cibo mg prima di accendere. NOTA: L&#39;interruttore di alimentazione dovrebbe accendersi, come dovrebbe LED sul microcontrollore, scudo SD, e lo scudo del motore. Se non c&#39;è pellet nel pozzo, si dovrebbe dispensare. </li><li> Rimuovere manualmente 5 - 10 pellet dal cibo ben e confermare che la sostituzione pellet sono dispensati. </li></ol></li><li> Rimuovere la scheda SD e verificare che i dati è stato registrato correttamente. I dati devono essere acquisiti in valori separati da virgole (CSV) che viene denominato in base al vaFILENAME riable nel codice. </li><li> Posizionare unità FED all&#39;interno impostazione sperimentale, accensione, e assicurarsi che una pallina viene erogato nel cibo bene. </li><li> Nel corso di acquisizione dei dati, controllare quotidianamente FED per verificare che funzioni correttamente confermando che la luce del LED l&#39;interruttore è acceso (questo indica che la batteria ha carica sufficiente) e un pellet è seduto il cibo ben (indica che non vi sono problemi con pellet di erogazione). </li><li> Dopo l&#39;acquisizione dei dati, recuperare scheda SD e l&#39;accesso ai file .csv. NOTA: gli script di analisi per i pasti e modelli di alimentazione sono disponibili presso: 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>
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<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>

Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse, finanziari o di altro tipo.

Il dispositivo di alimentazione Sperimentazione (FED) è un sistema flessibile di controllo l&#39;assunzione di cibo. Qui, descriviamo le istruzioni dettagliate su fabbricazione e risoluzione dei problemi del dispositivo, tra cui l&#39;assemblaggio di hardware 3D stampata, la saldatura di componenti elettrici, e il caricamento di schizzi sui microcontrollori. Anche se è importante seguire tutti i passaggi indicati nel protocollo con attenzione, ci sono passaggi critici che meritano attenzione in più in ogni sezione al fi...

Con l&#39;aumento dell&#39;obesità globale durante l&#39;ultima parte del 20 ° secolo, c&#39;è un rinnovato attenzione sui meccanismi alla base di alimentazione 1, 2, 3, 4. Tipicamente, l&#39;assunzione di cibo viene pesato manualmente 5, o con sistemi di alimentazione disponibili in commercio. sistemi commerciali sono eccellenti, ma forniscono la flessibilità limitata nel modificare i loro disegni o codice. Qui, descriviamo il dispositivo di alimentazione Sperimentazione (FED): un sistema di alimentazione open-source per la misura l&#39;assunzione di cibo con fine risoluzione temporale e il minimo intervento umano 6. FED è alimentato a batteria e completamente contenuto all&#39;interno di una custodia in 3D stampata che può andare bene all&#39;interno di standard di ingabbiamento cremagliera colonia o di altre apparecchiature scientifiche. Nel suo stato stazionario, FED opera in modalità a basso consumo con un alimento a pellet di riposo nella sua food bene. La presenza del pellet viene monitorato tramite un raggio a infrarossi. Quando un mouse rimuove una pastiglia, un sensore Photointerrupter invia un segnale al microcontrollore e il time-stamp è connesso al (SD) card bordo sicuro digitale. Contemporaneamente, una uscita logica transistor-transistor (TTL) fornisce un&#39;uscita in tempo reale di recupero pellet. Immediatamente dopo questo evento, il motore ruota ad erogare un&#39;altra pellet, e il sistema ritorna alla sua modalità basso consumo. Grazie alla sua natura open-source, FED può essere modificato e migliorato per soddisfare le esigenze specifiche di ricerca. Ad esempio, il codice può essere facilmente modificato per limitare somministrazione ai momenti specifici della giornata, o per interrompere l&#39;erogazione quando è stato raggiunto un numero di pellets, senza richiedere interferenza umana. Qui, si delineano le istruzioni passo-passo per la costruzione, la convalida e l&#39;uso di FED per misurare l&#39;assunzione di cibo nei topi. Forniamo un elenco di tutti i componenti per la costruzione di un sistema. È importante sottolineare che nessun ex primarienza in elettronica è necessaria per costruire FED.

<table><tbody><tr><td>Electronics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shield motore/passo-passo/servo Adafruit per kit Arduino v2 - v2.3</td><td>Adafruit</td><td>1438</td><td>L'uso di altri shield per motori non è stato testato e richiederà modifiche al codice</td></tr><tr><td>Adafruit Assembled Data Logging shield per Arduino</td><td>Adafruit</td><td>1141</td><td>L'uso di altri shield per la registrazione dei dati non è stato testato e richiederà modifiche al codice</td></tr><tr><td>Caricabatterie PowerBoost 500</td><td>Adafruit</td><td>1944</td><td>Altre schede regolatrici di tensione non sono state testate, ma dovrebbero funzionare se hanno specifiche simili</td></tr><tr><td>FTDI Friend + extra - v1.0</td><td>Adafruit</td><td>284</td><td>Qualsiasi connessione FTDI-USB funzionerà</td></tr><tr><td>Piccolo motore passo-passo a riduzione - 5VDC 32-Step 1/16 Gearing</td><td>Adafruit</td><td>858</td><td>L'uso di altri motori passo-passo non è stato testato</td></tr><tr><td>Arduino Pro 328 - 5V/16MHz</td><td>SparkFun</td><td>DEV-10915</td><td>Altre schede Arduino dovrebbero funzionare, anche se potrebbero essere necessarie modifiche al codice</td></tr><tr><td>Photo Interrupter - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>SEN-09299</td><td>Altri fotointerruttori funzioneranno, ma potrebbero essere necessarie modifiche al design 3D</td></tr><tr><td>SparkFun Photo Interrupter Breakout Board - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>BOB-09322</td><td>Altri fotointerruttori funzioneranno, ma potrebbero richiedere modifiche al design</td></tr> <tr><td>3DConnettori, viti e articoli vari</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shield impilabili per Arduino (R3 compatibile)</td><td>Adafruit</td><td>85</td><td>Qualsiasi impilamento che dice Arduiono R3 compatibile funzionerà</td></tr><tr><td>Multi-Colored Heat Shrink Pack - 3/32" + 1/8" + 3/16"</td><td>Adafruit</td><td>1649</td><td>Qualsiasi termorestringente funzionerà</td></tr><tr><td>Set di bobine di filo di collegamento - 22AWG Solid Core - 6x25ft</td><td>Adafruit</td><td>1311</td><td>Qualsiasi cavo funzionerà</td></tr><tr><td>Pacco batteria agli ioni di litio - 3,7 V 4400 mAh</td><td>Adafruit</td><td>354</td><td>Qualsiasi batteria al litio da 3,7 V con connettore JST funzionerà&nbsp;</td></tr><tr><td>Scheda di memoria SD/MicroSD (8 GB SDHC)</td><td>Adafruit</td><td>1294</td><td>Qualsiasi scheda SD funzionerà</td></tr><tr><td>50 Ohm BNC Bulkhead Jack (3/8" D-Hole)</td><td>L-com</td><td>BAC70A</td><td>Qualsiasi BNC Panella</td></tr><tr><td>funzionerà Tipo 316 Acciaio inossidabile Pan Head Phillips Vite per lamiera, No 6 dimensioni, 1/4" Lunghezza</td><td>McMaster-Carr</td><td>90184A120</td><td>Tutte le viti di questa specifica funzioneranno</td></tr><tr><td>Tipo 316 Vite per lamiera Phillips a testa bombata in acciaio inossidabile, n. 2, lunghezza 1/4"</td><td>McMaster-Carr</td><td>91735A102</td><td>Tutte le viti di questa specifica funzioneranno</td></tr><tr><td>Vite a macchina con intaglio a testa piatta in nylon da 100 gradi, filettatura 4-40, lunghezza 1"</td><td>McMaster-Carr</td><td>90241A253</td><td>Tutte le viti di questa specifica funzioneranno</td></tr><tr><td>Dado esagonale in nylon, filettatura 4-40</td><td>McMaster-Carr</td><td>94812A200</td><td>Qualsiasi dado di questa specifica funzionerà</td></tr><tr><td>Connettore JST M F a 200 pin 200 mm 22AWG Cavo metallico</td><td>NewEgg</td><td>9SIA27C3FY2876</td><td>Qualsiasi connettore a 2 pin funzionerà per questa connessione</td></tr><tr><td>Pulsante in metallo - Blocco (16 mm, rosso)</td><td>SparkFun</td><td>COM-11971</td><td>Qualsiasi pulsante o interruttore funzionerà</td></tr><tr><td>Kit resistore - 1/4 W</td><td>SparkFun</td><td>COM-10969</td><td>Qualsiasi resistore da 1/4 W funzionerà</td></tr></tbody></table>

alimentazione dispositivo sperimentazione (fed): costruzione e validazione di un dispositivo open-source per la misurazione assunzione di cibo nei roditori

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

Le misurazioni dell'assunzione di cibo sono essenziali per molti studi di ricerca. Qui, forniamo una descrizione dettagliata di una nuova soluzione per misurare l'assunzione di cibo nei topi: il Feeding Experimentation Device (FED). FED è un sistema open source progettato per facilitare la flessibilità negli studi sull'assunzione di cibo. Grazie al suo design compatto e alimentato a batteria, FED può essere collocato all'interno di gabbie domestiche standard o altre apparecchiature sperimentali. Le misurazioni dell'assunzione di cibo possono anche essere sincronizzate con altre apparecchiature in tempo reale tramite l'uscita digitale TTL (transistor-transistor logic) della FED o nell'elaborazione post-acquisizione poiché la FED marca ogni evento con un orologio in tempo reale. Quando è in uso, un pellet alimentare si trova all'interno del pozzetto del cibo della FED, dove viene monitorato tramite un raggio infrarosso. Quando il pellet viene rimosso dal mouse, FED registra il timestamp sulla sua scheda SD (Secure Digital) interna ed eroga un altro pellet. FED può funzionare fino a 5 giorni prima che sia necessario caricare la batteria e riempire il serbatoio del pellet, riducendo al minimo l'interferenza umana nella raccolta dei dati. L'assemblaggio di FED richiede un background ingegneristico minimo e nella sua costruzione sono stati privilegiati i materiali e l'elettronica standard. Forniamo anche script per l'analisi dell'assunzione di cibo e dei modelli di pasto. Infine, FED è open-source e tutti i file di progettazione e costruzione sono online, per facilitare le modifiche e i miglioramenti da parte di altri ricercatori.

test di validazione che prevedono l&#39;uso di animali sono stati esaminati e approvati dal Comitato di cura e l&#39;uso di animali presso il National Institute of Diabetes e Digestiva e Malattie renali. Per dimostrare l&#39;uso di FED per la misurazione della casa gabbia alimentazione, femmina adulta C57BL topi / 6 (n = 4) sono stati alloggiati individualmente con ad libitum accesso all&#39;acqua e chow standard di laboratorio nell&#39;ambito di un ciclo di 12/12 h luc...

'Feeding Experimentation Device (FED) è un dispositivo open-source per misurare l'assunzione di cibo nei topi. FED può anche sincronizzare le misurazioni dell'assunzione di cibo con altre tecniche tramite un'uscita digitale in tempo reale. Qui forniamo un tutorial passo passo per la costruzione, la convalida e l'utilizzo di FED.

Alimentazione dispositivo Sperimentazione (FED): Costruzione e validazione di un dispositivo Open-source per la misurazione assunzione di cibo nei roditori

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

L'obiettivo generale del dispositivo per l'esperimento alimentare è creare un dispositivo open source in grado di misurare l'assunzione di cibo in topi mantenuti nel loro ambiente domestico. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nei campi dell'alimentazione e dell'obesità, ad esempio se specifici circuiti neurali possano indurre diversi modelli di assunzione di cibo. Il principale vantaggio di questa tecnica è che è open source e compatibile con la gabbia domestica.È in grado di misurare l'assunzione di cibo senza l'uso di attrezzature specializzate o gabbie specifiche. Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di questo metodo quando stavamo pesando manualmente l'assunzione di cibo in un elevato numero di topi. Questa procedura richiedeva molto tempo ed era soggetta a errori.La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale poiché i passaggi di fabbricazione possono risultare difficili da apprendere. Iniziare preparando quattro coppie di connettori a due pin ed etichettare entrambi i lati, maschio e femmina, rispettivamente con A, B, C e D; quindi rimuovere il filo rosso da entrambi i lati della coppia di connettori D. Successivamente, preparare una coppia di connettori a tre pin ed etichettare entrambi i lati, maschio e femmina, con E. Saldare i connettori femmina impilabili con prese sul lato superiore del microcontrollore. Tagliare i fili sporgenti dai connettori sul lato inferiore del microcontrollore, quindi collegare i connettori femmina impilabili con prese sopra la schermatura per la registrazione dei dati su scheda digitale sicura, o SD.Lasciare i fili sporgenti nella parte inferiore dello schermo. Se presenti, collegare tramite ponticello i pad SCL, SDA, MOSI, MISO e SCK nella parte inferiore dello schermo SD. Se non sono presenti, ignorare questo passaggio.In seguito, collegare i connettori maschio allo Shield del Motore con i pin sporgenti dal basso. Saldare i connettori allo Shield del Motore. Assicurarsi che il ponticello VIN sia posizionato sopra il blocco di alimentazione dello Shield del Motore.Inserire una batteria al litio da tre volt nello schermo SD. Per assemblare il pulsante di accensione, saldare il connettore maschio a due pin A a C1 utilizzando un filo rosso e A a massa utilizzando un filo nero, nonché B al positivo con un filo rosso e B a NO1 con un filo nero. Isolare tutte le connessioni con guaine termorestringenti.Saldare il foto-interruttore e una resistenza da 4,7 K alla scheda di espansione. Tagliare i fili sporgenti sul retro della scheda di espansione del foto-interruttore. Collegare il connettore maschio a tre pin E sul retro della scheda di espansione, collegando il filo rosso a PWR, il filo verde a GND e il filo bianco a SIG, quindi saldare il connettore femmina a due pin A ai pin da cinque V e di massa sulla scheda boost, oltre al filo nero del connettore maschio D al pin GND aggiuntivo sulla scheda boost.Successivamente, collegare il connettore a due pin C ai terminali di un jack BNC posizionando il cavo rosso sul perno centrale e il cavo nero sul perno esterno. Assemblare lo scudo motore intrecciando insieme i cavi rosso e nero del connettore femmina B e saldarli a VIN. Infine, eseguire le seguenti saldature.Uno, collegare il filo nero del connettore femmina C al pin di massa vicino ad AREF e il filo rosso di questo connettore al pin tre. Due, collegare il filo nero del connettore femmina D al pin di massa vicino a VIN. Tre, collegare il filo verde del connettore femmina E al pin di massa vicino a 5 V, il filo rosso di questo connettore a 5 V e il filo bianco di questo connettore al pin due. Iniziare collegando la scheda FTDI breakout ai pin di programmazione del microcontrollore, quindi collegare la scheda FTDI breakout al computer tramite un cavo micro USB.All'interno del software, fare clic sul pulsante di caricamento per inviare il dispositivo sperimentale per l'alimentazione, o schema FED, alla scheda di espansione. Successivamente, fissare il motore passo-passo da cinque volt al supporto motore stampato in 3D utilizzando due viti per lamiera da numero sei e un quarto di pollice, quindi inserire il disco rotante nel supporto motore e premere verso il basso per fissarlo saldamente all'albero del motore passo-passo. Avvitare il serbatoio per il cibo stampato in 3D al supporto motore, assicurandosi che il braccio livellatore delle pastiglie sia posizionato sopra il foro nel supporto motore.Successivamente, avvitare i pezzi appena collegati sulla parte superiore della base stampata, posizionando il motore passo-passo sul retro della base e il foro sul lato anteriore. Tagliare il connettore a cinque pin dai cavi del motore passo-passo e spelare circa due millimetri dall'estremità di ciascun cavo, quindi collegare i cavi del motore passo-passo ai connettori a morsettiera presenti sulla Motor Shield, collegando il rosso a massa, arancione e rosa a una porta del motore e blu e giallo all'altra porta del motore. Dopodiché, rimuovere la rete dal pulsante di accensione e inserire il pulsante di accensione nel foro sul lato destro della base.Fissare il pulsante in posizione con un dado esagonale. Inserire il fotointerruttore nel suo alloggiamento stampato in 3D e fissare l'alloggiamento alla base del FED con due viti in nylon da un pollice e i relativi dadi. Successivamente, inserire il connettore BNC nel foro sul lato sinistro della base del FED.Fissare in posizione con il dado, quindi collegare un pacco batteria da 3,7 volt al modulo convertitore CC-CC tramite la connessione a due pin. Avvitare la scheda boost all'interno della custodia utilizzando viti in acciaio per lamiera da un quarto di pollice numero 2, quindi montare il microcontrollore all'interno della base con le connessioni FTDI rivolte verso l'interruttore di alimentazione utilizzando viti in acciaio per lamiera da un quarto di pollice numero 4; successivamente posizionare la Motor Shield e la shield per la registrazione dei dati sopra il microcontrollore. Montare la scheda boost con lo slot microSD rivolto verso il basso.Infine, collegare i cinque connettori, maschio A a femmina A, maschio B a femmina B, e così via. Inserire la batteria all'interno della base stampata in 3D, montare i coperchi frontale e posteriore sul FED, riempire l'imbuto con i pellet e chiudere con il coperchio. Al termine del montaggio, inserire una scheda SD nello shield di registrazione dati, accendere il sistema FED mediante il pulsante di alimentazione e verificare il funzionamento del dispositivo.Rimuovere manualmente da cinque a dieci pellet dal contenitore del cibo e verificare che vengano erogati pellet di ricambio. Infine, rimuovere la scheda SD e verificare che i dati siano stati registrati correttamente. Dopo un periodo di abituazione di una settimana, il contenitore del cibo è stato rimosso e sostituito con un FED per cinque giorni di test di validazione.Il recupero delle pellet per singolo topo mostra un'alimentazione continua durante il periodo di test di validazione, con una chiara ritmicità circadiana. Per quantificare l'accuratezza del FED, a ciascun sistema FED sono state fornite 1.000 pellet per il periodo di test di validazione. Il FED registra il 95% delle pellet sulla scheda SD.Una volta acquisite le competenze necessarie, ogni FED può essere costruito in circa due o tre ore. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come assemblare un FED e validarne l'utilizzo. Grazie alla sua natura open source, al FED possono essere aggiunte ulteriori funzionalità, come il comportamento operante, per rispondere a domande aggiuntive.

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