Name: Feeding Experimentation Device (FED): Budowa i walidacja urządzenia typu open source do pomiaru spożycia pokarmu przez gryzonie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Poznaj budowę i walidację urządzenia FED do pomiaru spożycia pokarmu przez myszy w środowisku klatki domowej. To otwarte źródło umożliwia badania zachowań pokarmowych i otyłości.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Intramural Research Program of the National Institutes of Health (NIH), The National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK). Dziękujemy Sekcji Oprzyrządowania NIH i Bibliotece NIH za pomoc w druku 3D.

UWAGA: Niniejszy protokół jest napisany dla komponentów wyraźnie wymienionych w Tabeli materiałów. O ile podobną funkcjonalność można osiągnąć przy użyciu innego sprzętu, o tyle FED został zaprogramowany dla mikrokontrolera Arduino Pro (zwanego dalej: mikrokontrolerem) i wymienionych akcesoriów. Inne mikrokontrolery mogą działać równie dobrze, ale będą wymagały od użytkownika modyfikacji kodu, aby je obsługiwał. Analiza danych offline została zakodowana przy użyciu języka programowania Python.
1. Przygotowanie i instalacja oprogramowania
<ol>
	<li>Zakup komponentów elektronicznych potrzebnych do budowy FED (patrz Tabela 1 i Fed Github BoM.xlxs pod adresem: https://github.com/KravitzLab/FED/tree/master/doc). 
	UWAGA: Alternatywni dostawcy mogą być używani dla wielu części w tej tabeli, pod warunkiem, że mają równoważne specyfikacje.</li>
	<li>Wydrukuj wszystkie komponenty zaprojektowane w 3D (Rysunek 1, dostępny pod adresem: https://github.com/KravitzLab/FED/wiki/3D-Printed-Components). 3D drukarki o rozdzielczości 200 mikronów powinny być w stanie drukować FED.</li>
	<li>Pobierz i zainstaluj platformę Integrated Development Environment (IDE) do programowania mikrokontrolera.</li>
	<li>Pobierz i zainstaluj dodatkowe biblioteki umożliwiające działanie osłony silnika i rejestratora danych (dostępne pod adresem: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino).</li>
	<li>Zaopatrz się w narzędzia potrzebne do montażu (np. lutownicę, opalarkę, lut, ściągacze izolacji, szczypce z końcówkami, a także śrubokręty płaskie, jak i śrubokręty).</li>
</ol>
2. komponentów elektrycznych
UWAGA: Użyj rurki termokurczliwej, aby zabezpieczyć wszystkie lutowane połączenia. Przed połączeń nasuń kawałek rurki z folii termokurczliwej (~2 cm) wokół jednego z przewodów. Po przylutowaniu połączenia wyśrodkuj rurkę w punkcie połączenia i użyj opalarki, aby obkurczyć rurkę.
<ol>
	<li>Przygotowanie złączy (Rysunek 2A)
	<ol>
		<li>Przygotuj cztery 2-pinowe pary złączy JST i oznacz zarówno stronę męską, jak i żeńską odpowiednio "A", "B", "C" i "D". Usuń czerwony przewód z obu stron pary złączy "D".</li>
		<li>Przygotuj jedną 3-pinową parę złączy JST i oznacz zarówno stronę męską, jak i żeńską "E".</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Mikrokontroler i nakładki z możliwością układania w stosy (rysunek 2B)
	<ol>
		<li>Lutowane żeńskie złącza header z gniazdami w górnej części mikrokontrolera. Przypnij wystający przewód z nagłówków na spodzie mikrokontrolera.</li>
		<li>żeńskie złącza header z możliwością układania w stos z gniazdami w górnej części osłony rejestrowania danych SD. Pozostaw wystające przewody na dole ekranu.</li>
		<li>męskie złącza header do osłony silnika z pinami wystającymi od dołu.</li>
		<li>Umieść baterię pastylkową w gnieździe tarczy SD, aby zapewnić zasilanie modułu zegara czasu rzeczywistego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przycisk zasilania zewnętrznego (Rysunek 2C) 
	UWAGA: Metalowy przycisk zatrzaskowy ma pięć połączeń: zasilanie, uziemienie, normalnie zamknięte (NC1), normalnie otwarte (NO1) i wspólne (C1).
	<ol>
		<li>2-pinowe złącze męskie "A" do C1 (użyj czerwonego przewodu) i uziemienia (użyj czarnego przewodu). Termokurczliwość wszystkich połączeń.</li>
		<li>2-pinowe złącze męskie "B" do + (użyj czerwonego przewodu) i NO1 (użyj czarnego przewodu). Termokurczliwość wszystkich połączeń.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fotoprzerywacz (rysunek 2D)
	<ol>
		<li>fotoprzerywacz (czarną część) do płytki wyprowadzającej.</li>
		<li>rezystor 4.7K do przedniej części płytki wyprowadzającej.</li>
		<li>męskie 3-pinowe złącze "E" z tyłu płytki rozdzielającej: czerwony przewód do PWR, zielony przewód do GND, a biały przewód do SGL.</li>
		<li>Przytnij luźne przewody z tyłu płytki wyłamującej fotorezystor.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Płyta wzmacniająca (rysunek 2E)
	<ol>
		<li>2-pinowe złącze żeńskie "A" do 5 V i piny uziemienia na płytce boost.</li>
		<li>przewód od złącza męskiego "D" do dodatkowego pinu GND na płytce boost.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>wyjściowy BNC (opcjonalnie: Rysunek 2F)
	<ol>
		<li>2-pinowe złącze "C" do zacisków BNC (czerwony przewód do środkowego pinu, przewód do zewnętrznego pinu). 
		UWAGA: Do montażu złącze 2-pinowe musi pasować przez nakrętkę na wtyczce BNC. Używamy mniejszego łącznika lub golimy złącze JST żyletką, aby pasowało.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Osłona silnika (rysunek 2G)
	<ol>
		<li>Skręć ze sobą czerwony i przewód złącza żeńskiego "B" i do Vin.</li>
		<li>przewód złącza żeńskiego "C" do pinu uziemiającego obok ARef, a czerwony przewód tego złącza do pinu 3.</li>
		<li>przewód złącza żeńskiego "D" do pinu uziemiającego obok Vin.</li>
		<li>zielony przewód złącza żeńskiego "E" do pinu uziemiającego obok 5V, czerwony przewód tego złącza do 5V, a biały przewód tego złącza do pinu 2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Przesyłanie oprogramowania
<ol>
	<li>Podłącz płytkę wyprowadzającą FTDI do pinów programowania mikrokontrolera, a następnie podłącz płytkę wyprowadzającą FTDI do komputera za pomocą micro USB.</li>
	<li>Otwórz program IDE (zintegrowane środowisko programistyczne).</li>
	<li>Wybierz odpowiednią płytkę mikrokontrolera do wgrania oprogramowania za pomocą menu rozwijanego Narzędzia > Płytka.</li>
	<li>Wybierz ATMega 328 (5V, 16mHz) z menu Narzędzia > Procesor</li>.
	<li>Wybierz port, do którego mikrokontroler jest podłączony za pomocą narzędzi > Port > COM# (będzie się różnić w zależności od tego, który port jest aktualnie używany).</li>
	<li>Kliknij przycisk "prześlij", aby wgrać szkic FED na tablicę (dostępny pod adresem: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino).</li>
</ol>
4. Montaż sprzętu
<ol>
	<li>Silnik krokowy i osłona silnika (rysunki 1C i 3A i 3B)
	<ol>
		<li>Przymocuj silnik krokowy 5 V do wydrukowanego w 3D uchwytu silnika za pomocą dwóch wkrętów do blachy #6 x 1/4" (rysunki 1C i 3A).</li>
		<li>Włóż obracającą się tarczę do mocowania silnika i dociśnij, aby bezpiecznie przymocować do wału silnika krokowego (Rysunek 3B).</li>
		<li>Przekręć wydrukowany w 3D silos na żywność na uchwycie silnika, upewniając się, że ramię poziomujące pelety znajduje się nad otworem w uchwycie silnika.</li>
		<li>Przekręć połączone elementy od góry (kroki 4.1.1 - 4.1.3) do górnej części drukowanej podstawy, tak aby silnik krokowy był umieszczony z tyłu podstawy, a otwór znajdował się z przodu.</li>
		<li>Odetnij 5-pinowe złącze od przewodów silnika krokowego i zdejmij izolację ~2 mm od końca każdego przewodu.</li>
		<li>Podłącz przewody od silnika krokowego do złączy listwy zaciskowej na osłonie silnika: czerwony do masy, pomarańczowy i różowy do jednego portu silnika (np. M1), a niebieski i żółty do drugiego portu silnika (np. M2).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zewnętrzny przycisk zasilania
	<ol>
		<li>Odkręć nakrętkę z przycisku zasilania i włóż przycisk zasilania do otworu po prawej stronie podstawy. Zabezpiecz przycisk na miejscu za pomocą nakrętki sześciokątnej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fotoprzerywacz (rysunek 3C)
	<ol>
		<li>Umieść fotoprzerywacz w jego obudowie wydrukowanej w 3D. 
		UWAGA: użyj opalarki, aby podgrzać obudowę, jeśli fotoprzerywacz nie jest całkowicie osadzony.</li>
		<li>Przeciągnij 3-pinowe złącze męskie "E" z fotoprzerywacza (PWR, GND i SGL) przez przedni środkowy otwór podstawy wydrukowanej w 3D.</li>
		<li>Przymocuj obudowę do podstawy FED za pomocą dwóch nylonowych 1" i odpowiednich nakrętek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>wyjściowy BNC (opcjonalnie)
	<ol>
		<li>Włóż złącze BNC do otworu po lewej stronie podstawy FED. Zabezpiecz na miejscu za pomocą nakrętki.</li>
		<li>Jeśli złącze BNC nie jest używane, zatkaj otwór wtyczką wydrukowaną w 3D.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Bateria i płyta doładowania (rysunek 3D)
	<ol>
		<li>Podłącz akumulator 3,7 V do modułu przetwornicy doładowania DC/DC za pomocą 2-pinowego złącza JST. Niebieska dioda LED na płycie Boost zaświeci się, jeśli bateria jest naładowana.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Płytki montażowe wewnątrz obudowy (Rysunek 3E)
	<ol>
		<li>Zamontuj mikrokontroler wewnątrz podstawy z połączeniami FTDI skierowanymi w stronę wyłącznika zasilania, za pomocą wkrętów do blachy stalowej #4 x 1/4".</li>
		<li>Osłona silnika stosu i osłona rejestrująca dane na górze mikrokontrolera.</li>
		<li>Przykręć płytę Boost do obudowy za pomocą wkrętów do blachy stalowej #2 x 1/4". Zamontuj Boost z gniazdem micro-SD skierowanym w dół. FED można ładować przez ten port bez otwierania etui.</li>
		<li>Podłącz pięć złączy, męski "A" do żeńskiego "A", męski "B" do żeńskiego "B" itp.</li>
		<li>Umieść baterię w wydrukowanej w 3D podstawie i zamknij, przesuwając tylną pokrywę.</li>
		<li>Przesuń na wydrukowaną w 3D płytę czołową.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Walidacja i akwizycja danych
UWAGA: Przed włączeniem systemu FED upewnij się, że karta SD jest włożona do osłony SD, w przeciwnym razie FED nie będzie dozować granulek. Dodatkowo upewnij się, że zworka zasilania na osłonie silnika (tuż nad blokiem zasilania) jest na swoim miejscu.
<ol>
	<li>Włącz system FED za pomocą przycisku zasilania i funkcji urządzenia testowego.
	<ol>
		<li>Napełnij silos spożywczy granulkami żywności 20 mg przed włączeniem. 
		UWAGA: Włącznik zasilania powinien się zaświecić, podobnie jak diody LED na mikrokontrolerze, osłonie SD i osłonie silnika. Jeśli w studni nie ma granulatu, należy go dozować.</li>
		<li>Ręcznie wyjmij 5-10 granulek z dołka na żywność i upewnij się, że dozowane są zastępcze granulki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyjmij kartę SD i sprawdź, czy dane zostały prawidłowo zarejestrowane. Dane należy pobierać w wartościach oddzielonych przecinkami (. CSV), którego nazwa jest zgodna ze zmienną FILENAME w kodzie.</li>
	<li>Umieść jednostkę FED w warunkach eksperymentalnych, włącz zasilanie i upewnij się, że granulka została dozowana do dołka żywności.</li>
	<li>W trakcie zbierania danych codziennie sprawdzaj FED, aby upewnić się, że działa prawidłowo, potwierdzając, że dioda LED na wyłączniku zasilania jest włączona (oznacza to, że bateria jest wystarczająco naładowana), a granulka znajduje się w wgłębieniu na żywność (wskazuje, że nie ma problemów z dozowaniem granulek).</li>
	<li>Po pobraniu danych pobierz kartę SD i uzyskaj dostęp .csv pliku. 
	UWAGA: Skrypty analiz posiłków i schematów żywienia są dostępne pod adresem: 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>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów, finansowego lub innego.

Feeding Experimentation Device (FED) to elastyczny system monitorowania spożycia pokarmu. Tutaj opisujemy szczegółowe instrukcje dotyczące wytwarzania i rozwiązywania problemów z urządzeniem, w tym montażu sprzętu drukowanego w 3D, komponentów elektrycznych i przesyłania szkiców na mikrokontrolery. Chociaż ważne jest, aby dokładnie przestrzegać wszystkich kroków opisanych w protokole, istnieją krytyczne kroki, które zasługują na dodatkową uwagę w każdej sekcji, aby zapewnić udany produkt końcowy. Wydrukowany w 3D dysk ob...

Wraz ze wzrostem globalnej otyłości w drugiej połowie XX wieku, ponownie zwrócono uwagę na mechanizmy leżące u podstaw żywienia1,2,3,4. Zazwyczaj przyjmowany pokarm jest ważony ręcznie5 lub za pomocą dostępnych na rynku systemów żywienia. Systemy komercyjne są doskonałe, ale zapewniają ograniczoną elastyczność w modyfikowaniu swoich projektów lub kodu. W tym miejscu opisujemy Feeding Experimentation Device (FED): system żywienia o otwartym kodzie źródłowym do pomiaru spożycia pokarmu z dokładną rozdzielczością czasową i minimalną ingerencją człowieka6. FED jest zasilany bateryjnie i w pełni zamknięty w wydrukowanej w 3D obudowie, która może zmieścić się w standardowym klatce z koloniami, stojaku lub innym sprzęcie naukowym.
W stanie ustalonym, FED działa w trybie niskiego poboru mocy, a granulka żywności spoczywa w jego studzince. Obecność granulatu jest monitorowana za pomocą wiązki podczerwieni. Gdy mysz wyjmuje kulkę, czujnik fotoprzerywacza wysyła sygnał do mikrokontrolera, a znacznik czasu jest rejestrowany na wbudowanej bezpiecznej karcie cyfrowej (SD). Jednocześnie wyjście logiki tranzystor-tranzystor (TTL) zapewnia wyjście w czasie rzeczywistym odzyskiwania granulek. Natychmiast po tym zdarzeniu silnik obraca się, aby dozować kolejną granulkę, a system powraca do trybu niskiego poboru mocy. Ze względu na swój otwarty charakter FED może być modyfikowany i ulepszany w celu dopasowania do konkretnych potrzeb badawczych. Na przykład, kod można łatwo zmienić, aby ograniczyć karmienie do określonych pór dnia lub zatrzymać dozowanie po osiągnięciu określonej liczby granulek, bez konieczności ingerencji człowieka.
Tutaj przedstawiamy instrukcje krok po kroku dotyczące budowy, walidacji i użycia FED do pomiaru spożycia pokarmu u myszy. Dostarczamy listę wszystkich komponentów do budowy systemu. Co ważne, do skonstruowania FED nie jest potrzebne żadne wcześniejsze doświadczenie w elektronice.

<table><tbody><tr><td>Electronics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield for Arduino v2 Kit - v2.3</td><td>Adafruit</td><td>1438</td><td>Użycie innych osłon silnika nie zostało przetestowane i będzie wymagało zmian w kodzie</td></tr><tr><td>Adafruit Assembled Data Logging shield dla Arduino</td><td>Adafruit</td><td>1141</td><td>Użycie innych nakładek rejestrujących dane nie zostało przetestowane i będzie wymagało zmian w kodzie</td></tr><tr><td>Ładowarka PowerBoost 500</td><td>Adafruit</td><td>1944</td><td>Inne płytki regulatora napięcia nie były testowane, ale powinny działać, jeśli mają podobne specyfikacje</td></tr><tr><td>FTDI Friend + dodatki - v1.0</td><td>Adafruit</td><td>284</td><td>Każde połączenie FTDI-USB będzie działać</td></tr><tr><td>Mały redukcyjny silnik krokowy - 5VDC 32-stopniowa przekładnia 1/16</td><td>Adafruit</td><td>858</td><td>Użycie innych silników krokowych nie zostało przetestowane</td></tr><tr><td>Arduino Pro 328 - 5V/16MHz</td><td>SparkFun</td><td>DEV-10915</td><td>Inne płytki Arduino powinny działać, chociaż mogą wymagać zmian w kodzie</td></tr><tr><td>Przerywacz zdjęć - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>SEN-09299</td><td>Inne przerywacze fotograficzne będą działać, ale mogą wymagać zmian w projekcie 3D</td></tr><tr><td>SparkFun Photo Interrupter Breakout Board - GP1A57HRJ00F</td><td>SparkFun</td><td>BOB-09322</td><td>Inne fotoprzerywacze będą działać, ale mogą wymagać zmian w projekcie</td></tr> <tr><td>3DZłącza, i różne elementy</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shield nagłówki do układania w stosy dla Arduino (kompatybilne z R3)</td><td>Adafruit</td><td>85</td><td>Każdy nagłówek do układania w stos z napisem kompatybilny z Arduiono R3 będzie działał</td></tr><tr><td>Wielokolorowy pakiet termokurczliwy - 3/32" + 1/8" + 3/16"</td> <td>Adafruit</td><td>1649</td><td>Każda koszulka termokurczliwa będzie działać</td></tr><tr><td>Zestaw szpul do podłączania drutu - 22AWG Solid Core - 6x25ft</td><td>Adafruit</td><td>1311</td><td>Każdy przewód będzie działał</td></tr><tr><td>Akumulator litowo-jonowy - 3,7 V 4400 mAh</td><td>Adafruit</td><td>354</td><td>Każda bateria litowa 3,7 V ze złączem JST będzie działać&nbsp;</td></tr><tr><td>Karta pamięci SD/MicroSD (8 GB SDHC)</td><td>Adafruit</td><td>1294</td><td>Każda karta SD będzie działać</td></tr><tr><td>50 Ohm BNC Bulkhead Jack (3/8" D-Hole)</td><td>L-com</td><td>BAC70A</td><td>Każda przegroda BNC będzie działać</td></tr><tr><td>Typ 316 Stal nierdzewna z stożkowym Phillips Wkręt do blachy, nr 6, długość 1/4</td>" <td>McMaster-Carr</td><td>90184A120</td><td>Wszelkie o tej specyfikacji będą działać</td></tr><tr><td>Wkręt do blachy Phillips z stożkowym ze stali nierdzewnej typu 316, rozmiar nr 2, długość 1/4</td>" <td>McMaster-Carr</td><td>91735A102</td><td>Wszelkie o tej specyfikacji będą działać</td></tr><tr><td>Nylonowa śruba maszynowa z płaskim 100 stopni, gwint 4-40, długość 1</td>" <td>McMaster-Carr</td><td>90241A253</td><td>Wszelkie o tej specyfikacji będą działać</td></tr><tr><td>Nylonowa nakrętka sześciokątna, rozmiar gwintu 4-40 McMaster-Carr</td><td></td><td>94812A200</td><td>Każda nakrętka o tej specyfikacji będzie działać</td></tr><tr><td>2-pinowe złącze JST MF 200 mm drutowy 22AWG</td><td>NewEgg</td><td>9SIA27C3FY2876</td><td>Do tego połączenia będzie działać dowolne złącze 2-pinowe</td></tr> Przycisk metalowy <tr><td>- zatrzaskowy (16 mm, czerwony)</td><td>SparkFun</td><td>COM-11971</td><td>Każdy przycisk lub przełącznik będzie działał</td></tr><tr><td>Zestaw rezystorów - 1/4 W</td><td>SparkFun</td><td>COM-10969</td><td>Dowolne rezystory 1/4 W będą działać</td></tr></tbody></table>

feeding experimentation device (fed): budowa i walidacja urządzenia typu open source do pomiaru spożycia pokarmu przez gryzonie

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

Pomiary spożycia pokarmu są niezbędne dla wielu badań naukowych. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy opis nowatorskiego rozwiązania do pomiaru spożycia pokarmu przez myszy: Feeding Experimentation Device (FED). FED to system typu open source, który został zaprojektowany w celu ułatwienia elastyczności w badaniach nad spożyciem żywności. Ze względu na kompaktową i zasilaną bateryjnie konstrukcję, FED może być umieszczony w standardowych klatkach domowych lub innym sprzęcie eksperymentalnym. Pomiary spożycia pokarmu mogą być również synchronizowane z innymi urządzeniami w czasie rzeczywistym za pośrednictwem cyfrowego wyjścia logiki tranzystorowo-tranzystorowej (TTL) FED lub w przetwarzaniu po akwizycji, ponieważ FED znakuje każde zdarzenie za pomocą zegara czasu rzeczywistego. Podczas użytkowania granulat spożywczy znajduje się w studzience żywnościowej FED, gdzie jest monitorowany za pomocą wiązki podczerwieni. Gdy kulka zostanie usunięta przez mysz, FED rejestruje znacznik czasu na swojej wewnętrznej bezpiecznej karcie cyfrowej (SD) i dozuje kolejną kulkę. FED może działać do 5 dni, zanim konieczne będzie naładowanie akumulatora i ponowne napełnienie zasobnika na pelety, minimalizując ingerencję człowieka w gromadzenie danych. Montaż FED wymaga minimalnego zaplecza inżynierskiego, a przy jego budowie priorytetowo potraktowano gotowe materiały i elektronikę. Dostarczamy również skrypty do analizy spożycia pokarmów i wzorców posiłków. Wreszcie, FED jest oprogramowaniem typu open source, a wszystkie pliki projektowe i konstrukcyjne są dostępne online, aby ułatwić modyfikacje i ulepszenia innym badaczom.

Testy walidacyjne z udziałem zwierząt zostały przeanalizowane i zatwierdzone przez Komisję ds. Opieki i Korzystania ze Zwierząt w Narodowym Instytucie Cukrzycy, Chorób Układu Pokarmowego i Nerek (National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases). Aby zademonstrować zastosowanie systemu FED do pomiaru pobierania pokarmu w klatkach domowych, dorosłe samice myszy C57BL/6 (n = 4) przebywały w indywidualnych klatkach z dostępem ad libitum do wody i standardowe...

Feeding Experimentation Device (FED) to urządzenie typu open source do pomiaru spożycia pokarmu u myszy. FED może również synchronizować pomiary spożycia żywności z innymi technikami za pośrednictwem wyjścia cyfrowego w czasie rzeczywistym. Tutaj przedstawiamy samouczek krok po kroku dotyczący budowy, walidacji i użytkowania FED.

Feeding Experimentation Device (FED): Budowa i walidacja urządzenia typu open source do pomiaru spożycia pokarmu przez gryzonie

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

Ogólnym celem urządzenia do eksperymentów z karmieniem jest stworzenie urządzenia o otwartym kodzie źródłowym (open source), które pozwala mierzyć spożycie pokarmu przez myszy w warunkach domowych klatek. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie żywienia i otyłości, takie jak pytanie, czy specyficzne obwody neuronalne mogą napędzać różne wzorce spożycia pokarmu. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ona dostępna jako open source i kompatybilna z warunkami domowych klatek.Metoda ta pozwala na pomiar spożycia pokarmu bez konieczności stosowania specjalistycznego sprzętu lub klatek. Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy ręcznie ważyliśmy ilość zjedzonego pokarmu u dużej liczby myszy. Było to czasochłonne i podatne na błędy.Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ kroki wykonania mogą być trudne do opanowania. Rozpocznij od przygotowania czterech par dwupinowych złączy i oznacz strony męskie i żeńskie odpowiednio jako A, B, C i D, a następnie usuń czerwony przewód z obu stron pary złączy D. Następnie przygotuj jedną parę trzypinowych złączy i oznacz obie strony, męską i żeńską, jako E. Przylutuj żeńskie gniazda stosowe z gniazdami po górnej stronie mikrokontrolera. Odetnij wystające przewody od gniazd na spodzie mikrokontrolera, a następnie połącz żeńskie gniazda stosowe z gniazdami znajdującymi się na górze tarczy rejestrującej dane SD (secure digital).Pozostaw wystające przewody na spodzie ekranu. Jeśli istnieją, wykonaj mostkowanie (zworkuj) padów SCL, SDA, MOSI, MISO i SCK na spodzie ekranu karty SD. Jeśli nie są one obecne, pomiń ten krok.Następnie przymocuj męskie złącza pinowe do Motor Shield w taki sposób, aby piny wystawały z dołu. Przylutuj złącza do Motor Shield. Upewnij się, że zworka VIN znajduje się na swoim miejscu nad blokiem zasilania na Motor Shield.Włóż baterię litową 3 V do tarczy SD. Aby zmontować przycisk zasilania, przylutuj męski złącze dwupinowe A do C1 za pomocą czerwonego przewodu oraz A do masy za pomocą czarnego przewodu, a także B do bieguna dodatniego za pomocą czerwonego przewodu i B do NO1 za pomocą czarnego przewodu. Wszystkie połączenia zabezpiecz rurką termokurczliwą.Przylutuj przerzutnik optyczny oraz rezystor 4,7 K do płytki rozdzielczej. Odetnij wystające przewody z tyłu płytki rozdzielczej przerzutnika optycznego. Przypnij męski trzypinowy konektor E do tyłu płytki rozdzielczej: czerwony przewód do PWR, zielony przewód do GND i biały przewód do SIG, następnie przylutuj dwupinowy konektor żeński A do pinów 5 V i masy (ground) na płytce przetwornicy step-up oraz czarny przewód z męskiego konektora D do dodatkowego pinu GND na płytce przetwornicy step-up.Następnie podłącz dwupinowy złącze C do styków gniazda BNC, mocując czerwony przewód do centralnego pinu, a czarny do zewnętrznego pinu. Zmontuj osłonę silnika (Motor Shield), skręcając ze sobą czerwony i czarny przewód złącza żeńskiego B, a następnie przylutuj je do VIN. Na koniec przylutuj następujące elementy.Po pierwsze, czarny przewód żeńskiego złącza C do pinu masy obok AREF i czerwony przewód tego złącza do pinu trzy. Po drugie, czarny przewód żeńskiego złącza D do pinu masy obok VIN, a po trzecie, zielony przewód żeńskiego złącza E do pinu masy obok 5 V, czerwony przewód tego złącza do 5 V, a biały przewód tego złącza do pinu dwa. Rozpocznij od podłączenia płytki stykowej FTDI do pinów programowania mikrokontrolera, a następnie podłącz płytkę stykową FTDI do komputera za pomocą kabla micro USB.W oprogramowaniu kliknij przycisk przesyłania, aby przesłać program urządzenia do eksperymentów z karmieniem, tzw. szkic FED, do płyty rozdzielczej. Następnie przymocuj pięciowoltowy silnik krokowy do wydrukowanego w technologii 3D uchwytu silnika za pomocą dwóch wkrętów do blachy nr 6 o długości 1/4 cala, a następnie wsuń obrotową tarczę do uchwytu silnika i dociśnij ją, aby bezpiecznie zamocować do wału silnika krokowego. Nakręć wydrukowany w technologii 3D silos na żywność na uchwyt silnika, upewniając się, że ramię wyrównujące poziom peletu znajduje się nad otworem w uchwycie silnika.Następnie przykręć nowo połączone elementy do górnej części wydrukowanej podstawy, ustawiając silnik krokowy w stronę tyłu podstawy, a otwór z przodu. Odetnij złącze pięciopinowe z przewodów silnika krokowego i zdejmij izolację z około dwóch milimetrów końcówki każdego przewodu, a następnie podłącz przewody silnika krokowego do złączy kostki zaciskowej na Motor Shield: czerwony do masy (ground), pomarańczowy i różowy do jednego portu silnika oraz niebieski i żółty do drugiego portu silnika. Po tym etapie zdejmij siatkę z przycisku zasilania i włóż przycisk zasilania do otworu znajdującego się po prawej stronie podstawy.Zabeziecz przycisk nakrętką sześciokątną. Umieść przerywacz optyczny w wydrukowanej w technologii 3D obudowie, a następnie przymocuj obudowę do podstawy FED za pomocą dwóch nylonowych śrub o długości jednej uncji wraz z odpowiednimi nakrętkami. Następnie wprowadź złącze BNC do otworu po lewej stronie podstawy FED.Zabezpieczyć nakrętką, a następnie podłączyć zestaw baterii 3,7 V do modułu przetwornicy step-up DC-DC za pomocą dwupinowego złącza. Przykręcić płytkę przetwornicy do obudowy, używając stalowych wkrętów do blachy nr 2 o długości 1/4 cala, następnie zamontować mikrokontroler wewnątrz podstawy, kierując złącza FTDI w stronę przełącznika zasilania, używając stalowych wkrętów do blachy nr 4 o długości 1/4 cala, a następnie nałożyć Motor Shield oraz shield do rejestrowania danych na mikrokontroler. Zamontować płytkę przetwornicy tak, aby gniazdo karty microSD było skierowane w dół.Na koniec połącz pięć złączy: męskie A z żeńskim A, męskie B z żeńskim B i tak dalej. Umieść baterię w wydrukowanej w technologii 3D podstawie, nasuń przednią i tylną pokrywę na FED, wypełnij zasobnik granulatem i załóż pokrywkę na zasobnik. Po zakończeniu montażu włóż kartę SD do tarczy rejestrowania danych, włącz system FED za pomocą przycisku zasilania i przetestuj funkcjonalność urządzenia.Ręcznie usuń od pięciu do 10 granulek z otworu z pokarmem i upewnij się, że dozowane są nowe granulki. Na koniec wyjmij kartę SD i zweryfikuj, czy dane zostały prawidłowo zapisane. Po tygodniowym okresie habituacji zasobnik z pokarmem został usunięty i zastąpiony urządzeniem FED na pięć dni testów walidacyjnych.Odzyskiwanie granul dla poszczególnych myszy wykazuje ciągłe żerowanie w okresie testów walidacyjnych, z wyraźnie widoczną rytmiką okodobową. Aby określić dokładność systemu FED, do każdego systemu FED podano 1 000 granulek na okres testów walidacyjnych. FED zapisuje 95% granulek na karcie SD.Po opanowaniu techniki, każde urządzenie FED można zbudować w około dwie do trzech godzin. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak skonstruować FED i zwalidować jego użycie. Dzięki otwartej architekturze do FED można dodać dodatkowe funkcjonalności, takie jak analiza zachowań operantowych, aby odpowiedzieć na kolejne pytania badawcze.

feeding-experimentation-device-fed-construction-validation-an-open

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Ten film opisuje test CApillary FEeder, czyli CAFE, metodę behawioralną, która mierzy spożycie pokarmu i preferencje niepohamowanych muszek owocowych. Przedstawiony protokół pokazuje, jak przeprowadzić test przy minimalnym parowaniu z wypełnionych płynem naczyń włosowatych używanych do dostarczania pokarmu i śledzenia jego spożycia.

Test CApillary FEeder (CAFE): metoda śledzenia spożycia i preferencji żywieniowych u Drosophila

Obecne badanie ocenia nowatorską procedurę oceny wzmacniających efektów smacznych roztworów u szczurów laboratoryjnych: samodzielne podawanie wewnątrzustne. W tym celu mierzono reakcję instrumentalną (tj. naciskanie dźwignią) na wewnątrzustne wlewy słodkich roztworów o różnych stężeniach na podstawie ciągłych i progresywnych harmonogramów współczynników wzmocnienia.

Nowatorska procedura oceny wzmacniających właściwości degustatorów u szczurów laboratoryjnych: instrumentalne samodzielne podawanie wewnątrzustne

To badanie z powodzeniem zaadaptowało metody ludzkiego wideofluoroskopowego badania połykania (VFSS) do użycia z modelami chorób mysich w celu ułatwienia badań nad dysfagią translacyjną.

Adaptacja metod badania wideofluoroskopowego jaskółki u ludzi do wykrywania i charakteryzowania dysfagii w modelach choroby myszy

Test CApillary FEeder (CAFE) jest prostą, niedrogą i wysoce niezawodną metodą badania mechanizmów leżących u podstaw przyjmowania pokarmu. Stosowany w połączeniu z wysoce wszechstronnym modelem genetycznym Drosophila melanogaster, stanowi potężny środek do uzyskania nowego wglądu w mechanizmy regulacyjne przyjmowania pokarmu.

Test CApillary FEeder mierzy spożycie pokarmu u Drosophila melanogaster

Ilościowe testy spożycia żywności z farbowaną żywnością dostarczają solidnych i wydajnych środków do oceny motywacji do karmienia. Połączenie testu spożycia żywności z termogenetycznymi i optogenetycznymi badaniami przesiewowymi jest skutecznym podejściem do badania obwodów neuronalnych leżących u podstaw apetytu u dorosłych Drosophila melanogaster.

Połączenie ilościowych testów spożycia pokarmu i wymuszonej aktywacji neuronów w celu zbadania apetytu u Drosophila

Ten protokół opisuje użycie bardzo smacznej diety stołówkowej w stylu zachodnim do modelowania przejadania się i otyłości u gryzoni. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy zarys selekcji, przygotowania i pomiaru żywności oraz wyjaśniamy czynniki metodologiczne, które pomagają w generowaniu solidnego i powtarzalnego fenotypu.

Smaczna dieta stołówkowa w stylu zachodnim jako niezawodna metoda modelowania otyłości wywołanej dietą u gryzoni

Prezentowany tutaj jest protokół do badania zachowań podobnych do depresji i anhedonów u szczurów. Łączy dwie dobrze znane metody behawioralne, preferencję sacharozy i testy hipofagii wywołanej nowością, z automatycznym systemem monitorowania spożycia żywności i płynów, aby pośrednio badać zachowanie gryzoni przy użyciu parametrów zastępczych.

Testy preferencji sacharozy i hipofagii wywołanej nowością u szczurów przy użyciu zautomatyzowanego systemu monitorowania spożycia pokarmu

Ten protokół pokazuje i wyjaśnia nową, opartą na technologii metodę oceny diety. Metoda składa się z tacy jadalnej z wieloma wbudowanymi wagami i kamerą wideo. Urządzenie jest wyjątkowe w tym sensie, że zawiera zautomatyzowane pomiary spożycia żywności i napojów oraz zachowań żywieniowych w trakcie posiłku.

Opracowanie koncepcji i wykorzystanie zautomatyzowanej metody oceny spożycia żywności i zachowań żywieniowych

Ograniczenie czasu przyjmowania pokarmu okazało się obiecującą interwencją mającą na celu złagodzenie chorób metabolicznych wywołanych przez dietę. Manuskrypt ten szczegółowo opisuje budowę i zastosowanie zbudowanego we własnym zakresie wydajnego systemu do pomiaru i manipulowania rytmicznym przyjmowaniem pokarmu przez myszy.

Manipulacja rytmicznym przyjmowaniem pokarmu u myszy za pomocą niestandardowego systemu żywienia

Ten artykuł szczegółowo opisuje projekt, montaż i protokół dla automatycznego systemu karmienia wraz z alternatywną modyfikacją pokrywy i klatki, która może być zaimplementowana na standardowych klatkach dla gryzoni z minimalnymi modyfikacjami dla eksperymentów optogenetycznych lub fotometrii światłowodowej na uwięzi. System żywienia oferuje ekonomiczne narzędzie do karmienia w czasie i/lub ograniczania kalorii.

System "zrób to sam" do planowego karmienia gryzoni laboratoryjnych w ich domowej klatce

Model objadania się został ustalony u myszy korzystających z przerywanego dostępu do M&amp;M's (bardzo smacznego pokarmu składającego się z tłuszczu i cukru). Myszy z przerywanym dostępem do tego wysokotłuszczowego i bogatego w cukier pokarmu wykazywały zachowania podobne do stresu, zwiększone spożycie kalorii i preferencję dla tego pokarmu w stosunku do standardowej karmy w porównaniu z myszami z ciągłym dostępem do pokarmu lub bez niego.

Model przerywanego napadowego spożycia u myszy

Poznaj budowę i walidację urządzenia FED do pomiaru spożycia pokarmu przez myszy w środowisku klatki domowej. To otwarte źródło umożliwia badania zachowań pokarmowych i otyłości.

Feeding Experimentation Device (FED): Budowa i walidacja urządzenia typu open source do pomiaru spożycia pokarmu przez gryzonie

Przeglądaj więcej filmów