小鼠自动化，定量认知/行为筛选：对于遗传学，药理学，动物认知与本科教学

Summary

用于测量介导空间定位，时间定位，持续时间，速率和概率估计，风险评估，冲动，和准确度和精密度的存储机制的生理学上有意义的特性，以评估遗传性和药理操作上的影响，完全自动化的系统认知小鼠基本机制。

Abstract

我们描述了一种高通量，高容量，完全自动化，住在评估遗传性和药理操作对认知的基本机制的影响，并学习在小鼠七分之二十四行为测试系统。一个标准的聚丙烯鼠标外壳浴缸是通过一个亚克力管连接到一个标准的商用鼠标测试盒。测试盒具有3料斗，其中2个被连接以沉淀馈线。所有在内部可发光的具有LED和头项通过红外（IR）监视梁。老鼠生存的环境，从而消除筛查过程中处理。他们在通过执行操作性（器乐）和巴甫洛夫（古典）的协议，为此，我们编写了协议控制软件和准实时的数据分析和绘图软件两个或更多的日常喂养期间获得他们的食物。数据分析和图形程序都写在创造，大大简化大量时间，S的分析基于MATLAB语言夯实行为和生理活动的记录，并从原始数据通过所有中间分析，以一个单一的数据结构中公布的图表和统计数据来保存一个完整的数据跟踪。数据分析代码收割的数据，每天和它科目的统计和图形分析，这是自动存储在“云”上，并在实验室的计算机几次。因此，个体小鼠的进展被可视化和每日定量。数据分析代码会谈的协议控制代码，允许自动从预先协议，个别科目的协议。实施行为的协议匹配，autoshaping，定时料斗切换，定时料斗切换，冲动的测量，以及昼夜预期粮食供应的风险评估。开源协议控制和数据分析代码使得增加新的协议简单。八测试环境容纳在一个48英寸x 24英寸x 78柜;两个这样的驾驶室inets（16环境）可以由一个计算机来控制。

Introduction

为使遗传学，分子遗传学，分子生物学，神经药理学和的强大的技术来承担阐明调解的认知基本机制的细胞和分子机制，我们需要一个量化的生理意义的大批量，高通把心理筛查方法认知机制的特性。甲psychophysically可测量的生理意义定量的一种机制，属性是可以通过行为的手段进行测量，并通过电生理学或生物化学的方法的一个属性。实例是吸收光谱的视紫红质，昼夜节律钟的自由运行周期，并奖励轴突在内侧前脑束^1,2的不应期。这可以比作细胞和分子测量心理测量奠定了通过定量对应连接的细胞和分子机制，心理机制奠定了基础。对于为例E，认为在棒的外节的视紫红质的原位吸收光谱叠加在人类暗光谱灵敏度函数事实是强有力的证据表明光子触发的视紫红质的异构化是在暗视觉的第一步。复杂的行为模式的数量方面也是中央对使用的行为遗传学^3,4 QTL定位方法。

小鼠（大鼠）对行之有效的工具和巴甫洛夫学习协议的性能取决于测量抽象的数量如时间大脑机制，数量，期限，利率，概率，风险和空间位置。例如，收购巴甫洛夫条件反射的速度取决于增强活动（通常是食物交付），平均潜伏期为加固后的发病信号为即将到来的钢筋^5-7之间的平均间隔之间的比率。用于第二examp乐，探访在一个匹配的协议2供给料斗的平均持续时间之比近似等于钢筋的速率在 ​​这两个料斗^8-10的比例。

目前广泛使用的行为测试方法，有兴趣的底层机制是神经科学家，在大多数情况下，低容量，低通放，劳动密集型^26。此外，它们没有测量数量时，可以用由电生理学和生物化学方法测定量进行比较，如，例如，昼夜振荡器的行为上测量周期和相位进行比较，以昼夜周期和相位的电生理和生化的措施。目前的行为测试方法注重学习，如空间学习，学习时间，或恐惧学习，而不是底层机制的类别。空间学习^11-15的广泛使用水迷宫测试这些SH的一个例子ortcomings。空间学习是一类。在该类别中的学习依赖于许多机制，其中之一是航位推算^16,17的机制。航位推算又取决于里程表，测量长跑¹⁸的机制。同样的，学习时间为一类。生物钟是在其学习这一类依赖的机制之一，因为具有约24小时周期的振荡所需的动物学习一天中的事件发生^17,19的时间。使食品预期的时钟还没有被发现的^19。

时钟是一个时间测量机构。内源性振荡器具有广泛的时期让大脑通过记录这些时钟^16,17的阶段来定位的时间事件。在时间记录的位置的能力使得持续时间的测量，也就是，在时间位置之间的距离。联想学习取决于T他持续时间^5,6,20,21的大脑的测量。计数器是数字测量机制。数测量使概率估计，因为一个概率的子集的numerosity和超集的numerosity之间的比例。数的测量和时间测量启动速度的估计，因为速率是由事件的时间间隔是多少，测定在其上的持续时间划分的数目。持续时间的测量，编号，速度和概率使行为的调整，以不断变化的风险^。22,23我们的方法侧重于衡量这些基本机制的准确度和精密度。精度是其大脑的措施对应一个客观的衡量的程度。精度是在一个固定的客观价值大脑的措施的变化或不确定性，例如，一个固定的持续时间。韦伯定律是最古老和最安全的结果建立在心理物理学。它声称的精度一数量的大脑的措施是数量的固定分数。韦伯分数，这是变异的统计学家的系数分布（σ/μ），测量精度。心理物理学的均值（ 如平均值判断时间）到目标均值的比值（平均目标持续时间）是精度的措施。

同时最大限度地降低人体的量这里介绍的方法最大限度地提高音量（动物被筛选在任一时间在实验室空间一定量的多少）和吞吐量（金额获得由单一动物的筛选的平均期限划分信息）需要进行测量，并最大限度地提高劳动直接与该筛查成为众所周知的结果。

这里提出的数据分析软件体系结构会自动将原始数据和所有的汇总结果，并从数据中得出一起在一个单一的D统计ATA结构，字段标题的渲染数的理解浩瀚的大海当中所载。该分析软件只能运行在该结构的数据，并始终存储在同一个结构中的字段其经营业绩。这将确保一个完整的路径，从原始数据到汇总发布和图表。

该软件会自动写入到结构，治理全自动化的测试实验控制程序，它会自动显示其原始数据来自哪个程序来了。因此，它保留了一个无可挑剔的数据跟踪，没有疑问，这实验条件为在每个动物的力量在每个测试点，并没有关于如何汇总统计均来自原始数据无疑。数据保存这个方法大大促进了标准​​化的行为筛查数据基地的发展，从而有可能为其他实验室进一步分析这些丰富的数据集。

该筛选系统是系统化于图1。十柜，每个包含8测试环境可以被设置在一个10英尺×15英尺实验室房间，使80吨的小鼠Ø可以在同一时间运行。电缆穿过的共用墙一个端口应的环境连接到电子/电气接口卡和电脑在另一个房间。在PC上运行的协议控制程序。一台电脑需要每2箱（16测试环境）。该PC必须通过局域网连接到正在运行的数据分析和绘图软件的服务器。

Protocol

在TSsystem三个全自动化协议（选配，促进食欲器乐和经典条件）和交换机协议已批准的动物护理和设施委员会在罗格斯大学新不伦瑞克省。

1。设置物理系统

1. 设置在橱柜中的测试环境（参见图1）。
2. 安装提供有关本协议控制电脑的测试环境实验控制软件。
   注：请不要使用这些计算机用于其他任何目的！

2。设置的软件系统

1. 设置在LAN（局域网），使安装数据分析软件的服务器可以访问计算机（多个）控制测试环境（参见图1）的硬盘。
2. 建立用于数据存储的文件同步帐户中的“云”。
3. 浦t为TSsystem文件夹及其子文件夹在云同步文件夹中的商业编程语言的搜索路径。
   注：TSsystem是一个软件工具箱，也就是超过30个高层次的功能以帮助创建复杂的数据分析和数据图形的代码库时，它是由生成的输出文件的收获，可以自动处理数据实验控制程序。所有的命令对数据的实验结构的字段操作，并把结果在相同结构的其他字段（参见图2）。这些开源的命令都写在最广泛使用的商业科学规划和图形语言之一。它有许多其他的“工具箱”，其中包括最有用一个统计工具箱。

3。启动一个实验

1. 呼叫TSbegin（ 见图3）。
   注：TSbegin是一个集成ractive图形用户界面（G raphicüSER我 NTERFACE）在TSsystem工具箱。它通过创建分层数据结构内由它衍生的原始数据，所有结果将被放置在TSsystem工具箱中的其他功能的过程中引导用户。
2. 呼叫TSaddprotocol（ 见图4）。
   注：TSaddprotocol是在TSsystem工具箱的GUI。它会导致在用户通过对一个试验性协议指定的控制参数的过程中，指定决定的代码，将自动终止该协议，并继续到下一个的决定，并指定该决定的标准来使用。
3. 将小鼠在24/7实时的测试环境中，每个环境一个鼠标。
   注意事项：注意注意，进入每一个编号的实验环境（1盒，2盒等 ）的小鼠的ID号。此外，请注意，标识实验控制信计算机局域网（LAN）和其IP地址上。
4. 呼叫TSstartsession（ 图5）。
   注：TSstartsession是在TSsystem工具箱的GUI。它通过启动一个实验性会议的过程中引导用户。实验会议持续一两个星期，在此期间，几个不同的行为测试协议执行。 TSstartsession店的进入，当一个会话启动协议控制软件读取宏的信息。包括的是路径，而协议控制软件读取代码文件的名称。 TSsystem的分析软件读取此代码到分层数据结构，所以从来没有怀疑作为有效的确切协议，在任何时候。
5. 去到控制计算机和调用写入MedPC文件夹中的宏，以启动会话，以供该计算机控制的框。

4。数据分析

1. 如果您已经创建了一个新的协议，使用这样的命令在TSsystem工具箱写入相应的数据分析和绘图代码，这极大地简化了创建复杂的数据分析。
   注意：数据分析和为3的协议，其结果在下面的描述中包含TSsystem工具箱绘图代码。因为，他们都是开源的，他们可以随意修改。这些分析的代码有详尽的注解，这使得它更容易创建代码分析从用户指定的协议的结果。
2. 对于实验的持续时间（24小时至数周），监视电子邮件从服务器警示说明可能出现的设备故障（电源故障，自发的，控制电脑重新开机，颗粒供给故障等 ），其中TSsystem数据分析程序检测。
3. 研究表现的情节是写在TSsystem的数据分析的代码生成每次调用由日时间E解析定时器（通常为2-4次/天）。
   注：分析定时器调用在用户指定的时间间隔的数据分析和绘图程序。被调用的程序是写在TSsystem功能。它读入的分层数据结构从到该协议控制软件写入该文件收集的原始数据。然后，分析数据和图表的分析结果。包含的层次数据结构中的文件被存储在云中的一个文件夹同步。这提供了自动异地备份。自动文件同步保存副本上的所有谁已被授予访问的人员和合作者的计算机结构的文件。指定的图形会自动通过电子邮件发送给指定人员和合作者。主要研究人员可以监控来自世界各地的测试在任何时间的进展，并在必要时，修改实验方案，上线，远离坐e其中的小鼠进行测试。
4. 使用TSbrowser研究数据和汇总统计中的分层数据结构，因为他们成为可用的，准实时（ 见图2）。

Representative Results

该系统可以而且应该用来执行针对个人调查或任课老师的目标协议。然而，我们已经开发了一套3通讯协定，应该证明在基因操纵小鼠和大型药理测试大规模筛选有用：匹配的协议中，2料斗autoshaping协议和交换机协议。匹配的协议测量小鼠的容量来估计收入（每单位时间的食物颗粒）在两个不同的位置，记住哪个位置的产量而收入，至其平均访问持续时间的比例相匹配的收入的比率，并与快速性它检测并调整变化的收入比例。 2-料斗autoshaping协议利率的措施器乐和经典性条件反射（联想学习率）的。该交换机协议措施间隔计时准确度和精密度，估计概率的能力（相对频率）并适应变化的概率（风险评估）。它也给冲动的量度。

匹配 。在每两个横向料斗（供给料斗）的进料器以指数变化的潜伏期下列各球团交付独立武装。一种粒料输送每当馈线是武装和鼠标触发颗粒释放戳进料斗，从而中断了红外线（IR）光束。接下来的布防之前等待的时间间隔从指数分布，其期望在参数文件中（ 表1）指定绘制。在这个协议中，小鼠快速开始两个进料料斗之间循环，戳了一会儿成一体，然后​​移动到另一个，然后返回到第一个1。其停留在两个料斗的平均持续时间的比率大约是它们从两个料斗（每分钟NB微丸在获得每分钟的颗粒的比率相匹配的环境，即从料斗的“收入”，而不是小球每戳入料斗分钟，即在两个料斗从他们的投资“返回”）。因此，如果他们平均3次获得从料斗1个多颗粒从料斗2，然后参观的平均时间为料斗1大约是3倍，只要访问料斗2的平均持续时间。因为与该匹配行为出现⁸的快速性，我们首先运行该协议。它通常是测试的第一个24小时内可衡量的，当然除了在偶尔的鼠标就是太胆小参观的第一个24小时内的料斗。

匹配的行为意味着用于测量持续时间和数量，计算相对速率的机制不变，因为是空间本地化机制，使鼠标与两个不同的料斗中适当的位置关联的两种不同的速率。因此，这是一个极好的快速测试的基本认知功能。在与鼠标的其预期的访问持续时间的比例相匹配的经验收入的比例精度的精度与该鼠标可以表示数量的指标。

在与鼠标匹配精度图形方式在多大程度上两个并发绘制累积记录具有相同的斜率（ 图6），可视化。累积记录的测量序列的累加和。在这种情况下，一个图（红色的图6）是小丸按粒料收入不平衡测量的累计结果;另一个（黑色的图6）是该粒料按累计记录球团访问不平衡的措施。为一个单一的跨馈送间隔，收入不平衡是-1或1取决于在间隔结束时得到的粒料是否来自料斗1（不平衡= -1）或2（=不平衡1）。这些失衡的累积记录的斜率是平均收入的不平衡（每喂养的不平衡）。如果在10个间隔，获取鼠标5颗粒从料斗1和5从料斗2，那么平均收入比失衡，那些10间饲料的时间间隔是如果所有10颗粒来自料斗2，那么它是以及如果所有10个来自料斗1，那么它是 。因此，平均收入不平衡的范围可以从-1到1，它是0时，有一个平均无不平衡。一个喂间间隔内访问不平衡是在料斗2（T 2）减去在料斗1（T 1）所花费的时间花费的时间，D由2倍的总ivided。对于单跨喂养间隔，这项措施可以采取在-1到1之间的任意值，不同的是收入不平衡，这必须是-1或1。然而，这项措施的累积记录的斜率反映其平均值，就像是在计算收入时的情况。当两个累积记录（ 图6中的红色和黑色的记录），这两个斜率相等，平均访问不平衡等于平均收入不平衡，这意味着鼠标匹配其平均访问持续时间的比率的比率从两个料斗的收入。

三个老鼠在图6（5027，5015和5024），累计参观不平衡的情节（黑色）的斜率密切跟踪累计收入不平衡（红色）的斜率，表明的比例接近完美匹配平均访问持续时间的收入之比。注意：如何快速的比值访问持续时间调整到在收入的比率的变化，在向下拐点的点。另外，鼠标5034（左下图）失败的第二供电会议期间匹配;累计访问持续时间的不平衡阴谋（黑色）的斜率为0，而收入不平衡（红色）的斜率基本上是积极的。然而，在第三饲养阶段（后黑色纵），斜坡平行，这意味着这款鼠标突然开始在这个阶段开始其访问比例相匹配的收入比例。很明显，因此，它不是没有能力这样做的，但由于某种原因在测试的一部分，并没有这样做。这说明了可视化性能的全过程，而不是在少数汇总统计数据完全依赖的重要性。鼠标5028正是第一笔收入的比例匹配过程，但是当它被逆转，但它并没有完全扭转。鼠标5025 ^第三届喂食过程中“打败”G期（后垂直绿化），也就是说，它的平均访问不平衡高于其平均收入的不平衡，并没有完全调整到收入不平衡的逆转。但是请注意，所有6只小鼠，无论是3野生型和杂合体3中的第一个4小时供电相位与精确匹配。还要注意的是这些记录仅涵盖36-48小时（1.5-2日/夜循环与2进料阶段/周期），在此期间，一个人观察，不仅初始匹配，而是收入比逆转突变性的响应。如前所述，这表明了完整功能的认知很多基本机制的杂合子，以机智，工期估计，数目估计，速度估计，空间定位（收益率料斗），并记住一些简单的抽象数量的能力。定量的结果，这是典型的，从自动化测试在实时环境中获得的，与不处理的小鼠的超出其初始放置在环境中。

正如图6是显而易见的，老鼠只要他们开始料斗之间循环对他们的访问持续时间的比例相匹配的收入之比。与该鼠标开始料斗之间循环的快速性是什么可以被称为它的气魄和趋势，探讨的措施。这是通过绘制周期的累积结果可视化，也就是周期完成的会话时间的函数的数量， 图7示出了这些地块为同一小鼠， 如图6所示。五六个表现出了一些探索第一供电相位来临之前，开始突然给料斗之间的周期，只要它开始。一个鼠标，但是（左下），并未出现在所有（不是一个单一的周期）的任何探索行为，直到中途通过^第二饲养阶段，在这一点上，它突然开始向料斗之间循环。

。T“> 器乐和古典调理传统学习理论的两种联想学习的区分：经典条件（也称为巴甫洛夫条件反射）和仪器调节（也称为操作性条件反射）在这两种情况下的生理上有意义的参数是学习率这被认为是测量突触强度被调整以响应在经典条件（ 例如料斗照明和食品交付）或响应于一个SR事件的配对和在仪器调节增强事件2感官事件的配对的快速性的学习速率是由倒数测定试验对采集，即，先于空调行为的出现配对的数目，我们的第二协议测定这些速率。它也教导受试者的供给延迟，以在预期两家球团，提供料斗，这知识是在第三协议测试。

在这个协议A预审开始与中间料斗的照明，一个小球在那里永远不会传递，因为没有颗粒供给它（见测试盒，右上图1中的图）。当鼠标捅到中间照明料斗，光有熄灭，两个侧翼料斗中随机选中的人会亮起。如果是左料斗，照出，然后沉淀照明交付后有4秒，不管什么样的鼠标呢。如果它是正确的料斗，照出，什么样的鼠标做那么小球送到有12秒光照后，不管了。因此，戳成照明中间料斗是有助的在开始一个试验，当该料斗被照亮，没有进一步反应，直到鼠标戳了进去，鼠标必须捅到这个漏斗为了得到颗粒。一旦鼠标已经使这个仪器响应，一个小球会提供编入取料斗然后点亮，在交货延迟特有该料斗，不管鼠标是否进入料斗或不沉淀交货前经过的时间间隔期间。

该软件会自动将三个地块的性能在这个任务：审判启动速度（ 图8）1）的累积记录，中试启动等待时间的累积分布（ 图9）及CS-ITI捅率的累积纪录差异（ 图10）。而且，它从这些记录中得出三组汇总统计：1）试验，以收购该仪器响应（器乐学习率），2）中位数试启动等待时间，以及3）试验，以取得预期的戳到这两个短时延和长潜伏期供给料斗（autoshaped，就是经典的学习率）。

定时决定。第三个协议是第一次使用与鸽子由费特曼和基林²⁴和 ​​改编为鼠标通过BALCI 等^[22]的“开关”的协议。正如在以前的协议中，试验是当鼠标捅到中间照明料斗启动。然而，在这个协议中，这项试验起始捅照亮两个侧翼料斗，其中一个由计算机被悄悄和随机选择的“热”斗为该试验。与两个料斗相关联的馈送延迟是一样的，在先前的协议（4秒和12秒）。然而，仅在热料斗提供，并且它提供了仅在响应于或后“其”馈送延迟制成有一个戳。如果短潜伏期料斗是热的，则当将鼠标是在该料斗在短的延迟结束时，所述第一戳等于或之后的延迟提供了沉淀到该料斗由那里。如果长期潜伏料斗是热料斗，然后在跌后长升第一捅做出有atency提供了一个小球变成了漏斗。老鼠很快学会第一次去到短潜伏期料斗上大多数试验，然后，在“长”的试验，在短潜伏期料斗时戳切换到长潜伏期料斗不能在短的结论提供一个小球4秒的延迟。鼠标获得其颗粒上的绝大多数试验。然而，如果它停留时间过长于上长期的试验，其结果是，在后或在长时间等待的第一个戳是在错误的料斗中的短潜伏期料斗中，试用期结束无沉淀递送。同样，如果过早地切换在一个短潜伏期试验，使之达到或后短潜伏期的第一捅是在错误的（长潜伏期）料斗，在试用期结束无颗粒输送。感兴趣的数据是交换机上的长期试验的潜伏期，定义为终止延迟最后捅成短料斗之前先捅到长料斗。

在这种PAradigm，我们改变了长潜伏期。我们开始的12秒，这是3倍4秒短潜伏期很长的延迟，因为小鼠学习更快速地切换玉米粥当任务变得容易。然后，我们缩短了等待时间长到8秒甚至7秒或6秒测试的紧密程度老鼠可以时间的切换（ 见图11）。的定时精度的措施是变异的开关延迟时间的分布的高斯分量的系数。变异的高斯系数的标准偏差和平均值（ 图11中σ/μ）之间的比率。

我们也各不相同漫长审判的可能性，从而改变过早切换与开关为时已晚的相对风险。当一个长期的试验的可能性很高，产生从短期料斗过早离开的风险降低，因为在长期的试验，也无所谓鼠标多久开关。另外，风险incurr由过晚出发ED是相应的提升。相反，当一个长期的试验的可能性非常低，过早的离开对一个过于晚出发的相对风险转移在相反的方向。一个理性的决策者应该将其开关的分配，以约等同的风险，这就是老鼠其实做^22,23（ 图12）。测量感应通过改变长期试验的概率转移评估小鼠的估计概率（长与短的试验），以估计的可变性在其开关的分布，并计算这两个隐含的相对风险的能力不确定性的来源。

冲动 。开关延迟的分布是一个混合分布。在小鼠中的大多数情况下，绝大多数的分布从高斯分布占主导地位的开关延迟时间，如在图11中 。如何然而，往往存在“冲动的开关”，它发生得太快了的一小部分，似乎没有仔细定时，并且显然不是最佳的（高斯分量，这大约是最佳位置的时间球门柱之间的不同，如可在图11中看到）。这些脉冲的开关频率显着的小鼠之间，并与条件而变化。使得长期的试验极有可能会增加它们的频率在大多数小鼠一样，使得通过移动长的潜伏期接近潜伏期短（ 见图11）的任务更加艰巨。开关延迟时间的分布几乎总是可以由一个“weibgauss”的功能，这是一种威布尔分布和混合高斯分布来适应具有令人印象深刻的准确性。冲动的措施是归咎于Weibull分布交换机的分数。

昼夜内存 。时间在内存中记录动物天（他们的生物钟相）在其动机上的重要事件发生^17。当相同的事件经常复发在大约相同的昼夜节律阶段，他们的行为开始预测其复发。这种能力要记住，从而预计每天复发的一个常用指标的研究是喂养，预期的行为^25。我们衡量这个在运行上述（或几乎任何其他）的协议，简单地通过限制在此期间，小鼠可以得到颗粒周围黄昏（房子光输出）和黎明（房子灯亮）2个4小时的时间间隔的时间间隔。在其他的时间间隔，老鼠仍然在测试环境中，但没有协议是手术。因此，它们仅在预定的进给间隔得到粒料。在6-15天之间的某处测试开始后，预期戳活动出现在一小时左右的黄昏喂食间隔之前（ 图13）。在大约黄昏喂养terval灭火的房子光（黄昏）之前开始，没有任何信号一小时。

就当行为事件的3/4发生在的黄昏供电相位发病前无粮食供应的9小时阶段的最后1/3的那些日子里，我们算作食品预期活动的一个实​​例。预期活性从而打进（蓝色星号在图13）在测试过程中的第一数天不发生。我们的“审判”（天）对收购昼夜食品预期活动的措施是后预期活动的频率显示第一个统计学显著增加一天。

图1。原理筛选系统 。每个机柜包含8测试环境，分别由一个聚丙烯鼠标桶由亚克力管连接到一个鼠标测试盒3料斗（H）由红外光束监测，其中两个料斗附上颗粒给料机（P）的。只需一台PC（在实验室的计算机）上运行，控制环境，两个这样的柜子（16环境）和日志的刺激和反应事件的时间标记的记录的协议控制程序。一个单一的协议控制程序实现所有不同的协议。这协议是手术和哪些参数是由一个文本文件（帕拉姆文件），这是由协议控制程序经常阅读的内容决定。改变这个文本文件的内容改变了手术方案。该协议控制程序写入事件记录每10分钟到另一个文本文件。该TSsystem数据分析软件，在远程服务器上运行，收成的数据每15分钟一班。定期（通常每8或12小时），它执行一个广泛的统计并获得了迄今为止并将结果存入档案在云端同步存储站点，在那里他们可以被任何人在实验室里随时从任何地方访问数据的图形分析。该分析软件自动在写入新的参数由协议控制程序读取参数文件（帕拉姆文件）指定的一系列协议的下一个协议个人移动鼠标。它这样做时，从鼠标满足用户指定的决策标准的数据。 LAN =局域网。 点击这里查看大图 。

图2A。截屏TSbroswer的GUI。该浏览器能够浏览功能，通过复杂的分​​层数据由法兰西岛大区包含原始数据从它派生的结果和所有。在TSsystem的功能的数据在此结构的字段操作，并在相同的结构，结果在其他领域的存储。下属各级字段，但最低的是包含汇总统计，票据及数字索引下级终端的数据字段：数字索引的主要较低的水平：主题级别，会话级和审判水平（见后续面板中这个数字）。 点击这里查看大图 。

图2B。屏幕截图选择一个主题后，浏览器，在左下方的窗口是数据Fields直属的主题。它们包含了受汇总统计。在会话窗口是这个问题和其他领域，像会议现场，有自己的下属领域的数字索引的会话。该MacroInfo字段子字段提供有关的协议控制的宏观信息，包括路径和过程控制软件在会话开始读取代码文件的文件名。该协议领域已经给子域的不同协议的参数在选定的会话中运行，包括在其上终止协议的决定所基于的数据，这使得该决定的代码，和决策标准的决定字段。在左下角的窗口中选择一个数据字段在右下窗口中显示该字段中的数据。 点击这里查看大图 。

图2C。选择一个会话后，屏幕截图，字段直接从属于所选会话将显示在左下角的窗口。在这些领域是那些含有原始数据和它们的分支机构和那些含有从这些原始数据提取的汇总统计。当在此窗口中的数据字段被选中，其内容是在右下方显示在窗口中。在这个屏幕截图，含有从匹配协议的原始数据的字段已被选中。在庭审类型窗口的会话窗口的右侧显示选定会话期间运行试验类型。 “试”是不是，一定是连续的事件，定义数据的多个延伸，这对于伊兵卫进行分析的任何用户指定的顺序 R的量。用户可以定义任意多个不同类型的试验。 点击这里查看大图 。

图2d。屏幕截图选择试用型后的浏览器。该类型的数字索引试验显示在试验窗口。与往常一样，数据字段直接从属于所选字段显示在左下角的窗口，并且，如果选择这些字段之一，它的内容将显示在右下角的窗口。 点击这里查看大图 。

办法“>
图2E。截屏选择个别审判后的浏览器。数据字段从属于它在将显示在左下角的窗口，如果选择这些字段之一，它的内容将显示在右下角的窗口。其中自动包含在每一个试验的字段是字段指定会话时间点的试验开始，会议的时间，在它结束，它的持续时间和行号围困试验的原始数据文件中。其他字段（这里是'扑克'，'NumPks'和'AutoLngPkRate“是用户定义的。所有字段的内容从存储在会话级字段中的原始数据计算出来的。 点击这里查看大图像。

图3。屏幕截图TSbegin最初的提示 。 TSbegin使用提示完成创建分层数据结构到其中的原始数据和所有的汇总统计等结果从这些数据中得出会去的过程中引导用户。 点击这里查看大图 。

图4。屏幕截图的TSaddprotocol帮助。此交互式GUI通过多项式，引导用户SS创造了一项试验性协议的一​​个新版本。要做到这一点，用户必须指定该协议（例如，在匹配的协议并发可变间隔时间表新值）的参数的新值。用户还必须指定（或选择预先指定）代码用于使终止协议，并继续到下一个协议决定的。用户还必须指定（或选择先前指定的）决策信息和决策的准则。 点击这里查看大图 。

图5。从TSstartsession。TSstartsession初始提示的是通过启动一个exp的过程中引导用户交互式GUIerimental会话。一个会话通常是从一个或两个每天运行数周，在该会话中所执行几种不同的协议（任务）。 点击这里查看大图 。

图6。累积的不平衡地块收入（所得颗粒，红色），并参观时间（黑色）3野生型小鼠和3 L1杂合子 。两个并​​行六排程的相对丰富程度在那里的斜坡向下转动（标垂直红色虚线）的点发生了逆转。鼠标的ID号码在每一个情节。绿色垂直标志着黄昏饲养阶段的开始;黑色垂直标记黎明喂养PHAS发作Ë。铒（错误）值是收入的情节和访问持续时间的情节之间的差异斜率。这些不平衡的错误是在Herrnstein部分两次错误。该Herrnstein收入部分是从进料斗获得的总收入中的比例，访问持续时间的部分是在料斗（相对于组合的时间在两个料斗略去）所用的总时间的比例。正号表示“过匹配”，也就是说，时间比例比收入比例更极端的，负号表示“低强匹配”，那就是，时间比例高于收入比例不那么极端。有关这些实验的详细信息请参见Gallistel 等^[28]。 点击这里查看大图 。

图7。累积周期（料斗1次，随后料斗2访问，随后返回到料斗1）与测试时间为6个同样的小鼠，如图6所示 。绿色虚线标记的垂直进料阶段的声母;纯红色垂直，偏移点击这里查看大图 。

图8。试启动速度的工具/经典条件协议，相同的6只小鼠在图6和图7中累积的记录。短重的垂直虚线标记的获得性试验中的每个记录，定义为其中有一个significa一审 NT增量平均速度的值大于该记录的第一个段的平均速度。 点击这里查看大图 。

图9。审判开始延迟累积分布，同一小鼠在以前的数字 。分布已被截断为0.7，因为有从试验极长启动延迟当鼠标没有出现在测试箱，当试启动料斗亮了起来，或者鼠标被满足。上面的x轴在该水平线为0.5相交的累积分布的点为中位数延迟启动试验。51047/51047fig9highres.jpg“目标=”_blank“>点击这里查看大图。

图10。的进料斗的照射过程中，戳率和前面的intertrial间隔期间戳率之间的差异累积记录。同一小鼠在以前的数字。最初，此记录的斜率为0或负数，因为鼠标戳在少料斗照明比intertrial间隔。斜率变为正值当鼠标开始捅到照明料斗预期粒料的即将交付。这种提前戳是经典空调，因为沉淀在交付料斗特定传递延迟结束时，鼠标是否捅到跳每与否。该实心圆点标记在该斜率变得积极了点，这是在该条件反应首先出现可靠（试用到收购）的审判。这是一个非常嘈杂的（变量）的措施，因为在此示例中是显而易见的。 点击这里查看大图 。

图11。略微粗糙的重蓝色线是经验累积分布函数，表示开关延迟的小鼠＃5024的累积分布在输送延迟的三种不同设置在长料斗（粗黑垂直于12，08和7秒从顶部情节到下图，分别）。短饲料潜伏期总是4秒 （重虚线垂直）。薄红色曲线的叠加几乎一模一样的经验函数是6参数Weibull高斯函数拟合这些数据。沉重的红色分布是韦伯高斯混合分布相应的概率密度函数。 （他们的累积分布函数的导数。）这些混合分布的高斯分量的参数显示在图。缩短久饲料延迟引起的鼠标，缩短其开关延迟（μ）的均值和增加他们的精度（σ/μ）。这也引起了一些冲动的开关（在底部积的概率密度函数的左尾部凹凸）的外观。这种冲动的措施是由Weibull分布高斯混合分布的最佳拟合版本归因于威布尔组分混合物的组分。目标=“_blank”>点击这里查看大图。

图12。开关延迟（小型空心圆）的变化在短期和长期试验的相对频移后不久突然 。短期试验标有红色小加号在剧情的底部，而长期试验是在图的顶部标有微小的红色加号。在所产生的红色条纹在底部和顶部的密度的变化表明在短期和长期试验中的相对频率（概率）的变化。请注意，当红色在底部变得更稠密（当短路试验中变得更可能），小圆圈（开关延迟）向上移动，当红色的顶部变浓（增加长期试验的概率），圆圈向下移位。蓝色的线是分布的中位数。从图2中Kheifets和Gallistel ²³摘录。 点击这里查看大图 。

图13。行为和环境活动，历时90天试验期为24小时光栅情节黑点记录捅;红色和绿色的点记录颗粒交付在两个进料料斗。黑指向右边的三角形记录的房子，光取舍;黑向左的三角形记录的房子，光元件;青色指向左边的三角形记录（unsignaled）声母的黄昏喂养间隔，其中发生1小时前，黄昏本身;青色右指着三角形记录黄昏喂养间隔偏移量（3小时后的房子，光关闭）;左指向品红三角形记录（unsignaled）声母黎明喂养的时间间隔（在房子光前2小时）;指向右边的三角形洋红色记录的偏移量曙光喂食。在24小时时间轴上是常规午夜到午夜我们的，而不是测试环境中的逆循环时间，其中鼠标住。饲养-预期活动之前的黄昏喂养的起始点都标有蓝色星号。 点击这里查看大图 。

Discussion

我们的方法得到了广泛的认知，学习和记忆，对于许多小鼠一次，在最短的时间量，以最小的人类劳动的几种不同的机制运作的生理意义，定量结果，并没有处理在几天，几周或数月的测试实验对象的。这些特性满足它的基因和药理学筛选程序。它采用微创修改现成的，现成的硬件（测试盒和巢盆）。它产生于比测试基因和/或用药物控制小鼠的认知能力等目前使用的方法更少的时间从更多的老鼠基本认知的更多方面更多的数据。

这取决于2种开源软件，写在市售，以及支持的语言：1）测试设备的制造商提供的（见材料）为实验协议执行情况的语言和数据的记录; 2）一个开源工具箱，TSsystem，在线，准实时的数据分析，绘图和决策。工具箱是用的最广泛的一种，彻底支持专有的科学的数据分析和图形语言（见材料）。

该TSsystem工具箱保证了清晰和安全的数据跟踪，因为管辖的实验方案，连同原始数据，并从原始数据中得出全部结果实验控制代码，都保存在一个单一的数据结构。这样的分层数据结构具有字段名，其功能如同在电子表格中的标头中，它们表明该字段的内容。不像在一个电子表格中的标题，在这个数据结构中的字段名索引的。数据汇总和图形命令可以通过在标题中指定一个路径，例如在结构的任何地方访问数据：

“Experiment.Subject（3）。会话（2）。TrialTypeCS.Trial（5）。NumPokes“。
在自定义工具箱，TSsystem的命令，操作就在这些字段中的数据，并将结果在另一字段或字段存储于相同的结构。通常在这种操作的结果被存储在一个或多个字段由TSsystem命令创建的。该数据分析代码本身可以存储在此相同的结构。不同层次的结构包含注释字段，其中任意长度的注释可以放在。用户可以进行附加注释字段，解释和解释数据字段的内容。因此，归档的结构或把它在网上的公开访问的数据库存储的实验和数据分析，在单个文件中的每一个相关的方面。而实验运行，是在同步的文件夹中包含的数据结构文件“云”。这项安排可确保异地存储国家的最先进的备份和。它可以访问最新版本的数据分析和图形随时随地的调查访问互联网。

关键步骤 。在一个测试协议建设的关键步骤是：

1. 过程控制代码在由计算机控制的鼠标测试仪器的商业供应商提供的语言的编写和调试（见设备及用品）。那支具有代表性的上述结果进行了审查的协议，用户可以使用在补充材料中提供的代码。这个单一代码文件实现任何上述测试协议或全部。在测试一个给定点手术协议对于给定的题目取决于这些协议的参数值的列都在力在那个时候。用户决定哪些这些协议的顺序使用TSaddprotocol在测试开始之前运行。包括在补充材料是协议特定的减速ISION代码和决策领域。用户只需要指定决策标准。这些决策准则支配多少数据从一个给定的协议对于一个给定的主题收集。因为从每个受试者的结果以图形方式描绘多次在每个24小时的时间内，用户可以向上或向下在鼠标按鼠标基础在从每只小鼠迄今所得到的结果的光调节的标准。
2. 使用命令库中的TSsystem工具箱中的准实时数据分析和绘图代码的编写和调试。那支具有代表性的上述结果进行了审查的协议，用户可以使用在补充材料中提供的代码。有一个主分析功能对每个测试协议（选配，器乐和古典制约，并定时料斗切换）。另一个主站功能（DailyAnalysis.m），这确实与协议无关的故障排除分析和调用协议特定ANALYSIS功能时，它已经完成了故障排除。
3. 日常监测数据分析代码生成，以确保该协议是否工作正常，并且所有小鼠都获得足够的颗粒，以保持良好的健康图形。

故障排除 。该DailyAnalysis.m函数被调用2次或更多次每24小时由计时器功能，每当一个或多个实验都在运行。当它被调用时，它会加载一个包含层次数据结构和所有活动的对象读取到该结构中的原始数据文件的文件。这些原始数据文件由流程控制软件写入到每10分钟。该DailyAnalysis函数运行的一系列基本检查。它产生的图形，使用户能够确认该粒料分配器是否正常工作，即每只小鼠是活动的，并且每只小鼠获得的最后24小时内丸粒的足够数量。没有的DATA从鼠标对于一些用户指定的小时数，一些小球获得了低于用户指定的临界值，或数值结果表明，一个颗粒机操作不正常，触发电子邮件警报。

修改 。由于过程控制代码和TSsystem代码都是开源的，广泛的评论，用户可以设计自己的协议。对于哪些代码是在补充材料中提供的协议是唯一的食欲协议。他们用食物奖励引发的行为，其中依赖于目标的认知机制的运作上的数量方面。然而，商业鼠标试验箱可以在，使恐惧条件通过足部电击手段配置订购。因此，该系统可以实现两个上下文，线索，和时间 - 日期恐惧条件为能够写入所需的计算机代码为过程控制和准实时数据肛门用户ysis。在补充材料中提供的大量注释代码文件应有助于创造必要的新代码。

局限性 。认知的基本机制是那些使动物来定位自己的空间和时间，并估计事件概率和伴随的风险。这里描述的完全自动化的测试系统提供了使小鼠找到自己在时间的机制广泛的测试，并估算概率和伴随的风险。然而，它提供了有关使他们能够找到自己在空间中的机制非常有限的信息。两个匹配的协议和定时切换协议测试鼠标是否可以在测试盒中区分否则相同料斗它们的位置的基础上。然而，没有这些协议的测试，例如，它使动物使用的熟悉的空间²⁶次也没有几何形状来确定自己的机制Ë里程表测量多远鼠标已经用完，而且起着航位推算¹⁸核心作用。

。技术的意义在这里的行为测试方法描述不同于在行为药理学和行为遗传学的五个重要方面共同使用大多数其他技术：

首先，它使生理上有意义的测量。这些测量，例如间隔持续时间的表示的准确度和精度，可以重复在分析电生理和生化水平具有可比性的结果。生理上有意义的行为测量，发挥在建立这种形式的分子或细胞或电路级机制是神经生物学实现这一行为上表现机制的安全联动假设了至关重要的作用。例子有光谱灵敏度函数和周期和PHAS行为测量振荡器的ES，如生物钟。行为的测量，是不是生理上有意义的多样实例是时间的小鼠可以在旋转杆挂量，平均潜伏期找到一个浸没平台在水迷宫，游泳轨迹中的象限的百分比，其中该平台是以前发现，和时间，一个鼠标冻结在一个试验室的地方以前被震惊了分数。

其次，它是一个自动化的，高容量，高吞吐量的过程。小鼠试验过程中不处理。许多老鼠都可以同时在有限的实验室空间量进行测试，以最少的时间投入，几个不同的协议提供有关的基本认知机制的定量信息的运行过程中。大多数行为测试需要每天处理的小鼠将它们放在和从试验装置移除它们。一些最流行的程序（水迷宫和小故事 xtual恐惧条件，例如）需要立即之前和紧接在处理小鼠后，各量度拍摄和视频记录费时得分。

三，结果分析和绘制的准实时，并从测试到测试的进度会自动发生每只小鼠分别。这使得调整的程序（通过，例如，改变决策标准）中的每个鼠标向上到了小时的数据光鼠标鼠标。从常用的测试数据往往是分析测试已经运行很久以后。这就要求每个过程中集体跑老鼠的时间相同。这是一种浪费，因为不同的小鼠掌握不同程序后的时间差别很大的金额。如果集体测试时间由太短，几个老鼠没有掌握的任务，如果它是由足够长的时间让几乎所有小鼠掌握任务，有些小鼠比必要的更长的时间运行。

耳鼻喉科“>四，TSsystem工具箱的设计保证了一个完整的，易于跟踪溯源从公布的汇总统计和图表返回到原始数据，没有哪个协议和哪个参数是工作在任何测试的任何一点不确定性鼠标。目前，很多测试，获得每个鼠标很少的数据，在这种情况下，数据跟踪短，容易遵循。当测试从每个鼠标获得较高的数据量（以千计的时间标记的事件），然后将数据跟踪可能成为长期，严重分散，难以遵循随着时间的推移，会产生稍微不同的工艺控制代码文件;。许多不同的数据分析代码文件写入;不同的代码文件由不同的早期结果文件操作产生许多不同的结果文件。它变得难以跟踪的许多不同的电子档案和困难之间的复杂关系，以确保它们都保存起来，在TSsystem，原始数据和所有衍生自它们被存储在相同的分层数据结构。因此，公布的业绩不能成为从底层原始数据分开。每个会话的过程控制代码由TSsystem软件和比较字符一个字符在同一个实验中所有以前的流程控制代码自动读取。如果有任何差异，为新的会话的代码存储在伴随着数据和数字识别过程控制版本是自动输入到一个字段，用于在鼠标会话的结构。因此，每一个版本的过程控制代码的自动存储在相同的结构，从该代码的执行而获得的数据。有了这个系统，一个是永远不能确定哪些数据从多版本协议的哪一个版本出来。该数据分析代码文件，这通常数量很少，也可以在分析完成后，存储在该结构。这使得一切都在一个单DATA结构，这两者通过其分支结构（什么是从属于什么）和它的字段名称的许多不同类型的信息之间的关系表示。

第五，在TSsystem，其中所有相关的信息被存储，以及用于提取摘要和构造图的非常高的水平的数据分析命令时，核心的分层数据结构使复杂的行为表型数据可行的实验室之间共享。一个单一的电子文件给其他研究人员可理解，可利用获得各级数据处理，及对人体消化吸收，总结和绘制数据的计算机代码。它使丰富的旧数据后面再分析设置成为可能。这也使得有可能创造大量可用的公共行为和认知表型数据库。

未来应用的全自动化的系统可能被证明在实验室课程有用的我Ñ​​动物的行为。它巧妙指导大量学生在老鼠和有关这样做可能威胁到他们的健康担忧随之而来的妥善处理日益棘手的问题。它使大量的学生来设计和执行与真正的老鼠实验而没有处理它们。对于教学使用，人们可能希望把小便宜的红外摄像机在测试盒，使学生可以观察到鼠标的表演中，他们已经设计出了协议。存储在云中的单个分层数据结构的原始数据的放置使得它可以用于许多不同的学生分析相同的数据作为数据进来。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
SmartCtrl Connection Panel	Med Associates	SG-716B (115)	control panel for inputs/outputs
SmartCtrl Interface Module	Med Associates	DIG-716B (114)	smart card for each chamber
Universal Cable	Med Associates	SG-210CB (115)	cable from smart card to control panel
Tabletop Interface Cabinet	Med Associates	SG-6080C (109)	cabinet to hold smart cards
Rack Mount Power Supply	Med Associates	SG-500 (112)	28 volt power
Wide Mouse Test Chamber	Med Associates	ENV-307W (31)	test chamber
Filler Panel Package	Med Associates	ENV-307W-FP (32)	various-size panels for test chamber
Wide Mouse Modular Grid Floor	Med Associates	ENV-307W-GF (31)	test chamber floor grid
Head Entry Detector	Med Associates	ENV-303HDW (62)	head entry/pellet entry into hopper
Pellet Dispenser	Med Associates	ENV-203-20 (73)	feeder
Pellet Receptacle	Med Associates	ENV-303W (61)	hopper
Pellet Receptacle Light	Med Associates	ENV-303RL (62)	hopper light
House Light	Med Associates	ENV-315W (43)	house light
IR Controller	Med Associates	ENV-253B (77)	entry detector for tube between nest and test
Fan	Med Associates	ENV-025F28 (42)	exhaust fan for each chamber
Polypropylene Nest Tub			nest box
Acrylic Connection Tube			connection between nest and test areas
Steel Cabinet			cabinet to hold test chambers (78"H, 48"W, 24"D)
Windows computer			running MedPC experiment-control software
Server			running Matlab, linked to exper-control computer by LAN
Software
MedPC software	Med Associates		proprietary process-control programming language
Matlab w Statistics Toolbox	Matlab		proprietary data analysis and graphing programing system
TSsystem		in Supplementary Material w updates from senior author	Open-source Matlab Toolbox
Note: This is the euipment needed for one cabinet, containing 8 test environments. Hardware must be replicated for each such cabinet. However one computer can control 2 cabinets (16 test environments)