Introduction
مع ارتفاع البدانة العالمية خلال الجزء الأخير من القرن ال 20، وهناك اهتمام متجدد على الآليات الكامنة وراء تغذية 1، 2، 3، 4. عادة، يتم وزن كمية الطعام يدويا 5، أو مع أنظمة التغذية المتاحة تجاريا. الأنظمة التجارية ممتازة، ولكن توفر مرونة محدودة في تعديل تصاميمهم أو رمز. هنا، نحن تصف جهاز تغذية التجريب (FED): نظام التغذية مفتوح المصدر لقياس الاستهلاك الغذائي مع القرار الزماني على ما يرام والحد الأدنى من التدخل البشري 6. FED هو بطارية تعمل بالطاقة، وتضمن بشكل كامل في حالة 3D المطبوعة التي يمكن أن تناسب داخل القياسية حبس مستعمرة رف أو المعدات العلمية الأخرى.
في حالته مستقرة، FED يعمل في وضع الطاقة المنخفضة مع يستريح الغذاء بيليه في FO لهاالتطوير التنظيمي أيضا. ويتم رصد وجود بيليه عبر حزمة الأشعة تحت الحمراء. عندما يزيل الماوس بيليه، وجهاز استشعار photointerrupter يرسل إشارة إلى متحكم ويتم تسجيل طابع الوقت على بطاقة متن الرقمية الآمنة (SD). وفي الوقت نفسه، يوفر منطق الترانزستور الترانزستور (TTL) إخراج الانتاج في الوقت الحقيقي من استرجاع بيليه. مباشرة بعد هذا الحدث، والمحرك يدور على الاستغناء عن بيليه آخر، ويعود النظام إلى وضع الطاقة المنخفضة لها. نظرا لطبيعة مفتوحة المصدر لها، FED يمكن تعديلها وتحسينها لتناسب احتياجات بحثية محددة. على سبيل المثال، يمكن للقانون أن تتغير بسهولة للحد من التغذية لأوقات محددة من اليوم، أو لوقف الاستغناء عندما تم التوصل إلى عدد من الكريات، ودون الحاجة إلى أي تدخل بشري.
هنا، ونحن الخطوط العريضة للإرشادات خطوة بخطوة لبناء والتحقق من صحة، واستخدام FED لقياس الاستهلاك الغذائي في الفئران. ونحن نقدم قائمة من كافة المكونات لبناء نظام. الأهم من ذلك، لا بحكم مسبقوهناك حاجة لمضاعفات في مجال الالكترونيات لبناء FED.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: كتب هذا البروتوكول لمكونات اسمه على وجه التحديد في جدول المواد. في حين وظائف مماثلة يمكن تحقيق ذلك باستخدام الأجهزة الأخرى، كان مبرمجا FED لاردوينو برو متحكم (وهو ما يسمى الآن فصاعدا: متحكم) والملحقات المذكورة. قد تعمل ميكروكنترولر الأخرى على حد سواء بشكل جيد، ولكن سوف تتطلب من المستخدم إلى تعديل التعليمات البرمجية لتقديم الدعم لهم. تم ترميز تحليل البيانات حاليا باستخدام لغة البرمجة بايثون.
1. إعداد وتثبيت البرامج
- شراء المكونات الإلكترونية اللازمة لبناء FED (انظر الجدول 1 andFed جيثب BoM.xlxs في: https://github.com/KravitzLab/FED/tree/master/doc).
ملاحظة: يمكن استخدام الموردين بديل لأجزاء كثيرة في هذا الجدول، فقد قدمت لديهم المواصفات مماثلة. - طباعة جميع مكونات 3D تصميم (الشكل 1، وهي متاحة على: https://github.com/KravitzLab/FED/wiki/3D-Printed-Components). طابعات 3D مع 200 ميكرونوينبغي أن يكون قرار قادر على طباعة FED.
- تحميل وتثبيت منصة بيئة التطوير المتكاملة (IDE) لبرمجة متحكم.
- تحميل وتثبيت مكتبات إضافية لتمكين وظيفة الدرع السيارات ومسجل بيانات (متوفر في: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino).
- شراء الأدوات اللازمة للتجميع (مثل الحديد لحام، وبندقية الحرارة، لحام، تقشير الأسلاك، كماشة إبرة الانف، وكلا شقة رئيس والمفكات).
2. مكونات كهربائية لحام
ملاحظة: استخدام الحرارة يتقلص أنابيب لحماية جميع المفاصل ملحوم. قبل وصلات لحام، حرك قطعة من أنبوب يتقلص التفاف (~ 2 سم) أنابيب حول واحدة من الأسلاك. بعد لحام الاتصال، مركز الأنبوب على نقطة اتصال واستخدام بندقية الحرارة لتسخين تقليص أنابيب.
- إعداد الموصلات (الشكل 2A)
- إعداد أربعة أزواج 2-دبوس موصل JST وتسمية كل من الذكور والإناث الجانبين "أ"، "ب"، "ج"، و "D"، على التوالي. إزالة السلك الأحمر من كلا الجانبين من زوج موصل "D".
- إعداد واحدة 3-دبوس JST زوج موصل وتسمية كل من الذكور والإناث الجانبين "E".
- متحكم وتكويم الدروع (الشكل 2B)
- جندى رؤوس تكويم الإناث مع مآخذ على الجانب العلوي من متحكم. مقطع جاحظ الأسلاك من الرؤوس على الجزء السفلي من متحكم.
- اللحيم أنثى رؤوس تكويم مع مآخذ على الجانب العلوي من الدرع تسجيل البيانات SD. ترك جاحظ الأسلاك في الجزء السفلي من الدرع.
- جندى رؤوس الذكور على الدرع المحرك مع دبابيس جاحظ من القاع.
- وضع بطارية خلية عملة معدنية في فتحة SD درع لتوفير الطاقة إلى وحدة على مدار الساعة في الوقت الحقيقي.
- زر الطاقة الخارجي (الشكل 2C)
ملاحظة: الإغلاق المعدنية الضغط على زر هكتارالصورة خمسة اتصالات: السلطة، والأرض، عادة مغلقة (NC1)، مفتوحة عادة (NO1)، والمشترك (C1).- لحام 2-دبوس موصل ذكر "A" إلى C1 (استخدام السلك الأحمر) والأرض (استخدام السلك الأسود). انكماش كافة الاتصالات.
- لحام 2-دبوس موصل ذكر "B" ل+ (استخدام السلك الأحمر) وNO1 (استخدام السلك الأسود). انكماش كافة الاتصالات.
- Photointerrupter (الشكل 2D)
- لحام photointerrupter (الجزء الأسود) إلى اندلاع مجلس الإدارة.
- جندى المقاوم 4.7K إلى أمام مجلس الاختراق.
- لحام الذكور 3 موصل "E" إلى الجزء الخلفي من لوحة الاختراق: السلك الأحمر PWR، سلك الأخضر لGND، والسلك الأبيض إلى SGL.
- تقليم الأسلاك فضفاضة على ظهره من photointerrupter كسر خارج المجلس.
- مجلس دفعة (الشكل 2E)
- لحام 2-دبوس موصل الإناث "A" إلى دبابيس 5V والارض على متن دفعة.
- لحام السلك الأسود من أماهلو موصل "D" إلى دبوس GND إضافية على متن دفعة.
- BNC كابل خرج (اختياري: الشكل 2F)
- لحام 2-دبوس موصل "C" إلى أطراف كابل BNC (السلك الأحمر دبوس المركزي، السلك الأسود إلى دبوس الخارجي).
ملاحظة: للحصول على التجميع، يجب على موصل 2 دبوس تناسب من خلال الجوز على المكونات BNC. ونحن نستخدم موصل أصغر، أو يحلق أسفل موصل JST بشفرة حلاقة لجعله مناسبا.
- لحام 2-دبوس موصل "C" إلى أطراف كابل BNC (السلك الأحمر دبوس المركزي، السلك الأسود إلى دبوس الخارجي).
- محرك درع (الشكل 2G)
- تطور الأسلاك الحمراء والسوداء من الإناث موصل "ب" معا وجندى إلى الخامس في.
- لحام السلك الأسود من الإناث موصل "C" إلى دبوس الأرضي بجوار عارف، وسلك أحمر من هذا الرابط لدبوس 3.
- لحام السلك الأسود من الإناث موصل "D" إلى دبوس الأرضي بجوار الخامس في.
- لحام السلك الأخضر من الإناث موصل "E" إلى دبوس الأرضبجانب 5V، السلك الأحمر من هذا الموصل إلى 5V، وسلك أبيض من هذا الرابط لدبوس 2.
3. البرامج تحميل
- ربط مجلس اندلاع FTDI إلى دبابيس برمجة متحكم، ثم قم بتوصيل FTDI مجلس الاختراق إلى جهاز الكمبيوتر عن طريق كابل USB الصغير.
- فتح برنامج IDE (بيئة التطوير المتكاملة).
- حدد مجلس متحكم الصحيح لتحميل البرنامج من خلال أدوات> مجلس القائمة المنسدلة.
- اختر ATMEGA 328 (5V، 16mHz) من خلال> القائمة المعالج أدوات.
- تحديد المنفذ الذي يتم توصيل متحكم لمن خلال أدوات> ميناء> COM # (سوف تختلف اعتمادا على أي منفذ قيد الاستخدام حاليا).
- انقر على زر "تحميل" لتحميل رسم FED إلى المجلس (متوفر في: https://github.com/KravitzLab/fed/tree/master/fed-arduino).
4. الأجهزة الجمعية
- السائر المحركات ومأذني درع (أرقام 1C و3A و 3B)
- تأمين السائر المحركات 5V على 3D المطبوعة محرك جبل مع اثنين # 6 × ¼ "مسامير SHEETMETAL (أرقام 1C و3A).
- إدراج الدورية القرص في محرك جبل ودفع إلى أسفل إرفاق بإحكام رمح السائر المحركات (الشكل 3B).
- تويست على 3D صومعة المواد الغذائية المطبوعة على محرك جبل التأكد من الذراع بيليه مستوي أكثر من ثقب في المحرك جبل.
- تطور على قطع متصلة من فوق (الخطوات 4.1.1 - 4.1.3) إلى الجزء العلوي من قاعدة المطبوعة، مع المحرك السائر وضع نحو الجزء الخلفي من قاعدة وثقب المتمركزة في الجبهة.
- قطع موصل 5 دبوس من الأسلاك السائر المحركات وقطاع ~ 2 ملم من نهاية كل سلك.
- توصيل الأسلاك من السيارات السائر في موصلات كتلة المحطة على الدرع المحرك: الأحمر إلى الأرض والبرتقالي والوردي إلى منفذ واحد المحرك (على سبيل المثال، M1)، والأزرق والأصفر لم الآخرأذني ميناء (على سبيل المثال، M2).
- زر الطاقة الخارجية
- إزالة الجوز من زر الطاقة وإدراج زر الطاقة في حفرة في الجانب الأيمن من القاعدة. زر آمن في مكان مع عرافة الجوز.
- Photointerrupter (الشكل 3C)
- وضع photointerrupter إلى السكن في المطبوعة 3D.
ملاحظة: استخدام بندقية الحرارة لتسخين السكن إذا لم photointerrupter مقعد على طول الطريق في. - سلسلة 3-دبوس موصل ذكر "E" من photointerrupter (PWR، GND، وSGL) من خلال ثقب الأوسط الأمامي للقاعدة المطبوعة 3D.
- تأمين السكن في قاعدة FED مع اثنين من البراغي 1 "النايلون والمكسرات المقابلة.
- وضع photointerrupter إلى السكن في المطبوعة 3D.
- BNC كابل خرج (اختياري)
- إدراج موصل BNC في حفرة على الجانب الأيسر من قاعدة FED. تأمين في مكان مع الجوز.
- إذا لم يتم استخدام موصل BNC، والمكونات حفرة مع المكونات 3D المطبوعة.
- البطارية وزيادة وحة (الشكل 3D)
- ربط 3.7 V حزمة بطارية لDC / DC دفعة تحويل وحدة عن طريق JST اتصال 2-دبوس. سوف LED زرقاء على متنها دفعة تضيء إذا تم شحن البطارية.
- لوحات تصاعد داخل السكن (الشكل 3E)
- جبل متحكم داخل قاعدة مع وصلات FTDI تواجه مفتاح الطاقة، وذلك باستخدام # 4 × ¼ "الصلب مسامير الصفائح المعدنية.
- كومة درع السيارات ودرع تسجيل البيانات على رأس متحكم دقيق.
- المسمار مجلس دفعة في هذه القضية باستخدام # 2 × ¼ "صفائح الفولاذ مسامير معدنية. جبل الدافع مع فتحة الجزئي التنمية المستدامة مشيرا إلى أسفل. يمكن شحن FED من خلال هذا المنفذ دون فتح هذه القضية.
- ربط الموصلات خمسة، "A" الذكور إلى "A" أنثى "ب" الذكور إلى "B" أنثى، الخ
- وضع البطارية داخل القاعدة المطبوعة 3D وعلى مقربة من انزلاق الغطاء الخلفي. الانزلاق على لوحة الوجه 3D المطبوعة.
5. التحقق من صحة والحصول على البيانات
ملاحظة: قبل المحرك على نظام الاحتياط الفدرالي، تأكد من إدخال بطاقة SD على درع SD، وإلا سوف FED لا تستغني الكريات. بالإضافة إلى ذلك، تأكد الطائر الطاقة على درع للسيارات (فقط فوق كتلة السلطة) هو في مكان.
- السلطة في نظام الاحتياط الفدرالي مع وظيفة الضغط على زر الطاقة وجهاز الاختبار.
- ملء صومعة المواد الغذائية مع 20 ملغ كريات الغذاء قبل توفير الطاقة في.
ملاحظة: مفتاح الطاقة يجب أن تضيء، كما ينبغي المصابيح على متحكم، SD الدرع، ودرع السيارات. إذا لم يكن هناك بيليه في البئر، ينبغي للمرء الاستغناء. - يدويا إزالة 5-10 الكريات من الطعام جيدا وتأكد من استبدال والاستغناء عن الكريات.
- ملء صومعة المواد الغذائية مع 20 ملغ كريات الغذاء قبل توفير الطاقة في.
- إزالة بطاقة SD والتحقق تم تسجيل تلك البيانات بشكل صحيح. ينبغي الحصول على البيانات في قيمة مفصولة بفواصل (CSV) الذي يسمى وفقا لفاFILENAME riable في التعليمات البرمجية.
- ضع وحدة FED داخل بيئة تجريبية، على السلطة، وضمان أن بيليه هو الاستغناء في الطعام جيدا.
- على مدى الحصول على البيانات، والتحقق من FED يوميا للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح عن طريق التأكد من ضوء LED على مفتاح الطاقة على (هذا يشير إلى أن بطارية لديه ما يكفي من تهمة) وبيليه يجلس في الطعام جيدا (يشير أنه لا توجد مشاكل مع الاستغناء بيليه).
- بعد الحصول على البيانات واسترجاعها بطاقة SD والوصول إلى الملفات بتنسيق csv.
تتوفر البرامج النصية تحليل للوجبات وأنماط التغذية في: ملاحظة https://github.com/KravitzLab/fed.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم استعراض التجارب التحقق من صحة تنطوي على استخدام الحيوانات التي وافقت عليها لجنة رعاية واستخدام الحيوان في المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى. للتدليل على استخدام FED لقياس التغذية قفص المنزل، أنثى الكبار C57BL / 6 الفئران (ن = 4) وتم إيواء فردي مع libitum الإعلانية الحصول على المياه وطعام مختبر القياسية تحت 12/12 ساعة دورة الضوء / الظلام (أضواء على في 05:00). بعد فترة التعود أسبوع واحد، تم إزالة قادوس المواد الغذائية واستبدالها FED لمدة خمسة أيام من اختبار التحقق من الصحة. في نهاية فترة الاختبار، وإزالة البنك الفدرالي الأمريكي من الأقفاص وبيانات التغذية من تم تحليل كل بطاقة SD باستخدام العرف، ومخطوطات بحرية المتاحة وبرنامج جداول البيانات. كما هو مبين في الشكل 4A، استرجاع بيليه للفئران الفردية (أعلى لوحة، المنقطات وجود أحداث بيليه واحد استرجاعها) ومتوسط استرجاع بيليه في جميع الفئران في 30 صناديق دقيقة (بولوحة ttom. ويشير الخط يعني ± SEM) تظهر تغذية مستمرة عبر فترة اختبار التحقق من صحة، مع النظمية الإيقاعية تصور بوضوح. لقياس دقة من قدرة تسجيل البيانات FED، وأعطيت كل نظام FED 1000 الكريات لفترة اختبار التحقق من صحة وتم الكريات المتبقية تحسب يدويا ومقارنة البيانات المسجلة على بطاقة SD. دخولك FED 95.35 ± 1.25٪ من الكريات التي تم الاستغناء عنها لبطاقة SD (الشكل 4B).
الشكل 1: 3D تصميم FED المكونات. (A) قياسات تجميعها FED. (ب) عرض انفجرت من مكونات 3D المطبوعة في FED تجميعها. (C) عرض انفجرت من اكتمال الجمعية بيليه قادوس (يسار)، والتجمع من السيارات السائر إلى الدورية القرص (وسط)، والتجمع من صومعة المواد الغذائية إلى قرص دوار (صآيت). (D) تصميم الطعام جيدا مع الأسلحة لتأمين photointerrupter للكشف بيليه. (E) صورة من تجميعها بشكل كامل FED. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: أسلاك من مكونات كهربائية FED. الأسلاك وتجميع (A) موصلات (ب) متحكم، بيانات تسجيل / SD الدرع، درع موتور، (C) زر الطاقة، (D) Photointerrupter، (E) مجلس دفعة، (F) BNC كابل خرج، (G) الأسلاك درع السيارات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر منهذا الرقم.
الرقم 3: جمعية FED الأجهزة. (أ) تركيب السيارات السائر (يسار) في محرك جبل وإرفاق القرص بيليه (يمين). (ب) الأسلاك السائر إلى درع السيارات. (ج) إدخال photointerrupter إلى 3D طباعة الإسكان. (د) الحاق البطارية لزيادة متنها. (E) لوحات تجميعها داخل FED الإسكان. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: التمثيلية بيانات كمية الأغذية التي يتم جمعها عن طريق بنك الاحتياطي الفيدرالي. (أ) بيانات كمية الغذاء يتم جمعها عن طريق بنك الاحتياطي الفيدرالي وتصور باستخدام البرامج النصية تحليل مفتوح المصدر. أعلى لوحة: المنقطات الفردية تشير الأحداث استرجاع بيليه واحدة، مع الصفوف التي تحتوي على الفئران الفردية. ويشير الخط يعني ± SEM من تناول الطعام في الفئران (ن = 4): أسفل لوحة. (ب) دقة وحدة FED الفردية في تسجيل الاستغناء الكريات. ألوان تتوافق مع المنقطات في الشكل 3A. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5: الاستخدامات معدلة لبنك الاحتياطي الفيدرالي. (أ) شنت خارجيا FED يقلل مساحة في أقفاص القوارض. (ب) تغيير التكوين الوجه الأمامي يسمح لإضافة اثنين من منافذ الأنف كزة للتدريب هواء فعال.ve.com/files/ftp_upload/55098/55098fig5large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الملف التكميلي 1: الأجهزة التخطيطي. التخطيطي الرسم تظهر الاتصالات الإلكترونية من بنك الاحتياطي الفيدرالي. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الملف التكميلي 2: نموذج التعليمات البرمجية الإخراج. عينة ملف. CSV تعرض شفرة الإخراج من FED. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
التكميلي الملفات 3-6: مخطوطات تحليل. وتقدم أربعة البرامج النصية تحليل لتحليل البيانات FED: eating_rate.py، meals.py، meal_bars.py، وplotmice.py. معلمات الإدخال ووصف هو توفيرد في الأقسام علق في أعلى كل برنامج نصي. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
جهاز تغذية التجريب (FED) هو نظام مرن للرصد الاستهلاك الغذائي. هنا، نحن تصف تعليمات مفصلة حول تصنيع ومخرج الجهاز، بما في ذلك تجميع 3D الأجهزة المطبوعة، لحام المكونات الكهربائية، وتحميل اسكتشات على ميكروكنترولر. على الرغم من أنه من المهم أن تتبع كل الخطوات المذكورة في البروتوكول بعناية، وهناك خطوات الهامة التي تستحق المزيد من الاهتمام في كل قسم لضمان المنتج النهائي الناجح. طباعة 3D قرص دوار ينبغي أن تناسب بشكل مريح على رمح السائر المحركات وتكون قادرة على تدوير مع الحد الأدنى من المقاومة من مناطق المجاورة. عند لحام اتصالات دبوس، تأكد من أن المفصل لحام هو آمن دون الحاجة لحام الزائد. التأكد من أن جميع المكتبات إضافية مثبتة يجب أن يكون موجودا في الدليل الصحيح قبل تحميل البرنامج النصي على متحكم. عملية تجميع FED تتضمن المهام التي يمكن تحقيقها بسهولة، حتى مع عدم وجود قبلخبرة في مجال الطباعة 3D أو الإلكترونيات.
وهناك عدد قليل من القيود مع FED. أولا، يستخدم كل FED بطاقة SD الداخلية لتسجيل وتخزين البيانات. بطاقات SD يمكن أن يكون وسيلة مرهقة لتتبع وتخزين البيانات من العديد من الاجهزة الاتحادية. نحن نبحث نقل البيانات لاسلكيا للتخفيف من حدة هذه المسألة، ولكن التكرار الحالي للبنك الاحتياطي الفيدرالي يعتمد على التخزين المحلي على بطاقات SD. ثانيا، ~ 5٪ من الوقت FED الاستغناء اثنين من الكريات بدلا من واحدة. بينما الاختناقات بيليه لم تحدث في أيدينا مع تردد يكفي الاعتماد، ينبغي مراقبة هذا الاحتمال بدقة كما أننا لا يمكن أن يستبعدها تماما. يجب على المستخدمين لا تترك الفئران مع FED كمصدر الغذاء الوحيد من دون التحقق من وظيفة FED اليومية. وعلى الرغم من هذه القيود، ونحن نعتقد نسبة الخطأ FED هو مقبول بالنسبة لمعظم الدراسات البحثية. وقال، في العمل في المستقبل سوف نسعى إلى تقليل هذه الأخطاء أبعد من ذلك. وأخيرا، والتسامح من الطباعة 3D يمكن أن تختلف تبعا للطابعة 3D محددة والمادية. مثلهذه، ملفات تصميم 3D نحن نقدم قد تحتاج إلى بعض التعديلات للطباعة على نماذج أخرى من طابعة 3D، أو مع غيرها من المواد. كما غيض مفيدة واحدة، وجدنا أن بندقية الحرارة يمكن استخدامها بعد الطباعة لتخفيف 3D أجزاء المطبوعة لتعديلات طفيفة.
وFED واحد يمكن تجميعها لحوالي 350 $. من هذا السعر، ونحن نقدر ~ 200 $ للطباعة 3D التجارية من المواد جيش التحرير الشعبى الصينى، و~ 150 $ لشراء المكونات الإلكترونية. تختلف تكاليف الطباعة 3D كبيرا تبعا لنوعية والمادية. فمن الممكن للحد من هذه التكلفة إلى حد كبير إذا كان المستخدم يطبع أجزاء الخاصة بهم. FED يمكن أيضا أن تكون مطبوعة أو تشكيله من مواد أكثر متانة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم، على الرغم من أن هذا من شأنه أن يكون أكثر تكلفة.
لقد اخترنا لبناء FED مع متحكم على لوحة الدوائر برمجة مع منصة مفتوحة المصدر. لهذا، اخترنا متحكم المصدر المفتوح (انظر الجدول المواد) كما أن لديهاانخفاض استهلاك الطاقة التعادل. ومع ذلك، يجب أن تعمل رمز لنا في أي مجلس أن لديها ما يكفي من دبابيس الإدخال / الإخراج. وتغيير لوحات متحكم المرجح أن تتطلب تغييرات طفيفة على التعليمات البرمجية. نحن نقدم جميع الملفات تصميم ورمز على الانترنت، وتصميم لدينا هو مفتوح المصدر لتزويد الباحثين المرونة لتعديل FED لتلائم احتياجاتهم، بما في ذلك استخدام لوحات متحكم أخرى.
وهناك اتجاه متزايد نحو الأجهزة مفتوحة المصدر للبحث العلمي. ووجهت جماعات مختلف الأجهزة مفتوحة المصدر للبحوث علم الأعصاب، بما في ذلك OpenControl، وهو برنامج للحيوانات تتبع الفيديو أثناء المهام السلوكية 7؛ ROBucket، وهي غرفة استثابي مقرها اردوينو لالسائل تسليم نتائج 8؛ ELOPTA، جهاز هواء فعال يستند PICmicro لبيليه تسليم نتائج 9؛ وBEEtag، نظام تتبع الصورة القائمة عن النحل 10. FED يكمل هذه مع شكل عامل فريد ولتكلفة آه. وكان الهدف الرئيسي لبنك الاحتياطي الفيدرالي لجعلها مفتوحة المصدر. الأجهزة مفتوحة المصدر يسمح للباحثين لإجراء تعديلات صغيرة لتصاميم (على سبيل المثال لتعديل أبعاد)، ولكن هو قوي ولا سيما عندما مستخدمين إجراء تعديلات رئيسية لتوسيع وظائف الجهاز. على سبيل المثال، فمن السهل نسبيا لتعديل تصميم FED للتركيب الخارجي في قفص، وكلاهما يحمي FED ويزيد من مساحة داخل قفص (الشكل 5A). بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتصميم FED أن يكون مجالا للالأنف الوخزات على كل جانب من الغذاء بشكل جيد للتدريب هواء فعال، ونجحت في تنفيذ هذه مع تغييرات طفيفة تصميم (الشكل 5B). سنقوم بنشر هذه التطورات على موقعنا (https://github.com/KravitzLab/fed)، حيث أننا نتطلع أيضا إلى استضافة مثل هذه التحسينات الأخرى من مجتمع البحث.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من قبل برنامج جماعية البحوث في المعاهد الوطنية للصحة (NIH)، والمعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى (NIDDK). نشكر قسم المعاهد الوطنية للصحة في الأجهزة ومكتبة المعاهد الوطنية للصحة للحصول على المساعدة مع 3D الطباعة.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Electronics | |||
| Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield for Arduino v2 Kit - v2.3 | Adafruit | 1438 | Use of other motor shields has not been tested and will require changes to the code |
| Adafruit Assembled Data Logging shield for Arduino | Adafruit | 1141 | Use of other data logging shields has not been tested and will require changes to the code |
| PowerBoost 500 Charger | Adafruit | 1944 | Other voltge regulator boards have not been tested, but should work if they have similar specifications |
| FTDI Friend + extras - v1.0 | Adafruit | 284 | Any FTDI-USB connection will work |
| Small Reduction Stepper Motor - 5VDC 32-Step 1/16 Gearing | Adafruit | 858 | Use of other stepper motors has not been tested |
| Arduino Pro 328 - 5V/16MHz | SparkFun | DEV-10915 | Other Arduino boards should work, although may require changes to the code |
| Photo Interrupter - GP1A57HRJ00F | SparkFun | SEN-09299 | Other photointerrupters will work, but may require changes to the 3D design |
| SparkFun Photo Interrupter Breakout Board - GP1A57HRJ00F | SparkFun | BOB-09322 | Other photointerrupters will work, but may require changes to the 3D design |
| Connectors, screws, and miscellaneous items | |||
| Shield stacking headers for Arduino (R3 Compatible) | Adafruit | 85 | Any stacking header that says Arduiono R3 compatible will work |
| Multi-Colored Heat Shrink Pack - 3/32" + 1/8" + 3/16" | Adafruit | 1649 | Any heatshrink will work |
| Hook-up Wire Spool Set - 22AWG Solid Core - 6x25ft | Adafruit | 1311 | Any wire will work |
| Lithium Ion Battery Pack - 3.7V 4400 mAh | Adafruit | 354 | Any 3.7 V Lithium battery with a JST connector will work |
| SD/MicroSD Memory Card (8GB SDHC) | Adafruit | 1294 | Any SD card will work |
| 50 Ohm BNC Bulkhead Jack (3/8" D-Hole) | L-com | BAC70A | Any BNC bulkhead will work |
| Type 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Sheet metal screw, No 6 size, 1/4" Length | McMaster-Carr | 90184A120 | Any screws of this specification will work |
| Type 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Sheet metal screw, No 2 size, 1/4" Length | McMaster-Carr | 91735A102 | Any screws of this specification will work |
| Nylon 100 Degree Flat Head Slotted Machine Screw, 4-40 Thread, 1" Length | McMaster-Carr | 90241A253 | Any screws of this specification will work |
| Nylon Hex Nut, 4-40 Thread Size | McMaster-Carr | 94812A200 | Any nut of this specification will work |
| 2 Pin JST M F Connector 200 mm 22AWG Wire Cable | NewEgg | 9SIA27C3FY2876 | Any 2 pin connector will work for this connection |
| Metal Pushbutton - Latching (16 mm, Red) | SparkFun | COM-11971 | Any push button or switch will work |
| Resistor Kit - 1/4 W | SparkFun | COM-10969 | Any 1/4 W resistors will work |
References
- Ellacott, K. L., Morton, G. J., Woods, S. C., Tso, P., Schwartz, M. W. Assessment of feeding behavior in laboratory mice. Cell Metab. 12 (1), 10-17 (2010).
- Betley, J. N., et al. Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal. Nature. 521 (7551), 180-185 (2015).
- van den Heuvel, J. K., et al. Neuropeptide Y activity in the nucleus accumbens modulates feeding behavior and neuronal activity. Biol Psychiatry. 77 (7), 633-641 (2015).
- Cone, J. J., Roitman, J. D., Roitman, M. F. Ghrelin regulates phasic dopamine and nucleus accumbens signaling evoked by food-predictive stimuli. J Neurochem. 133 (6), 844-856 (2015).
- Ulman, E. A., Compton, D., Kochanek, J. Measuring food and water intake in rats and mice. ALN Mag. , 17-20 (2008).
- Nguyen, K. P., O'Neal, T. J., Bolonduro, O. A., White, E., Kravitz, A. V. Feeding Experimentation Device (FED): A flexible open-source device for measuring feeding behavior. J Neurosci Methods. 267, 108-114 (2016).
- Aguiar, P., Mendonca, L., Galhardo, V. OpenControl: a free opensource software for video tracking and automated control of behavioral mazes. J Neurosci Methods. 166 (1), 66-72 (2007).
- Devarakonda, K., Nguyen, K. P., Kravitz, A. V. ROBucket: A low cost operant chamber based on the Arduino microcontroller. Behav Res Methods. 48 (2), 503-509 (2016).
- Hoffman, A. M., Song, J., Tuttle, E. M. ELOPTA: a novel microcontroller-based operant device. Behav Res Methods. 39 (4), 776-782 (2007).
- Crall, J. D., Gravish, N., Mountcastle, A. M., Combes, S. A. BEEtag: A Low-Cost, Image-Based Tracking System for the Study of Animal Behavior and Locomotion. PLoS One. 10 (9), (2015).
