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Behavior

कृन्तकों के स्वचालित व्यवहार प्रशिक्षण के लिए एक ओपन-सोर्स, पूरी तरह से अनुकूलन योग्य 5-पसंद सीरियल रिएक्शन टाइम टास्क टूलबॉक्स

Published: January 19, 2022 doi: 10.3791/63385
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 1
1Cognitive Neurophysiology Department, Brain Research Institute, University of Bremen, 2Neuropharmacology Department, Brain Research Institute, University of Bremen

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल कृंतक पशु मॉडल के लिए एक ओपन-सोर्स 5-चॉइस सीरियल रिएक्शन टाइम टास्क टूलबॉक्स के विकास का वर्णन करता है, जिसमें Arduino और संबंधित हार्डवेयर और एक बहुमुखी मैटलैब टूलबॉक्स का उपयोग किया जाता है, जिसमें स्वचालित व्यवहार प्रशिक्षण के लिए एक वैकल्पिक स्क्रिप्ट शामिल है। स्क्रिप्ट अनुकूलन योग्य हैं और विभिन्न परीक्षण-और-परीक्षण डिजाइनों के कार्यान्वयन की सुविधा प्रदान करते हैं।

Abstract

5-विकल्प सीरियल प्रतिक्रिया समय कार्य (5-CSRTT) एक व्यवहार परीक्षण है जिसका उपयोग अक्सर कृन्तकों में विसुओस्पेशियल ध्यान और आवेगीता का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। कार्य के लिए जानवरों को प्रकाश स्रोतों से सुसज्जित पांच छोटे एपर्चर की क्षैतिज सरणी पर ध्यान देने की आवश्यकता होती है और, एक सीमित समय खिड़की के भीतर, नाक-प्रहार एक प्रबुद्ध लक्ष्य एपर्चर को कक्ष की विपरीत दीवार में स्थित खाद्य पत्रिका में एक खाद्य इनाम प्राप्त करने के लिए। कार्य प्रतिक्रिया सटीकता और प्रतिक्रिया समय जैसे व्यवहार नियंत्रण उपायों पर विचार करता है और चयनात्मक ध्यान और आवेग का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। सामान्य रूप से उत्तेजना अवधि और कार्य डिजाइन को संशोधित करके कार्य कठिनाई को नियंत्रित किया जा सकता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरण में आमतौर पर कार्य मापदंडों को निर्दिष्ट करने के लिए एक प्रयोगात्मक कक्ष और विशेष सॉफ़्टवेयर होता है, लेकिन निश्चित हार्ड- और सॉफ़्टवेयर के कारण, वे सामान्य प्रयोगात्मक डिजाइन और विशिष्ट कार्य आवश्यकताओं और संबंधित डेटा आउटपुट में परिवर्तन पर कई सीमाएं पैदा करते हैं। यह लेख एक पूरी तरह से अनुकूलन योग्य विकल्प की व्याख्या करता है जो क्रमशः उपयोग में आसान एकल-बोर्ड माइक्रोकंट्रोलर और मानक इलेक्ट्रोटेक्निकल घटकों, एक ओपन-एक्सेस Arduino स्क्रिप्ट, और हार्डवेयर नियंत्रण और व्यवहार कार्य विनिर्देशों के लिए Matlab-toolbox के आधार पर है। टूलबॉक्स में एक वैकल्पिक सीढ़ी प्रक्रिया शामिल है, जो स्वचालित व्यवहार प्रशिक्षण को सक्षम करती है। पूर्ण हार्डवेयर सेटअप, जिसे अनुकूलित कक्षों में स्थापित किया जा सकता है, और स्वतंत्र रूप से अनुकूलनीय सॉफ़्टवेयर गैर-मानकीकृत कार्य और कक्ष डिजाइन को प्रोत्साहित करता है। सिस्टम के डिजाइन और हार्डवेयर नियंत्रण और प्रयोगात्मक सेटअप के लिए ओपन-सोर्स कोड का वर्णन किया गया है।

Introduction

5-CSRTT एक व्यवहार परीक्षण है, जिसका उपयोग अक्सर दृश्य ध्यान देने वाली प्रक्रियाओं और आवेगीता 1,2,3,4,5,6 का अध्ययन करने के लिए कृन्तकों में किया जाता है, जैसे ध्यान में कोलीनर्जिक प्रणाली की भूमिका का निर्धारण करना और आवेगी व्यवहारों पर नॉरपेनेफ्रिन रीपटेक अवरोधकों का प्रभाव 7 . मानक उपकरण प्रतिक्रिया सटीकता, प्रतिक्रिया समय, आवेगी और बाध्यकारी व्यवहार, मोटर क्षमता और प्रेरणा 1,2,3,4,5 जैसे विभिन्न नियंत्रण उपायों को देखने की अनुमति देता है। इसमें पांच एलईडी-सुसज्जित एपर्चर की एक क्षैतिज सरणी, एपर्चर का विरोध करने वाली कक्ष की दीवारों पर एक खाद्य पत्रिका, और घर की रोशनी 2,5 शामिल है। एक विशिष्ट कार्य में, घर की रोशनी को रोशन किया जाता है, और एक सत्र की शुरुआत को खाद्य पत्रिका की रोशनी द्वारा चिह्नित किया जाता है, जहां एक मुफ्त गोली वितरित की जाती है। परीक्षण पाठ्यक्रम तब शुरू किया जाता है जब पशु नाक-गोली1 को पुनः प्राप्त करने के लिए पत्रिका को पोक करता है। उसके बाद, खाद्य पत्रिका प्रकाश बुझ जाता है, और अंतर-परीक्षण अंतराल (आईटीआई) शुरू होता है, जिसके दौरान जानवर को एपर्चर की ओर अपना ध्यान निर्देशित करना चाहिए। एक बार आईटीआई समाप्त हो जाने के बाद, एक उत्तेजना रोशनीएपर्चर 1,2,5 में से एक में प्रस्तुत की जाती है। उत्तेजना एक विशिष्ट लंबाई के लिए दी जाती है जिसे उत्तेजना अवधि (एसटीडी) के रूप में जाना जाता है। जानवर उत्तेजना का जवाब दे सकता है, जबकि इसे प्रस्तुत किया जा रहा है या एसटीडी खत्म होने के बाद एक सीमित समय खिड़की के दौरान, जिसे सीमित पकड़ (एलएच) के रूप में जाना जाता है। जवाब देने के लिए, जानवर को लक्ष्य एपर्चर को नाक-प्रहार करना पड़ता है और, यदि सही ढंग से किया जाता है, तो खाद्य पत्रिका 1,2,5 में एक इनाम जारी किया जाता है। अन्यथा, किसी भी गलत प्रतिक्रिया, साथ ही उत्तेजना प्रस्तुति (अग्रिम या समय से पहले) या प्रतिक्रिया (चूक) से पहले किसी भी प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप टाइमआउट (टीओ) होता है, जिसके दौरान घर की रोशनी एक निश्चित अवधि 1,2,5 (चित्रा 1) के लिए बंद हो जाती है। सामान्य तौर पर, भेदभावपूर्ण उत्तेजना सटीकता ध्यान देने योग्य कामकाज को मापती है, जबकि समय से पहले और स्थायी प्रतिक्रियाएं (उत्तेजना प्रस्तुति के बाद एपर्चर पर बार-बार प्रतिक्रियाएं) को क्रमशःआवेगी व्यवहार और बाध्यता के उपाय माना जाता है, क्रमशः 1,4,5,6।

Figure 1
चित्रा 1: एक ठेठ 5-CSRTT के संभावित परीक्षण अनुक्रम। Intertrial अंतराल के बाद, उत्तेजना प्रकाश एक विशिष्ट अवधि के लिए चालू है, और उसके बाद सीमित होल्ड अंतराल के दौरान बंद कर दिया है। चूहा या तो सही ढंग से जवाब दे सकता है और इनाम प्राप्त कर सकता है या गलत तरीके से जवाब दे सकता है और इस समय के दौरान टाइमआउट प्राप्त कर सकता है। यदि चूहा समय पर जवाब नहीं देता है, तो इसकी चूक के परिणामस्वरूप टाइमआउट होता है। इसी तरह, यदि यह प्रकाश उत्तेजना की प्रस्तुति से पहले प्रतिक्रिया करता है, तो इसकी समय से पहले प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप टाइमआउट होता है। इनाम के संग्रह या टाइमआउट अवधि के अंत के बाद एक और परीक्षण शुरू होता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

5-CSRTT का व्यापक रूप से इसके लचीलेपन के कारण उपयोग किया जाता है: परीक्षण डिजाइन के मापदंडों को बदलकर, ध्यान की विभिन्न उपश्रेणियों की जांच की जा सकती है। उदाहरण के लिए, जबकि जानवर को पांच अलग-अलग एपर्चर (विसुओस्पेशियल ध्यान) में अपना ध्यान विभाजित करने के लिए माना जाता है, अप्रासंगिक उत्तेजनाओं (उदाहरण के लिए, श्रवण उत्तेजनाओं) का उपयोग चयनात्मक या निरंतर ध्यान 1,2,5,6 के परीक्षण को सक्षम बनाता है। उस उद्देश्य के लिए, प्रयोगात्मक सेटअप को स्पीकर को शामिल करके बढ़ाया जा सकता है, जिसका उपयोग विचलित करने वाले या यहां तक कि उत्तेजनाओं को मजबूत करने के रूप में भी किया जा सकताहै 1,2,5,6। इसके अलावा, चौकस लोड को सीधे उत्तेजना प्रस्तुति को बदलकर या आईटीआई अवधि10 को यादृच्छिक करके संशोधित किया जा सकता है। 5-CSRTT का उपयोग न केवल कृन्तकों 3,7 में किया जाता है, बल्कि हाल ही में गैर-मानव प्राइमेट्स 1,7,8 और मछली 7,9 का परीक्षण करने के लिए अनुकूलित किया गया है, जो आगे इसकी व्यवहार्यता का प्रदर्शन करता है। एक पूरी तरह से अनुकूलन योग्य 5-CSRTT टूलबॉक्स अन्य पशु मॉडल के लिए मानक कृंतक प्रतिमान के आसान अनुकूलन के लिए अनुमति देता है। इसके अलावा, 5-CSRTT टूलबॉक्स का अनुकूलन लचीलापन भी गैर-मानक कार्य डिजाइनों का उपयोग करके अनुसंधान को प्रोत्साहित करता है।

यहां प्रस्तुत पूरी तरह से अनुकूलन योग्य 5-CSRTT टूलबॉक्स में हार्डवेयर नियंत्रण के लिए एक Arduino स्क्रिप्ट शामिल है, जो एक एकीकृत विकास वातावरण में प्रोग्राम की गई है। इसमें प्रयोग नियंत्रण के लिए एक Matlab toolbox (संस्करण R2019b या युवा) भी शामिल है। निम्न प्रोटोकॉल बताता है कि व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले मानक प्रतिमान के साथ 5-CSRTT टूलबॉक्स को कॉन्फ़िगर कैसे करें और गैर-मानक प्रतिमानों के लिए वैकल्पिक कॉन्फ़िगरेशन दिखाता है।

Protocol

इस प्रोटोकॉल में प्रयोगात्मक प्रक्रिया प्रयोगात्मक जानवरों के कल्याण के लिए यूरोपीय संघ के निर्देश 2010/63 की सिफारिशों के बाद और जर्मनी की संघीय सरकार द्वारा जारी पशु कल्याण अधिनियम के अनुसार की गई थी और स्थानीय अधिकारियों द्वारा अनुमोदित की गई थी। चूंकि शोध के लिए केवल व्यवहार प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है, इसलिए किसी भी जानवर को euthanized नहीं किया गया था, और शोध आयोजित किए जाने के बाद सभी को पशुपालन में रखा गया था। शोध दस पुरुष लिस्टर हुड वाले चूहों (व्यवहार प्रशिक्षण की शुरुआत में 4 महीने की उम्र) का उपयोग करके आयोजित किया गया था।

1. पशु आवास, पशुपालन, और हैंडलिंग

  1. अपने पशु कल्याण समिति की सिफारिशों के अनुसार, उपयुक्त बिस्तर सामग्री के साथ एक मानक पिंजरे में पांच लिटरमेट्स के साथ घर चूहों को एक साथ।
  2. चूहों को 20 ± 2 डिग्री सेल्सियस के नियंत्रित तापमान और 12: 12 घंटे प्रकाश / अंधेरे चक्र के साथ अधिकतम 50% की सापेक्ष आर्द्रता के साथ हवादार कमरे में रखें, या आपकी पशु कल्याण समिति की सिफारिशों के अनुसार। भोजन तक पहुंच को प्रतिबंधित करें (प्रति चूहा 12 ग्राम चाउ एक दिन, सामग्री की तालिका देखें) और पानी तक अप्रतिबंधित पहुंच प्रदान करें।
  3. एक स्थायी गैर विषैले स्याही मार्कर का उपयोग कर जानवरों की पूंछ को चिह्नित करें।
  4. व्यवहार प्रयोग शुरू करने से पहले, चूहों को कम से कम एक सप्ताह तक संभालें जब तक कि वे प्रयोगकर्ताओं द्वारा संभाले जाने के आदी न हों, और भोजन नियोफोबिया को कम करने के लिए चूहों को पुरस्कृत खाद्य छर्रों से परिचित कराएं।

2. हार्डवेयर और नियंत्रण सॉफ्टवेयर की तैयारी

  1. स्वतंत्र रूप से उपलब्ध एकीकृत विकास पर्यावरण (IDE) सॉफ़्टवेयर खोलें ( सामग्री की तालिका देखें)। File > Open पर क्लिक करें और हार्डवेयर नियंत्रण के लिए स्क्रिप्ट पर क्लिक करें (Supplementary File 1)।
  2. कंप्यूटर के लिए microcontroller USB में प्लग इन करें। जाँचें कि क्या स्वचालित रूप से चुने गए बोर्ड और प्रोसेसर की जानकारी स्क्रीन के ऊपरी बाएँ आधे हिस्से में उपकरण पर क्लिक करके कनेक्ट किए गए माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड से मेल खाती है. संबंधित बोर्ड और प्रोसेसर जानकारी का चयन करें, और उपलब्ध पोर्ट का चयन करने के लिए पोर्ट पर क्लिक करें।
  3. स्क्रीन के ऊपरी बाएँ आधे हिस्से पर, स्केच पर क्लिक करें > लाइब्रेरी शामिल करें > लाइब्रेरीज़ प्रबंधित करें। नए खोले गए लाइब्रेरी मैनेजर विंडो पर, खोज पट्टी में "Adafruit Motor Shield V2" शब्द लिखें और संबंधित लाइब्रेरी पर स्थापित करें बटन पर क्लिक करें। खोज शब्द "Adafruit Neopixel" के लिए एक ही प्रक्रिया को दोहराएँ।
  4. स्क्रीन के ऊपरी बाएँ आधे हिस्से पर, सत्यापित करें (चेकमार्क के साथ बटन) पर क्लिक करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि स्क्रिप्ट में कोई गलती नहीं है। माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड पर स्क्रिप्ट अपलोड करने के लिए अपलोड (दाईं ओर तीर के साथ बटन) पर क्लिक करें।

3. प्रयोग नियंत्रण सॉफ्टवेयर की तैयारी

  1. सुनिश्चित करें कि प्रयोग नियंत्रण के लिए सभी चार स्क्रिप्ट और फ़ंक्शन एक ही फ़ोल्डर में स्थित हैं।
    1. प्रोग्रामिंग प्लेटफ़ॉर्म खोलें, स्क्रीन के शीर्ष आधे हिस्से पर होम टूलबार टैब पर क्लिक करें, और सेट पथ पर क्लिक करें। फ़ोल्डर जोड़ें पर क्लिक करें और सभी प्रयोग नियंत्रण स्क्रिप्ट युक्त फ़ोल्डर का चयन करें।
    2. सहेजें पर क्लिक करें और सेट पथ विंडो को बंद करें। स्क्रीन के शीर्ष आधे हिस्से पर होम टूलबार टैब पर खोलें पर क्लिक करें और निम्नलिखित स्क्रिप्ट और फ़ंक्शंस खोलें: उपयोगकर्ता (अनुपूरक फ़ाइल 2), सीढ़ी (पूरक फ़ाइल 3), और DataProc (पूरक फ़ाइल 4)।
  2. टूलबॉक्स द्वारा उपयोग की जाने वाली ESC बटन कार्यक्षमता को सक्षम करने के लिए Psychtoolbox सॉफ़्टवेयर को डाउनलोड करने और स्थापित करने के लिए निर्देशों का पालन करें (एक्सेस लिंक के लिए सामग्री तालिका देखें)।

4. 5-CSRTT टूलबॉक्स में उपयोग किए जाने वाले पैरामीटर का कॉन्फ़िगरेशन

  1. habituation के लिए toolbox तैयार करें।
    नोट: चित्रा 2 वर्तमान अध्ययन के लिए उपयोग किए जाने वाले 5-CSRTT उपकरण का प्रतिनिधित्व करता है।
    1. खोले गए उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट का चयन करें। सुनिश्चित करें कि लाइन 7 पर habituation चर 'true' पर सेट है। आदत के लिए एक समय सीमा निर्धारित करने के लिए लाइन 8 पर मिनटों में एक संख्या लिखें (जैसे 30 मिनट के लिए '30')। लाइन 9 पर, उत्तेजना प्रकाश के लिए एक चमक स्तर चुनने के लिए 0.01 और 1 (पूर्ण चमक) के बीच एक संख्या लिखें।
      नोट:: इस प्रोजेक्ट में उपयोग किया गया चमक स्तर 0.2 करने के लिए सेट किया गया है।
    2. व्यवहार प्रयोग का संचालन करें (चरण 5)।
  2. प्रयोग सत्र के लिए टूलबॉक्स तैयार करें.
    1. खोले गए उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट का चयन करें। सुनिश्चित करें कि पंक्ति 7 पर चर को 'false' के रूप में परिभाषित किया गया है।
    2. पंक्ति 12 पर, निर्देशिका पथ में टाइप करें जहाँ प्रयोग डेटा स्वचालित रूप से सहेजा जाएगा (उदाहरण के लिए, 'C:\Users\trainer\Desktop\5CSRTT'). सुनिश्चित करें कि इस सटीक नाम के साथ एक निर्देशिका मौजूद है।
    3. पंक्ति 13 पर विषय पहचान में टाइप करें (उदाहरण के लिए 'red1').
    4. सुनिश्चित करें कि पंक्ति 14 पर चर को 'true' के रूप में परिभाषित किया गया है, ताकि उत्पन्न डेटा स्वचालित रूप से निर्देशिका पथ में सहेजा जा सके.
    5. सुनिश्चित करें कि लाइन 15 पर चर को 'सत्य' के रूप में परिभाषित किया गया है और क्रमशः एक परीक्षण और समय सीमा (मिनट में) निर्धारित करने के लिए लाइन 16 और 17 पर एक संख्या में टाइप करें, जिसके बाद प्रोग्राम स्वचालित रूप से बंद हो जाएगा।
    6. एक मानक 5-CSRTT प्रतिमान के लिए पैरामीटर कॉन्फ़िगर करें।
      1. जाँचें कि क्या लाइन 32 पर चर पहले परीक्षण से पहले एक नि: शुल्क गोली वितरण के लिए 'सच' करने के लिए सेट है। प्रत्येक परीक्षण शुरू होने से पहले एक पत्रिका प्रविष्टि सुनिश्चित करने के लिए लाइन 33 पर चर को 'सत्य' के रूप में परिभाषित करें। जाँचें कि क्या पंक्ति 34 पर चर 'परिभाषित' के रूप में सेट किया गया है और सेकंड में आईटीआई की लंबाई निर्दिष्ट करने के लिए पंक्ति 35 पर एक संख्या में टाइप करें।
      2. सुनिश्चित करें कि लाइन 37 पर परिभाषित चर 'सत्य' पर सेट है ताकि समय से पहले उत्तरों के साथ परीक्षण सत्र की परीक्षण सीमा को प्रभावित न करें। पंक्ति 38 पर एक संख्यात्मक मान लिखें जो सीमित होल्ड (LH) लंबाई को सेकंड में परिभाषित करेगा.
      3. सुनिश्चित करें कि पंक्ति 39 पर चर 'कोई नहीं' पर सेट है और पंक्ति 40 पर चर को 'false' के रूप में परिभाषित किया गया है। सेकंड में TO लंबाई को परिभाषित करने के लिए पंक्ति 41 पर कोई संख्या लिखें और यह सुनिश्चित करें कि पंक्ति 42 पर चर 'false' पर सेट है.
      4. पंक्ति 45 पर एक संख्यात्मक मान टाइप करें जो उन एपर्चर्स की संख्या से मेल खाती है जिन्हें रोशन किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, '5')। सुनिश्चित करें कि पंक्ति 46 पर चर को 'स्यूडोरैंडम' या 'यादृच्छिक' के रूप में परिभाषित किया गया है और सेकंड में एसटीडी लंबाई सेट करते हुए, लाइन 47 पर एक संख्या में टाइप करें। जाँचें कि क्या पंक्ति 48 पर चर को 'एकल' के रूप में परिभाषित किया गया है और पंक्ति 49 पर संख्यात्मक मान '1' है। पंक्ति 50 पर, लक्ष्य उत्तेजना की चमक को परिभाषित करने के लिए एक संख्या में टाइप करें।
      5. जाँचें कि क्या 64 और 65 रेखाओं पर चर क्रमशः 'बाइनरी' और 'गैर-निर्भर' के रूप में परिभाषित किए गए हैं। एक सही नाक-प्रहार के बाद जारी किए जाने वाले खाद्य छर्रों की संख्या के अनुरूप लाइन 71 पर एक संख्यात्मक मान लिखें।
      6. व्यवहार प्रयोग का संचालन करें (चरण 5)।
    7. एक गैर-मानक 5-CSRTT प्रतिमान के लिए पैरामीटर कॉन्फ़िगर करें।
      नोट:: इस subchapter में वर्णित सभी चरण वैकल्पिक हैं।
      1. यदि स्वचालित सीढ़ी प्रशिक्षण प्रक्रिया का उपयोग करने के लिए एक स्वचालित प्रदर्शन जाँच वांछित है, तो सुनिश्चित करें कि पंक्ति 18 पर चर को 'true' के रूप में परिभाषित किया गया है और प्रदर्शन जाँच की आवृत्ति को परिभाषित करने वाली पंक्ति 20 पर एक संख्यात्मक मान में लिखें. विषय के प्रदर्शन की गणना करने से पहले वर्तमान सत्र के दौरान पूर्ण किए जाने वाले परीक्षणों की न्यूनतम संख्या निर्धारित करने के लिए पंक्ति 21 पर कोई संख्या लिखें. सुनिश्चित करें कि पंक्ति 21 पर चर को 'सभी' के रूप में परिभाषित किया गया है ताकि वर्तमान सत्र के सभी परीक्षण प्रदर्शन जाँच में शामिल हों.
      2. सुनिश्चित करें कि पंक्ति 22 पर चर 'true' पर सेट है ताकि प्रोग्राम पहले से पूर्ण सत्र से मेल खाने के लिए वर्तमान सत्र के पैरामीटर को अद्यतन करेगा. पंक्ति 23 पर, यह स्थापित करने के लिए 'नवीनतम' लिखें कि अंतिम सत्र अपलोड किया जाएगा.
        नोट:: कार्यक्रम "सीढ़ी" फ़ंक्शन में विनिर्देशों के आधार पर पैरामीटर अद्यतन करेगा, पहले से पूर्ण स्तर पर कूद रहा है। अपलोड किए जाने वाले एक विशिष्ट डेटासेट को ".mat" समाप्त होने के साथ डेटा फ़ाइल के सटीक पथ में टाइप करके भी चुना जा सकता है।
      3. यदि स्वचालित व्यवहार प्रशिक्षण वांछित है, तो सुनिश्चित करें कि लाइन 26 पर चर 'सत्य' पर सेट है। प्रारंभ करने के लिए प्रशिक्षण स्तर और उपलब्ध स्तरों की कुल संख्या को परिभाषित करने के लिए क्रमशः 27 और 28 पंक्तियों पर एक संख्यात्मक मान लिखें. यदि समूहों का विभाजन वांछनीय है, तो समूह को निर्दिष्ट करने वाली पंक्ति 29 पर एक नाम (उदाहरण के लिए, 'group1') में लिखें।
        नोट:: प्रत्येक समूह प्रशिक्षण स्तर और स्तर अद्यतन के लिए मापदंड के अपने स्वयं के सेट का उपयोग कर सकते हैं। प्रत्येक समूह के लिए पैरामीटर "सीढ़ी" फ़ंक्शन (चरण 4.2.8.) में परिभाषित किए गए हैं।
      4. पंक्ति 34 पर, 'यादृच्छिक' में टाइप करें यदि एक यादृच्छिक आईटीआई अवधि वांछित है। एक संख्यात्मक अंतराल (उदाहरण के लिए, '[0,2]') में टाइप करें एक यादृच्छिक संख्या वाले अंतराल को परिभाषित करने के लिए जिसे निश्चित आईटीआई अवधि में जोड़ा जाएगा।
      5. यह सुनिश्चित करने के लिए कि समय से पहले प्रतिक्रियाओं वाले परीक्षण सत्र की परीक्षण सीमा को प्रभावित करते हैं, लाइन 37 पर 'गलत' टाइप करें।
      6. एक समय विंडो को परिभाषित करने के लिए जिसके दौरान अतिरिक्त नाक-पोक को perseverative उत्तरों के रूप में गिना जाएगा, पंक्ति 39 पर एक संख्यात्मक मान लिखें। पंक्ति 40 पर 'true' में टाइप करें ताकि समय से पहले उत्तर एक टाइमआउट पैदा कर सकें।
      7. लक्ष्य एपर्चर के विभिन्न समूहों को परिभाषित करने के लिए, पंक्ति 48 पर 'पड़ोसी', 'स्थानांतरित' या 'सभी' टाइप करें। लक्ष्य एपर्चर की कुल संख्या को परिभाषित करते हुए, पंक्ति 49 पर एक संख्यात्मक मान में टाइप करें। यदि मंद उत्तेजनाएं वांछित हैं, तो क्रमशः मंद एपर्चर और इसकी चमक की कुल संख्या को परिभाषित करते हुए, लाइनों 51 और 52 पर एक संख्यात्मक मान टाइप करें।
      8. यदि उत्तेजना प्रस्तुति से पहले एक छोटे स्वर (टोन C4, 262 हर्ट्ज (वैज्ञानिक पिच संकेतन)) का उत्सर्जन वांछित है, तो सुनिश्चित करें कि लाइन 55 पर चर 'सच' पर सेट है। स्पीकर के टोन और उत्तेजना प्रस्तुति, टोन की अवधि (मिलीसेकंड में), और टोन की मात्रा (0 (कोई टोन नहीं) और 1 (पूर्ण वॉल्यूम) के बीच की समय विंडो (मिलीसेकंड में) को परिभाषित करने के लिए 56, 57, और 58 पंक्तियों पर संख्यात्मक मानों में टाइप करें।
      9. यदि एक सफल नाक-प्रहार के बाद एक छोटे स्वर (टोन C6, 1047 हर्ट्ज) का उत्सर्जन वांछित है, तो सुनिश्चित करें कि लाइन 59 पर चर 'सच' पर सेट है। 60 और 61 पंक्तियों पर एक संख्यात्मक मान टाइप करें जो टोन की अवधि (मिलीसेकंड में) और टोन के वॉल्यूम (0 (कोई टोन नहीं) और 1 (पूर्ण वॉल्यूम) के बीच की संख्याओं को परिभाषित करती है।
      10. यदि मंद रोशनी वाले एपर्चर में प्रतिक्रियाओं को पुरस्कृत किया जाना है, तो सुनिश्चित करें कि लाइन 64 पर चर 'गैर-बाइनरी' पर सेट है। मंद रोशनी वाले एपर्चर में नाक-पोक के लिए वितरित खाद्य छर्रों की संख्या को परिभाषित करने के लिए लाइन 73 पर एक संख्यात्मक मान लिखें।
      11. यदि एक से अधिक पैलेट डिस्पेंसर का उपयोग कर रहे हैं, तो लक्ष्य एपर्चर और मंद रोशनी वाले एपर्चर में नाक-पोक के लिए लाइनों 70 और 72 पर संबंधित मोटर नंबर टाइप करें।
        नोट: मोटर नंबर या तो 1 या 2 हो सकता है। इसी मोटर शील्ड के पेंच टर्मिनलों M3 और M4 हार्डवेयर नियंत्रण के लिए स्क्रिप्ट में परिभाषित कर रहे हैं।
      12. यदि प्रतिक्रिया समय के आधार पर इनाम ग्रेडिंग वांछित है, तो सुनिश्चित करें कि लाइन 65 पर चर 'निर्भर' पर सेट है।
        1. लाइन 67 पर संख्यात्मक मूल्यों में टाइप करके लक्ष्य एपर्चर में नाक-पोक की निर्भरता को परिभाषित करें जो प्रतिक्रिया समय (सेकंड में), मोटर संख्या और विभिन्न श्रेणियों में वितरित किए जाने वाले खाद्य छर्रों की संख्या को विभाजित करेगा, जैसे कि एक विशिष्ट प्रतिक्रिया समय अंतराल एक चुने हुए मोटर नंबर और छर्रों की संख्या से मेल खाता है।
        2. प्रतिक्रिया समय (सेकंड में), मोटर संख्या, और मंद रोशनी वाले एपर्चर में नाक-पोक के लिए वितरित किए जाने वाले खाद्य छर्रों की संख्या के लिए विभिन्न श्रेणियों को परिभाषित करने के लिए लाइन 68 पर संख्याओं में टाइप करें।
    8. नीचे दिए गए चरणों का पालन करके सीढ़ी फ़ंक्शन को कॉन्फ़िगर करें।
      नोट:: यह चरण वैकल्पिक है।
      1. खोले गए सीढ़ी फ़ंक्शन का चयन करें। पंक्ति 4 पर, पहले समूह का नाम लिखें (जैसे 'group1'). यदि लागू हो, तो पंक्ति 77 पर दूसरे समूह (जैसे 'group2') का नाम लिखें.
      2. पहले समूह के लिए दूसरे प्रशिक्षण स्तर के लिए पैरामीटर को बदलने के लिए, पंक्ति 17 पर प्रदर्शन जाँच में परिकलित पैरामीटर्स में से एक टाइप करें (उदाहरण के लिए, PerformanceCheck.NumCorrect > = 30 यदि मानदंड 30 नाक-pokes सही ढंग से उत्तर दे रहे हैं)।
        नोट:: पिछले सत्र (चरण 4.2.7.2.) के स्वत: लोड हो रहा है का उपयोग करते समय पैरामीटर "Config_trigger == 2" परिवर्तित न करें।
      3. पंक्ति 19 पर, एक चर टाइप करें जिसे आप अद्यतन करना चाहते हैं और यदि लागू हो तो एक संख्यात्मक मान (उदाहरण के लिए, 'Config.LED.StimDuration = 30' StD लंबाई को 30 s पर सेट करने के लिए)।
        नोट:: परिवर्तित किया जा करने के लिए पैरामीटर की संख्या और उनके नए मान स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है। केवल आवश्यकता यह है कि अद्यतन करने के लिए पैरामीटर को चर 'UpdateTrigger = 1' के बाद प्रत्येक स्तर में अद्यतन वांछित है जो टाइप करने की आवश्यकता है।
    9. "DataProc" फ़ंक्शन कॉन्फ़िगर करें।
      1. खोले गए DataProc फ़ंक्शन का चयन करें। यदि सत्र के अवलोकन के साथ एक ग्राफ़ को प्लॉट करने और स्वचालित रूप से सहेजने की आवश्यकता है, तो पंक्ति 83 से वांछित प्लॉट के लिए आदेशों में टाइप करें।
        नोट: लाइन 83 आगे पर वर्तमान आदेश सत्र के परिणाम का एक सिंहावलोकन प्लॉट और कुछ आवश्यक नियंत्रण उपायों जैसे समय से पहले उत्तरों की कुल संख्या या आईटीआई के दौरान खाद्य पैनल पुश की संख्या।

5. व्यवहार प्रयोग

  1. परीक्षण कक्ष में जानवरों को परिचित करने के लिए आदत या प्रयोग सत्र से कम से कम 30 मिनट पहले प्रयोगात्मक कमरे में विवेरियम से चूहे के पिंजरे को परिवहन करें।
  2. habituation सत्र के लिए, एपर्चर में से प्रत्येक में दो इनाम खाद्य छर्रों और पत्रिका के दरवाजे में पांच खाद्य छर्रों में दो इनाम खाद्य छर्रों को रखकर operant कक्ष तैयार करें। 2-4.1 चरणों का पालन करके सत्र के लिए पैरामीटर कॉन्फ़िगर करें।
    नोट:: इस प्रोटोकॉल के लिए उपयोग किया जाने वाला operant कक्ष आयाम 30 x 30 x 45 सेमी के साथ एक संशोधित स्किनर पीवीसी बॉक्स था।
    नोट: पहली habituation चरण के लिए, खुला रहने के लिए पत्रिका फ्लैप दरवाजा टेप करें। दूसरी habituation चरण के लिए, पत्रिका फ्लैप दरवाजे पर टेप को हटा दें।
  3. खोले गए उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट का चयन करें। सुनिश्चित करें कि पंक्ति 75 पर 'COM' वर्णन चरण 2.2 में चुने गए उपलब्ध पोर्ट से मेल खाता है। यदि यह मेल नहीं खाता है, तो प्रयोग नियंत्रण स्क्रिप्ट में संख्यात्मक मान परिवर्तित करें (उदाहरण के लिए, 'COM3' से 'COM4' तक)।
  4. धीरे से कक्ष में चूहों जगह.
  5. खोले गए उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट में, स्क्रीन के शीर्ष आधे हिस्से पर संपादक उपकरण पट्टी टैब पर क्लिक करें, और फिर हरे रंग के प्ले बटन रन पर क्लिक करें। जाँचें कि क्या प्रोग्राम "आदेश विंडो" जानकारी पढ़कर ठीक से चल रहा है।
  6. किसी भी समय प्रयोग को रोकने के लिए, कंप्यूटर के कुंजीपटल पर एस्केप कुंजी ESC दबाएँ. आदेश विंडो प्रदर्शन पर किसी संदेश के प्रकट होने की प्रतीक्षा करें. "y" में टाइप करें और वर्तमान सत्र को रोकने और अधिग्रहित डेटा को सहेजने के लिए कंप्यूटर के कुंजीपटल पर Enter कुंजी दबाएँ.
  7. habituation या सत्र समय या परीक्षण सीमा (चरण 4.1.1 या 4.2.5, क्रमशः) तक पहुँच गया है, जब आदेश विंडो प्रदर्शन पर प्रकट होता है जो संदेश की जाँच करें। "y" में टाइप करें और वर्तमान सत्र को रोकने के लिए कंप्यूटर के कुंजीपटल पर Enter कुंजी दबाएँ।
    नोट:: संदेश केवल एक नए परीक्षण की शुरुआत में दिखाया जाएगा और चल रहे सत्र को तब तक रोक देगा जब तक कि कोई उत्तर टाइप नहीं किया जाता है (सत्र को रोकने के लिए "y"या प्रयोग जारी रखने के लिए "n")।
  8. एक habituation सत्र के मामले में, जांचें कि क्या चूहे ने सभी खाद्य छर्रों का सेवन किया है। habituation चरण को दोहराएं जब तक कि सभी छर्रों को अगले habituation चरण में आगे बढ़ने से पहले उपभोग नहीं किया जाता है या, दूसरे चरण के बाद, 5-CSRTT प्रशिक्षण शुरू करें।
  9. सत्र के बाद, ओपेरेंट चैंबर की दीवारों और फर्श को साफ करें, उदाहरण के लिए, 70% इथेनॉल समाधान और पेपर तौलिया के साथ। अगले चूहे को पेश करने से पहले, 2-3 मिनट तक प्रतीक्षा करें जब तक कि इथेनॉल गंध समाप्त न हो जाए।
  10. जब प्रयोग का दिन समाप्त हो जाता है, तो कंप्यूटर से माइक्रोकंट्रोलर USB को अनप्लग करें। वैकल्पिक रूप से, हार्डवेयर और प्रयोग नियंत्रण के लिए दोनों स्क्रिप्ट बंद करें।

Representative Results

Figure 2
चित्रा 2: वर्तमान अध्ययन के लिए उपयोग किए जाने वाले 5-CSRTT उपकरण। उपकरण 5-CSRTT टूलबॉक्स से लैस लैपटॉप पर चलता है, जो 5-CSRTT प्रयोग को नियंत्रित करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर और सभी संबंधित उपकरणों और कई लिपियों को नियंत्रित करने के लिए एक स्क्रिप्ट प्रदान करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरी तरह से अनुकूलन योग्य टूलबॉक्स का उपयोग करना आसान है और एक एकल-बोर्ड माइक्रोकंट्रोलर और मानक इलेक्ट्रोटेक्निकल घटकों पर आधारित है। चित्र 3 एक सरलीकृत परिपथ और तारों आरेख को दर्शाता है। पूरे एपर्चर में प्रकाश उत्तेजनाओं के रूप में 5 एलईडी और नाक के प्रहार का पता लगाने के लिए पांच अवरक्त सेंसर होते हैं। घर की रोशनी में आठ एलईडी के साथ एक पट्टी होती है, और खाद्य पत्रिका एक माइक्रो स्विच, एक मोटर-संचालित पैलेट डिस्पेंसर के साथ एक फ्लैप दरवाजे के साथ एक एपर्चर से बनी होती है, और प्रकाश व्यवस्था के लिए आठ एलईडी के साथ एक पट्टी होती है। सर्किट भी इस तरह के श्रवण प्रतिक्रिया के लिए निष्क्रिय buzzer वक्ता और मात्रा समायोजन के लिए एक डिजिटल potentiometer के रूप में वैकल्पिक घटकों के लिए कनेक्शन का उदाहरण देता है। इस टूलबॉक्स को विकसित करने में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों की एक सूची के लिए, कृपया सामग्री की तालिका देखें।

Figure 3
चित्रा 3: माइक्रोकंट्रोलर हार्डवेयर का सरलीकृत सर्किट। आसानी से और जल्दी से अनुकूलन योग्य होने के लिए, माइक्रोकंट्रोलर उपकरण एक ब्रेडबोर्ड के माध्यम से जुड़ा हुआ है। ऊपर से बाएं से नीचे बाईं ओर, दक्षिणावर्त: एक माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड एक मोटर ढाल और एक डीसी मोटर (गोली डिस्पेंसर मोटर का प्रतिनिधित्व) से जुड़ा हुआ है। दाईं ओर घर और खाद्य पत्रिका रोशनी दोनों के लिए एलईडी स्ट्रिप्स हैं, और बीच में उत्तेजना प्रकाश के लिए सभी पांच सफेद एलईडी और एपर्चर में उपयोग किए जाने वाले पांच अवरक्त सेंसर जोड़े हैं। माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड के नीचे एक साधारण माइक्रोस्विच है (खाद्य पत्रिका फ्लैप दरवाजे में उपयोग किए जाने वाले स्विच का प्रतिनिधित्व करता है)। अंत में, एक निष्क्रिय बजर स्पीकर और एक डिजिटल पोटेंशियोमीटर को बीच में दर्शाया गया है। यह छवि ओपन-सोर्स सॉफ़्टवेयर फ्रिट्जिंग का उपयोग करके बनाई गई थी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र4: प्रयोग नियंत्रण स्क्रिप्ट के सभी घटकों के लिंकेज और फ़ंक्शन और "कोड" फ़ंक्शन के सरलीकृत आरेख। (A) "उपयोगकर्ता" स्क्रिप्ट अपने पैरामीटर को "कोड" फ़ंक्शन में भेजती है, जो बदले में सीधे "सीढ़ी" फ़ंक्शन से लिंक करती है, जिससे यह प्रयोग के दौरान "कोड" फ़ंक्शन में उपयोग किए जाने वाले किसी भी पैरामीटर को अपडेट करने की अनुमति देता है। "कोड" फ़ंक्शन तब सत्र के अंत में "DataProc" फ़ंक्शन के लिए अपने परिणाम भेजता है। (बी) एक प्रयोग सत्र शुरू करने से पहले, "कोड" फ़ंक्शन पहले यह जांचता है कि क्या यह आदत प्रोटोकॉल शुरू करने वाला है। यदि नहीं, तो यह "उपयोगकर्ता" स्क्रिप्ट में चुनी गई परिभाषाओं के आधार पर पैरामीटर सेट करता है। प्रत्येक परीक्षण शुरू होने से पहले, फ़ंक्शन तब जांचता है कि कीबोर्ड पर ईएससी कुंजी दबाई गई थी या नहीं। यदि नहीं, तो यह एक नए परीक्षण के साथ जारी है। अन्यथा, यह प्रयोग सत्र को रोकता है और एकत्रित डेटा को DataProc फ़ंक्शन में पास करता है। प्रत्येक परीक्षण प्रारंभ होने से पहले यह महत्वपूर्ण जांच किसी भी चुनी गई समय सीमा तक पहुंचने से पहले प्रोग्राम को रोकने की अनुमति देती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

विभिन्न प्रयोग नियंत्रण लिपियों के बीच इंटरैक्शन को चित्र 4A में देखा जा सकता है। "उपयोगकर्ता" स्क्रिप्ट में वे सभी पैरामीटर शामिल हैं जो प्रयोग को परिभाषित करते हैं। वहां, चर जो प्रयोग के समय, संख्या और प्रबुद्ध उत्तेजनाओं की चमक, आईटीआई अवधि और इसी तरह को स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है। कोड फ़ंक्शन (अनुपूरक फ़ाइल 5) में एक एकल परीक्षण और सभी संभावित परिणामों का विस्तृत विवरण शामिल है, जिसे पूरे प्रयोग में दोहराया जाता है, जैसा कि चित्र 4 बी में दिखाया गया है। इसके अलावा, इसमें उपकरण के लिए जानवर की आदत के लिए एक प्रोटोकॉल शामिल है। कोड फ़ंक्शन भी नियमित रूप से जानवर के प्रदर्शन की जांच करता है। इसके अलावा, सीढ़ी समारोह वैकल्पिक है। विषय के प्रदर्शन की तुलना पहले से निर्धारित मानदंडों से की जाती है, और यदि जानवर का प्रदर्शन इन मानदंडों को पूरा करता है तो वांछित पैरामीटर स्वचालित रूप से अपडेट हो जाते हैं। सीढ़ी फ़ंक्शन भी पिछले दिन के सत्र से अधिग्रहित परिणामों पर विचार कर सकता है। जबकि प्रयोग चल रहा है, एक परीक्षण के अंत में एक प्रदर्शन की जांच सटीकता, चूक, और पूर्ण परीक्षणों की सही प्रतिक्रियाओं की कुल संख्या की गणना करेगी और एक स्तर अपडेट के लिए वांछित मानदंडों के साथ परिणाम की तुलना करेगी, जैसा कि सीढ़ी फ़ंक्शन में निर्दिष्ट किया गया है। अंत में, DataProc फ़ंक्शन सभी एकत्रित डेटा को संसाधित करता है और त्वरित विश्लेषण के लिए सरल ग्राफ उत्पन्न करता है। एक सत्र के अंत में, टूलबॉक्स स्वचालित रूप से सभी डेटा को *.mat फ़ाइल में सहेजता है और प्रयोग से आवश्यक जानकारी के साथ एक अतिरिक्त * .xlsx फ़ाइल उत्पन्न करता है।

Figure 5
चित्रा 5: 5-CSRTT टूलबॉक्स के विभिन्न उत्तेजना कॉन्फ़िगरेशन का उदाहरण। आरेख चुने गए कॉन्फ़िगरेशन पर निर्भरता में लक्ष्य उत्तेजनाओं के संभावित संयोजनों का उदाहरण देता है। दोनों "सभी" और "एकल" विन्यास मानक प्रतिमान में उपयोग किए जाते हैं (habituation और व्यवहार प्रयोग के लिए)। "पड़ोसी" और "स्थानांतरित" कॉन्फ़िगरेशन गैर-मानक उत्तेजना कॉन्फ़िगरेशन दिखाते हैं, जिससे अन्य संख्याओं में रोशनी वाली उत्तेजनाओं का उपयोग किया जा सकता है, जिसमें लक्ष्य उत्तेजना की तुलना में एक अलग विपरीत भी हो सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

प्रोटोकॉल चरण 4.2.7.7 एक वैकल्पिक सुविधा का उल्लेख करता है: लक्ष्य एपर्चर के समूह को बदलना। मानक 5-CSRTT प्रतिमान एक एकल लक्ष्य उत्तेजना का उपयोग करता है। यहां, हम उदाहरण देते हैं कि प्रस्तुत टूलबॉक्स मानक प्रतिमान के संशोधनों के लिए कैसे अनुमति देता है। चित्रा 5 चुने गए कॉन्फ़िगरेशन से संबंधित कुल पांच एपर्चर में से कुछ संभावित समूह संयोजनों को प्रदर्शित करता है। "सभी" कॉन्फ़िगरेशन सभी उपलब्ध एपर्चर को रोशन करता है ताकि प्रत्येक एपर्चर अब एक लक्ष्य एपर्चर हो, जो प्रारंभिक प्रशिक्षण चरणों में सहायक हो सके। पड़ोसी कॉन्फ़िगरेशन यह सुनिश्चित करता है कि लक्ष्य एपर्चर की (स्वतंत्र रूप से चुनी गई) संख्या एक दूसरे के पड़ोसी होगी। सेटिंग्स को इस तरह से निर्दिष्ट किया जा सकता है कि पड़ोसी लक्ष्य एपर्चर के समान नहीं होंगे, लेकिन कम (या इससे भी अधिक) विपरीत पर प्रकाशित होंगे। विभिन्न रोशनी विरोधाभासों के साथ एपर्चर का उपयोग नए प्रतिमानों का परीक्षण करने की अनुमति देता है, जैसे कि उच्च या निम्न-विपरीत एपर्चर में नाक-पोक के लिए अलग-अलग वर्गीकृत पुरस्कारों का उपयोग करना। चित्रा 5 समान रोशनी के साथ तीन लक्ष्य एपर्चर के साथ एक उदाहरण दिखाता है। एकल कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग आमतौर पर मानक 5-CSRTT में किया जाता है, जहां केवल एक ही लक्ष्य प्रकाशित होता है। अंत में, स्थानांतरित कॉन्फ़िगरेशन पड़ोसी कॉन्फ़िगरेशन का विस्तार करता है। यह पड़ोसी उत्तेजना को अंतिम या पहले एपर्चर की ओर स्थानांतरित करता है यदि लक्ष्य एपर्चर क्रमशः पहली या अंतिम स्थिति में है। पड़ोसी विन्यास के रूप में, पड़ोसियों की रोशनी की ताकत को स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है, या तो लक्ष्य एपर्चर से समान या अलग है। इसके अलावा, समग्र जला उत्तेजनाओं की संख्या को स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है। टूलबॉक्स तब स्वचालित रूप से सभी संभावित उत्तेजनाओं की गणना करता है। हालाँकि, पैरामीटर "Config.LED.NumHighLED" इस कॉन्फ़िगरेशन के लिए "1" पर सेट किया जाना चाहिए।

प्रोटोकॉल का पालन करते हुए, 5-CSRTT के लिए चूहों (N = 10) का प्रशिक्षण तालिका 1 में प्रस्तुत प्रशिक्षण चरणों के अनुसार किया गया था।

तालिका 1: 5-CSRTT प्रशिक्षण अनुसूची और अगले स्तर पर जाने के लिए मानदंड। (ए) अंतर-परीक्षण अंतराल को प्रत्येक प्रशिक्षण स्तर पर 5 सेकंड पर स्थिर रखा गया था। (बी) प्रत्येक प्रशिक्षण स्तर के लिए प्रोत्साहन अवधि। (सी) लिमिटेड होल्ड (एलएच) समय खिड़की, उत्तेजना बंद और किसी भी नाक-प्रहार प्रतिक्रिया के बीच सहन किया जाने वाला अधिकतम समय। (घ) संबंधित प्रशिक्षण स्तर को पार करने के लिए आवश्यक सही प्रतिक्रियाओं की कुल संख्या। (ई) सटीकता प्रतिशत की गणना के रूप में Equation 1की जाती है। (च) चूक त्रुटियों का प्रतिशत इस रूप में Equation 2परिभाषित किया गया है। इस मानदंड में समय से पहले प्रतिक्रियाएं शामिल नहीं हैं। इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

चूहों के प्रदर्शन की तुलना तालिका 1 में दिए गए प्रत्येक प्रशिक्षण स्तर को पूरा करने के लिए आवश्यक प्रशिक्षण दिनों (सत्रों) की संख्या से की गई थी। सभी जानवरों ने प्रशिक्षण स्तर 1 पर 60 एस प्रत्येक के एसटीडी और एलएच के साथ शुरू किया। हालांकि, कुछ चूहों (एन = 5) ने पहले रिपोर्ट किए गए कुछ अतिरिक्त उत्तेजना विकल्पों का परीक्षण करने के लिए बढ़ी हुई आदत प्रशिक्षण प्राप्त किया, जो व्यक्तिगत जानवरों के प्रशिक्षण स्तर 1 में रहने वाले सत्रों की संख्या में अंतर को बताता है। स्तर के पूरा होने को कुल 30 या अधिक सही प्रतिक्रियाओं तक पहुंचने से चिह्नित किया गया था। निम्नलिखित स्तरों के दौरान एसटीडी और एलएच में कमी आई, जबकि अगले प्रशिक्षण स्तर पर आगे बढ़ने के लिए मानदंड कठिन हो गए, जिससे कार्य की ध्यान देने योग्य मांग 1,6 बढ़ गई।

तालिका 2 एक सत्र के दौरान एक उदाहरण चूहे की स्वचालित रूप से उत्पन्न * .xlsx स्प्रेडशीट दिखाती है। चूहा प्रशिक्षण स्तर 5 में निर्दिष्ट कॉन्फ़िगरेशन के साथ शुरू हुआ। चार परीक्षणों के बाद, चूहा स्तर 6 तक उन्नत हो गया, वर्तमान सत्र में किए गए परीक्षणों के साथ-साथ पिछले सत्र में प्राप्त सटीकता पर विचार करते हुए। अगले प्रशिक्षण स्तर पर आगे बढ़ने के लिए वर्तमान सत्र में कम से कम कितने परीक्षण किए जाने हैं, यह चर "Config.Experiment.MinNumTrials" में निर्दिष्ट किया गया है। उसी सत्र में, चूहा स्तर 6 में 66 परीक्षणों को पूरा करने और 80% सटीकता और < 20% चूक के > की आवश्यकता को प्राप्त करने के बाद प्रशिक्षण स्तर 7 तक उन्नत हुआ। कुल मिलाकर, चूहों को तालिका 1 में प्रदान किए गए प्रशिक्षण स्तरों के विन्यास का उपयोग करके 26 दिनों के लिए प्रशिक्षित किया गया था। प्रशिक्षण स्तर पर खर्च किए गए सत्रों की संख्या चित्र 6A में प्रदान की गई है। काली रेखा सभी विषयों में औसत दिखाती है, और प्रत्येक रंगीन रेखा एक चूहे के डेटा को प्रदर्शित करती है। सभी चूहे 14-22 सत्रों के भीतर आठवें स्तर पर पहुंच गए (चित्रा 6 बी)। चित्रा 6C प्रशिक्षण स्तर के प्रति विषयों के औसत प्रदर्शन और 5-CSRTT उपकरण में सभी प्रशिक्षण दिनों में दिखाता है। धराशायी काली रेखा सटीकता प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करती है, और सीधी काली रेखा चूक प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करती है। सटीकता की गणना सही प्रतिक्रियाओं की संख्या और प्रतिक्रियाओं की कुल संख्या के बीच के अनुपात के रूप में की गई थी। चूक की गणना चूक की संख्या और परीक्षणों की कुल संख्या के बीच के अनुपात के रूप में की गई थी (यानी, सही प्रतिक्रियाओं, गलत प्रतिक्रियाओं और चूक का योग)। ग्रे लाइन प्रत्येक स्तर में सभी परीक्षणों में सही प्रतिक्रियाओं की औसत कुल संख्या को इंगित करती है। चित्रा 6 डी आठवें और अंतिम प्रशिक्षण स्तर पर प्रत्येक विषय द्वारा प्राप्त अंतिम सटीकता को प्रदर्शित करता है।

औसतन, चूहों ने स्तर 1 को पूरा करने के लिए 5.9 (±1.03 एसईएम) सत्र बिताए, 1.5 (±0.17) और 3.5 (±0.5) सत्रों के बीच स्तर 2 से 6 तक पूरा करने के लिए, और 1.7 (±0.16) सत्रों को अंतिम स्तर 8 तक पहुंचने से पहले स्तर 7 को पूरा करने के लिए। जैसा कि चित्रा 6A से स्पष्ट है, विषयों के बीच विचरण प्रारंभिक स्तरों में सबसे महत्वपूर्ण था (स्तर 1 में एसडी = 3.25, स्तर 2 में 1.58) और बाद के स्तरों में कमी आई (क्रमशः स्तर 6 और 7 में 0.47 और 0.48)। स्तर 4 में, जब उत्तेजना की अवधि और कम हो गई थी, तो खर्च किए गए सत्रों की औसत संख्या (2.6 ± 0.52), और चूहों (1.64) के बीच विचरण में वृद्धि हुई, जिसमें दो चूहों को स्तर को समाप्त करने में 5 और 6 दिन लगते हैं।

Figure 6
चित्र6: 5-CSRTT टूलबॉक्स के साथ व्यवहार प्रयोग के परिणाम. (A) प्रत्येक प्रशिक्षण स्तर पर किए गए सत्रों की संख्या. काली रेखा प्रत्येक स्तर (मतलब ± SEM) के लिए सभी विषयों के सत्रों की औसत संख्या को दर्शाती है, और रंगीन रेखाएं अलग-अलग विषयों के डेटा का प्रतिनिधित्व करती हैं। (बी) अंतिम स्तर तक पहुंचने के लिए आवश्यक सत्रों की पूर्ण संख्या, प्रति विषय। (सी) प्रशिक्षण के दौरान औसत प्रदर्शन उपाय (मतलब ± SEM)। बिंदीदार काली रेखा प्रशिक्षण स्तर के प्रति सभी सत्रों में सभी दिए गए प्रतिक्रियाओं में सभी विषयों की सटीकता को दर्शाती है, और काली रेखा संबंधित चूक प्रतिशत दिखाती है। ग्रे लाइन प्रत्येक प्रशिक्षण स्तर पर सभी विषयों के सही उत्तरों की औसत निरपेक्ष संख्या को दर्शाती है। (घ) आठवें और अंतिम प्रशिक्षण स्तर के दौरान प्रति विषय सटीकता। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तालिका 2: एक प्रशिक्षण सत्र के दौरान एक उदाहरण चूहे से डेटा एकत्र किया। स्तंभ A वर्तमान प्रशिक्षण स्तर के संबंध में सत्र पर परीक्षण गणना प्रदर्शित करता है, जैसा कि स्तंभ B. स्तंभ C में दिखाया गया है, ITI अवधि प्रदर्शित करता है, और स्तंभ D परीक्षण प्रारंभ समय प्रदर्शित करता है. कॉलम ई करने के लिए मैं क्रमशः एपर्चर 1 से 5 में एलईडी उत्तेजना के लिए चमक स्तर दिखाते हैं। 0 के चमक स्तर का मतलब है कि उत्तेजना बंद थी, और 0.2 के चमक स्तर का मतलब है कि उत्तेजना को इसकी अधिकतम तीव्रता के 20% के साथ चालू किया गया था। कॉलम जे और के सटीक समय दिखाते हैं कि उत्तेजना को क्रमशः चालू और बंद कर दिया गया था। कॉलम एल परीक्षण के परिणाम को प्रदर्शित करता है: 0 का अर्थ है "चूक", 1 का अर्थ है "सही प्रतिक्रिया", 3 का अर्थ है "गलत प्रतिक्रिया" (गैर-लक्ष्य एपर्चर में नाक प्रहार) और 4 का अर्थ है "समय से पहले"। कॉलम एम से पता चलता है कि परीक्षण के दौरान कौन सा एपर्चर नाक-पोक किया गया था, जबकि कॉलम एन नाक-प्रहार के सटीक समय को दर्शाता है। कॉलम ओ, पी, और क्यू उस समय को दिखाते हैं जब पैलेट डिस्पेंसर मोटर को चालू किया गया था, संबंधित मोटर नंबर, और वह समय जब चूहे ने क्रमशः अपना इनाम प्राप्त करने के लिए पैलेट डिस्पेंसर खोला था। स्तंभ R परीक्षण समाप्ति समय प्रदर्शित करता है. कॉलम एस, टी, यू, वी, और डब्ल्यू समय से पहले प्रतिक्रियाओं, टाइमआउट, एक आईटीआई के दौरान पैनल पुश की कुल संख्या, perseverative उत्तरों की कुल संख्या, और मिनटों में सत्र के कुल रनटाइम की कुल संख्या दिखाते हैं, क्रमशः। इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक फ़ाइल 1: IDE सॉफ़्टवेयर (Arduino कोड) के हार्डवेयर नियंत्रण के लिए स्क्रिप्ट। इसमें टूलबॉक्स के हार्डवेयर और इलेक्ट्रोटेक्निकल घटकों को नियंत्रित करने के लिए सभी कमांड शामिल हैं। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

अनुपूरक फ़ाइल 2: प्रयोग नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में फ़ंक्शन "उपयोगकर्ता" के लिए स्क्रिप्ट। इसमें वे सभी पैरामीटर शामिल हैं जो प्रयोग को परिभाषित करते हैं। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

अनुपूरक फ़ाइल 3: प्रयोग नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में फ़ंक्शन "सीढ़ी" के लिए स्क्रिप्ट। यह विषय के प्रदर्शन की निगरानी करता है और इसकी तुलना पहले से निर्धारित मानदंडों से करता है। यदि जानवर का प्रदर्शन इन मानदंडों को पूरा करता है तो वांछित पैरामीटर स्वचालित रूप से अपडेट हो जाते हैं। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

अनुपूरक फ़ाइल 4: प्रयोग नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में फ़ंक्शन "DataProc" के लिए स्क्रिप्ट। यह सभी एकत्रित डेटा को संसाधित करता है और त्वरित विश्लेषण के लिए सरल ग्राफ उत्पन्न करता है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

अनुपूरक फ़ाइल 5: "कोड" फ़ंक्शन के लिए स्क्रिप्ट। इसमें एक एकल परीक्षण और सभी संभावित परिणामों का विस्तृत विवरण शामिल है, जिसे पूरे प्रयोग में दोहराया जाता है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

Discussion

वर्तमान प्रोटोकॉल का उद्देश्य मानक, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 5-विकल्प सीरियल प्रतिक्रिया समय कार्य उपकरण के लिए कम लागत और पूरी तरह से अनुकूलन योग्य विकल्प विकसित करना और परीक्षण करना है। आमतौर पर, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रकार के उपकरण मानक अनुसंधान 5-CSRTT को चलाने के लिए आवश्यक सुविधाओं का एक सीमित सेट प्रदान करते हैं। इस वजह से, विशिष्ट परीक्षण डिजाइन में गैर-मानक संशोधन, जैसे कि परीक्षण अनुक्रम या लक्ष्य उत्तेजना संयोजनों में परिवर्तन, आमतौर पर संभव नहीं होते हैं। इसके अलावा, कई प्रकार के उपलब्ध प्रकार के उपकरण विशिष्ट, बंद सॉफ़्टवेयर के साथ आते हैं जो प्रयोग के सभी व्यवहार डेटा तक पहुंच प्रदान नहीं कर सकते हैं, जैसे कि समय से पहले और स्थायी उत्तरों का समय और एपर्चर संख्या। इसके विपरीत, यहां प्रस्तुत टूलबॉक्स का महत्वपूर्ण लाभ है - इसकी कम लागत के अलावा - कई अलग-अलग परीक्षण डिजाइन और अनुसंधान प्रतिमानों को लागू करने की संभावना है। वर्तमान में, टूलबॉक्स कई उत्तेजना डिजाइनों की परिभाषा का समर्थन करता है, जैसे कि मंद उत्तेजनाओं की अनुमति देना और दो पैलेट डिलीवरी सिस्टम का उपयोग करना और प्रतिक्रिया समय पर इनाम निर्भरता। यह श्रवण प्रतिक्रिया के लिए एक लघु वक्ता के उपयोग का भी समर्थन करता है। हालांकि, प्राथमिक उद्देश्य उपयोगकर्ता के उद्देश्य के अनुसार परीक्षण अनुक्रम के आसान संशोधनों के लिए अनुमति देना है, जैसे कि मंद रोशनी वाले एपर्चर और निर्णय लेने वाले कार्यों के लिए पुरस्कृत कार्यक्रम पेश करना या अत्याधुनिक सकारात्मक सुदृढीकरण प्रशिक्षण दृष्टिकोण11 को एकीकृत करना। इसके अतिरिक्त, सत्र में अधिग्रहित सभी कच्चे डेटा को आगे के विश्लेषण के लिए उपलब्ध कराया जाता है। टूलबॉक्स स्वचालित व्यवहार प्रशिक्षण के लिए एक सीढ़ी फ़ंक्शन प्रदान करता है, जो पूरी तरह से अनुकूलन योग्य भी है और उपयोगकर्ता को प्रत्येक स्तर के अपडेट, प्रशिक्षण स्तरों की संख्या और अपडेट किए जाने वाले पैरामीटर के लिए मानदंड बदलने की अनुमति देता है। इसके अलावा, उपकरण स्वयं अत्यधिक अनुकूलनीय है, और परीक्षण डिजाइन और चैंबर लेआउट में परिवर्तन आसानी से संभव हैं, जिससे पशु प्रजातियों के लिए 5-CSRTT प्रतिमान को लागू करना संभव हो जाता है, जिन्हें व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रकार के उपकरण की पेशकश की तुलना में एक अलग शोध डिजाइन की आवश्यकता होती है।

सॉफ़्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन के लिए प्रोटोकॉल के विशिष्ट भाग एक चिकनी वर्कफ़्लो सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं: विशेष रूप से प्रयोग के पहले दिन के लिए, हार्डवेयर और प्रयोग नियंत्रण सॉफ़्टवेयर (चरण 2 और 3) दोनों की तैयारी और चरण 5.3 का कॉन्फ़िगरेशन महत्वपूर्ण है। यह सुनिश्चित करना कि माइक्रोकंट्रोलर हार्डवेयर, इसके सॉफ़्टवेयर और प्रयोग नियंत्रण सॉफ़्टवेयर के बीच सीरियल पोर्ट कनेक्शन ठीक से काम कर रहा है, पूरी तरह से कार्यशील 5-CSRTT टूलबॉक्स स्थापित करने के लिए महत्वपूर्ण है। प्रत्येक प्रयोग के दिन की शुरुआत में, यह सुनिश्चित करने के लिए ऊपर उल्लिखित तीन चरणों को दोहराने की सलाह दी जाती है कि हार्डवेयर और प्रयोग नियंत्रण स्क्रिप्ट सही ढंग से कॉन्फ़िगर किए गए हैं।

अंत में, टूलबॉक्स की वर्तमान सीमा एक विशेष प्रोग्रामिंग प्लेटफ़ॉर्म के लिए इसका कार्यान्वयन है, जो दुर्भाग्य से एक पूर्ण ओपन-सोर्स टूलबॉक्स के रूप में इसके उपयोग से समझौता करता है। फिर भी, सिद्धांत रूप में, टूलबॉक्स को पायथन जैसी अन्य प्रोग्रामिंग भाषाओं के लिए आसानी से अनुकूलित किया जाना चाहिए क्योंकि एक परीक्षण का पाठ्यक्रम अपरिवर्तित रहता है।

मौजूदा वैकल्पिक तरीकों की तुलना में, यहां पेश किया गया 5-CSRTT टूलबॉक्स मानक 5-CSRTT प्रतिमान के कार्यान्वयन और इसके संशोधनों की अनुमति देता है जैसे कि स्थायी उत्तरों के लिए एक निर्धारित समय खिड़की को परिभाषित करना या स्पीकर या ब्लिंकिंग लाइट्स जैसी विचलित करने वाली या प्रबलित उत्तेजनाओं को पेश करना। उपयोग करने में आसान और अत्यधिक अनुकूलनीय होने के अलावा, उपकरण कम लागत वाला है और इसे आसानी से दोहराया जा सकता है, और यह गैर-कृंतक पशु मॉडल का उपयोग करके अनुसंधान को प्रोत्साहित करता है।

Disclosures

लेखकों ने घोषणा की है कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हित नहीं है।

Acknowledgments

यह काम DFG WE 5469/3-1 द्वारा समर्थित है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1200 Ohm Resistor Already available in the lab
8-bit 10 kΩ digital potentiometer Microchip MCP42010-I/P From Conrad.de: 1083205
ARD MEGA2560 KIT Arduino - Mega 2560 R3 Lernset JOY-IT ARD-Set01 From Reichelt.de: ARD MEGA2560 KIT
ARD SHD MOTOR Arduino Shield - Motor Adafruit 1438 From Reichelt.de: ARD SHD MOTOR
ARDUINO STACKABLE HEADER KIT - R3 Sparkfun Electronics PRT-11417 From Antratek.de: PRT-11417
Chow Altromin 1324 N Altromin chow products
Euro-Gehäuse Hammond Electronics 1591EBK From Conrad.de: 520691
Food pellets Bio-Serv F0021 From Bio-serv.com: Dustless Precision Pellets Rodent
Fritzing Interaction Design Lab Potsdam Fritzing Software download
Integrated Development Environment Arduino Arduino IDE download (Freely available)
IR Break Beam Sensor - 3mm LEDs Adafruit 2167 From Mouser.de: 485-2167
Laptop or Computer
LED white round 5mm 2000mcd 20mA TruComponents 1573731 From Conrad.de: 1573731
Microswitch Hartmann MBB1 01 A 01 C 09 A From Conrad.com: 707243
NeoPixel Stick - 8 WS2812 5050 RGB LEDs Adafruit 1426 From Reichelt.de: DEBO LED NP8 2
Passive buzzer Speaker Conrad Components 93038c213a From Conrad.de: 1511468
Pellet release disk Already available in the lab. Similar products depicted below. Keep in mind that some of these products make use of different (and stronger) motors and infrared sensors. The use of the microswitch (row 7) and the  Arduino Motor Shield (row 3) need to be adapted to fit these new specifications. We recommend 3d printing the disk to work with the provided materials and software.
Carbatec universal base plate
Open Science Framework Open Feeder
Open Ephys 3d Model Food Pellet Dispenser
Campden Instruments 45mg pellet dispenser
Programming platform Mathworks R2019b or younger
Psychtoolbox Software V3 Psychtoolbox-3 download
Spur GEAR-MOTOR with DC brush motor Micromotors B138F.12.208 Micromotos Series B138F Technical data

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nature Protocols. 3 (5), 759-767 (2008).
  2. Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-choice serial reaction time task: a task of attention and impulse control for rodents. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (90), e51574 (2014).
  3. Higgins, G. A., Silenieks, L. B. Rodent Test of Attention and Impulsivity: The 5-Choice Serial Reaction Time Task. Current Protocols in Pharmacology. 78 (1), 1-34 (2017).
  4. Humby, T., Wilkinson, L., Dawson, G. Assaying aspects of attention and impulse control in mice using the 5-choice serial reaction time task. Current Protocols in Neuroscience. 31 (1), 1-15 (2005).
  5. Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. 163 (3-4), 362-380 (2002).
  6. Amitai, N., Markou, A. Disruption of performance in the five-choice serial reaction time task induced by administration of N-methyl-D-aspartate receptor antagonists: relevance to cognitive dysfunction in schizophrenia. Biological Psychiatry. 68 (1), 5-16 (2010).
  7. Fizet, J., Cassel, J. C., Kelche, C., Meunier, H. A review of the 5-Choice Serial Reaction Time (5-CSRT) task in different vertebrate models. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 71, 135-153 (2016).
  8. Spinelli, S., et al. Performance of the marmoset monkey on computerized tasks of attention and working memory. Cognitive Brain Research. 19 (2), 123-137 (2004).
  9. Parker, M. O., et al. Development and automation of a test of impulse control in zebrafish. Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 65 (2013).
  10. Birtalan, E., Bánhidi, A., Sanders, J. I., Balázsfi, D., Hangya, B. Efficient training of mice on the 5-choice serial reaction time task in an automated rodent training system. Scientific Reports. 10 (1), 1-8 (2020).
  11. Fischer, B., Wegener, D. Emphasizing the "positive" in positive reinforcement: using nonbinary rewarding for training monkeys on cognitive tasks. Journal of Neurophysiology. 120 (1), 115-128 (2018).

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व्यवहार समस्या 179
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Morais Gancz, J., El Jundi, N.,… More

Morais Gancz, J., El Jundi, N., Strippelmann, E., Koch, M., Wegener, D. An Open-Source, Fully Customizable 5-Choice Serial Reaction Time Task Toolbox for Automated Behavioral Training of Rodents. J. Vis. Exp. (179), e63385, doi:10.3791/63385 (2022).

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