解密：操作性行為系統(tǒng)——斯金納箱

深圳市瑞沃德生命科技有限公司 2020-08-31 11:06:37 393  瀏覽

• 今天和大家聊聊斯金納箱的任務模式及優(yōu)勢。斯金納箱一般包含觸屏，壓桿，鼻觸，提示燈，獎賞等配件。那如何讓實驗動物在斯金納箱內獲得美味的食物，完成學習呢？解密走起！
  斯金納箱的任務模式大部分建立在動物對獎賞渴望的心理因素上。進行任務前一周左右，先將動物進行饑餓處理，使動物體重控制在原有的85%-90%之間，以保證動物有動機去主動學習，完成任務。任務模式分為不同階段，可由淺入深，逐步讓動物學習。 DY階段：讓動物學會如何獲得獎賞。在動機的驅使下，動物會本能的不停探索箱子內部。程序可以設置為感應到動物嘴巴靠近獎賞口時，機器自動給予一定時間或者體積的獎勵。
  
  一般三天之內，動物就可以熟練獲得獎勵（以規(guī)定時間內動物達成一定獎賞次數(shù)為標準）。
  
  下一階段：增加更多操作性行為，例如壓桿，觸屏等，使相應行為與獎賞聯(lián)系起來。例如實驗可以設計為屏幕隨機出現(xiàn)一個圖形?；趧游锾剿鞯谋灸?，當重復之前的行為得不到獎賞后，動物會進一步探索，相較之前的箱體環(huán)境，圖形屬于新鮮元素，當動物觸摸圖形，以獎賞作為反饋激勵動物學習。
  

  圖片源自

  http://www.tjmu.edu.cn/info/1049/4344.htm

   實驗任務一般會在規(guī)定時間內，設置一定的trail次數(shù)，每次trail之間會設置隨機時間間隔（ITI，inter-trial interval），減少動物隨機行為對數(shù)據(jù)的干擾。依據(jù)不同實驗需求，可改變獎賞概率，任務難度等。像Operant Progressive-Ratio Test是逐步將需要付出的行為依比率增加，例如鼻觸次數(shù)，壓桿次數(shù)等。為激勵動物做出行為，可將獎賞也按照相應比率增加。

   

  同時，實驗任務中可以引入“delay”，以檢測動物的記憶保持能力。5選擇序列反應時任務范式中（5-CSRT ，5-Choice Serial Reaction Time）動物通過對5孔觀察，在規(guī)定時間對點亮的孔做出正確的筆觸響應，便可得到食物或者飲水獎勵。因此，可以設置不同的測試次數(shù)，獎賞時間，提示時間，delay時間等，應用于不同的研究方向。 

  解析斯金納箱優(yōu)勢
   

  相較于常見的行為學系統(tǒng)，斯金納箱實驗數(shù)據(jù)的評估方式更加豐富，訓練方式種類多，更有利于研究多個腦區(qū)之間的投射關系。除了依據(jù)實驗范式得到行為的判斷指標之外，通過全程的軟件數(shù)據(jù)記錄，可以分析動物任務表現(xiàn)中的注意力，動機等多種指標。
  斯金納箱滿足多樣化實驗場景。Lafayette斯金納箱采用圖形編程軟件，可繪制邏輯關系圖，易學易懂，可根據(jù)實驗設計GX編程，常用實驗范例可以直接購買使用，可記錄實驗事件數(shù)據(jù)，Raw Data可多次回溯分析，便于追蹤處理數(shù)據(jù)。模塊化搭配可根據(jù)實驗需求選擇需要的配置，不同實驗動物模型可以定制適合的箱體。依據(jù)軟件化操作和智能控制，斯金納箱任務范式時間敏感性高，擴展功能豐富，可以結合光遺傳，光纖記錄，電生理等實驗技術。

   

  以光遺傳為例，光遺傳學是一項整合了光學、遺傳學、電生理等多學科的生物工程技術，其主要原理是采用基因操作技術將光感基因(如ChR2，NaHR3.0，Arch或OptoXR等)轉入到特定類型的細胞中，進行特殊離子通道或GPCR表達。光感離子通道在不同波長的光刺激下，會對離子的通過產生選擇性，從而造成細胞膜兩邊的膜電位發(fā)生變化，達到對細胞選擇性興奮的目的。
  光遺傳技術具有獨特的高時空分辨率和細胞類型特異性兩大特點，克服了傳統(tǒng)手段（激動劑，YZ劑，電刺激等）許多缺點，能對神經元進行非侵入式JZ定位調控。通過斯金納箱系統(tǒng)與光遺傳設備結合，可以控制設備在動物觸發(fā)某項行為時，JZ給予光刺激（ms級別的反饋速度），有效利用光遺傳的高時空分辨率的特點，保證實驗可控，精確?？梢哉f，光遺傳是斯金納箱的拍檔之一！下一篇，我們將進行斯金納箱應用光遺傳的文獻解讀分享。