斯金納箱：研究動(dòng)物行為的尖端裝備

條件行為操作箱（又名斯金納箱）是由B.F.斯金納于20世紀(jì)30年代創(chuàng)造設(shè)計(jì)用于研究操作性條件反射的一種典型儀器，因而又叫操作性條件反射測(cè)試箱。

它不僅僅是用于研究動(dòng)物的行為，而且被廣泛地用于腦和行為科學(xué)的研究，比如刺激或損傷腦的某些部位、某些藥物的使用對(duì)動(dòng)物行為的影響、聯(lián)合光遺傳、電生理研究各情感神經(jīng)環(huán)路等等幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)操作任務(wù)（如基本的操作式行為研究、藥物精神依賴性實(shí)驗(yàn)、自身給藥等），用于進(jìn)行高效的嚙齒動(dòng)物認(rèn)知能力評(píng)估。

 

 

 

1、Morris水迷宮

水迷宮是目前公認(rèn)的空間學(xué)習(xí)記憶功能評(píng)價(jià)方法
構(gòu)成：盛水圓形容器和一個(gè)平臺(tái)組成。
經(jīng)典水迷宮所檢測(cè)的是動(dòng)物在多次的訓(xùn)練中，學(xué)會(huì)尋找固定位置的隱蔽平臺(tái)，形成空間位置認(rèn)知、空間參考記憶。

2、曠場(chǎng)/開放場(chǎng)
評(píng)價(jià)動(dòng)物在新環(huán)境中的探究行為、緊張程度和運(yùn)動(dòng)能力
構(gòu)成：根據(jù)動(dòng)物體型大小設(shè)計(jì)不同大小的正方形箱體
動(dòng)物在趨避性和好奇心二者之間游走導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)生焦慮情緒

 

 

3、強(qiáng)迫游泳
評(píng)價(jià)動(dòng)物抑郁水平
構(gòu)成：透明水桶
生存驅(qū)使動(dòng)物游泳、掙扎，試圖逃離當(dāng)前的環(huán)境。但不斷嘗試仍無法擺脫，因而放棄不動(dòng)。

 

4、三腔社會(huì)交互
評(píng)價(jià)動(dòng)物社交能力
構(gòu)成：分三個(gè)區(qū)域，其中兩側(cè)分別裝有陌生/熟悉小鼠的金屬籠
通過比較靠近陌生/熟悉小鼠的時(shí)間來評(píng)價(jià)動(dòng)物的社交偏好

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斯金納箱

 

 

完全模塊化的操作箱，可以選擇帶足底電刺激或不帶足底電刺激的操作箱外，還可選擇觸屏操作箱，同時(shí)用于認(rèn)知和操作行為的測(cè)試。

 

可選的刺激和行為操作組件有純音刺激、強(qiáng)度可調(diào)的聲音刺激、白噪音刺激、強(qiáng)度可調(diào)的光刺激、液體獎(jiǎng)賞、顆粒獎(jiǎng)賞、觸鼻探測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)或加厚壓桿操作、頭部進(jìn)入監(jiān)測(cè)等。

 

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基本模塊

 

 

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模塊功能

 

所有組件均可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選配安裝

 

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箱體功能

 

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升級(jí)觸屏斯金納箱

 

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系統(tǒng)并且提供多種標(biāo)準(zhǔn)范例，包括整套任務(wù)所必需的習(xí)慣和圖形，可讓動(dòng)物達(dá)到特殊應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)收集和分析數(shù)據(jù)。所提供的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)范例可直接轉(zhuǎn)化為已建立的猴子和人類觸摸模型*。

 

到目前為止，市面上有多種界面系統(tǒng)和行為控制軟件包，然而，只有ABET II提供給沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)的用戶一個(gè)可以自定義的軟件系統(tǒng)。

可以執(zhí)行的常見任務(wù)有：

雙選擇成對(duì)/視覺辨別逆轉(zhuǎn) Two-choice Pairwise/Visual Discrimination Reversal (PD) 
學(xué)習(xí)認(rèn)知兩個(gè)同時(shí)顯示圖形中的一個(gè)是正確的。觸摸正確刺激（S+）會(huì)被獎(jiǎng)勵(lì)食物，觸摸錯(cuò)誤刺激（S-）會(huì)被超時(shí)懲罰。一旦此任務(wù)學(xué)習(xí)結(jié)束，刺激將會(huì)顛倒，S+刺激會(huì)變?yōu)镾-刺激，反之亦然。這個(gè)逆轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)過程需要優(yōu)勢(shì)反應(yīng)的抑制，并且依賴于前額皮質(zhì)。

配對(duì)聯(lián)結(jié)式學(xué)習(xí) Paired Associate Learning (PAL) 
在人類中，類似的任務(wù)可以用于高效的阿爾茨海默癥早期檢測(cè)。在嚙齒動(dòng)物的PAL任務(wù)中，三個(gè)空間位置會(huì)出現(xiàn)三個(gè)物體，動(dòng)物學(xué)習(xí)和記憶其中的一個(gè)。在給予實(shí)驗(yàn)中，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的物體，一個(gè)位于正確的位置，另一個(gè)位于錯(cuò)誤位置，動(dòng)物必須選擇位于正確刺激位置的那個(gè)。此任務(wù)對(duì)于膽堿能傳遞很敏感，并且可表現(xiàn)海馬功能障礙，并且能夠區(qū)分海馬體中谷氨酸和乙酰膽堿受體的功能。

視覺運(yùn)動(dòng)條件學(xué)習(xí) Visuomotor Conditional Learning (VMCL) 
習(xí)慣和刺激反應(yīng)類任務(wù)，嚙齒動(dòng)物學(xué)習(xí)這樣一種規(guī)則：假如圖形A出現(xiàn)，對(duì)左邊區(qū)域做出響應(yīng)；假如圖形B出現(xiàn)，對(duì)右邊區(qū)域做出響應(yīng)。這種類型的測(cè)試對(duì)于背側(cè)紋狀體損傷很敏感，因此可與Huntington和Parkinson相關(guān)聯(lián)。

消退 Extinction (EXT) 
此任務(wù)簡(jiǎn)單但是強(qiáng)大。如同逆轉(zhuǎn)測(cè)試一樣是一種行為抑制測(cè)試，但是針對(duì)不同的需求。 事實(shí)上，一些動(dòng)物在逆轉(zhuǎn)測(cè)試中形成固定認(rèn)知，但是無消退，反之亦然。動(dòng)物一開始需要對(duì)中央窗口出現(xiàn)的白色方塊做出響應(yīng)來獲得獎(jiǎng)勵(lì)，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行響應(yīng)消退測(cè)試，此階段對(duì)于動(dòng)物做出的響應(yīng)不再提供獎(jiǎng)勵(lì)。 

選擇序列反應(yīng)時(shí) 5-Choice Serial Reaction Time (5CSRT) 
要求嚙齒動(dòng)物對(duì)5個(gè)位置中隨機(jī)1位置出現(xiàn)的短暫視覺刺激做出響應(yīng)，此任務(wù)對(duì)皮質(zhì)層處理能力敏感，特別是那些涉及到前額皮質(zhì)和高度依賴膽堿能傳遞的功能方面。

Trial-Unique Nonmatching-to-Location (TUNL) 
TUNL可理解為delayed nonmatching-to-place (DNMTP)的另一種版本，在DNMTP中，圖像出現(xiàn)在一個(gè)范例位置，緊跟著一個(gè)延時(shí)，出現(xiàn)在范例位置(incorrect, S-)和一個(gè)不匹配位置(correct, S+)。DNMTP被證實(shí)易受非空間調(diào)解策略傷害。TUNL消除了使用多樣的、trial-unique位置，防止調(diào)解策略的使用。當(dāng)兩個(gè)位置挨著一起時(shí)，背側(cè)海馬體損傷或減少的海馬體神經(jīng)發(fā)生的動(dòng)物將會(huì)受到損害，而離的很遠(yuǎn)時(shí)則不會(huì)。這個(gè)特點(diǎn)也精致地呈現(xiàn)出對(duì)海馬功能障礙、同時(shí)開發(fā)海馬體中記憶和模組分離任務(wù)的敏感性。

自行塑成 Autoshaping (AUTO) 
任務(wù)測(cè)量對(duì)屏幕的巴甫洛夫反應(yīng)。這是一種快速的簡(jiǎn)單經(jīng)典條件反射執(zhí)行測(cè)試，依賴于集中在腹側(cè)紋狀體的獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)。白色垂直矩形出現(xiàn)在獎(jiǎng)勵(lì)托盤的某一邊，觸摸一邊總是允許給予食物獎(jiǎng)勵(lì)，另一邊無獎(jiǎng)勵(lì)。獎(jiǎng)勵(lì)不依賴于接近屏幕，接近屏幕的途徑通過食物托盤兩邊的紅外線探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。

位置辨別學(xué)習(xí) Location Discrimination Learning(LDL) 
嚙齒動(dòng)物要求區(qū)別屏幕上的兩個(gè)白色方塊。對(duì)屏幕一邊方塊的響應(yīng)將會(huì)獲得獎(jiǎng)勵(lì)，而對(duì)另一邊的響應(yīng)將會(huì)受到超時(shí)期間懲罰。不同試驗(yàn)中，方塊之間的距離不同。當(dāng)位置挨著一起時(shí)，背側(cè)海馬體損傷的動(dòng)物會(huì)受到損害，而離得很遠(yuǎn)時(shí)則不會(huì)。

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適配各類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

1、小鼠

 

 

2、大鼠

 

 

3、豬

 

 

4、靈長類

 

 

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今年又新發(fā)表眾文獻(xiàn)（部分）：

 

AlzheimerDisease 老年癡呆研究

1.  McKee, S. E., Grissom, N.M., Herdt, C. T., & Reyes, T. M. (2017). Methyl donor supplementationalters cognitive performance and motivation in female offspring from high-fatdiet–fed dams. The FASEB Journal, fj-201601172R.

2.  Higa, K. K., Young, J. W.,Ji, B., Nichols, D. E., Geyer, M. A., & Zhou, X. (2017). Striatal dopamineD1 receptor suppression impairs reward-associative learning. Behavioural brain research, 323, 100-110.

Parkinson’s Disease …帕金森研究

1.  Wicks, B., Waxler, D. E.,White, K. M., Duncan, N., Bergmann, J., Cole, R. D., ... & Bangasser, D. A.(2017). Method for testing sustained attention in touchscreen operant chambersin rats. Journal of Neuroscience Methods, 277, 30-37.

2.  iga, Kerin K., Jared W.Young, Baohu Ji, David E. Nichols, Mark A. Geyer, and Xianjin Zhou."Striatal dopamine D1 receptor suppression impairs reward-associativelearning." Behavioural brain research 323 (2017): 100-110.

Autism …自閉癥研究

1. Shin, Y. J. (2017). Increasedneuroinflammatory signaling and memory deficits caused by early-life ethanolexposure and the potential benefits of anti-inflammatory treatment (Doctoral dissertation,The Ohio State University).

2.  Copping, N. A., Berg, E.L., Foley, G. M., Schaffler, M. D., Onaga, B. L., Buscher, N., ... & Yang,M. (2017). Touchscreen learning deficits and normal social approach behavior inthe Shank3B model of Phelan–McDermid Syndrome and autism. Neuroscience, 345, 155-165.

Anxiety …抑郁研究

1. Khan, A., De Jong, L. A.,Kamenski, M. E., Higa, K. K., Lucero, J. D., Young, J. W., ... & Powell, S.B. (2017). Adolescent GBR12909 exposure induces oxidative stress, disruptsparvalbumin-positive interneurons, and leads to hyperactivity and impulsivityin adult mice. Neuroscience, 345, 166-175.

2.  McKee, S. E., Grissom, N.M., Herdt, C. T., & Reyes, T. M. (2017). Methyl donor supplementationalters cognitive performance and motivation in female offspring from high-fatdiet–fed dams. The FASEB Journal, fj-201601172R.