操作性行為訓(xùn)練步驟

操作性條件反射（operant conditioning），也稱工具性條件反射，是由美國科學(xué)家斯金納（Burrhus Frederic Skinner）建立的理論。與巴甫洛夫（的經(jīng)典性條件反射（classical conditioning）中動(dòng)物被動(dòng)接受行為強(qiáng)化不同的是，操作性條件反射所建立的行為強(qiáng)化與動(dòng)物的自愿行為相關(guān)，是有高級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)參與的行為過程。操作性條件反射被廣泛用于獎(jiǎng)勵(lì)相關(guān)的行為研究當(dāng)中，以擬合自然情況下動(dòng)物對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)的尋求過程。例如在某些藥物成癮的研究中，動(dòng)物自我給藥的實(shí)現(xiàn)有賴于操作性條件反射，以模擬人類在自然狀態(tài)下對(duì)成癮藥物的自我尋求和攝入。

目標(biāo)動(dòng)物在自制行為學(xué)箱體內(nèi)接受訓(xùn)練，箱體內(nèi)部空間尺寸約為20cm*20cm*20cm（長*寬*高），小鼠可在箱體內(nèi)自由活動(dòng)。整個(gè)行為學(xué)箱體由亞克力板和鋁制管材組成，可自由組裝拆卸。箱體內(nèi)裝有兩個(gè)對(duì)稱圓片電容式壓力傳感器，感應(yīng)區(qū)與箱體外部的線路板連接以調(diào)控其它組件，每個(gè)感應(yīng)區(qū)對(duì)應(yīng)同側(cè)的伸縮桿裝置。

當(dāng)小鼠觸碰一側(cè)感應(yīng)區(qū)時(shí)，試驗(yàn)（trial）開始，與之對(duì)應(yīng)的一側(cè)伸縮桿會(huì)在隨機(jī)2~2.6s時(shí)間延遲后開始進(jìn)入箱體內(nèi)部，伸縮桿前方連接有出水管，若小鼠在之后的4s內(nèi)舔舐出水管，則會(huì)獲得5μl水作為獎(jiǎng)勵(lì)，伸縮桿在出水后于箱體內(nèi)停留1s收回箱外，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)束；若小鼠未在之后的4s內(nèi)舔舐出水管，則伸縮桿會(huì)在4s時(shí)間結(jié)束后立馬收回箱外，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)束。當(dāng)伸縮桿完全收回箱外時(shí)，小鼠可隨時(shí)開始下一次試驗(yàn)。當(dāng)小鼠能熟練掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)則并能順利喝到水，則視為達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)。

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操作性行為訓(xùn)練過程整個(gè)操作性行為訓(xùn)練過程為15天，每天訓(xùn)練30min。每只動(dòng)物單獨(dú)接受訓(xùn)練，訓(xùn)練時(shí)間在每天的固定時(shí)段（14：00-17：00）進(jìn)行。動(dòng)物訓(xùn)練期間保持安靜、弱光環(huán)境。每次訓(xùn)練之前動(dòng)物處于禁水狀態(tài)，禁水時(shí)間為16小時(shí)。在完成每天的訓(xùn)練后，動(dòng)物可自由飲水一定時(shí)間。首次禁水之前對(duì)動(dòng)物進(jìn)行稱重，禁水后每只動(dòng)物體重需保持在禁水之前的85%左右，以使得每只動(dòng)物在訓(xùn)練時(shí)維持必要且大致相同的飲水動(dòng)力。在每只動(dòng)物開始訓(xùn)練之前，使用酒精對(duì)箱體內(nèi)部進(jìn)行擦拭清潔，等到氣味完全消散之后再進(jìn)行動(dòng)物訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，并對(duì)訓(xùn)練全程進(jìn)行錄像。訓(xùn)練過程分為三個(gè)階段：free licking state（訓(xùn)練3天），unilateral operant state（訓(xùn)練8天），bilateral operant state（訓(xùn)練4天）。三個(gè)階段均使用尺寸相同但裝置不同的行為學(xué)箱，飲水程序也有所區(qū)分。Free licking state（自由飲水階段）：在此階段，雙側(cè)出水管均位于箱體內(nèi)部，動(dòng)物可自由舔舐某一側(cè)出水管，并獲得5μl水，任何一側(cè)出水管在出水后2s內(nèi)將不會(huì)再次出水（即不應(yīng)期為2s）。此訓(xùn)練階段目的是讓動(dòng)物適應(yīng)箱體內(nèi)部環(huán)境并認(rèn)識(shí)到在箱體內(nèi)部可以通過出水管獲得水獎(jiǎng)勵(lì)。Unilateral operant state（單側(cè)操作性行為訓(xùn)練階段）：在此階段，行為學(xué)箱體一側(cè)偏下方裝有一個(gè)圓片電容式壓力傳感器并與箱體外部的線路板連接，當(dāng)動(dòng)物觸碰到感應(yīng)區(qū)時(shí)線路電壓發(fā)生變化。線路板控制單側(cè)伸縮桿以及出水裝置，其中出水管連接在伸縮桿前方，位于箱體外部。當(dāng)動(dòng)物觸碰感應(yīng)區(qū)時(shí)，對(duì)應(yīng)單側(cè)伸縮桿會(huì)在一定時(shí)間（前4天：1s，第5-6天：1.5s，第7-8天：隨機(jī)2-2.6s）延遲（delay）后開始進(jìn)入箱體內(nèi)部，若動(dòng)物在隨后的4s內(nèi)舔舐出水管，則會(huì)獲得5μl水作為獎(jiǎng)勵(lì)。伸縮桿在出水后于箱體內(nèi)停留1s收回箱外，并記作一次成功的試驗(yàn)；若動(dòng)物未在隨后的4s內(nèi)舔舐出水管，則伸縮桿在4s時(shí)間結(jié)束后立馬收回箱外，并記作一次miss試驗(yàn)。

需要指出的是，當(dāng)動(dòng)物短時(shí)間內(nèi)連續(xù)多次觸碰感應(yīng)區(qū)時(shí)，僅以第一次觸碰時(shí)間為準(zhǔn)；伸縮桿從啟動(dòng)到完全伸入箱體內(nèi)或完全收回箱體外皆需耗費(fèi)1s時(shí)間；伸縮桿完全收回箱外時(shí)，小鼠無法舔舐到出水管。此階段目的是讓動(dòng)物學(xué)習(xí)并掌握單側(cè)操作性行為實(shí)驗(yàn)的規(guī)則。Bilateral operant state（雙側(cè)操作性行為訓(xùn)練階段）：在此階段，行為學(xué)箱體一側(cè)偏下方裝有兩個(gè)圓片電容式壓力傳感器并與箱體外部的線路板連接，線路板控制雙側(cè)伸縮桿以及出水裝置。此階段與unilateral operant state第7-8天的實(shí)驗(yàn)規(guī)則類似（delay時(shí)間均為2~2.6s），除了由單側(cè)操作性行為程序裝置改為雙側(cè)操作性行為程序裝置之外，其余規(guī)則保持不變。此階段的目的是讓動(dòng)物學(xué)習(xí)并掌握雙側(cè)操作性行為實(shí)驗(yàn)的規(guī)則，并將左右兩側(cè)位置與對(duì)應(yīng)裝置進(jìn)行關(guān)聯(lián)和區(qū)分。

動(dòng)物操作性行為訓(xùn)練

（A）動(dòng)物操作性行為示意圖，動(dòng)物觸碰任意一側(cè)圓形電容感應(yīng)區(qū)（橙色區(qū)域）后，出水管伸入箱體內(nèi)部，動(dòng)物方可通過出水管獲得水獎(jiǎng)勵(lì)。（B）訓(xùn)練流程示意圖，訓(xùn)練過程分為三個(gè)階段共15天持續(xù)進(jìn)行，結(jié)束后動(dòng)物達(dá)成設(shè)定訓(xùn)練目標(biāo)。（C）free licking state訓(xùn)練規(guī)則以及裝置示意圖，右側(cè)為對(duì)應(yīng)的行為學(xué)箱裝置，每一階段使用的行為學(xué)箱裝置各不相同。（D）unilateral operant state訓(xùn)練規(guī)則以及裝置示意圖，右側(cè)為對(duì)應(yīng)的行為學(xué)箱裝置。（E）bilateral operant state訓(xùn)練規(guī)則以及裝置示意圖，右側(cè)為對(duì)應(yīng)的行為學(xué)箱裝置。

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