脑声常谈：动物行为实验指南︱家笼中的行为任务和训练
家笼系统是一种实验环境，允许小鼠在熟悉的环境中自由活动，同时可以进行各种行为和生理监测。这种系统通常配备有自动化的设备，可以记录小鼠的行为活动，如头部固定装置、舔舐传感器等。小鼠在没有外部强制的情况下，主动将头部固定在一个特定的位置。这种技术可以用于进行高精度的行为和生理实验，如神经成像、电生理记录等。
方向舔舐任务：
一种行为任务，要求小鼠根据特定的刺激(如光、声音等)朝特定方向舔舐。这种任务用于评估小鼠的学习和记忆能力，以及对特定刺激的反应。
家笼的前侧有一个头端口(约20×20毫米)，头端口的两侧装有加宽的轨道，引导一个定制的头柱(26.5毫米长，3.2毫米宽)进入一个狭窄的空间，在那里头柱可以触发头端口两侧安装的两个快动开关。当开关被触发时，两个气缸通过气动驱动夹紧头柱。一个定制的3D打印平台被放置在内部，体重感应台也被用来检测头部固定期间的挣扎并触发自动释放。一个带有两个舔口(相距5毫米)的舔口被放置在头端口前。每个舔口都与定制的电路板电连接，通过舔触接触点完成电路来检测舔舐动作，水奖励由两个电磁阀分配。触觉指导舔舐任务的感觉刺激是一个机械杆(直径1.5毫米)，位于头端口的右侧。该杆由一个线性电机驱动，并在不同位置呈现以刺激胡须。听觉指导舔舐任务的感觉刺激是由一个压电蜂鸣器提供的纯音(2千赫或10千赫)，放置在头端口前。在触觉和听觉任务中，听觉“开始”提示(3.5千赫)由同一个压电蜂鸣器提供。
HABITS全自动笼中行为训练及测试系统即将推出(上海欣软)
应用范围：认知行为、训练大规模动物筛选、动物生理长期监测
Fig1 方向舔舐任务简图
实验步骤：
自主训练小鼠进行自愿头部固定和行为任务，小鼠被放置在家笼内，可以自由舔舐通过头端口放置在家笼内的两个舔口。奖励的舔口在左右舔口之间交替(每个3次)，以鼓励小鼠舔舐两个舔口。这一训练阶段使小鼠适应舔口，舔口逐渐从家笼中缩回远离家笼。舔口的缩回持续进行，直到舔口的尖端大约距离头端口14毫米。此时，小鼠只能通过将头部伸入头端口并触发头部固定开关来触及舔口。经过30次成功的自愿头部固定开关触发后，气动活塞在开关触发时被激活以夹紧头柱。头部固定训练不断增加气动夹紧的持续时间(从3秒到30秒)。当体重感应平台上的体重读数超过上限(30克)或下限(-1克)阈值时，夹紧会被自动释放。小鼠在头部固定期间的明显移动通常会在体重读数中产生超过阈值的大波动，这些阈值在训练过程中动态调整。
当小鼠成功完成头部固定训练，达到30秒头部固定持续时间后，下一个触觉指导舔舐任务的训练开始。在触觉指导舔舐任务中，小鼠使用胡须辨别杆的位置，并通过对向舔舐来选择以获得水奖励。杆被呈现在两个位置之一，这两个位置沿着前后轴相隔6毫米。后杆位置大约距离右侧胡须垫5毫米。样本时期被定义为从杆移动开始到杆缩回开始后0.1秒的时间(样本时期，1.3秒)。随后是一个延迟时期，在此期间小鼠必须在短期记忆中保持信息(延迟时期，1.3秒)。一个听觉“开始”提示(0.1秒持续时间)标志着反应时期的开始，小鼠通过对两个舔口中的一个进行舔舐来选择。首先，“方向性舔舐”训练小鼠舔舐两个舔口并在两者之间切换。然后，“辨别”教导小鼠通过方向性舔舐报告杆的位置。最后，“延迟”教导小鼠在延迟时期忍住不舔，并在“开始”提示后通过逐渐(以0.2秒的步长)增加延迟时期持续时间至1.3秒来开始舔舐。在延迟结束时，头部固定持续时间从30秒进一步增加到60秒。每20次成功的头部固定后，头部固定持续时间增加2秒。这样做是为了在每次头部固定中获得更多的行为试验。程序还调整了每种试验类型的概率，以纠正小鼠的偏差舔舐。感觉运动联系是指感觉输入(如看到杆的位置)与运动输出(如舔舐方向)之间的关联。
Fig2 小鼠感知刺激位置
向小鼠呈现一个杆，杆可以出现在左侧或右侧。杆消失后，有一个短暂的延迟时期，这段时间内没有明显的刺激，小鼠需要记住杆的位置。延迟时期结束后，小鼠需要通过向左舔或向右舔来报告杆的位置。向左舔：表示杆出现在左侧。向右舔：表示杆出现在右侧。
行为数据分析：
表现被计算为正确选择的分数，不包括过早舔舐试验和无舔舐试验。在35-40天训练后表现从未超过70%的小鼠被认为是未能学会任务，偶然表现是50%。比较光抑制下的表现与对照试验来量化光抑制的行为效应。
为了量化在特定任务环境中任务学习的速度，计算达到100次试验中75%以上正确率和50%以下早于舔舐的表现标准的试验次数。
记录小鼠在不同上下文中报告杆位置的正确率。
反应时间：记录小鼠从延迟时期结束到开始舔舐的时间。
错误类型：分析小鼠在不同上下文中犯的错误类型，如混淆左右方向或忘记杆的位置。