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1938年心理学家斯金纳(B.F.Skinner)在经典条件反射基础上提出了操作条件反 射，又称工具性条件反射。在操作条件反射的早期研究中常用的为斯金纳箱 (skinner box) 。 操作条件反射被认为是较为高级的一种反射活动。实验动物多选择猴(猕猴、恒河猴),大、小鼠，狗，猫，家兔等。

操作条件反射根据条件刺激的不同，可分为奖赏性操作条件反射 (rewarding operative conditional reflex)和防御性操作条件反射。奖赏性操作条件反射以能引起奖赏 效应的物质(食物、糖水和成瘾性)作为条件刺激信号，结合非条件刺激信号(灯光 或声音),动物通过随机发现、主动探索、获得经验，巩固记忆并再现，最终使动物形 成条件反射。奖赏效应产生的行为学评价技术对动物的行为和心理伤害刺激小，对相 关递质分泌和神经信号传导不产生干扰。操作式防御性条件反射则是通过训练，使动 物能够结合非条件刺激信号(灯光或声音),习得通过操作行为预防或终止伤害性刺激 (如电刺激)。通过设计条件反射训练、固定比率操作训练、信号辨识和信号消退等组合实验方案，能更精准的研究动物对复杂操作方式与辨识信号的学习记忆能力。

实验装置

操作条件反射系统，采用二级测控模式，下位机主要由测试箱、摄像头、操作装置、奖赏装置、信号刺激装置和电路组成,上位机由计算机、打印机等组成。由计算机运行的主控程序发生指令，自动控制下位机 实验进行，并接受下位机数据，进行统计处理。

1. 测试箱

奖赏操作实验箱形状一般为立方体 构造，不同文献中所用测试箱在材料、 尺寸、构造和颜色等方面存在差异。箱 体内部尺寸(长×宽×高)一般为：猴 90cm×75cm×90cm; 大鼠30cm×30cm× 55cm; 小鼠20cm×20cm×25cm, 长度和宽度增减幅度±15%。

2. 操作装置

主要采用的是操作踏板和拉杆， 一般由步进电机带动操作装置前进或后退。

3. 奖赏装置

根据奖赏物质的不同，奖赏装置主要分为固体奖赏装置、液体奖赏装置和自身给药注射泵。

(1)固体奖赏装置 固体奖赏物多采用药片形状或颗粒固体奖励物。由步进电机驱动转轮，每转动一圈则给予一片或一粒奖赏物。固体奖赏物如颗粒饲料、巧克力丸等。

(2)液体奖赏装置 通过蠕动泵提供液体奖赏物，每蠕动一次则给予一滴液体奖赏物，可单次或连续多次泵出液体奖赏物。液体奖赏物如蔗糖水、酒精等。

(3)自身给药注射泵 自身给药实验多用于成瘾性研究。动物静脉插管后放在特制饲养笼 中，插管通过静脉保护管连到注射泵。动物通过操作行为(如踏板),启动注射泵给药。奖赏物如成瘾性药物吗啡、海洛因、可卡因等。

4. 信号刺激装置

(1)灯光刺激 不同颜色信号灯，如白炽灯、红灯、蓝灯、黄灯等。信号灯刺激时间10～15s。

(2)声音刺激 声音刺激类型包括蜂鸣声、纯音、白噪声等。声音频率范围较广1～31kHz均有报道。噪声集中在75～90dB。声音刺激时长1～15s。

5. 电刺激装置

大、小鼠实验箱底安装不锈钢或铜电网，通电电击动物脚掌；猴类将皮肤剃毛，安装电极 施加电刺激。电流0.5～3.0mA, 电压10～70V, 电刺激时长5～8s。动物在规定的条件下进行操作(如踩踏板或拉杠杆),可终止电刺激惩罚。

操作步骤

在奖赏操作条件反射过程中，动物通过自由活动，在探索中偶然发现了奖赏物质，在训练 过程中学习记忆刺激信号与奖赏物之间的联系；同样，动物通过对踏板的偶然触碰，发现了踏 板操作能获得奖励物质。最后，动物能够根据刺激信号的规律进行操作，以获得奖赏强化，形 成刺激信号(stimuli)— 操作行为反应 (response)— 结 果(outcome) 之间的操作条件反射。操作式防御性条件反射的建立类似于上述过程，区别在于动物的操作目的是躲避伤害性刺激，而不是为了获得奖赏物质。

1. 奖赏操作条件反射

(1)训练前准备：限制饮食饮水 开始奖赏操作训练之前，限制动物食物供应。采用固体 物质作为奖赏物质时，通过控制动物的食物供应[5～7g食物/(100g体重·天)],每天监测体重变化(约10天),缓慢地降低动物的体重，使之达到正常饲养体重的80%～90%。而当采用液体物质作为奖赏物质时，除通过限食外，还需要饮水限制。此外，也有研究采用实验前 24～48h进行限制饮水。通过限制饮食饮水使动物产生饥渴感，以保持奖赏物质对其驱动力，整个奖赏操作训练阶段要维持饮食饮水限制。

(2)适应训练 在进行奖赏实验之前，使动物在实验箱内进行适应训练，减少应激反应。 引入奖赏物质，将动物放进测试箱内适应环境1～3天。适应期间记录动物的探头次数以及运动方面的指标，将探头次数偏离较远的动物剔除掉。

(3)条件反射建立 奖励性条件反射训练3～10天。在每个训练周期中，首先提供非条件 性刺激(灯光或声音),然后给予奖赏物质进行强化；随即进入间隔期，间隔期间无非条件刺激和奖赏物质。非条件剌激时间5～15s, 奖赏1次，间隔期30s~4min, 实验时长20min~4h,训练周期3～7天。

(4)固定比率操作条件反射 动物操作一定次数后给予奖赏物质强化，称为固定比率操作条件反射。

①单次操作条件反射：连续强化方式即为单次操作条件反射训练。每个操作训练周期中， 动物进行操作(踏板或拉杆),引发非条件刺激，随即给予奖赏物质进行强化。操作次数FR=1,非条件刺激时间5～15s, 奖赏1次，实验时长20min~4h或连续操作10～50次，训练周期3～5天。

②连续多次操作条件反射：连续多次操作条件反射训练是在动物习得单次操作基础上进 行的较为复杂的一种学习训练。每个操作训练周期中，动物应在规定时间内(2~6s), 连续 进行2次、3次、4次……N 次操作(踏板或拉杆),才能够引发非条件刺激，给予一次奖赏物质进行强化。如果在规定时间内，达不到操作次数要求，则需要从零计次。操作次数FR=2,3,4……N, 非条件刺激时间5～15s, 奖赏1次，实验时长30min~4h或连续操作10～50次，训练周期3～5天。

( 5)固定间隔操作条件反射 在一次奖赏强化后，需间隔一定时间才对操作行为进行强 化，期间即使动物有操作行为也不给予奖赏物，称为固定间隔操作条件反射。每个操作训练周 期中，动物进行操作(踏板或拉杆),引发非条件刺激，随即给予奖赏物质进行强化。然后进 入间隔期，在此期间操作条件反射不给予强化。在固定间隔操作条件反射中，在强化后最初一 段时间内没有条件反应，即明显的初休止期，然后逐渐增加操作频率直至第二次强化。操作次数FR=1, 非条件刺激时间5～15s, 奖赏1次，实验时长20min～4h或连续操作10～50次，训练周期3～7天。

(6)累进比率操作条件反射 累进比率操作条件反射要求动物在每次奖赏强化后，必须逐 渐增加操作次数，才能再次强化。通常按一定公式计算逐渐增加的操作次数，以2N作为递增系数。每个操作训练周期中，动物应在规定时间内，连续进行1次，2次，4次，8次……2N 次操作(踏板或拉杆),才能够引发非条件刺激，再次给予奖赏物质进行强化。操作次数FR=1,2,4,8……2N, 非条件刺激时间根据操作次数决定，奖赏1次，实验时长30min~4h 或连续操作10～50次，训练周期3～7天。

(7)视觉辨识条件反射

①位置信号识别条件反射：位置信号识别条件反射是测试动物对单一刺激信号的不同方 位进行判断并做出正确反应。首先选择刺激信号(如灯光或声音),并指定某一方位为正确位 置(如左侧)。每个操作训练周期中，刺激信号在正确方位和错误方位交替进行。当刺激信 号出现在正确位置时，动物进行操作任务，则为正确操作，即可获得一次奖赏强化；当刺激信号出现在错误位置时，动物不论做出何种反应为错误反应，均无奖赏物。操作次数FR=1,非条件刺激时间5～15s, 奖赏1次，实验时长30min~4h 或连续操作30～50次，训练周期3～5天。

②视觉信号识别条件反射：视觉信号识别条件反射是测试动物对不同颜色信号刺激进行判 断并做出正确反应。首先选择正确颜色信号灯，如蓝灯为正确信号灯，红灯为错误信号灯。每 个操作训练周期中，两种信号灯交替闪亮，当正确信号灯亮时，动物进行操作任务，则为正确 操作，即可获得一次奖赏强化；当错误信号灯亮时，动物不论做出何种反应为错误反应，均无 奖赏物。操作次数FR=1, 非条件刺激时间5～15s, 奖赏1次，实验时长30min~4h 或连续操作30～50次，训练周期3～5天。

(8)消退实验 在非条件性刺激出现，并没有给予奖赏强化，那么两种刺激之间的联系就 会逐渐消失，这种现象称为消退。其实验过程与一般奖赏性操作条件反射相同，但没有奖赏物给出。

2. 自身给药条件反射

自身给药条件反射属于操作式条件反射，药物的强化效应可使动物主动操作，操作行为反 映了动物的求药欲望和觅药行为。自动给药条件反射训练中，首先引导动物在刺激信号(如灯 光或声音)发生时进行操作，随即获得药物注射(如吗啡)。每个操作训练周期中，当刺激信号出现时，动物进行操作(踏板或拉杆),随即给予一次药物注射进行强化。操作次数FR=1非条件刺激时间5～15s, 奖赏1次，实验时长30min~4h 或连续操作10～30次，训练周期3～7 天。经过一段时间训练后，操作次数与药物注入量(日摄入总量，total daily dose,TDD)趋于稳定。

ZH-KSYY-JS大鼠静脉自身给药系统

一、概述：

大鼠静脉自身给药实验系统又称操作条件反射装置，该系统是由注射系统，笼箱，静脉给药系统，软件系统组成。主要对成瘾性药物研究，对于药物精神依赖性是导致药物滥用的现象时有报道。药物的精神依赖性是导致药物滥用的主要因素，国际上一般用自身给药实验法来评价药物的精神依赖性潜力。该装置是我公司根据国外相关文献及客户要求而设计的，希望能给相关的科学工作者带来便利。

实验系统是全新一代基于网络系统设计的，其优势是斯金纳箱无需通过信号线连接，对多通道同时工作时无需布线只需插入电源即可，使实验室整体更为简洁，设备自带物联网芯片模块可实现自动组网，让用户随时随地可查看设备工作状态。软件设置在云端，免维护，免除电脑升级带来的软件更新的困扰，系统支持台式电脑，笔记本，平板，手机等设备操作。还能够满足信息化、网络化的发展要求，实现无纸化的实验报告过程。

二、产品特点：

1、多通道：实验笼数量不受限制，可实现多通道同时实验

2、随时随地查看设备状态和数据：设备可长时间工作，用户无需长期看守，可在办公室实验数据提取，动物任务分配等工作。

3、设备软件免维护：由于软件设置在云计算机，用户无需烦恼电脑升级以及故障带来的烦恼。

4、设备硬件免连线：设备采用可自动组网连接，免除用户连接线路的烦恼，开机即用。

5、实验看板：可监视动物操作状态，有效触发和无效触发，以及投食次数，实验进度等

6、动物管理：可任意添加动物编号及组别

7、项目管理：可任意添加实验项目，实验时可选择实验归属。

8、实验数据：可查询所有动物数据或个别动物数据，也可以查询项目组别的全部数据

9、软件提供动物操作脉冲频率图，方便查看动物操作频率图谱

10、实验数据可导出到计算机，excel格式

正华生物ZH-KSYY-JS 大小鼠静脉自身给药系统，

【Ο561联6Ο62系3Ο7我】

三、技术参数：

1、大鼠实验笼动物活动区规格：310x265x300mm，小鼠：200X200x280mm

2、大鼠实验笼整体尺寸：510X290X400mm，小鼠：430x270x400mm

3、动物触发方式：触鼻（可选踏板）

4、笼灯数量：2颗，提示灯：6颗

5、实验箱带有无效、不应期、执行提示灯。

6、软件最大支持通道数：255通道

7、设备与软件连接方式：网络无线连接

8、设备与设备对接方式：网络无线连接

9、底部电栅直径：4mm,间距10mm

10、弹簧导管支架材质：304不锈钢

11、液体滑环材质：尼龙

12、微量注射泵：内置一体式

13、微量注射泵显示：LCD，支持快进，快推。

14、输液注射动泵可夹持注射器：1ml～150m，（直径小于42mm的注射器）

15、注射泵速度范围：不同速度单位：毫米每秒（0.01mm/s~0.21mm/s），6毫米每分钟（0.01mm/m~12.5mm/m），毫米每小时（0.1mm/h~75mm/h）

16、给药设置：软件根据动物体重参数自动换算。也可手动设置10ms~1000S；部分参数由于程序升级而不同。

17、条件信号，白灯，红灯，绿灯，黄灯

18、触鼻孔位：2个

19、每个通道有独立的脉冲信号记录线，动物操作过程一目了然。

3. 操作式防御性条件反射

每个操作训练周期中，首先出现刺激信号(如灯光或声音),随即给予动物足部电击刺 激。动物应在刺激信号期间进行操作，踩踏板或拉杠杆，则能够断开电路以避免或终止电击。 操作次数FR=1, 非条件刺激时间5～15s, 电刺激时间5～8s, 操作训练10～30次，训练周期1～7天。

评价指标

(1)正确操作次数 在正确刺激信号时，动物操作的次数。

(2)错误操作次数 在错误刺激信号时，动物的操作次数。

(3)操作潜伏期 实验开始到第一次有效操作的时间。

(4)鼻触总次数 动物头部进入奖赏区城内探索次数。

(5)正确鼻触次数 在记录时间内发生的正确鼻触的次数。

(6)有效鼻触次数 在系统给予奖赏后，动物发生的正确鼻触次数。

(7)鼻触正确率 有效鼻触次数/鼻触总次数。

(8)鼻触潜伏期 实验开始后到动物完成第一次有效鼻触的时间。

(9)奖赏获得次数 动物在操作任务中获得奖赏物质次数。

(10)条件反应率 动物建立条件反射的比率。

(11)实验总时间 动物完成连续多次操作任务所需时间。

注意事项

(1)实验期间保持环境安静，减少对动物的干扰。

(2)实验过程中，及时观察刺激信号、奖赏或给药装置、操作装置是否正常工作。

(3)采用声音作为刺激信号时，要注意隔音，避免相互干扰。

(4)随时注意清洁测试箱内动物的粪便和尿液。

讨论和小结

奖赏操作条件反射属于脑的高级神经活动。在操作条件反射基本实验方法基础上，通过变 换信号刺激、操作方式、强化条件的组合，可以产生不同难易程度、不同类型的认知功能检测方法，用于评价兴趣、注意力、学习记忆、决策能力、执行能力等，因此其在脑功能研究中发挥重要作用。相关参数总结如下：

(1)根据实验目的和实验动物的不同，操作条件反射装置尺寸和构造差异较大，实验步骤也不同。奖赏操作条件反射配备刺激信号装置、操作装置、奖赏装置(固体或液体);自身给药条件反射配备刺激信号装置、操作装置、自身给药注射泵；操作式防御性条件反射配备刺激信号装置、操作装置、惩罚装置(一般为电刺激)。

( 2)条件反射建立的标准为，当给予非条件刺激后(如声音或灯光),动物进行操作行为以获得物质奖励或躲避电刺激惩罚，即建立条件反射。条件反射建立的标准为条件反射率达到60%～90%。

(3)操作条件反射的常用评价指标和意义如下：踏板次数反映操作学习能力，鼻触次数反 映探索兴趣性，奖赏或给药次数反应条件反射建立情况，辨别指数反映学习记忆能力，运动路 程反映自主活动能力等。实验结果一般采用组间比较，如其中行为学指标统计学上有显著性差 异 (P<0.05), 且增减幅度大于15%,其余指标发生同向性改变，则视为操作条件反射的学习记忆行为有改变。

(4)目前国内主要利用此方法开展药物成瘾性研究。近年来设计多重复杂操作任务，开展航天等特因环境下学习记忆能力的评价及脑功能增加措施也开始受到国内科学家的重视。