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本文介绍了开源认知神经科学工具包 CalliCog，它专为自由活动的小型非人灵长类（NHPs）设计，能在笼内进行自动化认知实验，还可整合神经记录。该工具包为研究灵长类认知提供了新途径，有助于缩小临床前模型与人类认知研究的差距。
研究背景
非人灵长类（NHPs）在研究人类认知方面具有重要价值，其神经生物学、生理和遗传与人类相似。然而，传统的 NHPs 认知研究受限较多。一方面，研究多集中在少数配备先进设施的专业实验室，需要专业知识和大量资源，且样本量小、成本高。另一方面，传统认知行为测试方法存在缺陷。以往研究常将动物从家笼转移到测试环境，这种方式会给动物带来压力，影响数据有效性，还需要长时间的习惯化训练。而且传统方法多针对大型 NHPs，如猕猴，小型 NHPs 如普通狨猴（Callithrix jacchus）对约束更敏感，分离其社会住房进行测试会对其造成更大伤害。
近年来，家笼测试在 NHPs 研究中逐渐受到关注。这种测试方式能减少外部压力源，降低习惯化时间，还可实现自动化，提高实验通量。但目前家笼测试系统存在诸多问题，如不同系统接口和测试电池不同，难以比较结果；部分设备专利性强、价格昂贵，协议不灵活，缺乏可及性。为解决这些问题，研究团队开发了开源平台 CalliCog（Callithrix jacchus认知平台）。
CalliCog 系统介绍
CalliCog 采用模块化设计，主要由两部分组成：一是连接到家笼进行实验的操作室，二是用于监控和控制实验的计算机（执行 PC）。操作室由内部的微型计算机（代理 PC）控制，与执行 PC 通过有线网络实时通信。执行 PC 可向代理 PC 发送任务指令，并根据动物行为表现反馈调整指令，实现对多个操作室的监控和控制，支持高通量测试。
操作室设计注重成本效益和易用性，主要使用低成本、易获取的材料。其内部有多个防水隔间，包括测试室、用于放置代理 PC 和电子元件的上隔间、放置触摸屏的后隔间以及放置遥测接收器的下隔间。测试室内配备摄像头用于视频监控，还有触摸屏、奖励喷嘴和可调节高度的训练杆等装置。电子元件通过铜带屏蔽，减少电磁干扰。
CalliCog 软件基于自定义脚本和第三方开源 Python 包开发，核心部分使用 PsychoPy 工具包。软件功能分布在代理 PC 和执行 PC 上，用户可通过执行 PC 的网络应用设计实验协议。协议设计灵活，无需编程知识，用户可定义实验任务和动物进展标准，系统会根据动物行为表现自动推进实验。
实验验证
研究团队使用 CalliCog 对 8 只成年普通狨猴进行实验，这些狨猴来自两个不同的饲养设施，且均未参与过行为实验。
在触摸屏训练实验中，狨猴需完成 7 个阶段的训练任务，通过逐渐减少刺激大小、改变刺激位置等方式，让狨猴学会与视觉刺激互动以获取液体奖励。结果显示，所有狨猴平均在 44.1 次会话（标准差为 14.7）和 14 天（标准差为 8.0）内完成训练，不同设施的狨猴训练时间无显著差异。
在新颖辨别和反转学习实验中，狨猴先进行辨别训练，学会区分正确和错误刺激，然后进行新颖辨别测试和反转学习阶段。实验发现，刺激对 9 可能是影响动物表现的异常值，被排除在后续分析之外。在反转学习过程中，研究团队分析了动物的学习曲线、错误次数以及采用的策略等，发现动物在学习阶段使用正反馈和负反馈的能力相似。
在延迟匹配样本任务（DMTS）实验中，部分完成反转学习的狨猴参与训练和测试。实验通过设置不同的延迟时间，评估狨猴的工作记忆。结果显示，测试的狨猴平均零延迟表现为 83.69%（标准差 = 12.05%），平均性能半衰期为 5.73 秒（标准差 = 3.25 秒），不同狨猴的性能半衰期存在差异。
研究团队还将现成的体内神经记录系统与 CalliCog 集成，对部分完成 DMTS 测试的狨猴进行手术植入无线电遥测设备，记录其在执行任务时的 ECoG 数据。通过同步行为时间戳和神经数据，分析发现 ECoG 活动与任务事件相关，不同频率带的功率在任务的不同阶段存在显著变化，但与以往使用局部场电位（LFP）研究工作记忆的结果存在差异。
研究优势与局限
与其他认知实验系统相比，CalliCog 具有显著优势。它专为小型 NHPs 设计，考虑了小型 NHPs 的特点，如采用电容式触摸屏、设置训练杆、控制刺激颜色等。其自动化程度高，能根据动物单试次反应调整实验，且具有较高的可及性，提供了完整的蓝图，方便用户复制搭建系统。
然而，该研究也存在一定局限性。实验动物数量相对较少，可能无法充分考虑个体差异因素。无线神经记录方法易受电磁干扰，影响信号接收。网络时间协议（NTP）的精度可能因用户配置而异，不适用于某些需要高精度时间同步的技术。
研究意义与展望
CalliCog 为小型 NHPs 的认知行为实验提供了新方法，能在自然环境下对动物进行训练和测试，记录神经活动。通过使用 CalliCog，行为学上未经训练的普通狨猴能熟练完成认知任务，且实验结果可靠。这一工具包的开源特性，有望推动更多关于灵长类认知的研究，促进对灵长类特定神经回路和行为的理解，为人类健康和疾病相关研究提供有价值的参考，缩小临床前模型与人类认知研究之间的差距，助力揭示人类认知的奥秘。未来，随着技术的不断改进和研究的深入，CalliCog 有望在认知神经科学领域发挥更大的作用，为相关研究提供更有力的支持。
