استهدف التدريب من الالفاظ بالموجات فوق الصوتية في الجرذان المسنين وباركنسونية

الهدف العام من هذا الإجراء هو تدريب الجرذان على زيادة عدد وتعقيد تصويتاتها فوق الصوتية، أو USVs. ويتم تحقيق ذلك من خلال تسجيل التصويتات الأساسية أولاً، ثم تليها خطوة التدريب على تصويتات مستهدفة عن طريق التعزيز الإيجابي.

بعد التدريب، يتم تسجيل الأصوات الصادرة. وتتمثل الخطوة النهائية من الإجراء في التحليل الصوتي ومقارنة الأصوات المرجعية بتلك التي صدرت بعد التدريب. وفي النهاية، يمكن الحصول على النتائج.

يُظهر ذلك أن التدريب يزيد من عدد وتعقيد الأصوات الصوتية فوق الصوتية من خلال زيادة المعلمات الصوتية مثل عرض النطاق الترددي، وتردد الذروة، والمدة. ويمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال اضطرابات التواصل، مثل كيفية قيام التمارين الصوتية بتعديل الآليات العصبية الكامنة. كما يمكن لهذه الطريقة أن توفر رؤى حول العجز الحسي الحركي القحفي المرتبط بمرض باركنسون والشيخوخة.

ويمكن تطبيق هذه الطريقة أيضاً على نماذج وأمراض وحالات أخرى تستخدم التصويتات الصوتية فوق الصوتية كمؤشر سلوكي. سيقوم إيميرالد دال وجيمي شاير، من أعضاء مختبري، بتوضيح التدريب على التصويت. لبدء المراقبة فوق الصوتية، قم بتشغيل برنامج Avis Soft Recorder، ثم اختر "permanent unlimited" للمشغل (trigger) للسماح ببدء وإيقاف التسجيلات يدوياً. بعد ذلك، حدد مكان حفظ الملفات الصوتية الملتقطة في الدليل الأساسي (base directory).

يجب أن يكون معدل أخذ العينات 200,000 hertz على الأقل لالتقاط أعلى تردد صوتي. بمجرد ضبط هذه المعايير، قم بإزالة الجزء العلوي من القفص المنزلي للذكر وضعه مباشرة أسفل الميكروفون. بعد ذلك، حدد أنثى جرذ مستعدة جنسياً في حالة الشبق من خلال ملاحظة وجود وضعية اللوردوز (lordosis) واهتزاز الأذنين والاندفاع السريع.

ضع الأنثى القابلة للتزاوج في القفص الرئيسي للجرذ الذكر الخاضع للتجربة. عندما يبدي الذكر اهتماماً بالأنثى من خلال الشم أو المطاردة أو محاولة التسلق، قم بإزالة الأنثى وتسجيل التغريدات الصوتية للذكر لمدة تتراوح من دقيقة إلى دقيقتين. راقب التغريدات الصوتية فوق الصوتية بصرياً عن طريق مراقبة المخطط الطيفي في الوقت الفعلي.

إذا لم يصدر الذكر أصواتاً، قم بإعادة أنثى الجرذ فوراً وبشكل وجيز إلى القفص الأصلي للذكر لتحفيزه على إصدار الأصوات. وللبدء، أحضر ذكراً واحداً من الجرذان إلى غرفة التدريب. يجب إبقاء جميع الذكور الآخرين في غرفة مجاورة حتى يحين موعد جلسة تدريبهم.

يجب تقييد وصول الجرذ إلى الماء مسبقاً لتسهيل استخدام الماء كمكافأة. وأثناء التدريب، قم بإعداد مسجل Avis soft كما هو موضح سابقاً. بعد ذلك، ضع القفص المنزلي أسفل الميكروفون.

بمجرد أن يتخذ الذكر وضعيته، قم بإدخال أنثى جرذ مستجيبة إلى القفص. قم بإخراج الأنثى بمجرد أن يبدي الذكر اهتماماً بها، وراقب ظهور النداءات الصوتية المستهدفة. في البداية، يتم مكافأة أي نداء معدل التردد بتردد 50 kilohertz.

قدم المكافأة من خلال النقر بالقلم وبالتزامن مع عرض زجاجة ماء أو طعام لفترة وجيزة. مع تقدم التدريب، يتم تعزيز سلاسل النداءات الأكثر تعقيداً فقط، مثل سلاسل مكونة من 5 أو 10 نداءات متتالية وسريعة. استمر في التدريب حتى يتم تقديم 30 تعزيزاً.

يستغرق تحليل التسجيلات الأساسية وتسجيلات ما بعد التدريب عادةً من خمس إلى 10 دقائق. أولاً، قم بإنشاء أرشيف لملف الصوت الأصلي وأجرِ التعديلات على نسخة عمل لإزالة ترددات الضوضاء التي تقل عن الأصوات فوق الصوتية. استخدم وضع الدفعة (batch mode) في برنامج AVI Soft SaaS Lab Pro لتطبيق مرشح تمرير عالي (high pass filter) على الملفات الصوتية عند 25 kilohertz.

لتحديد عتبة الضوضاء اللازمة لاستخدام ميزة الكشف التلقائي عن العناصر في SaaS Lab Pro، افتح ملفاً صوتياً وأنشئ مخطط طيف (spectrogram). اضبط طول تحويل فوريه السريع (FFT) على 512 مع حجم إطار بنسبة 75% وتداخل زمني بنسبة 93.75%. قم بتفعيل تحرير شكل الموجة بحيث يمكن إزالة الضوضاء الممسوحة من مخطط الطيف من شكل الموجة أيضاً. قم بإعداد قياسات المعلمات التلقائية كما هو موضح هنا.

المعلمات الثلاث المراد قياسها هي مدة العنصر، وتردد الذروة، وسعة الذروة. في موقع القياسات، قم بتفعيل الحد الأقصى للسعة والمعلمة الدنيا والقصوى للعنصر بأكمله. تحت فصل العناصر، اختر العتبة المنفردة التلقائية وإظهار العتبة.

ابحث عن منطقة في المخطط الطيفي تخلو من النداءات أو الضوضاء؛ حيث تمثل هذه المنطقة ضوضاء الخلفية. اضبط العتبة لتكون أعلى بقليل من مستوى ضوضاء الخلفية.

من خلال ضبط الخط الأسود في نافذة طيف القدرة الموجودة فوق المخطط الطيفي، يمكن تحديد مستوى الديسبل للعتبة التي تم تعيينها في الخطوة السابقة. قم بتعيين قيمة "الرفض عندما تكون السعة أقل من" لتكون أقل بديسبل واحد من العتبة. يجب الآن استخدام هاتين القيمتين لجميع الملفات الصوتية التي يتم تحليلها.

بافتراض أن جميع إعدادات التسجيل كانت متماثلة، ولتحديد الأصوات، قم بإنشاء مخطط طيفي (spectrogram) باستخدام العتبة التلقائية التي تم تعيينها مسبقاً ونفس الإعداد الموضح سابقاً. قم بمسح أي ضوضاء يدوياً إذا استوفت المعايير التالية: أولاً، الضوضاء التي تم تحديدها خطأً على أنها صوت؛ ثانياً، الضوضاء التي تؤثر على تمييز بداية و/أو نهاية الصوت؛ ثالثاً، الضوضاء التي تم تحديدها خطأً على أنها التردد الأعلى أو الأدنى في الصوت، والتي تشير إليها الخطوط الحمراء العلوية والسفلية على التوالي.

في بعض الحالات، لا يمكن فصل التصويت الصوتي عن الضوضاء المحيطة، مثل صوت الفرش أثناء الحركة. لا يمكن تحليل هذا النداء بدقة، ويجب مسحه بمجرد تحديد جميع التصويتات الصوتية ومسح الأجزاء المحذوفة من المخطط الطيفي من الملف الصوتي نهائياً. ومن خلال اختيار "إزالة"، يتم مسح أقسام المخطط الطيفي من شكل الموجة من القائمة المنسدلة للأدوات لإنشاء تسميات دائمة في الملف الصوتي.

افتح نافذة إعداد قياس المعلمات التلقائي وانقر على زر التحرير في قسم فصل العناصر بصرياً وسمعياً. راجع كل تصويت صوتي مُصنف لتحديد فئته، ثم خصص الملصق المناسب باستخدام وحدات النص المحددة مسبقاً. الفئات التي نستخدمها في تحليلنا هي التردد البسيط، والمعدل، والتوافقي.

أغلق المخطط الطيفي، واحفظ الملف الصوتي، ثم انتقل إلى الملف الصوتي التالي المراد تحليله. بعد تحديد الأصوات في جميع الملفات الصوتية، استخدم أداة المعالجة الدفعية لقياس المعلمات الصوتية لجميع الملفات تلقائيًا. في مربع حوار المعالجة الدفعية، اختر قياسات المعلمات التلقائية من القائمة المنسدلة.

حدد مربع الاختيار "معالجة كافة الملفات في المجلد المحدد". ثم انقر فوق زر المجلد وحدد المجلد الذي تم حفظ الملفات الصوتية فيه. انقر فوق "بدء"، وسيتم تحليل كل ملف تلقائيًا وفقًا للإعدادات المستخدمة مؤخرًا.

في مربع حوار إعداد قياس المعلمات التلقائي، سيتم حفظ القياسات في ملف نصي يمكن تحديده باستخدام أمر إعداد ملف السجل (log file) الخاص بمعلمات DDE. يمكن بعد ذلك استيراد هذا الملف النصي إلى برنامج للتحليل الإحصائي. وتوضح هذه الرسوم البيانية أن كلاً من عدد الأصوات الصادرة لكل جلسة ومعدل الأصوات الصادرة في الدقيقة يزدادان خلال فترة تدريب مدتها ستة أسابيع.

تظهر هنا، من اليسار إلى اليمين، أصوات تمثيلية لكل فئة من الفئات الثلاث للأصوات ذات التردد 50 kilohertz التي نستخدمها. وهي التردد البسيط، والمعدلة، والتوافقية. في هذا المثال، تظهر الأصوات المعدلة التردد لنفس الجرذ قبل تحفيز مرض باركنسون، وبعد تحفيز مرض باركنسون، وبعد التدريب على التصويت.

مقارنةً بالتصويت الأساسي في اللوحة A، يُظهر التصويت في حالة داء باركنسون في اللوحة B انخفاضاً في عرض النطاق الترددي والمدة والشدة. ويوضح التصويت بعد التدريب الموضح في اللوحة C كيف تعود المدة والشدة وعرض النطاق الترددي وتعديل التردد إلى مستويات الأساس بعد التدريب الصوتي. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تدريب وتسجيل وتحليل التصويتات فوق الصوتية للجرذان.