تسجيل إمكانات العمل احدة الخلايا العصبية 'من التنقل بحرية في جميع أنحاء الحمام ثلاث مراحل التعلم

الهدف العام من التجربة التالية هو توصيف أنماط الاستجابة للعصبونات المنفردة، بينما يقوم خاضع التجربة بمهمة تمييز بصري تتضمن اكتساب الاستجابات الشرطية، وإطفاءها، ثم إعادة اكتسابها. أولاً، يتم تدريب خاضع تجربة متمرس على إصدار واحدة من استجابتين محتملتين للاختيار عقب عرض أحد محفزين بصريين مختلفين.

بعد أن يؤدي الحيوان استجابة تمييزية موثوقة تجاه أحد المحفزين بشكل عشوائي، يتم إيقاف التعزيز. وبمجرد تدهور الاستجابة الشرطية لذلك المحفز، يتم تعزيز الاستجابات مرة أخرى بشكل مستمر، مما يؤدي إلى استعادة سريعة للاستجابة. وتظهر النتائج أن أنماط استجابة العصبونات الفردية تتغير تدريجياً أثناء انخراط الحيوان في مهمة التعلم.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية في تنفيذ مراحل التعلم المختلفة في جلسة واحدة خلال بضع ساعات. وهذا يسمح بتتبع جهود الفعل للخلايا العصبية الفردية على مدار عملية التعلم. ويمكن لهذه الطريقة أن توفر رؤى حول الآليات الكامنة وراء السلوك الإجرائي التكيفي على مستوى الخلية الواحدة.

لبدء عملية التشكيل التلقائي، ضع حمامة في غرفة اختبار تم إعدادها كما هو موضح في البروتوكول النصي المصاحب. بعد ذلك، قدم محفزاً بصرياً للتهيئة لمدة خمس ثوانٍ على المفتاح المركزي. وفور انتهاء محفز التهيئة أو بعد نقرة واحدة على مفتاح الاستجابة، أيهما يحدث أولاً، قم بإطفاء إضاءة المفتاح وقدم مكافأة الطعام عن طريق تفعيل ملقم الطعام لمدة ثانيتين.

اجعل الفاصل الزمني بين التجارب أطول من فترة تقديم المحفز، وذلك لإتاحة الوقت لتسهيل عملية التعلم. سيتم إعادة استخدام محفز التهيئة كـتأكيد للتهيئة ومفتاح للاختيار في المهمة النهائية.

بمجرد أن يستجيب الحيوان في 85% على الأقل من التجارب، قم بتقليل الفاصل الزمني بين التجارب تدريجياً وصولاً إلى 10 seconds، وتقليل وقت العرض إلى ثانيتين. قم بزيادة عدد الاستجابات المطلوبة للتعزيز إلى ثلاث استجابات. زد إجمالي عدد التجارب يومياً بحيث يتم تدريب الحيوان لمدة ساعة واحدة تقريباً.

كرر خطوات التدريب هذه لمفتاحي الاستجابة الأيمن والأيسر حتى يتم الحصول على استجابة موثوقة لمحفز التهيئة لجميع المفاتيح. قم بالتبديل بين تجارب المفتاح الأيسر والأيمن والوسطى بشكل عشوائي؛ ابدأ بتقديم محفز التهيئة في المركز أولاً، وعند الحصول على استجابة، قدم محفز التهيئة عند أي من مفتاحي الجانبين. لا تقم بتعزيز الاستجابة للمفتاح الأوسط.

قم بتغيير الجانب الذي يتم تعزيز مفاتيحه بشكل عشوائي من تجربة إلى أخرى. إذا لم تكن هناك استجابة للمفتاح المركزي بعد خمس ثوانٍ، فأنهِ التجربة. تستغرق مرحلة التدريب هذه حوالي ثلاثة أيام بعد بدء عملية STI.

قم بتقديم محفزين جديدين، واللذين سيعملان لاحقاً كمحفزات مألوفة في المهمة النهائية، ثم كرر خطوات التشكيل التلقائي (autos shaping) باستخدام هذه المحفزات للحصول على استجابة للمحفزات المألوفة. عادةً ما يؤدي التدريب على المحفزات الجديدة إلى ظهور استجابات صحيحة في غضون أربعة أيام. قم بإضاءة مفتاح الاختيار الصحيح فقط للمحفز المألوف المحدد.

يجب أن تستغرق هذه المرحلة من التدريب حوالي أسبوع واحد بمجرد أن يؤدي الخاضع للتجربة بشكل موثوق مع استجابة صحيحة لمفتاح الجانب بنسبة 85% على الأقل. ابدأ بإدخال تجارب الاختيار الحر حيث يتم إضاءة كلا مفتاحي الجانب خلال مرحلة الاختيار. يتم تعزيز الاستجابة للجانب الصحيح بتقديم الغذاء لمدة ثانيتين.

تتبع الاستجابات غير الصحيحة إطفاء أضواء الغرفة لمدة ثانيتين. وفي حال عدم تقديم أي استجابة خلال ثلاث ثوانٍ، يتم ضبط البرنامج لإنهاء التجربة وإعادة تشغيل الفترة الفاصلة بين التجارب. يجب أن تستغرق هذه المرحلة من التدريب حوالي أسبوعين.

قم بزيادة نسبة تجارب الاختيار الحر تدريجياً من 20% إلى 100% على مدار فترة التدريب. إذا حقق الخاضع للتجربة نسبة دقة تزيد عن 90% في تجارب الاختيار الحر، فقم بخفض احتمالية المكافأة للاستجابات الصحيحة إلى 0.5 مع زيادة عدد التجارب لكل جلسة إلى 1000. لا تقم بتغيير المعايير يومياً، بل اخترها بمرونة.

يعتمد ذلك على مستوى أداء الخاضع للتجربة. تستمر مرحلة التدريب هذه لمدة أربعة أسابيع تقريباً. تتسم الحمام بطبيعتها بالخوف من الأشياء الجديدة (neophobic)، لذا ستكون مترددة في نقر المثيرات غير المألوفة.

وبناءً على ذلك، كرر عملية التشكيل التلقائي (auto shaping) لمجموعة واسعة من المحفزات البصرية المتنوعة. وبمجرد اكتمال التدريب، يمكن إجراء مهمة اختيار القوة ذات الفاصل الزمني الواحد النهائية باستخدام محفزات جديدة تحت ظروف تعزيز مختلفة. وخلال مرحلة الإحماء، اترك الخاضع للتجربة يؤدي 50 محاولة باستخدام المحفزات المألوفة.

قم بتعيين احتمالية المكافأة لهذه المثيرات لتكون أقل من واحد خلال جميع المراحل لمنع فقدان الدافع للاستجابة أثناء مرحلة الاكتساب. قم بالتبديل عشوائياً بين التجارب التي يتم فيها عرض المثيرات المألوفة والجديدة، مع تعيين مفاتيح استجابة مختلفة كإجابات صحيحة للمثيرين الجديدين، وقم بتعزيز كل استجابة صحيحة. احسب النسبة المئوية للاستجابات الصحيحة كمتوسط متحرك لآخر 120 تجربة.

تكتمل عملية الاكتساب بمجرد أن يتجاوز الأداء لكل محفز جديد 85% بعد تنفيذ 150 تجربة على الأقل خلال مرحلة الانطفاء. توقف عن تعزيز الاستجابات الصحيحة ومعاقبة الاستجابات الخاطئة لمحفز جديد يتم اختياره عشوائياً. ابدأ مرحلة الاسترداد عند حدوث استجابة صحيحة.

عندما تنخفض الاستجابة لمحفز الانطفاء إلى ما دون 60% ويكون الحيوان قد أكمل ما لا يقل عن 150 محاولة إجمالاً في هذه المرحلة. وخلال مرحلة إعادة الاكتساب، يتم تعزيز الاستجابات الصحيحة ومعاقبة الاستجابات الخاطئة لمحفز الانطفاء كما كان متبعاً خلال مرحلة الاكتساب. تُنهى الجلسة عندما يتجاوز الأداء لهذا المحفز 85% ويكون الحيوان قد أجرى ما لا يقل عن 150 محاولة في هذه المرحلة.

قم بزرع الأقطاب الكهربائية. بمجرد أن تنهي الحيوانات عملية الاكتساب والإخماد وإعادة الاكتساب بالكامل لعدة مرات، استخدم زوجاً جديداً من المثيرات المستحدثة لكل جلسة، وقم بتحريك الأقطاب الكهربائية بمقدار 125 micrometers على الأقل أو نصف دورة من برغي الدفع قبل البدء. في حال عدم ملاحظة جهود فعل ذات نسبة إشارة إلى ضوضاء كافية، قم بإيقاف الجلسة ووضع الحيوان في القفص الرئيسي قبل المحاولة مرة أخرى في اليوم التالي.

باستخدام برنامج التحليل غير المتصل (offline)، قم بتطبيق مرشح تمرير النطاق (Band pass filter) على جميع القنوات من 500 إلى 5,000 هرتز مع انحدارات حادة (steep roll offs)، ثم استخرج المسامير (spikes) باستخدام عتبات السعة وقم بفرزها يدويًا باستخدام تحليل المكونات الرئيسية (principle component analysis). يتوفر كود MATLAB مكتوب خصيصًا لفرز النتائج في مركز تبادل ملفات MATLAB (MATLAB central file exchange). يجب أن تظهر الوحدة المنفردة المعزولة جيدًا على شكل عنقود منفصل بوضوح.

في فضاء المكونات الرئيسية، لا تظهر أي علامات على وجود وحدات متعددة عند تراكب جميع الأطوال الموجية المسجلة ورسمها كخريطة حرارية. تكون سعات شكل الموجة للقمم موزعة بشكل متماثل مع استقرار التسجيل طوال الجلسة، كما يتضح من ثبات سعة القمة، وعدم وجود أو ندرة أحداث الارتفاعات المفاجئة (spikes) التي تحدث خلال فترة الجموح التي تلي الارتفاع المفاجئ السابق، وبنسبة إشارة إلى ضجيج لا تقل عن اثنين.

افحص القنوات الخام دون اتصال بالإنترنت للبحث عن الشوائب المتعلقة بالحركة، واستبعد أي قنوات إذا لزم الأمر. اختبر احتمالية حدوث شوائب كهربائية أثناء نقر المفاتيح، وذلك عن طريق فحص المدرج التكراري الزمني لأعداد النبضات بالنسبة لكل نقرة مفتاح مسجلة.

ستظهر المصنوعات الناتجة عن النقر على شكل ذروة في المدرج التكراري ضمن 50 milliseconds من الوقت، مع استخدام الصفر كرسم تخطيطي إضافي للتحقق. يتم تسجيل أشكال موجات جميع أحداث الارتفاعات (spikes) التي تم رصدها ضمن 20 milliseconds من نقرة رئيسية بشكل منفصل ومقارنتها بأشكال موجات الارتفاعات التي تم اكتشافها خارج هذه النافذة الزمنية. تُظهر هذه البيانات السلوكية لحيوان واحد يؤدي مهمة الاختيار القسري لفاصل زمني واحد اختيارات صحيحة بنسبة 100% منذ بداية التدريب للمحفز الجديد الأول، والوصول إلى أداء المعيار للمحفز الجديد الثاني خلال 180 محاولة في هذه الجلسة؛ وقد تم اختيار المحفز الجديد الثاني عشوائيًا للخضوع لعملية الإطفاء، مما يعني أن جميع الاختيارات التي تلي هذا المحفز لم تعد تُكافأ أو تُعاقب أثناء فترة الإطفاء.

ينخفض الأداء بالنسبة لمثير الإخماد، ولكنه يظل مرتفعاً بالنسبة للمثير المستحدث الآخر. يتم الوصول إلى مستوى معيار الإخماد عند المحاولة 370 بمجرد أن يتم تعزيز الاستجابات الصحيحة ومعاقبة الاستجابات الخاطئة مرة أخرى أثناء استعادة الطلب. ويتم الوصول إلى معيار الأداء بنسبة 85% في المحاولة 402.

تم تسجيل نمط استجابة وحدة واحدة في القشرة الشاحبة الإبرية جانبياً أثناء قيام الحيوان بتأدية المهمة. ويظهر هذا الإجراء تعديلاً في الاستجابة أثناء تقديم محفز جديد. وفي مرحلة الاكتساب، تستجيب الوحدات بقوة للمحفز الجديد. اثنان.

في المراحل المبكرة من التعلم، يطرأ تغيير طفيف في معدل إطلاق الإشارات خلال مرحلتي الانطفاء وإعادة الاكتساب. كما يوجد استجابة محدودة للمثير الجديد. واحد خلال الجلسة.

تستجيب وحدة أخرى أثناء الحركات نحو اليمين وليس نحو اليسار، مما يشير إلى وجود ترميز حسي حركي. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تدريب الحيوانات خطوة بخطوة لأداء مهمة الاختيار القسري بفاصل زمني واحد في المرحلة النهائية مع احتمالات تعزيز ديناميكية. سيمهد هذا الأسلوب الطريق للباحثين في مجال التعلم والذاكرة لاستكشاف إعادة تنظيم الشبكات العصبية أثناء أنواع مختلفة من التعلم على مستوى الخلية الواحدة.