用于研究啮齿类动物对抗性追逐行为的实时交互系统

捕食性追逐行为涉及多种生理过程，但缺乏合适的研究方法。本研究旨在提出一种标准化方法来探索由感觉刺激触发的动物行为的神经机制，特别是在捕食者-猎物追逐中。光遗传学、电生理学和脑成像等技术通常用于推动该领域的科学发展。光遗传学可以精确控制神经活动，电生理学记录神经元信号。主要挑战是活体猎物（例如蟋蟀）的不可控性，这使得观察和定义追逐到标准化实验变得困难。掠夺行为可以分为四个阶段，搜索、追逐、攻击和消耗。近年来，后两个阶段得到了广泛的研究，而搜索和追逐行为却很少涉及。该协议为重复实验和建模提供了灵活可控的人工猎物，通过实时交互和低延迟最大限度地提高了自然狩猎的模拟，并提供了经济高效且易于使用的可扩展硬件和软件。

[旁白]首先，在整个平台上方的横杆上安装网络摄像头，以实时监控鼠标和机器人诱饵在下方竞技场中的位置，并将图像传输到计算机。设计一个直径800毫米、高300毫米的大型圆形竞技场，由底部的方形亚克力板和边框的亚克力管组成。在竞技场的内墙上放置四个均匀分布的图标，方形、三角形、圆形和十字形，作为视觉提示。在磁铁表面贴上蓝色贴纸，以便于识别和定位。使用带有食物颗粒的圆形钕磁铁作为机器人诱饵。然后，在竞技场下方安装一个有效行程为 1,000 毫米的二维滑块。在滑块的载体上安装另一个钕磁铁，作为拉动磁铁，利用磁力远程移动机器人诱饵。使用由STM32板和开关电路控制的伺服电机驱动极性磁铁。为速度控制模式编写图表。将伺服电机设置为速度方向模式，其中高信号电平或低信号电平编码正向或反向，PWM波输出的频率编码速度。要将机器人诱饵移动到竞技场中心，请运行重置程序。使用挡板将鼠标隔离在竞技场边缘。之后，设置实验名称和文件的路径。然后，在主程序中将机器人诱饵的移动速度设置为每秒 5 厘米。点击运行，在弹出的视频窗口中验证鼠标和机器人诱饵是否被稳定识别。取下挡板并启动计时器，观察小鼠的捕食行为 20 分钟。将鼠标放回笼子中，并允许 24 小时恢复期，并自由获取食物和水。每次习惯试验后，使用 75% 的酒精和水彻底清洁竞技场。如前所示，通过运行重置程序将机器人诱饵移动到竞技场的中心，并在竞技场边缘用挡板隔离鼠标。设置好实验名称、文件路径、机器人饵料移动速度后，在软件上点击运行，观察视频窗口，确保小鼠和机器人饵料的稳定检测。拆下挡板并启动定时器。如果老鼠在 60 秒内捕获机器人诱饵，请关闭主程序并让老鼠吃掉所有食物颗粒，然后再返回笼子。如果老鼠未能在 60 秒内捕获机器人诱饵，则将老鼠放回笼子，无需任何奖励或惩罚。捕食任务在不同的速度难度下进行，结果表明，在各个栖息试验中，机器人首次捕获诱饵的时间显着缩短，表明小鼠学习速度快。小鼠在每秒 15 厘米时比每秒 30 厘米时的捕获成功率更高，表现出与速度相关的难度。然而，无论诱饵速度如何，反复试验后捕食时间稳定在 15 秒以下。在小鼠的运动模式中也观察到了明显的搜索和追踪阶段。在诱饵速度下，追踪行为被可靠地诱导，表现为追踪过程中距离的缩短和速度的增加。捕食任务也采用不同的逃生策略进行。然而，β逃逸策略并不影响捕食成功率。两种逃跑策略的捕食时间都减少并稳定在 15 秒以下。在两种逃逸策略下，小鼠表现出一致的追捕行为。