Un sistema interactivo en tiempo real para estudiar el comportamiento de persecución confrontacional en roedores

El comportamiento de persecución depredadora involucra varios procesos fisiológicos, pero carece de un método de investigación adecuado. Esta investigación tiene como objetivo proponer un método estandarizado para explorar los mecanismos neuronales de los comportamientos animales desencadenados por estímulos sensoriales, especialmente en la persecución depredador-presa. Tecnologías como la optogenética, la electrofisiología y las imágenes cerebrales se utilizan comúnmente para avanzar en la ciencia en este campo. La optogenética permite un control preciso de la actividad neuronal y la electrofisiología registra las señales neuronales. Los principales desafíos son la incontrolabilidad de presas vivas, como los grillos, lo que dificulta la observación y definición de la persecución de experimentos estandarizados. El comportamiento depredador se puede dividir en cuatro etapas, búsqueda, persecución, ataque y consumo. En los últimos años, las dos últimas etapas han sido ampliamente estudiadas, mientras que los comportamientos de búsqueda y persecución rara vez han estado involucrados. Este protocolo proporciona presas artificiales flexibles y controlables para experimentos y modelos repetidos, maximiza la simulación de la caza natural con interacción en tiempo real y baja latencia, y ofrece hardware y software escalables que son rentables y fáciles de usar.

[Narrador] Para comenzar, monte una cámara web en una barra transversal sobre toda la plataforma para monitorear en tiempo real las posiciones del mouse y el cebo robótico en la arena de abajo y transmitir las imágenes a la computadora. Diseñe una gran arena circular con un diámetro de 800 milímetros y una altura de 300 milímetros, que consta de un panel acrílico cuadrado en la parte inferior y un tubo acrílico como borde. Coloque cuatro íconos espaciados uniformemente, cuadrado, triángulo, círculo y cruz, en las paredes interiores de la arena para que sirvan como señales visuales. Coloque una pegatina azul en la superficie del imán para facilitar su identificación y ubicación. Use un imán redondo de neodimio con gránulos de comida como cebo robótico. Luego, monte un control deslizante bidimensional con un recorrido efectivo de 1,000 milímetros debajo de la arena. Instale otro imán de neodimio en el portador del control deslizante para que sirva como imán de tracción para mover de forma remota el cebo robótico usando la fuerza magnética. Accione el imán polar mediante servomotores controlados por una placa STM32 y un circuito de conmutación. Escribe un diagrama para el modo de control de velocidad. Configure el servomotor en el modo de dirección de velocidad donde los niveles de señal altos o bajos codifican la dirección hacia adelante o hacia atrás, y la frecuencia de la salida de onda PWM codifica la velocidad. Para mover el cebo robótico al centro de la arena, ejecute el programa de reinicio. Aísle el ratón en el borde de la arena con un deflector. Después de eso, establezca el nombre del experimento y la ruta del archivo. Luego, establezca la velocidad de movimiento del cebo robótico en 5 centímetros por segundo en el programa principal. Haga clic en Ejecutar y verifique en la ventana de video emergente que el mouse y el cebo robótico se reconozcan de manera estable. Retire el deflector y encienda el temporizador para observar el comportamiento depredador del ratón durante 20 minutos. Regrese al ratón a su jaula y permita un período de recuperación de 24 horas con libre acceso a comida y agua. Después de cada prueba de habituación, limpie la arena a fondo con alcohol y agua al 75%. Mueva el cebo robótico al centro de la arena ejecutando el programa de reinicio como se mostró anteriormente y aísle el mouse con un deflector en el borde de la arena. Después de establecer el nombre del experimento, la ruta del archivo y la velocidad de movimiento del cebo robótico, haga clic en Ejecutar en el software y observe la ventana de video para garantizar una detección estable tanto del mouse como del cebo robótico. Retire el deflector y encienda el temporizador. Si el ratón captura el cebo robótico en 60 segundos, cierre el programa principal y permita que el ratón consuma todos los gránulos de comida antes de devolverlos a la jaula. Devuelve el ratón a la jaula sin ninguna recompensa o castigo si el ratón no logra capturar el cebo robótico en 60 segundos. Las tareas de depredación se llevaron a cabo a diferentes dificultades de velocidad, y los resultados muestran que el tiempo hasta la primera captura de cebo robótico disminuyó significativamente en las pruebas de habitación, lo que indica un aprendizaje rápido en ratones. Los ratones tuvieron un mayor éxito de captura a 15 centímetros por segundo que a 30 centímetros por segundo, lo que muestra una dificultad dependiente de la velocidad. Sin embargo, el tiempo de depredación se estabilizó por debajo de 15 segundos después de repetidos intentos, independientemente de la velocidad del cebo. También se observaron distintas fases de búsqueda y persecución en los patrones de movimiento de los ratones. El comportamiento de persecución se indujo de manera confiable a través de las velocidades de cebo, lo que se muestra por la reducción de la distancia y el aumento de la velocidad durante la persecución. Las tareas de depredación también se llevaron a cabo con diferentes estrategias de escape. Sin embargo, la estrategia de escape beta no afectó las tasas de éxito de la depredación. El tiempo de depredación disminuyó y se estabilizó por debajo de los 15 segundos con ambas estrategias de escape. Los ratones mostraron un comportamiento de persecución consistente bajo ambas estrategias de escape.