Un sistema interattivo in tempo reale per lo studio del comportamento di inseguimento conflittuale nei roditori

Il comportamento predatorio coinvolge vari processi fisiologici, ma manca di un metodo di ricerca adeguato. Questa ricerca mira a proporre un metodo standardizzato per esplorare i meccanismi neurali dei comportamenti animali innescati da stimoli sensoriali, in particolare nell'inseguimento predatore-preda. Tecnologie come l'optogenetica, l'elettrofisiologia e l'imaging cerebrale sono comunemente utilizzate per far progredire la scienza in questo campo. L'optogenetica consente un controllo preciso dell'attività neurale e l'elettrofisiologia registra i segnali neuronali. Le sfide principali sono l'incontrollabilità delle prede vive, come i grilli, che rende difficile osservare e definire l'inseguimento di esperimenti standardizzati. Il comportamento predatorio può essere suddiviso in quattro fasi: ricerca, inseguimento, attacco e consumo. Negli ultimi anni, le ultime due fasi sono state ampiamente studiate, mentre i comportamenti di ricerca e inseguimento sono stati raramente coinvolti. Questo protocollo fornisce prede artificiali flessibili e controllabili per esperimenti e modellazione ripetuti, massimizza la simulazione della caccia naturale con interazione in tempo reale e bassa latenza e offre hardware e software scalabili, convenienti e facili da usare.

[Narratore] Per iniziare, monta una webcam su una traversa sopra l'intera piattaforma per monitorare in tempo reale le posizioni del topo e dell'esca robotica nell'arena sottostante e trasmettere le immagini al computer. Progetta una grande arena circolare con un diametro di 800 millimetri e un'altezza di 300 millimetri, composta da un pannello acrilico quadrato nella parte inferiore e da un tubo acrilico come bordo. Posiziona quattro icone equidistanti, quadrato, triangolo, cerchio e croce, sulle pareti interne dell'arena per fungere da spunti visivi. Attacca un adesivo blu sulla superficie del magnete per una facile identificazione e localizzazione. Usa un magnete rotondo al neodimio con pellet di cibo come esca robotica. Quindi, monta un cursore bidimensionale con una corsa effettiva di 1.000 millimetri sotto l'arena. Installa un altro magnete al neodimio sul supporto del cursore che funga da magnete di trazione per spostare a distanza l'esca robotica utilizzando la forza magnetica. Pilotare il magnete polare utilizzando servomotori controllati da una scheda STM32 e da un circuito di commutazione. Scrivi un diagramma per la modalità di controllo della velocità. Impostare il servomotore sulla modalità di direzione della velocità in cui i livelli di segnale alto o basso codificano la direzione avanti o indietro e la frequenza dell'uscita dell'onda PWM codifica la velocità. Per spostare l'esca robotica al centro dell'arena, esegui il programma di ripristino. Isola il mouse sul bordo dell'arena usando un deflettore. Successivamente, imposta il nome dell'esperimento e il percorso del file. Quindi, imposta la velocità di movimento dell'esca robotica a 5 centimetri al secondo nel programma principale. Fare clic su Esegui e verificare nella finestra pop-up del video che il mouse e l'esca robotica siano riconosciuti in modo stabile. Rimuovere il deflettore e avviare il timer per osservare il comportamento predatorio del mouse per 20 minuti. Rimetti il topo nella sua gabbia e lascia un periodo di recupero di 24 ore con libero accesso a cibo e acqua. Dopo ogni prova di assuefazione, pulisci accuratamente l'arena con alcol al 75% e acqua. Sposta l'esca robotica al centro dell'arena eseguendo il programma di ripristino come mostrato in precedenza e isola il mouse con un deflettore sul bordo dell'arena. Dopo aver impostato il nome dell'esperimento, il percorso del file e la velocità di movimento dell'esca robotica, fare clic su Esegui sul software e osservare la finestra video per garantire un rilevamento stabile sia del mouse che dell'esca robotica. Rimuovere il deflettore e avviare il timer. Se il topo cattura l'esca robotica entro 60 secondi, chiudi il programma principale e consenti al topo di consumare tutti i pellet di cibo prima di essere rimesso nella gabbia. Rimetti il topo nella gabbia senza alcuna ricompensa o punizione se il topo non riesce a catturare l'esca robotica entro 60 secondi. I compiti di predazione sono stati condotti a diverse difficoltà di velocità e i risultati mostrano che il tempo per la prima cattura dell'esca robotica è diminuito significativamente durante le prove di abitazione, indicando un rapido apprendimento nei topi. I topi hanno avuto un successo di cattura maggiore a 15 centimetri al secondo rispetto a 30 centimetri al secondo, mostrando difficoltà dipendenti dalla velocità. Tuttavia, il tempo di predazione si è stabilizzato al di sotto dei 15 secondi dopo ripetute prove, indipendentemente dalla velocità dell'esca. Fasi distinte di ricerca e inseguimento sono state osservate anche nei modelli di movimento dei topi. Il comportamento di inseguimento è stato indotto in modo affidabile a tutte le velocità dell'esca, dimostrato dalla distanza ridotta e dall'aumento della velocità durante l'inseguimento. Anche i compiti di predazione sono stati condotti con diverse strategie di fuga. Tuttavia, la strategia di fuga beta non ha influenzato le percentuali di successo della predazione. Il tempo di predazione è diminuito e si è stabilizzato al di sotto dei 15 secondi con entrambe le strategie di fuga. I topi hanno mostrato un comportamento di inseguimento coerente in entrambe le strategie di fuga.