神経行動学的埋め込みからの自然行動の解読

私の研究の範囲は、神経力学が自然な行動をどのようにコード化しているか、そして脳が自然環境での生存をサポートする複雑な行動をどのように制御するかを理解することです。従来の頭固定パラダイムは、自然な行動に対する私たちの理解を制限します。私たちのプロトコルは、自然な脳の知能に向けて自由に動く動物の正確な神経行動を解読することを具体化することで、このパラダイムを更新します。

私たちは、複雑な生命システムにおける知能を理解するための全体的なアプローチを使用してデジタルライフモデルを構築するために、制御されていない豊富なデータを収集することに焦点を当てます。まず、3次元動作デバイスの同期モジュールのユニバーサルシリアルバスケーブルを同じデバイスのワークステーションに接続します。次に、1本のSMAケーブルを使用して、mTPMデバイスの同期モジュールをコントローラに接続します。

3次元動作デバイスの同期モジュールのTTL出力ポートとmTPMデバイスの同期モジュールのTTL入力ポートをSMA BNC変換ケーブル1本で接続します。キャリブレーションを開始するには、4台すべてのカメラの撮影角度を調整して、オープンフィールドの基部全体を覆い、視野を最も遠い境界から少なくとも20センチメートル上に拡張して、マウスの飼育行動をキャプチャします。次に、キャリブレーションモジュールを撮影エリアの中央に配置します。

すべてのライトをオフにして、カメラキャリブレーションソフトウェアを実行します。次に、マウスストレインナーをmTPMのマイクロマニピュレーターに固定します。金属板を使用して、マウスのヘッドを拘束装置に固定します。

すべての照明を消します。次に、mTPMをホルダーに固定し、イメージングシステムの電源を入れて蛍光信号を見つけます。カルボマーアイジェルを頭蓋窓の上部に1滴加えます。

モーションプラットフォームを使用してマウスを動かし、頭蓋窓がmTPMの対物レンズの真下に揃うようにします。マイクロマニピュレーターを垂直に動かして、イメージングプレーンの位置を確認します。次に、マイクロマニピュレーターを平面内で動かして、イメージング面を中央に配置します。

次に、上部ベースをmTPMに固定します。接着剤を塗布して下部ベースを上部ベースに接着し、頭蓋窓に固定します。構造の安定性を確保するために、2つのベースとマウスのヘッドに取り付けられた金属板ブラケットの間の隙間を、高性能アクリル構造用接着剤を使用して埋めます。

次に、ピンセットでベースをそっと探って結合の安定性を評価します。その後、ベースチャンバーにカルボマーアイジェルを1滴加えます。mTPMを通してニューロンの蛍光を観察します。

蛍光がはっきりと見えない場合は、頭蓋ドリルを使用して接着剤を取り除き、ベースを取り外します。次に、透明な蛍光が得られるまで手順を繰り返します。次に、mTPMのファイバーと頭蓋窓の間にアルミホイルをテープで固定します。

部屋の照明をオンにして、mTPM によってキャプチャされたフレームの鮮明さをテストします。マウスを野外に置くには、少なくとも10個のヘリウム風船を膨らませ、それぞれを綿糸で別々に結びます。次に、マウス拘束器から金属板を取り外します。

片手でマウスの尻尾をそっと持ちます。一方、mTPMの光ファイバーをサポートします。マウスを慎重にオープンフィールドに置きます。

綿糸を繊維に取り付けてヘリウム風船を吊り下げます。マウスが制限なく移動してオープンフィールドを探索できるように、バルーンの数を調整します。外部からの妨害を減らすために、mTPMエンクロージャのドアを閉めます。

mTPM記録ソフトウェアと同期ソフトウェアを起動します。プラットフォームの確立手順に従って、ファイルパスと記録パラメータを設定します。記録ソフトウェアから mTPM の記録を開始します。

同期ソフトウェアをチェックして、各 2 光子フレームのタイム マーカーが正確に記録されていることを確認します。記録中に2光子画像のコントラストが安定しているかどうかを評価します。また、マウスの動きによってイメージングフレームの安定性が損なわれないことも確認してください。

次に、カスタマイズしたカメラ同期スクリプトを開始して、動作の記録を開始します。プラットフォームの確立手順に従って、ファイルパスとパラメータを設定します。次に、カスタマイズした同期スクリプトを使用して動作の記録を開始します。

同期ソフトウェアに、行動ビデオの 30 フレームごとにタイム マーカーが存在することを確認します。カメラからの 4 つのビデオ ストリームすべてが正しく同期されていることを確認します。3次元行動追跡システムのビデオキャプチャパラメータが正しく設定されていることを確認します。

行動記録が自動的に停止したら、mTPM 記録と同期ソフトウェアの両方を手動でオフにして、トライアルを終了します。相関係数行列は、被験者の姿勢、物体の姿勢、または身体の距離について明確なニューロン固有のパターンを示さず、神経信号と行動指標の間の対応が弱いことを示しています。すべてのニューロンの行動相関係数は0.3から0.3の間にあり、自然主義的条件下での弱い関連性が確認されました。

ゼブラ由来の神経埋め込みは、複数の関節埋め込みからのコンポーネントを組み込んで、複雑なパターンを形成します。シマウマの埋め込みは、特に身体距離と社会的モチーフについて、3つのマウスペアにわたって行動変数と神経変数の一一したアライメントを示しました。身体距離埋め込みのデコード誤差は、被験者と物体のポーズよりも有意に高かったが、予想される追跡誤差の範囲内にとどまった。

神経活動とさまざまな行動変数を共同埋め込むことで、被験者のポーズ、物体のポーズ、モチーフ全体で高いデコード精度が明らかになりました。S1-被験者の姿勢埋め込みを基準としたコサイン類似性分析では、物体関連モチーフのアライメントが低く、自己行動と社会行動の一次エンコーディングが示唆されました。