Het decoderen van natuurlijk gedrag vanuit neuro-ethologische inbedding

De reikwijdte van mijn onderzoek is om te begrijpen hoe neurodynamica natuurlijk gedrag codeert en hoe de hersenen complexe acties controleren die het overleven in natuurlijke omgevingen ondersteunen. Traditionele, op het hoofd gefixeerde paradigma's beperken ons begrip van natuurlijk gedrag. Ons protocol werkt dit paradigma bij door nauwkeurige neurale gedragsdecodering te belichamen in vrij bewegende dieren in de richting van natuurlijke hersenintelligentie.

We zullen ons richten op het verzamelen van rijke ongecontroleerde gegevens om digitale levensmodellen te bouwen met behulp van holistische benaderingen om intelligentie in complexe levende systemen te begrijpen. Sluit om te beginnen de universele seriële buskabel van de synchronisatiemodule van het driedimensionale gedragsapparaat aan op het werkstation van hetzelfde apparaat. Sluit vervolgens de synchronisatiemodule van het mTPM-apparaat aan op de controller met behulp van één SMA-kabel.

Sluit de TTL-uitgangspoort van de synchronisatiemodule van het driedimensionale gedragsapparaat aan op de TTL-ingangspoort van de synchronisatiemodule van het mTPM-apparaat met behulp van één SMA BNC-conversiekabel. Om met de kalibratie te beginnen, past u de opnamehoek van alle vier de camera's aan zodat ze de hele basis van het open veld bestrijken en hun gezichtsveld ten minste 20 centimeter boven de verste grens uitbreidt om het opfokgedrag van de muis vast te leggen. Plaats vervolgens de kalibratiemodule in het midden van het schietgebied.

Doe alle lichten uit en voer de camerakalibratiesoftware uit. Bevestig nu de muishouder aan de micromanipulator van de mTPM. Bevestig met behulp van de metalen plaat de kop van de muis aan de houder.

Doe alle lichten uit. Bevestig vervolgens de mTPM aan de houder en schakel het beeldvormingssysteem in om het fluorescerende signaal te lokaliseren. Voeg een druppel Carbomer ooggel toe aan de bovenkant van het schedelvenster.

Beweeg de muis met behulp van het bewegingsplatform zodat het schedelvenster direct onder het doel van de mTPM is uitgelijnd. Beweeg de micromanipulator verticaal om het beeldvormingsvlak te lokaliseren. Verplaats vervolgens de micromanipulator in het vlak om het beeldvormingsvlak te centreren.

Bevestig vervolgens de bovenste basis aan de mTPM. Breng lijm aan om de onderste basis aan de bovenste basis te lijmen en bevestig deze aan het schedelvenster. Om structurele stabiliteit te garanderen, vult u de opening tussen de twee basissen en de metalen plaatbeugel die aan het hoofd van de muis is bevestigd met een hoogwaardige structurele acryllijm.

Beoordeel vervolgens de stabiliteit van de hechting door de basis voorzichtig met een pincet te onderzoeken. Voeg daarna een druppel Carbomer ooggel toe aan de basiskamer. Observeer de neuronale fluorescentie via de mTPM.

Als de fluorescentie niet duidelijk zichtbaar is, verwijder dan de lijm met een schedelboor om de basis los te maken. Herhaal vervolgens de procedure totdat een heldere fluorescentie is bereikt. Zet vervolgens aluminiumfolie met tape vast tussen de vezel van de mTPM en het schedelvenster.

Schakel de kamerverlichting in en test de helderheid van de frames die door de mTPM zijn vastgelegd. Om de muis in een open veld te plaatsen, blaast u ten minste 10 heliumballonnen op en bindt u ze afzonderlijk vast met katoenen touw. Maak vervolgens de metalen plaat los van de muishouder.

Houd de muis voorzichtig met één hand aan de staart vast. Ondersteun met de andere hand de optische vezel van de mTPM. Plaats de muis voorzichtig in het open veld.

Hang de heliumballonnen op door het katoenen touw aan de vezel te bevestigen. Pas het aantal ballonnen aan zodat de muis onbeperkt kan bewegen en het open veld kan verkennen. Sluit de deur van de mTPM-behuizing om storingen van buitenaf te verminderen.

Start de mTPM-opnamesoftware en de synchronisatiesoftware. Stel de bestandspaden en opnameparameters in volgens de procedure voor het opzetten van het platform. Start de opname van de mTPM via de opnamesoftware.

Controleer de synchronisatiesoftware om te controleren of de tijdmarkeringen nauwkeurig zijn geregistreerd voor elk frame met twee fotonen. Evalueer of het contrast van de beelden met twee fotonen stabiel blijft tijdens de opname. Controleer ook of de bewegingen van de muis de stabiliteit van de beeldframes niet verstoren.

Start nu het aangepaste camerasynchronisatiescript om gedragsregistratie te starten. Stel het bestandspad en de parameters in volgens de procedure voor het opzetten van het platform. Start vervolgens de gedragsregistratie met behulp van het aangepaste synchronisatiescript.

Bevestig de aanwezigheid van een tijdmarkering in de synchronisatiesoftware voor elke 30 frames van gedragsvideo. Controleer of alle vier de videostreams van de camera's correct zijn gesynchroniseerd. Controleer of de parameters voor het vastleggen van video's van het driedimensionale gedragsvolgsysteem correct zijn ingesteld.

Zodra de gedragsregistratie automatisch stopt, schakelt u zowel de mTPM-opname- als de synchronisatiesoftware handmatig uit om de proefperiode af te ronden. Correlatiecoëfficiëntmatrices vertoonden geen duidelijke neuronspecifieke patronen voor onderwerphoudingen, objecthoudingen of lichaamsafstanden, wat wijst op een zwakke correspondentie tussen neurale signalen en gedragsstatistieken. Alle correlatiecoëfficiënten voor neurongedrag daalden tussen 0,3 en 0,3, wat zwakke associaties onder naturalistische omstandigheden bevestigt.

Van zebra's afgeleide neurale inbeddingen vormen ingewikkelde patronen, waarin componenten uit meerdere gewrichtsinbeddingen zijn verwerkt. Zebra-inbeddingen toonden een consistente uitlijning van gedrags- en neurale variabelen over drie muisparen, met name voor lichaamsafstand en sociale motieven. De decoderingsfout voor inbeddingen op lichaamsafstand was significant hoger dan bij onderwerp- en objectposes, maar bleef binnen de verwachte volgfoutlimieten.

Gezamenlijke inbeddingen van neurale activiteit met verschillende gedragsvariabelen onthulden een hoge decoderingsnauwkeurigheid in onderwerphoudingen, objecthoudingen en motieven. Cosinussimilariteitsanalyse met behulp van de inbedding van de S1-onderwerphouding als referentie toonde een lagere uitlijning voor objectgerelateerde motieven, wat wijst op primaire codering van zelf- en sociaal gedrag.