Dekodowanie naturalnego zachowania na podstawie osadzenia neuroetologicznego

Zakres moich badań polega na zrozumieniu, w jaki sposób neurodynamika koduje naturalne zachowanie i jak mózg kontroluje złożone działania, które wspierają przetrwanie w naturalnym środowisku. Tradycyjne, sztywne paradygmaty ograniczają nasze rozumienie naturalnych zachowań. Nasz protokół aktualizuje ten paradygmat, ucieleśniając precyzyjne dekodowanie zachowań neuronalnych u swobodnie poruszających się zwierząt w kierunku naturalnej inteligencji mózgu.

Skupimy się na gromadzeniu bogatych, niekontrolowanych danych w celu budowania cyfrowych modeli życia przy użyciu holistycznych podejść w celu zrozumienia inteligencji w złożonych systemach żywych. Aby rozpocząć, podłącz kabel uniwersalnej magistrali szeregowej modułu synchronizacji urządzenia do zachowania trójwymiarowego do stacji roboczej tego samego urządzenia. Następnie należy podłączyć moduł synchronizacyjny urządzenia mTPM do jego sterownika za pomocą jednego kabla SMA.

Podłącz port wyjściowy TTL modułu synchronizacji urządzenia do zachowania trójwymiarowego do portu wejściowego TTL modułu synchronizacji urządzenia mTPM za pomocą jednego kabla konwersji BNC SMA. Aby rozpocząć kalibrację, dostosuj kąt fotografowania wszystkich czterech kamer tak, aby obejmowały całą podstawę otwartego pola i rozszerzały swoje pole widzenia o co najmniej 20 centymetrów powyżej najdalszej granicy, aby uchwycić zachowanie podczas wychowywania myszy. Następnie umieść moduł kalibracyjny na środku obszaru fotografowania.

Wyłącz wszystkie światła i uruchom oprogramowanie do kalibracji aparatu. Teraz przymocuj ogranicznik myszy do mikromanipulatora mTPM. Za pomocą metalowej płytki przymocuj głowę myszy do ogranicznika.

Wyłącz wszystkie światła. Następnie przymocuj mTPM do jego uchwytu i włącz system obrazowania, aby zlokalizować sygnał fluorescencyjny. Dodaj jedną kroplę żelu pod oczy Carbomer na górną część okienka czaszki.

Przesuń mysz za pomocą platformy ruchu tak, aby okno czaszki znalazło się bezpośrednio pod obiektywem mTPM. Przesuń mikromanipulator w pionie, aby zlokalizować płaszczyznę obrazowania. Następnie przesuń mikromanipulator w płaszczyźnie, aby wyśrodkować płaszczyznę obrazowania.

Następnie przymocuj górną podstawę do mTPM. Nałóż klej, aby przykleić dolną podstawę do górnej podstawy i przymocuj ją do okna czaszki. Aby zapewnić stabilność strukturalną, wypełnij szczelinę między dwiema podstawami a metalowym wspornikiem przymocowanym do głowy myszy za pomocą wysokowydajnego akrylowego kleju strukturalnego.

Następnie oceń stabilność wiązania, delikatnie sondując podstawę pęsetą. Następnie dodaj jedną kroplę żelu pod oczy Carbomer do komory podstawowej. Obserwuj fluorescencję neuronów przez mTPM.

Jeśli fluorescencja nie jest wyraźnie widoczna, usuń klej za pomocą wiertła czaszkowego, aby odłączyć podstawę. Następnie powtarzaj procedurę, aż do uzyskania wyraźnej fluorescencji. Następnie zabezpiecz folię aluminiową taśmą między włóknem mTPM a okienkiem czaszki.

Włącz światło w pomieszczeniu i przetestuj klarowność klatek uchwyconych przez mTPM. Aby umieścić mysz na otwartym polu, napompuj co najmniej 10 balonów z helem i zawiąż każdy z nich osobno bawełnianym sznurkiem. Następnie odłącz metalową płytkę od ogranicznika myszy.

Chwyć delikatnie mysz za ogon jedną ręką. Drugą ręką podeprzyj światłowód mTPM. Ostrożnie umieść mysz na otwartym polu.

Zawieś balony z helem, przyczepiając bawełniany sznurek do włókna. Dostosuj liczbę dymków tak, aby mysz mogła poruszać się i eksplorować otwarte pole bez ograniczeń. Zamknij drzwiczki obudowy mTPM, aby zmniejszyć zakłócenia zewnętrzne.

Uruchom oprogramowanie do nagrywania mTPM i oprogramowanie do synchronizacji. Ustaw ścieżki plików i parametry nagrywania zgodnie z procedurą tworzenia platformy. Rozpocznij nagrywanie mTPM za pomocą oprogramowania do nagrywania.

Sprawdź oprogramowanie do synchronizacji, aby upewnić się, że znaczniki czasu są dokładnie rejestrowane dla każdej klatki dwufotonowej. Oceń, czy kontrast obrazów dwufotonowych pozostaje stabilny podczas nagrywania. Upewnij się również, że ruchy myszy nie zakłócają stabilności ramek obrazowania.

Teraz uruchom niestandardowy skrypt synchronizacji kamery, aby rozpocząć nagrywanie zachowania. Ustaw ścieżkę pliku i parametry zgodnie z procedurą tworzenia platformy. Następnie rozpocznij rejestrowanie zachowania przy użyciu dostosowanego skryptu synchronizacji.

Potwierdź obecność znacznika czasu w oprogramowaniu do synchronizacji dla każdych 30 klatek wideo z zachowaniem. Sprawdź, czy wszystkie cztery strumienie wideo z kamer są prawidłowo zsynchronizowane. Sprawdź, czy parametry przechwytywania wideo w trójwymiarowym systemie śledzenia zachowań są prawidłowo ustawione.

Gdy nagrywanie behawioralne zatrzyma się automatycznie, ręcznie wyłącz zarówno nagrywanie mTPM, jak i oprogramowanie do synchronizacji, aby zakończyć próbę. Macierze współczynników korelacji nie wykazały wyraźnych wzorców specyficznych dla neuronów dla pozycji obiektu, pozycji obiektów lub odległości ciała, co wskazuje na słabą zgodność między sygnałami neuronalnymi a metrykami behawioralnymi. Wszystkie współczynniki korelacji zachowania neuronów mieściły się w przedziale od 0,3 do 0,3, co potwierdza słabe powiązania w warunkach naturalistycznych.

Osadzone neuronowe wywodzące się z firmy Zebra tworzą skomplikowane wzory, zawierające komponenty z wielu osadzonych połączeń. Osadzenia zebry wykazały spójne dopasowanie zmiennych behawioralnych i neuronalnych w trzech parach myszy, szczególnie w odniesieniu do odległości ciała i motywów społecznych. Błąd dekodowania dla osadzania odległości ciała był znacznie wyższy niż w przypadku pozycji obiektu i obiektu, ale pozostawał w oczekiwanych granicach błędu śledzenia.

Łączne osadzanie aktywności neuronalnej z różnymi zmiennymi behawioralnymi ujawniło wysoką dokładność dekodowania w pozach badanych, pozach obiektów i motywach. Analiza podobieństwa cosinusowego przy użyciu osadzania pozy obiektu S1 jako punktu odniesienia wykazała niższe wyrównanie dla motywów związanych z obiektem, co sugeruje pierwotne kodowanie siebie i zachowań społecznych.