Um sistema interativo em tempo real para estudar o comportamento de perseguição de confronto em roedores

O comportamento de perseguição predatória envolve vários processos fisiológicos, mas carece de um método de pesquisa adequado. Esta pesquisa tem como objetivo propor um método padronizado para explorar mecanismos neurais de comportamentos animais desencadeados por estímulos sensoriais, especialmente na perseguição predador-presa. Tecnologias como optogenética, eletrofisiologia e imagens cerebrais são comumente usadas para o avanço da ciência neste campo. A optogenética permite o controle preciso da atividade neural e a eletrofisiologia registra os sinais neuronais. Os principais desafios são a incontrolabilidade de presas vivas, como grilos, o que dificulta a observação e definição de perseguição a experimentos padronizados. O comportamento predatório pode ser dividido em quatro estágios, buscar, perseguir, atacar e consumir. Nos últimos anos, os dois últimos estágios foram amplamente estudados, enquanto os comportamentos de busca e perseguição raramente foram envolvidos. Este protocolo fornece presas artificiais flexíveis e controláveis para experimentos e modelagem repetidos, maximiza a simulação de caça natural com interação em tempo real e baixa latência e oferece hardware e software escaláveis que são econômicos e fáceis de usar.

[Narrador] Para começar, monte uma webcam em uma barra transversal acima de toda a plataforma para monitorar em tempo real as posições do mouse e da isca robótica na arena abaixo e transmitir as imagens para o computador. Projete uma grande arena circular com 800 milímetros de diâmetro e 300 milímetros de altura, consistindo em um painel quadrado de acrílico na parte inferior e um tubo de acrílico como borda. Coloque quatro ícones uniformemente espaçados, quadrado, triângulo, círculo e cruz, nas paredes internas da arena para servir como dicas visuais. Cole um adesivo azul na superfície do ímã para facilitar a identificação e localização. Use um ímã redondo de neodímio com pellets de comida como isca robótica. Em seguida, monte um controle deslizante bidimensional com um deslocamento efetivo de 1.000 milímetros sob a arena. Instale outro ímã de neodímio no suporte do controle deslizante para servir como ímã de tração para mover remotamente a isca robótica usando força magnética. Acione o ímã polar usando servomotores controlados por uma placa STM32 e um circuito de comutação. Escreva um diagrama para o modo de controle de velocidade. Defina o servomotor para o modo de direção de velocidade, onde os níveis de sinal alto ou baixo codificam a direção para frente ou para trás e a frequência da saída da onda PWM codifica a velocidade. Para mover a isca robótica para o centro da arena, execute o programa de reinicialização. Isole o mouse na borda da arena usando um defletor. Depois disso, defina o nome do experimento e o caminho do arquivo. Em seguida, defina a velocidade de movimento da isca robótica para 5 centímetros por segundo no programa principal. Clique em Executar e verifique na janela de vídeo pop-up se o mouse e a isca robótica são reconhecidos de forma estável. Remova o defletor e inicie o cronômetro para observar o comportamento predatório do mouse por 20 minutos. Retorne o rato à gaiola e permita um período de recuperação de 24 horas com livre acesso a comida e água. Após cada teste de habituação, limpe bem a arena com álcool 75% e água. Mova a isca robótica para o centro da arena executando o programa de reinicialização conforme mostrado anteriormente e isole o mouse com um defletor na borda da arena. Depois de definir o nome do experimento, o caminho do arquivo e a velocidade de movimento da isca robótica, clique em Executar no software e observe a janela de vídeo para garantir a detecção estável do mouse e da isca robótica. Remova o defletor e inicie o cronômetro. Se o mouse capturar a isca robótica em 60 segundos, feche o programa principal e permita que o mouse consuma todos os pellets de comida antes de ser devolvido à gaiola. Retorne o mouse para a gaiola sem qualquer recompensa ou punição se o mouse não conseguir capturar a isca robótica em 60 segundos. As tarefas de predação foram conduzidas em diferentes dificuldades de velocidade, e os resultados mostram que o tempo para a primeira captura de isca robótica diminuiu significativamente entre os testes de habitação, indicando aprendizado rápido em camundongos. Os camundongos tiveram maior sucesso de captura a 15 centímetros por segundo do que a 30 centímetros por segundo, mostrando dificuldade dependente da velocidade. No entanto, o tempo de predação estabilizou-se abaixo de 15 segundos após tentativas repetidas, independentemente da velocidade da isca. Fases distintas de busca e perseguição também foram observadas nos padrões de movimento dos camundongos. O comportamento de perseguição foi induzido de forma confiável nas velocidades da isca, mostrado pela distância reduzida e aumento da velocidade durante a perseguição. As tarefas de predação também foram conduzidas com diferentes estratégias de fuga. No entanto, a estratégia de escape beta não afetou as taxas de sucesso da predação. O tempo de predação diminuiu e estabilizou abaixo de 15 segundos com ambas as estratégias de fuga. Os ratos mostraram comportamento de perseguição consistente em ambas as estratégias de fuga.