Serbestçe Öğrenmenin üç aşamalı karşısında Güvercinler Hareketli gelen tek nöronların 'Aksiyon Potansiyelleri kayıt

Aşağıdaki deneyin genel amacı, tekil nöronların yanıt modellerini karakterize etmektir. Bu işlem, deneysel denek; koşullu yanıtların edinimi, sönümlenmesi ve yeniden edinilmesini içeren bir görsel ayırt etme görevi gerçekleştirirken yapılır. İlk olarak, deneyimli bir deneğe, iki farklı görsel uyarıcıdan birinin sunulmasını takiben iki olası seçim yanıtından birini vermesi için eğitim verilir.

Hayvan, iki uyarıcıdan rastgele birine yanıt vererek ayrımı güvenilir bir şekilde gerçekleştirdikten sonra, artık pekiştirme uygulanmaz. Söz konusu uyarıcıya yönelik koşullu yanıtlar azaldığında, yanıtlar tekrar sürekli olarak pekiştirilir ve bu durum yanıtın hızla yeniden kazanılmasına yol açar. Sonuçlar, hayvan öğrenme göreviyle meşgulken bireysel nöronların yanıt modellerinin kademeli olarak değiştiğini göstermektedir.

Bu tekniğin mevcut yöntemlere göre temel avantajı, farklı öğrenme aşamalarının birkaç saat içinde tek bir oturumda uygulanabilmesidir. Bu durum, öğrenme süreci boyunca bireysel nöronların aksiyon potansiyellerinin izlenmesine olanak tanır. Bu yöntem, tek hücre düzeyinde adaptif operant davranışın altında yatan mekanizmalara dair bilgiler sağlayabilir.

Otomatik şekillendirmeye başlamak için, ekteki metin protokolünde açıklandığı şekilde kurulmuş bir test odasına bir güvercin yerleştirin. Ardından, merkez tuşunda beş saniyelik bir görsel başlatma uyaranı sunun. Başlatma uyaranının sona ermesinin hemen ardından veya yanıt tuşuna yapılan tek bir gaga vuruşundan sonra, hangisi önce gerçekleşirse, tuş aydınlatmasını kapatın ve yem haznesini iki saniye boyunca etkinleştirerek yem ödülünü sunun.

Denemeler arası aralığı, uyaran sunum süresinden daha uzun tutun. Bu, öğrenmeyi kolaylaştırmak için gereken süredir. Başlatma uyaranı, final görevinde başlatma onayı ve seçim tuşu olarak yeniden kullanılacaktır.

Hayvan denemelerin en az %85'inde yanıt verdiğinde, denemeler arası aralığı kademeli olarak 10 saniyeye ve sunum süresini iki saniyeye düşürün. Pekiştirme için gereken yanıt sayısını üçe çıkarın. Hayvanın yaklaşık bir saat boyunca eğitilmesi için günlük toplam deneme sayısını artırın.

Tüm tuşlar için başlangıç uyarısına güvenilir bir şekilde yanıt alınana kadar, bu eğitim adımlarını sol ve sağ yanıt tuşları için tekrarlayın. Sol, sağ ve orta tuş için denemeleri rastgele sıralayın; şimdi önce başlangıç uyarısını merkezde sunun ve bir yanıt aldığınızda, başlangıç uyarısını yan tuşlardan birinde sunun. Orta tuş yanıtını pekiştirmeyin.

Denemeden denemeye hangi taraftaki tuşların güçlendirileceğini rastgele olarak değiştirin. Beş saniye sonra merkez tuşa yanıt gelmezse denemeyi sonlandırın. Bu eğitim aşaması, STI başlatılmasını takiben yaklaşık üç gün sürer.

Daha sonra final görevinde tanıdık uyaranlar olarak hizmet edecek iki yeni uyaran tanıtın, tanıdık uyaranlara yanıt almak için otomatik şekillendirme adımlarını bu uyaranlarla tekrarlayın. Yeni uyaranlarla yapılan eğitim genellikle dört gün içinde doğru yanıtlar üretir. Yalnızca verilen tanıdık uyaran için doğru olan seçim tuşunu aydınlatın.

Bu eğitim aşaması, denek doğru yan tuşlara en az %85 oranında yanıt verdiğinde yaklaşık bir hafta sürmelidir. Seçim aşamasında her iki yan tuşun da aydınlatıldığı serbest seçim denemelerini başlatın. Doğru tarafa verilen yanıtlar, iki saniye boyunca gıda erişimi ile pekiştirilir.

Yanlış yanıtlara, ev ışıklarının iki saniye boyunca sönmesi eşlik eder. Üç saniye içinde herhangi bir yanıt verilmezse, programı denemeyi sonlandıracak ve denemeler arası aralığı yeniden başlatacak şekilde ayarlayın. Eğitimin bu aşaması yaklaşık iki hafta sürmelidir.

Eğitim süreci boyunca serbest seçim denemelerinin oranını kademeli olarak %20'den %100'e çıkarın. Denek, serbest seçim denemelerinde %90'ın üzerinde doğrulukla performans sergilerse, doğru yanıtlara verilen ödül olasılığını 0,5'e düşürürken seans başına deneme sayısını 1000'e çıkarın. Parametreleri her gün değiştirmeyin, ancak bunları esnek bir şekilde belirleyin.

Deneğin performans düzeyine bağlı olarak bu eğitim aşaması yaklaşık dört hafta sürer. Güvercinler doğaları gereği neofobiktir ve yabancı uyaranları gagalamaya isteksiz davranırlar.

Bu nedenle, geniş bir yelpazedeki çeşitli görsel uyaranlar için oto şekillendirme işlemini tekrarlayın. Eğitim tamamlandığında, yeni uyaranlarla yapılan nihai tek aralıklı kuvvet seçimi görevi farklı pekiştirme koşulları altında yürütülebilir. Isınma aşamasında, deneğin tanıdık uyaranlarla 50 deneme gerçekleştirmesini sağlayın.

Edinim aşamasında yanıt verme motivasyonunun kaybolmasını önlemek için, tüm aşamalar boyunca bu uyaranlar için ödül olasılığını birden düşük olacak şekilde ayarlayın. Tanıdık ve yeni uyaranların sunulduğu denemeleri rastgele sıralayın; iki yeni uyaran için farklı yanıt tuşlarını doğru olarak atayın ve her doğru yanıtı ödüllendirin. Doğru yanıtların yüzdesini, son 120 deneme üzerinden hareketli ortalama olarak hesaplayın.

Sönme evresi boyunca en az 150 deneme gerçekleştirildikten sonra her yeni uyaran için performans %85'i aştığında edinim tamamlanmış olur. Rastgele seçilen yeni bir uyarana verilen doğru yanıtları ödüllendirmeyi ve yanlış yanıtları cezalandırmayı durdurun. Doğru yanıt alındığında talep evresine başlayın.

Sönme uyaranına verilen yanıt %60'ın altına düştüğünde ve hayvan bu aşamada toplamda en az 150 denemeyi tamamladığında işlem yapılır. Yeniden edinim aşamasında, edinim aşamasında yapıldığı gibi, sönme uyaranına verilen doğru yanıtlar pekiştirilir ve yanlış yanıtlar cezalandırılır. Bu uyaran için performans %85'i aştığında ve hayvan bu aşamada en az 150 deneme gerçekleştirdiğinde oturum sonlandırılır.

Elektrotları implante edin. Hayvanlar tüm edinim, sönme ve yeniden edinim sürecini birkaç kez tamamladığında, her oturum için yeni bir uyaran çifti kullanın ve başlamadan önce elektrotları en az 125 µm veya sürücü vidasının yarım turu kadar ilerletin. Yeterli sinyal-gürültü oranına sahip aksiyon potansiyelleri gözlemlenmezse, oturumu iptal edin ve ertesi gün tekrar denemeden önce hayvanı ana sayfaya yerleştirin.

Çevrimdışı analiz yazılımını kullanarak tüm kanallara 500 ile 5.000 hertz arasında, dik roll-off'lara sahip bir bant geçiren filtre uygulayın, genlik eşikleriyle spike'ları ayıklayın ve bunları temel bileşen analizi kullanarak manuel olarak sınıflandırın. Sonuçların sınıflandırılması için özel olarak yazılmış MATLAB kodu, MATLAB central file exchange üzerinden temin edilebilir. İyi izole edilmiş tek bir ünite, net bir şekilde ayrılmış bir küme şeklinde görünmelidir.

Tüm kaydedilen dalga boyları üst üste bindirilip bir ısı haritası şeklinde çizildiğinde, temel bileşen uzayında birden fazla birime dair herhangi bir belirti yoktur. Değişmeyen pik genliğinin gösterdiği üzere, oturum boyunca stabil kayıt ile simetrik olarak dağılmış pik dalga formu genlikleri mevcuttur; önceki spaykın refrakter dönemi sırasında meydana gelen spayk olayları yoktur veya çok azdır. Spayk ve en az iki oranında bir sinyal-gürültü oranı.

Ham kanalları çevrimdışı olarak hareketle ilgili artifaktlar açısından inceleyin ve gerekirse herhangi bir kanalı eleyin. Tuş gagalaması sırasında meydana gelen olası elektriksel artifaktlar için test yapın. Bunu, kaydedilen her tuş gagalamasına göre spike sayılarının zaman histogramını inceleyerek gerçekleştirin.

Gagalama kaynaklı artefaktlar, histogramda 50 milisaniyelik zaman dilimi içinde bir pik olarak görünecektir; ek bir kontrol grafiği olarak sıfır belirlenmiştir. Ana gaga hareketinden sonra 20 milisaniye içinde kaydedilen tüm spike olaylarının dalga formlarını ayrı ayrı alın ve bunları bu pencerenin dışında tespit edilen spike dalga formlarıyla karşılaştırın. Tek aralıklı zorunlu seçim görevini gerçekleştiren bir hayvana ait bu davranışsal veriler, yeni uyaran bir için eğitimin başlangıcından itibaren %100 doğru seçimleri ve yeni uyaran iki için 180 deneme içinde kriter performansa ulaşıldığını göstermektedir; bu oturumda, yeni uyaran iki rastgele olarak söndürmeye tabi tutulmuştur, yani söndürme sırasında bu uyaranı takip eden tüm seçimler artık ödüllendirilmemekte veya cezalandırılmamaktadır.

Sönme uyaranı için performans azalırken, diğer yeni uyaran için yüksek kalır. Yeniden kazanım sırasında doğru ve yanlış yanıtlar tekrar pekiştirilip cezalandırıldığında, 370. denemede sönme için kriter seviyesine ulaşılır. %85 performans kriterine ise 402. denemede ulaşılır.

Hayvan görevi yerine getirirken, iğne palyumunda tek bir ünitenin yanıt paterni lateral olarak kaydedilmiştir. Bu görev, yeni bir uyaranın sunumu sırasında yanıt modülasyonu göstermektedir. Kazanım aşamasında, üniteler yeni uyarana güçlü yanıt verir. İki.

Öğrenmenin erken aşamalarında, sönme ve yeniden kazanım evreleri sırasında ateşlemede çok az değişim görülür. Ayrıca yeni uyarana verilen yanıt da oldukça düşüktür. Seans başına bir tane.

Bir başka birim sola değil ancak sağa doğru hareketler sırasında yanıt vermekte olup, bu durum duyusal motor kodlamayı akla getirmektedir. Bu videoyu izledikten sonra, dinamik pekiştirme koşulları içeren nihai tek aralıklı zorunlu seçim görevini gerçekleştirmeleri için hayvanların adım adım nasıl eğitileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Bu teknik, öğrenme ve bellek alanındaki araştırmacıların, farklı öğrenme türleri sırasında nöral ağların tek hücre düzeyindeki yeniden organizasyonunu keşfetmelerine olanak sağlayacaktır.