Beyinciğe Bağımlı Duyusal İlişkisel Öğrenmeyi İzlemek için Esnek Bir Platform

Duyusal ilişkisel öğrenme paradigmaları, beyinciğin işlevi ve beynin geri kalanıyla ilişkisi ve davranışı hakkında çok şey ortaya çıkarmıştır. Fareyi model bir organizma olarak kullanarak, dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarların bu güçlü yöntemleri etkili ve ucuz bir şekilde uygulamaları için yeterli ayrıntıya sahip bir yöntem sunuyoruz. Protokolümüz, araştırmacıların çoklu beyinciğe bağımlı davranışlar oluşturmalarına izin verecektir.

Araştırma platformumuzun temel işlevleri, belirli bir araştırma sorusuna uyacak şekilde kolayca değiştirilebilir. Başlamak için, fotoğraf makinesi seri arabirim kablosunu fotoğraf makinesine ve SBC'deki kamera bağlantı noktasına bağlayın. Ardından SBC'nin işletim sistemini ana bilgisayara indirin ve microSD kartta ssh adlı bir dosya oluşturun.

microSD kartı ana makineden çıkarın. SBC microSD kart yuvasına takın ve SBC'ye güç verin. Ardından, SBC'yi ana bilgisayara kablolu bir bağlantıyı kabul etmeye hazırlamak için bir terminal açın, ifconfig" komutunu yazın ve SBC'nin Ethernet IP adresini kaydedin.

Ardından Raspberry Pi Configuration ayarının Interface sekmesine gidin ve kamera, SSH ve VNC seçeneklerini etkinleştirin. Kablolu bağlantıyı kurmak için, SBC'deki Ethernet bağlantı noktasına ve bir ana bilgisayara bir Ethernet kablosu bağlayın ve bu kabloların diğer ucunu bir Ethernet anahtarına takın. Ardından, VNC gibi bir sanal ağ bilgi işlem istemcisi kullanarak, SBC IP adresini ve varsayılan kimlik doğrulamasını kullanarak masaüstüne erişin.

Ardından, gerekli yazılımı ve gerekli Python kitaplıklarını SBC'ye indirin. Mikro denetleyici üzerinde doğrudan denetime izin vermek için, mikro denetleyici tümleşik geliştirme ortamını veya IDE yazılımını indirin. Ardından bir SBC terminal penceresi açın, İndirilenler dizinine gidin ve IDE'yi yükleyin.

Mikro denetleyici IDE'sini açtıktan sonra Araçlar'ı, ardından Kitaplıkları Yönet'i seçin ve Paul Stoffregen'den Kodlayıcı kitaplığını yükleyin. Son olarak, SBC'deki bir USB bağlantı noktasına bir başparmak sürücü takın ve USB harici depolama aygıtını takmak için komutları girin. SBC'yi mikrodenetleyicinin programlama portuna bağladıktan sonra, mikro denetleyici IDE ile indirme çizimini açın ve mikro denetleyiciye yükleyin.

Ardından, Arduino IDE'nin uygun sürümünü ana bilgisayara indirin ve yükleyin. Ardından DTSC_US indirin. ino ana bilgisayara taslak.

USB A'dan USB B'ye kabloyu ana bilgisayara ve mikro denetleyiciye bağlayın. Çizimi açın ve mikro denetleyiciye yükleyin. Mikro denetleyicinin breadboard'una, LED'lere, döner kodlayıcıya, sürücülü step motora ve sürücülü solenoid valfe kablolar takın.

Ardından, bir güç kaynağının bir kanalını step motor sürücüsünün pozitif-V ve GND pimlerine bağlayın. Güç kaynağını açtıktan sonra, bağlı kanal voltajını 25 volta ayarlayın. Daha sonra, bir güç kaynağının pozitif kablosunu solenoid valf sürücüsü tutma voltajı pimine ve diğer pozitif kabloyu başak voltajı pimine bağlayın.

Güç kaynağını açtıktan sonra, ani voltaja bağlı kanalı 12 volta ve tutma voltajına bağlı kanalı 2,5 volta ayarlayın. Ardından, inç kare başına 20 pound basınca göre düzenlenmiş bir hava kaynağını solenoid valfe bağlayın. Daha sonra, çalışan tekerleği yapmak için, bir köpük silindirden üç inçlik bir tekerlek kesin ve tam tekerlek merkezinde çeyrek inçlik bir delik açın.

Ardından tekerleğe çeyrek inçlik bir şaft yerleştirin ve sıkma göbeklerini kullanarak yerine sabitleyin. Döner kodlayıcıyı 4,5 inçlik alüminyum kanala takın. Ardından alüminyum breadboard üzerindeki alüminyum kanalı stabilize edin.

Tekerleği döner kodlayıcıya taktıktan sonra, tekerlek milinin serbest tarafını, breadboard monteli bir optik direğe monte edilmiş, dik açılı bir uç kelepçesine yerleştirilmiş bir rulman ile sabitleyin. Ardından, optik direkleri ve dik açılı direk kelepçelerini kullanarak koltuk başlıklarını konumlandırın. Ardından, koşullu uyaran LED'ini ve DEC koşulsuz uyaranı için solenoid valf çıkışını monte edilmiş tekerleğin etrafına yerleştirin.

Ardından, DTSC koşulsuz uyaran ve Pi Camera için kullanılan step motoru optik bir direğe monte edin. Kızılötesi ışık dizisini Pi Kamera ile aynı tarafa, hayvanın yüzünün konumlandırılacağı yerin biraz üstüne ve doğrudan bakacak şekilde yerleştirin. Köpüğü bir akrilik parçasının kenarına bantlayarak gecikmiş dokunsal irkilme koşullandırması için dokunsal bir uyaran yapın.

Bir sıkma göbeği kullanarak çeyrek inçlik bir şafta monte edin, ardından dokunsal uyaranı step motor miline takın. Bir kafa plakası implante etmek için, fareyi uyuşturun, ardından gözlerin arka kenarından kafatasına kadar kafa derisinin orta çizgisi boyunca bir neşter ile bir kesi yapın. Kesini açın ve açık tutmak için her iki tarafı hemostatlarla kelepçeleyin.

Siyanoakrilat yapıştırıcı kullanarak, kafa plakasını kafatasına takın. Daha sonra maruz kalan kemiğin tüm bölgelerine diş çimento tozu, çözücü ve katalizör karışımı uygulayın. Cildi kapalı, baş plakasının arkasında ve önünde dikin.

Daha sonra farenin en az beş gün boyunca iyileşmesine izin verirken ameliyat sonrası analjezi enjekte edin. Fareleri davranış seanslarına hazırlamak için, baş kısıtlamasına monte ederek platforma alışmalarına izin verin. Seanstan önce, solenoid valf çıkışının hedef göze ortalandığından, bir santimetreden daha az bir mesafeye yerleştirildiğinden ve dokunsal uyaranın farenin burnuna ortalandığından ve yaklaşık 1,5 santimetre uzağa yerleştirildiğinden emin olun.

DTSC oturumu hazırlığı için, GUI'yi bir SBC terminalinden başlatın. Üç denemeden oluşan bir test oturumu çalıştırın ve terminale yazdırılan günlük verilerin 20'den büyük, ancak 100 adımdan az bir sapma gösterdiğinden emin olun. Bir oturumu çalıştırmak için, fareyi baş dayanağına takın ve GUI'yi SBC terminalinden başlatın.

Kamera kayıtlarını kaydetmek için, oturumu başlatmadan önce Akış düğmesine basın. Hayvan kimliği alanına hayvan için tanımlayıcı bilgileri girin ve Set (Ayarla) düğmesine basın. Ardından istediğiniz deneme parametrelerini girin ve Arduino'ya Yükle "düğmesine basın.

Son olarak, oturumu başlatmak için Oturumu Başlat'a basın. Kabul edilebilir aydınlatmaya sahip bir kayıt oturumundan elde edilen DEC eğitim sonuçları burada gösterilmektedir. Kabul edilebilir aydınlatma koşulları, göz ve perioküler kürk arasında iyi bir kontrast ile sonuçlandı.

Sekiz seans boyunca eğitilmiş tek bir farenin performansı, eğitimsiz farede koşullu bir yanıt olmadan davranışsal izler ve fare eğitildikten sonra sağlam koşullu tepkiler gösterdi. Örnek bir deneme videosu, eğitimli bir farenin LED koşullu uyarana yanıt olarak gözünü başarıyla kapattığını gösterirken, eğitimsiz fare koşulsuz uyarana kadar gözünü kırpmaz. Koşullu yanıt, günler boyunca gerçekleştirilen davranışsal oturumlar yoluyla boyut ve sıklık bakımından artar.

Optimum olmayan aydınlatma koşulları, elde edilen verilerin kalitesini ciddi şekilde sınırlar. Göz ve çevresindeki kürk arasındaki kontrast düşük olduğunda, görüntüdeki küçük değişiklikler tek bir seansta koşulsuz yanıtın kaydedilen şeklini önemli ölçüde değiştirebilir ve göz kapağı pozisyonunu algılamak için sinyal-gürültü oranını azaltabilir. Beş seans boyunca eğitilmiş bir fare için DTSC eğitim sonuçları burada sunulmaktadır.

Örnek bir deneme videosu, eğitimli bir farenin LED koşullu uyarana yanıt olarak tekerleği başarıyla desteklediğini, eğitimsiz bir farenin ise dokunsal koşulsuz uyaran uygulanana kadar tekerleği hareket ettiremediğini göstermektedir. Koşullu yanıtın sıklığı ve genliği, eğitim ilerledikçe artar. Düşük genlikli koşulsuz tepkiler üreten koşulsuz bir uyaranla eğitilmiş bir hayvan kohortunda, hiçbir hayvan dört günlük eğitimden sonra sürekli olarak koşullu tepkiler üretmeyi öğrenmedi.

Başarılı bir davranış için, makinenin üzerinde koşarken hayvanın rahatlığı kritik öneme sahiptir. Hayvanları teçhizata alıştırmadan önce tekerleğin serbestçe ve eşit bir şekilde dönmesini sağlamak önemlidir. Bu esnek platformu kullanarak, kafaya sabitlenmiş hayvanlarda öğrenme sırasında beyinciğin çıkış hücreleri olan Purkinje nöronlarının aktivitesini başarıyla görüntüledik ve bozduk.