Decodificare il comportamento naturale dall'incorporamento neuroetologico

Lo scopo della mia ricerca è capire come la neurodinamica codifichi il comportamento naturale e come il cervello controlli le azioni complesse che supportano la sopravvivenza in ambienti naturali. I paradigmi tradizionali a testa fissa limitano la nostra comprensione del comportamento naturale. Il nostro protocollo aggiorna questo paradigma incarnando una precisa decodifica del comportamento neurale negli animali che si muovono liberamente verso l'intelligenza cerebrale naturale.

Ci concentreremo sulla raccolta di dati ricchi e incontrollati per costruire modelli di vita digitali utilizzando approcci olistici per comprendere l'intelligenza nei sistemi viventi complessi. Per iniziare, collegare il cavo bus seriale universale del modulo di sincronizzazione del dispositivo di comportamento tridimensionale alla stazione di lavoro dello stesso dispositivo. Quindi, collegare il modulo di sincronizzazione del dispositivo mTPM al relativo controller utilizzando un cavo SMA.

Collegare la porta di uscita TTL del modulo di sincronizzazione del dispositivo di comportamento tridimensionale alla porta di ingresso TTL del modulo di sincronizzazione del dispositivo mTPM utilizzando un cavo di conversione SMA BNC. Per iniziare la calibrazione, regolare l'angolo di ripresa di tutte e quattro le telecamere in modo che coprano l'intera base del campo aperto ed estendano il loro campo visivo di almeno 20 centimetri sopra il confine più lontano per catturare il comportamento di allevamento del mouse. Quindi, posizionare il modulo di calibrazione al centro dell'area di ripresa.

Spegnere tutte le luci ed eseguire il software di calibrazione della fotocamera. Ora, fissa il mouse restrain al micro-manipolatore dell'mTPM. Utilizzando la piastra metallica, fissare la testa del mouse al sistema di fissaggio.

Spegni tutte le luci. Quindi, fissare l'mTPM al suo supporto e accendere il sistema di imaging per individuare il segnale fluorescente. Aggiungere una goccia di gel oculare Carbomer nella parte superiore della finestra cranica.

Spostare il mouse utilizzando la piattaforma di movimento in modo che la finestra cranica sia allineata direttamente sotto l'obiettivo dell'mTPM. Spostare il micromanipolatore verticalmente per individuare il piano di imaging. Quindi, spostare il micromanipolatore sul piano per centrare il piano di imaging.

Quindi, fissare la base superiore all'mTPM. Applicare l'adesivo per incollare la base inferiore alla base superiore e fissarla alla finestra cranica. Per garantire la stabilità strutturale, riempire lo spazio tra le due basi e la staffa della piastra metallica fissata alla testa del mouse utilizzando un adesivo strutturale acrilico ad alte prestazioni.

Quindi, valuta la stabilità del legame sondando delicatamente la base con una pinzetta. Successivamente, aggiungi una goccia di gel per gli occhi Carbomer nella camera di base. Osservare la fluorescenza neuronale attraverso l'mTPM.

Se la fluorescenza non è chiaramente visibile, rimuovere l'adesivo utilizzando un trapano cranico per staccare la base. Quindi, ripetere la procedura fino a raggiungere una fluorescenza chiara. Quindi, fissare un foglio di alluminio con del nastro adesivo tra la fibra dell'mTPM e la finestra cranica.

Accendi la luce della stanza e verifica la nitidezza dei fotogrammi catturati dall'mTPM. Per mettere il topo in campo aperto, gonfia almeno 10 palloncini di elio e legalo separatamente con dello spago di cotone. Quindi, staccare la piastra metallica dal fermamouse.

Tieni delicatamente il mouse per la coda usando una mano. Con l'altra mano, supporta la fibra ottica dell'mTPM. Posizionare con cautela il mouse in campo aperto.

Sospendi i palloncini di elio attaccando lo spago di cotone alla fibra. Regola il numero di palloncini in modo che il mouse possa muoversi ed esplorare il campo aperto senza restrizioni. Chiudere lo sportello dell'enclosure mTPM per ridurre i disturbi esterni.

Avviare il software di registrazione mTPM e il software di sincronizzazione. Impostare i percorsi dei file e i parametri di registrazione in base alla procedura di creazione della piattaforma. Avviare la registrazione dell'mTPM tramite il software di registrazione.

Controllare il software di sincronizzazione per verificare che i marcatori temporali siano registrati accuratamente per ogni fotogramma a due fotoni. Valuta se il contrasto delle immagini a due fotoni rimane stabile durante la registrazione. Verificare inoltre che i movimenti del mouse non interrompano la stabilità dei fotogrammi di imaging.

Ora, avvia lo script di sincronizzazione della fotocamera personalizzato per avviare la registrazione del comportamento. Impostare il percorso del file e i parametri in base alla procedura di creazione della piattaforma. Quindi, avviare la registrazione del comportamento utilizzando lo script di sincronizzazione personalizzato.

Confermare la presenza di un marcatore temporale nel software di sincronizzazione per ogni 30 fotogrammi di video di comportamento. Verificare che tutti e quattro i flussi video provenienti dalle telecamere siano sincronizzati correttamente. Verificare che i parametri di acquisizione video del sistema di tracciamento comportamentale tridimensionale siano impostati correttamente.

Una volta che la registrazione comportamentale si interrompe automaticamente, spegnere manualmente sia la registrazione mTPM che il software di sincronizzazione per concludere la prova. Le matrici dei coefficienti di correlazione non hanno mostrato modelli distinti specifici per i neuroni per le pose dei soggetti, le pose degli oggetti o le distanze del corpo, indicando una debole corrispondenza tra segnali neurali e metriche comportamentali. Tutti i coefficienti di correlazione del comportamento dei neuroni sono scesi tra 0,3 e 0,3, confermando associazioni deboli in condizioni naturalistiche.

Gli incorporamenti neurali derivati dalla zebra formano modelli intricati, incorporando componenti da più incorporamenti articolari. Gli embedding di zebra hanno dimostrato un allineamento coerente delle variabili comportamentali e neurali su tre coppie di topi, in particolare per la distanza corporea e i motivi sociali. L'errore di decodifica per gli incorporamenti a distanza corporea era significativamente più alto rispetto alle pose del soggetto e dell'oggetto, ma rimaneva entro i limiti di errore di tracciamento previsti.

L'incorporamento congiunto dell'attività neurale con varie variabili comportamentali ha rivelato un'elevata precisione di decodifica tra pose del soggetto, pose dell'oggetto e motivi. L'analisi della somiglianza del coseno utilizzando l'incorporamento della posa del soggetto S1 come riferimento ha mostrato un allineamento inferiore per i motivi relativi all'oggetto, suggerendo una codifica primaria del sé e del comportamento sociale.