Декодирование естественного поведения с помощью нейроэтологического встраивания

Цель моего исследования — понять, как нейродинамика кодирует естественное поведение и как мозг контролирует сложные действия, поддерживающие выживание в естественной среде. Традиционные парадигмы с фиксированной головой ограничивают наше понимание естественного поведения. Наш протокол обновляет эту парадигму, воплощая точное декодирование нейронного поведения у свободно движущихся животных в направлении естественного интеллекта мозга.

Мы сосредоточимся на сборе обширных неконтролируемых данных для построения цифровых моделей жизни с использованием целостных подходов к пониманию интеллекта в сложных живых системах. Для начала подключите универсальный кабель последовательной шины модуля синхронизации трехмерного устройства поведения к рабочей станции того же устройства. Затем подключите модуль синхронизации устройства mTPM к его контроллеру с помощью одного кабеля SMA.

Подключите выходной порт TTL модуля синхронизации устройства трехмерного поведения к входному порту TTL модуля синхронизации устройства mTPM с помощью одного кабеля преобразования SMA BNC. Чтобы начать калибровку, отрегулируйте угол съемки всех четырех камер таким образом, чтобы они охватывали всю базу открытого поля и расширяли их поле зрения как минимум на 20 сантиметров над самой дальней границей, чтобы зафиксировать поведение мыши на дыби. Затем поместите калибровочный модуль в центр зоны съемки.

Выключите все лампы и запустите программное обеспечение для калибровки камеры. Теперь закрепите удерживатель мыши на микроманипуляторе mTPM. С помощью металлической пластины закрепите головку мыши на ограничителе.

Выключите весь свет. Затем закрепите mTPM на держателе и включите систему визуализации для определения местоположения флуоресцентного сигнала. Добавьте одну каплю геля для глаз Carbomer в верхнюю часть черепного окна.

Переместите мышь с помощью подвижной платформы так, чтобы краниальное окно было выровнено непосредственно под объективом mTPM. Переместите микроманипулятор вертикально, чтобы определить местоположение плоскости изображения. Затем переместите микроманипулятор в плоскость, чтобы центрировать плоскость изображения.

Затем закрепите верхнее основание на mTPM. Нанесите клей, чтобы приклеить нижнее основание к верхнему основанию и закрепить его на черепном окне. Чтобы обеспечить стабильность конструкции, заполните зазор между двумя основаниями и металлической пластинчатой скобой, прикрепленной к голове мыши, с помощью высокоэффективного акрилового конструкционного клея.

Затем оцените стабильность соединения, осторожно прощупав основание пинцетом. После этого добавьте одну каплю геля для глаз Carbomer в базовую камеру. Наблюдайте за флуоресценцией нейронов через mTPM.

Если флуоресценция не видна четко, удалите клей с помощью черепного сверла, чтобы отсоединить основание. Затем повторяйте процедуру до тех пор, пока не будет достигнута четкая флуоресценция. Затем закрепите алюминиевую фольгу с помощью ленты между волокном mTPM и черепным окном.

Включите освещение в комнате и проверьте четкость кадров, захваченных модулем mTPM. Чтобы выставить мышку в открытое поле, надуйте не менее 10 гелиевых шаров и завяжите каждый отдельно хлопчатобумажным шпагатом. Затем отсоедините металлическую пластину от ограничителя мыши.

Аккуратно держите мышь за хвост одной рукой. Другой рукой поддержите оптическое волокно mTPM. Аккуратно поместите мышку в открытое поле.

Подвесьте гелиевые шары, прикрепив хлопчатобумажный шпагат к волокну. Отрегулируйте количество воздушных шаров так, чтобы мышь могла перемещаться и исследовать открытое поле без ограничений. Закройте дверцу корпуса mTPM, чтобы уменьшить количество внешних помех.

Запустите программное обеспечение для записи mTPM и программное обеспечение для синхронизации. Задайте пути к файлам и параметры записи в соответствии с процедурой создания платформы. Запустите запись mTPM с помощью программного обеспечения для записи.

Проверьте программное обеспечение синхронизации, чтобы убедиться, что метки времени точно записываются для каждого двухфотонного кадра. Оцените, остается ли контраст двухфотонных изображений стабильным во время записи. Также убедитесь, что движения мыши не нарушают стабильность кадров изображения.

Теперь запустите настраиваемый сценарий синхронизации камеры, чтобы начать запись поведения. Задайте путь к файлу и параметры в соответствии с процедурой создания платформы. Затем запустите запись поведения с помощью настроенного скрипта синхронизации.

Подтвердите наличие маркера времени в программном обеспечении синхронизации для каждых 30 кадров видео поведения. Убедитесь, что все четыре видеопотока с камер синхронизированы корректно. Убедитесь, что параметры видеозахвата трехмерной поведенческой системы слежения установлены правильно.

Как только запись поведения автоматически прекратится, вручную выключите программное обеспечение для записи и синхронизации mTPM, чтобы завершить исследование. Матрицы коэффициентов корреляции не показали отчетливых нейроноспецифичных паттернов для поз субъекта, поз объекта или расстояния до тела, что указывает на слабое соответствие между нейронными сигналами и поведенческими метриками. Все коэффициенты корреляции поведения нейронов находились в диапазоне от 0,3 до 0,3, что подтверждает слабые ассоциации в естественных условиях.

Нейронные встраивания, полученные от Zebra, образуют сложные узоры, включающие компоненты из нескольких совместных встраиваний. Встраиваемые данные Zebra продемонстрировали последовательное выравнивание поведенческих и нейронных переменных в трех парах мышей, особенно в отношении расстояния до тела и социальных мотивов. Ошибка декодирования для встраивания расстояния до тела была значительно выше, чем для поз объекта и объекта, но оставалась в пределах ожидаемых пределов ошибки отслеживания.

Совместное встраивание нейронной активности с различными поведенческими переменными показало высокую точность декодирования по позам субъекта, позам объектов и мотивам. Анализ косинусного сходства с использованием встраивания позы субъекта S1 в качестве эталона показал более низкое выравнивание мотивов, связанных с объектами, что свидетельствует о первичном кодировании себя и социального поведения.