Парадигмы сенсорного ассоциативного обучения многое раскрыли о функции мозжечка и его связи с остальной частью мозга и поведением. Используя мышь в качестве модельного организма, мы представляем метод с достаточной детализацией для лабораторий по всему миру, чтобы реализовать эти мощные методы эффективно и недорого. Наш протокол позволит исследователям установить несколько мозжечкозависимых поведений.
Основные функции нашей исследовательской платформы могут быть легко изменены в соответствии с конкретным исследовательским вопросом. Для начала подключите кабель последовательного интерфейса камеры к фотокамере и порт камеры на SBC. Затем загрузите операционную систему для SBC на хост-компьютер и создайте файл с именем ssh на карте microSD.
Извлеките карту microSD из хост-устройства. Вставьте его в слот для карт памяти SBC microSD и включите SBC. Затем, чтобы подготовить SBC к принятию проводного подключения к хосту, откройте терминал, введите команду ifconfig" и запишите IP-адрес Ethernet SBC.
Затем перейдите на вкладку «Интерфейс» параметра «Конфигурация Raspberry Pi» и включите параметры для камеры, SSH и VNC. Для установления проводного соединения подключите кабель Ethernet к порту Ethernet на SBC и хост-компьютере, а другой конец этих кабелей подключите к коммутатору Ethernet. Затем, используя вычислительный клиент виртуальной сети, такой как VNC, получите доступ к рабочему столу, используя IP-адрес SBC и проверку подлинности по умолчанию.
Затем загрузите необходимое программное обеспечение и необходимые библиотеки Python в SBC. Чтобы обеспечить прямое управление микроконтроллером, загрузите интегрированную среду разработки микроконтроллера или программное обеспечение IDE. Затем откройте окно терминала SBC, перейдите в каталог Downloads и установите среду IDE.
После открытия среды IDE микроконтроллера выберите Инструменты, а затем Управление библиотеками и установите библиотеку Кодировщика от Пола Стоффрегена. Наконец, вставьте флэш-накопитель в USB-порт на SBC и введите команды для подключения внешнего запоминающего устройства USB. После подключения SBC к порту программирования микроконтроллера откройте эскиз загрузки с помощью микроконтроллера IDE и загрузите его на микроконтроллер.
Затем загрузите и установите соответствующую версию Arduino IDE на главном компьютере. Затем загрузите DTSC_US. эскиз ino на хост-компьютере.
Подключите провод USB A к USB B к хост-компьютеру и микроконтроллеру. Откройте эскиз и загрузите его на микроконтроллер. Прикрепите провода к макету микроконтроллера, светодиоды, поворотный энкодер, шаговый двигатель с драйвером и электромагнитный клапан с драйвером.
Затем подключите один канал питания к контактам positive-V и GND драйвера шагового двигателя. После включения блока питания установите напряжение подключенного канала на 25 вольт. Затем подключите положительный провод блока питания к контакту напряжения удержания напряжения драйвера электромагнитного клапана, а другой положительный провод к контакту пикового напряжения.
После включения блока питания установите канал, подключенный к пиковому напряжению, на 12 вольт, а канал, подключенный к удержающему напряжению, на 2,5 вольта. Затем подключите источник воздуха, регулируемый давлением 20 фунтов на квадратный дюйм, к электромагнитному клапану. Затем, чтобы сделать ходовое колесо, вырежьте трехдюймовое колесо из поролонового ролика и просверлите четвертьдюймовое отверстие в точном центре колеса.
Затем вставьте четвертьдюймовый вал в колесо и закрепите его на месте с помощью зажимных ступиц. Прикрепите поворотный энкодер к 4,5-дюймовому алюминиевому каналу. Затем стабилизируйте алюминиевый канал на алюминиевой макетной плате.
После крепления колеса к поворотному энкодеру стабилизируют свободную сторону вала колеса подшипником, вставленным в прямоугольный торцевой зажим, установленный на макетном оптическом столбе. Затем установите подголовники с помощью оптических стоек и хомутов под прямым углом. Затем расположите индикатор условного стимула и выходное отверстие электромагнитного клапана для безусловного стимула DEC вокруг собранного колеса.
Затем установите шаговый двигатель, используемый для безусловного стимула DTSC, и Pi Camera на оптический столб. Поместите инфракрасный световой массив на ту же сторону, что и камера Pi, немного выше и прямо лицом туда, где будет расположена морда животного. Сделайте тактильный стимул для отсроченного тактильного кондиционирования испуга, приклеив пену к краю куска акрила.
Установите на четвертьдюймовый вал с помощью зажимной ступицы, затем прикрепите тактильный стимул к валу шагового двигателя. Чтобы имплантировать головную пластину, обезболивают мышь, затем делают разрез скальпелем по средней линии кожи головы, от заднего края глаз до черепа. Разложите разрез открытым и зажмите обе стороны гемостатами, чтобы держать его открытым.
Используя цианоакрилатный клей, прикрепите головную пластину к черепу. Затем нанесите смесь порошка зубного цемента, растворителя и катализатора на все участки открытой кости. Зашить кожу закрытой, сзади и перед головной пластиной.
Затем вводят послеоперационную анальгезию, позволяя мыши восстановиться в течение как минимум пяти дней. Чтобы подготовить мышей к сеансам поведения, позвольте им привыкнуть к платформе, установив их в подголовник. Перед сеансом убедитесь, что выпускное отверстие электромагнитного клапана сосредоточено на глазу-мишени, расположенном на расстоянии менее одного сантиметра, а тактильный стимул сосредоточен на носу мыши, расположенном примерно на расстоянии 1,5 сантиметра.
Для подготовки сеанса DTSC запустите графический интерфейс с терминала SBC. Запустите тестовый сеанс из трех испытаний и убедитесь, что зарегистрированные данные, которые печатаются на терминале, показывают отклонение более 20, но менее 100 шагов. Для запуска сеанса установите мышь на подголовник и запустите графический интерфейс с терминала SBC.
Чтобы сохранить записи с камеры, нажмите кнопку «Поток» перед началом сеанса. Введите идентификационную информацию о животном в поле Идентификатор животного и нажмите кнопку Установить. Затем введите нужные параметры эксперимента и нажмите кнопку Загрузить в Arduino".
Наконец, нажмите Начать сеанс, чтобы начать сеанс. Результаты обучения DEC от сеанса записи с приемлемым освещением показаны здесь. Приемлемые условия освещения привели к хорошему контрасту между глазом и периокулярным мехом.
Производительность одной мыши, обученной в течение восьми сеансов, показала поведенческие следы, без обусловленной реакции у необученной мыши, и надежные условные реакции после обучения мыши. Пример пробного видео показывает, как обученная мышь успешно закрывает глаз в ответ на условный стимул светодиода, в то время как необученная мышь не моргает до безусловного стимула. Условный ответ увеличивается в размере и частоте через поведенческие сеансы, выполняемые в течение нескольких дней.
Условия неоптимального освещения серьезно ограничивают качество получаемых данных. Когда контраст между глазом и окружающим мехом низкий, небольшие изменения в изображении могут значительно изменить записанную форму безусловного ответа за один сеанс и уменьшить отношение сигнал/шум для определения положения век. Результаты обучения DTSC для мыши, обученной в течение пяти сеансов, представлены здесь.
Пример пробного видео показывает, как обученная мышь успешно поддерживает колесо в ответ на светодиодный условный стимул, в то время как необученная мышь не может переместить колесо до тех пор, пока не будет применен тактильный безусловный стимул. Частота и амплитуда условного ответа увеличиваются по мере прохождения тренировки. В когорте животных, обученных с безусловным стимулом, который производил безусловные реакции с низкой амплитудой, ни одно животное не научилось последовательно производить условные реакции после четырех дней обучения.
Для успешного поведения комфорт животного во время бега на оснастке имеет решающее значение. Важно убедиться, что колесо вращается свободно и равномерно, прежде чем приучить животных к оснастке. Используя эту гибкую платформу, мы успешно изобразили и возмутили активность нейронов Пуркинье, выходных клеток мозжечка, во время обучения у животных с фиксированной головой.
