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科學家揭示小鼠通過胡須感覺引導運動的快速決策邏輯

感知、決策和運動控制通常在實驗室中進行序列化,動物在從靜態靜止位置以離散動作做出反應之前,會隨著時間收集感覺信息。盡管這種方法很有用,但它沒有捕捉到許多真實世界中的行為,在這些行為中感知、決策和行動快速且并行地發生。例如,在決定如何避開道路上的障礙物時(例如,通過突破、轉彎或踩過障礙物),動物必須考慮障礙物的大小和位置、肢體的位置和速度,并做出反應,以便在保持平衡的同時避開障礙物。做出此類決定的速度可能會妨礙基于證據逐漸積累的策略,而這些證據通常與大腦皮層相關。在陸地運動中,肌肉骨骼系統的高維度使感覺運動決策更加復雜。盡管認知和知覺決策通常具有分類或二元結果(例如,采取哪個動作或是否存在刺激),但關于運動的決策必須以尊重身體狀態的持續變化的方式協調多個肢體。

對小鼠進行訓練和測試,其中一半試驗(隨機交錯)照亮障礙物,另一半則在完全黑暗中進行(圖 A)。當眼睛和胡須都能感知到障礙物時,老鼠成功地高速**它(圖 2B,綠色),根據障礙物的高度調整它們的爪子的高度(圖 2C- D,圖2-圖補充1B)高速運行(圖2E)。然而,當他們接近障礙物時,他們放慢了速度(圖 2E)。值得注意的是,在沒有視覺輸入的情況下,小鼠可以保持這種性能水平而不會減慢速度(圖 2E)。在沒有視覺輸入的情況下,小鼠以相似的速度**障礙物(圖 2B;p=0.19),將爪子的高度與障礙物的高度匹配到相似的程度(圖 2C-D,圖 2-圖補充 1B;前爪p=0.57),即使它們越過障礙物也能保持高速(圖2E)。


我們接下來測試了老鼠是否需要胡須來執行任務。在小鼠達到穩態表現后,修剪面部兩側的所有胡須。雖然三叉戟胡須無法觸及障礙物,但我們也將其修剪掉了。當障礙物可見但小鼠沒有胡須時,成功率下降(圖B;p<0.01)盡管跨過障礙物的平均臺階高度沒有顯著變化(圖C,補充 1A)。而不是影響整體臺階高度,胡須修剪消除了前爪高度與障礙物高度之間的相關性(圖C-D,圖1B; p<0.001),這表明胡須——而不是視覺——是估計障礙物高度所必需的。在另一組實驗中,隨著晶須逐漸修剪,性能被評估。將爪子高度調整到障礙物高度的能力需要不止一根胡須(圖D)隨著修剪更多胡須,爪子著陸位置的準確性會降低(圖E)。這些結果表明,老鼠結合了來自多個胡須的信息來確定障礙物的高度和水平位置。

修剪胡須并在障礙物熄滅燈后,相對于視覺和胡須狀況,老鼠至少跑得一樣快(圖 2E;p=0.11)。然而,老鼠不再能夠成功地**障礙物或將它們的爪子的高度與障礙物的高度相匹配排除角色對于其他感官方式??傮w而言,這些結果表明,胡須體感足以在障礙物**過程中驅動快速的行為改變。



動物行為分析軟件:

1. VisuTrack軟件

2. SuperMaze軟件

3. FishTrack斑馬魚分析軟件

動物行為儀器:

1. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射(PPI)、跑步機、各類經典迷宮等

2、動物抓撓分析儀、動物震顫行為分析儀、動物捕食行為分析儀

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神經電生理:

1、光遺傳、無線光遺傳

2、光纖記錄系統(單通道、多通道)

3、電生理信號采集系統(腦電、肌電等)

 


滬公網安備 31011202007432號

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