Investigation of multisensory behavioral control in zebrafish during target tracking
Zebra balıklarının hedef izleme sırasında çok duyulu davranışsal kontrolünün incelenmesi
- Tez No: 840928
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL UYANIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Canlılar çevreden ışık, ses ve basınç gibi farklı yayılım hızı ve desenine sahip sinyalleri çeşitli duyu organlarıyla yakalayarak bu sinyalleri merkezi sinir sisteminde anlamlandırırlar ve böylelikle etraflarının duyusal bir ifadesini elde ederler. Bazen aynı kaynak, farklı duyu organlarını eşzamanlı olarak uyarabilir. Bu gibi durumlarda bilgi işleme hızını arttırmak, algıdaki doğruluk oranını yükseltmek ve gürültüyü azaltmak için çoklu duyusal entegrasyon gerçekleştirilir. Canlılar böylece geri bildirim sinyalleri varlığında gerekli motor sinyalleri üreterek davranışlarını gerçekleştirirler. Bu tezin temel amacı, hayvanların içgüdüsel gerçekleştirdikleri davranışları sırasında çoklu duyusal entegrasyonun araştırılmasına olanak tanıyan yeni bir deney düzeneği ve uyaran sistemi tasarlamak ve üretmektir. Bu çalışmada, pozitif reotaksi olarak adlandırılan su akıntısına karşı yüzme davranışı sergileyen ve literatürde model organizma olarak anılan serbest (kısıtlanmamış) yüzebilen Danio rerio (zebra balığı) kullanılmıştır. Reotaksi, su akıntısında sürüklenmekten kaçınmak için minimum enerji harcayarak konumunu korumaya yönelik içgüdüsel bir davranıştır ve zebra balığı bu davranışı gerçekleştirmek için hem görsel hem de titreşimsel bilgi sinyallerini kullanır. Reotaksinin amacı üzerine kurulan özel deney düzeneğimiz, balıklar için hız kontrollü lineer ve sabit hızlı (homojen) akarsu tüneli şeklinde bir tür sanal gerçeklik ortamı olarak düşünülebilir. Öncelikle zebra balığında içgüdüsel reotaksi davranışını tetiklemek için onu lineer ve homojen akış elde ettiğimiz deney düzeneğimize koyuyoruz. Suyun içine engel yerleştirdiğimizde, engelin arkasında düşük gradyen rejimi oluşur. Balık bu rejimi algılayabilir ve reotaksinin düşük enerji harcama motivasyonuna uygun olarak bu rejimde kalma eğilimi gösterir. Daha sonra, engeli su akıntısına dik ve balığa göre yatay olarak hareket ettirdiğimizde, düşük gradyen rejimi de hareket etmiş olur ve daha da önemlisi zebra balığı bu rejimi takip eder. Zebra balığı, hedef izleme davranışı için titreşimsel ve görsel bilgileri eş zamanlı olarak birleştirerek engelin arkasında oluşan düşük gradyen rejimini tespit eder. Tasarladığımız yeni deney düzeneği ve iki eyleyicili uyaran sisteminin amacı, zebra balığının reotaksi sırasında hedef takibi için gerçekleştirdiği çoklu duyusal entegrasyonu ayrıştırmak ve zebra balığının sinyalleri nasıl entegre ettiğini anlamamızı sağlamaktır. Bu amaca uygun olarak, zebra balığını uyarmak için su akıntısına D şeklinde yarı silindirik şeffaf bir pleksiglas tüp yerleştirdik ve bu tüpün içine şeffaf tüpten tamamen bağımsız hareket edebilen mavi bir neon şerit LED yerleştirdik. D şeklindeki şeffaf pleksiglas tüp, ışık kırılması nedeniyle suda görünmez ve zebra balığının sadece yanal çizgi organını uyarır. Tüpün içindeki neon şerit LED, tüp tarafından çevrelendiği için suda titreşime neden olmaz ve zebra balığına sadece görsel bilgi sağlar. Benzersiz yüksek çözünürlüklü iki eyleyicili uyaran sistemimiz sayesinde balığa titreşimsel ve görsel uyaranları hem senkron hem de asenkron bir şekilde sağlayabilmekteyiz. Belirlediğimiz duyusal çatışma senaryoları ile zebra balığının hedef izleme davranışı sırasındaki kapalı döngü duyusal motor kontrol süreçlerini değerlendiriyoruz. Çalışmamızda N=5 zebra balığı için hedef takibi deneylerini tekrarlanmış ve duyusal entegrasyon dinamiklerinin frekans cevapları kestirilmiştir. Ürettiğimiz özel deney düzeneği, iki eyleyicili uyaran sistemi ve protokol kullanarak gerçekleştirdiğimiz deneylerde, titreşimsel uyaranların görsel uyaranlara baskın olduğunu ve görsel uyaranların titreşimsel uyaranlarla çelişki oluşturduğunda tek başına balığın hedef izleme davranışını tetiklemek için yeterli olmadığını, ancak zebra balığının hedef izleme performansını iyileştirmek için titreşimsel sinyalleri görsel sinyallerle entegre edebildiğini bulduk. Sonuçlarımız, çoklu duyusal entegrasyon dinamiklerinin basit süperpozisyon yöntemleriyle açıklanamayacağını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Animals capture several signals of different speeds and propagation patterns from their environment, such as light, sound, and pressure, through various sensory organs and interpret these signals in their central nervous systems (CNS) to represent a sensory expression of their environments. In addition, the same source can stimulate different sensory organs simultaneously. In such cases, multisensory integration is employed to accelerate information processing, increase the accuracy of perception, and reduce noise. Consequently, animals perform their behavior in the presence of feedback signals by generating the necessary motor signals. The main objective of this thesis is to design and build a novel experimental setup and stimuli system that allows the investigation of multisensory integration in animals during their instinctive behavior. In this study, we used free-swimming (unconstrained) Danio rerio (zebrafish), which exhibits swimming behavior against the water flow called positive rheotaxis and is referred to as a model organism in the literature. Rheotaxis is an instinctive behavior to station keeping by spending minimal energy to avoid drifting in the water flow, and zebrafish use both visual and mechanosensory cue signals to perform this behavior. Our new experimental setup based on the purpose of rheotaxis is a kind of virtual reality environment in the form of a speed-controlled laminar flow tunnel for the fish. First of all, to induce instinctive rheotaxis behavior in the zebrafish, we place it in our experimental setup where we obtain laminar flow. A low-gradient regime occurs behind it when we place an obstacle in the water. The fish can perceive this regime, and it tends to stay in this regime in accordance with the low energy cost purpose of rheotaxis. After that, when we move the obstacle perpendicular to the water flow and horizontally according to the fish's perspective, the low-gradient regime also moves, and, more importantly, the zebrafish follows this regime. Zebrafish detect the low-gradient regime behind the obstacle by combining mechanosensory and visual information simultaneously for target tracking behavior. The new experimental setup and the two-actuator stimulation system we built aim to decouple the multisensory integration that the zebrafish performs for target tracking during rheotaxis and allow us to understand how the zebrafish integrate the signals. In this context, we placed a D-shaped semi-cylindrical transparent plexiglass tube in the water flow and placed a blue neon strip LED inside this tube, which can move completely independently of the transparent tube to stimulate the zebrafish. The transparent D-shaped plexiglass tube is invisible in the water due to light refraction, stimulating only the zebrafish's lateral line organ. The neon strip LED inside the tube does not induce vibration in the water as it is surrounded by the tube and only provides visual cues to the zebrafish. We can provide mechanosensory and visual stimuli to the fish both synchronously and asynchronously, thanks to our unique high-resolution two-actuator stimulation system. We evaluate the closed-loop sensory-motor control processes of zebrafish during target tracking behavior with our determined sensor conflict scenarios. In our study, we repeated target tracking experiments for N=5 zebrafish and estimated the frequency responses of multisensory integration dynamics. Using our unique experimental setup, the two-actuator stimulation system, and the protocol, we found that mechanosensory stimuli dominate over visual stimuli, and visual cues alone are not sufficient to trigger the fish's tracking behavior when contrasted with mechanosensory cues, but zebrafish can integrate mechanosensory signals with visual signals to improve target tracking performance. Our results suggest that the dynamics of sensory integration cannot be explained by simple superposition methods.
Benzer Tezler
- Investigation of the effects of perceptual salience on target tracking behavior performance of zebrafish during rheotaxis
Algısal belirginliğin zebra balığının reotaksi sırasındaki hedef takip davranışı performansına etkilerinin incelenmesi
ŞEVVAL İZEL SOLMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL UYANIK
- Özel gereksinimli çocuklarda duyu bütünleme terapisinin duyusal işlemleme ve davranış problemleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of sensory integration therapy on sensory processing and behavioral problems in children with special NEEDS
BUSE EZGİ BEKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
ErgoterapiÜsküdar ÜniversitesiNörobilim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ DEMİRCİ
- Otizm spektrum bozukluğu olan çocuklarda duyu profilinin ve motor koordinasyonun katılıma etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of sensory profile and motor coordination on participation in children with autism spectrum disorder
ASLI KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
ErgoterapiÜsküdar ÜniversitesiNörobilim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜRKER TEKİN ERGÜZEL
- Duyu bütünleme sorunu olan çocuklarda bale eğitiminin etkinliğinin incelenmesi
Investigation of the effectivenes of ballet training in children with sensory integration problems
BUSE AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bale ve DansÜsküdar ÜniversitesiErgoterapi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF AKTUĞ ERTEKİN
- Duyusal pazarlama açısından reklamların tüketici satın alma niyeti üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of advertisements on consumer purchasing intent in terms of sensory marketing
GİZEM BULUT