Design of a head-fixed rodent behavioral paradigm for closed-loop cursor control
Kapalı döngü imleç kontrolü için başı sabit kemirgen davranış paradigmasının tasarımı
- Tez No: 893124
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KOCATÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Mühendislik Bilimleri, Nöroloji, Bioengineering, Engineering Sciences, Neurology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği ve Biyoenformatik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliğ ve Biyoenformatik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 49
Özet
Ön patilerle bir levye veya manevra kolu manipülasyonu, kemirgenlerde motor beceri öğrenimi ve ediniminin altında yatan sinirsel mekanizmaları araştırmak için kullanılan en yaygın davranış paradigmalarından biridir. Görsel geri bildirim içeren benzer bir davranış paradigması, görsel-motor becerileri incelemek için insan olmayan primatlarla kullanılır. Bu paradigmada, bir joystick kullanılarak bilgisayar ekranında bir imleç hareket ettirilir ve ekranda beliren hedeflere ulaşıldığında ödül kazanılır. Ancak, basit, tek boyutlu imleç kontrolü için bile bir görsel-motor beceri öğrenimi paradigması kemirgenler için henüz mevcut değildir. Bu çalışmada, amacımız sıçanlar için benzer görsel-motor görevi gerçekleştirmeye olanak veren bir davranış paradigması ve düzeneği geliştirmek ve sıçanların imleç hareketlerindeki hataları algılayıp gerektiğinde düzeltme yeteneğine sahip olduğunu kanıtlamaktır. Bu amaçla, Wistar sıçanları için ergonomik olan ve bilgisayar ekranı kullanılarak sağlanan görsel geri bildirime dayalı olarak kaldıraç seçimi görevlerinin zamanında gerçekleştirilmesine olanak tanıyan bir baş sabitleme sistemi geliştirdik. Baş sabitleme aparatı, çeşitli boyutlardaki sıçanlar için ayarlanabilir olup, bilgisayar ekranındaki imlecin hareketlerini kontrol etmek için iki levyenin tutarlı ve hassas çalışmasını sağlar. Operant koşullanma prosedürleri, sıçanların imleci bir hedefe doğru hareket ettirmelerine izin verecek şekilde ayarlanmıştır. Sıçanların imlecin hareket yönündeki değişikliklere tepki verme konusundaki görsel yeteneklerini kanıtlamak için ayrıca imlecin hareket yönünün rastgele zamanlarda bozulduğu yakalama denemeleri de sunuldu. Yakalama denemelerinde, sıçanın görevi imlecin hareket yönünü düzeltmekti. Mevcut davranış paradigmasının ve düzeneklerin uygulanabilirliğini incelemek amacıyla, bir sıçana baş sabitleme çubuğu yerleştirdik ve burada açıklanan görsel-motor görevi gerçekleştirmesi için onu eğittik. Sıçan, üst üste 40 denemede imlecin yörünge değişikliklerine %100 doğruluk oranıyla yanıt verebilmiştir. Ayrıca, hedefe doğru hareket ederken yörünge değişikliklerine farklı pozisyonlarda bile yanıt verebilmiştir. Sonuçlarımız, sıçanların bilgisayar ekranındaki bir imlecin hatalı hareketlerini algılama ve gerekli olduğunda hareketlerini düzeltmek için sağlanan görsel geri bildirime dayalı olarak hassas motor yanıtlar gerçekleştirme yeteneklerine sahip olduğunu göstermektedir. Mevcut davranış düzeneğinin modüler tasarımı, kolay modifikasyonlara ve geliştirmelere olanak sağlar ve davranış sergileyen kemirgenlerde geniş bir yelpazede sinirbilimsel araştırmalar için çok yönlü bir araç haline getirir. Burada sunulan davranışsal paradigma ve eğitim prosedürleri, kemirgenlerde görsel-motor entegrasyonunun ve beceri öğreniminin sinirsel mekanizmaları hakkında daha ayrıntılı çalışmalara olanak tanıyabilir ve hem temel nörobilim hem de beyin-makine arayüzlerinin geliştirilmesi için değerli bilgiler sunabilir.
Özet (Çeviri)
Manipulation of a lever or joystick with forepaws is one of the most common behavioral paradigms used to investigate the neural mechanisms underlying motor skill learning and acquisition in rodents. A similar behavioral paradigm with inclusion of visual feedback is employed with non-human primates to study visuomotor skills. In the paradigm, a cursor is presented on computer screen and moved using a joystick to acquire rewards upon acquisition of targets appearing on the screen. However, a visuomotor skill training paradigm, even for simplistic, one-dimensional cursor control, has not been available for rodents yet. In this study, our goal was to develop a behavioral paradigm and setup which enables a similar visuomotor task for rats and to prove that the rats have the capability to perceive the errors in cursor movements and correct them when necessary. To this end, we developed a head-fixation system which is ergonomic for Wistar rats and allows for performance of timely lever-choice tasks based on visual feedback provided using a computer display. The head-fixation apparatus is adjustable for various sizes of rats while ensuring consistent and precise operations of two levers for controlling the movements of the cursor on the computer display. Operant conditioning procedures were tuned to allow the rats to move the cursor toward a target. Catch trials where the motion direction of the cursor was perturbed at random times were also presented to prove the visual capability of rats for responding to the changes in the motion direction of the cursor. In catch trials, the task of the rat was to correct the motion direction of the cursor. In order to examine the practicality of the present behavioral paradigm and setup, we implanted one rat with a head-fixation bar and trained it for performing the visuomotor task described here. The rat has been able to respond to the trajectory changes of the cursor with 100% accuracy rate over 40 consecutive trials. Furthermore, it has been enabled to respond to the trajectory changes even if they appeared at different positions on the while moving towards the target. Our results demonstrate that rats are capable of detecting erroneous movements of a cursor on computer display and perform precise motor responses based on the visual feedback provided to correct its movements when needed. The present behavioral setup's modular design allows for easy modifications and upgrades, and makes it a versatile tool for a wide range of neuroscientific research in behaving rodents. The behavioral paradigm and the training procedures presented here can allow for more detailed studies on the neural mechanisms of visuomotor integration and skill learning in rodents and offer valuable insights for both basic neuroscience and the development of brain-machine interfaces.
Benzer Tezler
- Computer aided analysis of laterally loaded piles
Bilgisayar destekli yatay yüklü kazık analizi
CENGİZHAN İDİLGİL
- Yatay yük etkisindeki model kazıkların davranışı
The Behaviour of laterally loaded model piles
ERKAN DİNÇER
- Design and implementation of a head tracking controlled pan and tilt vision system
Kafa takibi sistemi ile kontrol edilebilen pan-tilt kamera sisteminın modellenmesi
HASAN ÖLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN
YRD. DOÇ. DR. AHMET BUĞRA KOKU
- Şevlerde yanal yüklü kazıkların laboratuar koşullarında modellenmesi
Modeling of lateral loaded piles in slopes under laboratory conditions
ÇİĞDEM ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. SÖNMEZ YILDIRIM