幼年斑马鱼中条件刺激的视觉特性调节操作者学习的研究

发布时间：2020-09-14 17:07

　　大脑如何表现学习行为和形成记忆是神经科学中一个长期存在的基本问题。研究人员已经建立了许多学习行为的行为范式,例如经典学习-将一种中性刺激与一种奖赏或者惩罚建立联系和操作者学习-将动物的行为与其行为的结果建立联系。然而,学习范例主要针对小鼠和其他哺乳动物。近年来斑马鱼幼鱼由于其较小的脑体积和丰富的行为模式而逐渐成为一种很有前景的研究学习记忆行为机制的模式生物。此外,研究人员还开发了遗传工具,如斑马鱼中的GAL4/UAS系统。在大多数情况下,可以容易地进行遗传学和光学操作。这里,我们报道一个斑马鱼幼鱼的高通量操作者行为训练系统。该系统可以同时全自动地同时训练12条幼鱼将视觉刺激与电刺激建立联系。我们通过计算鱼在CS区所处的时间比例以及其转向行为,发现学习行为反应受到视觉对比度,而不是条件刺激图案几何纹理的调节,与背景对比越强的条件刺激图案的学习反应越强。通过进一步的用位置指数描述其学习曲线,我们证明了学会的鱼的百分比会随着条件刺激图案颜色变深而加强。我们同时用记忆长度量化了我们的操作者学习任务中的记忆消退,并发现条件刺激图案和背景之间越低的视觉对比度能引起更多具有记忆消退的鱼。此外,野生型AB鱼和elavl3:H2B-GCaMP6f的操作者学习反应差异并不明显。最后,我们构思了一个未来的研究方向,将自由游动斑马鱼的成像与学习行为范式相结合,以监测潜在的神经活动。最终,我们想要了解这个学习过程在全脑环路层面的神经机制。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q42
【部分图文】：

示意图,行为训练,行为系统,高通量

这种操作者学习训练方案是从Ｖａｌｅｎｔｅ的学习范式中修改而来的（Ｖａｌｅｎｔｅ逡逑等，２０１２）。在这里，鱼将按顺序经历四个不同阶段：对照阶段，训练阶段，逡逑视觉刺激剥夺阶段和测试阶段（图１Ｂ）。逡逑首先，在１０分钟的对照阶段，每个放有鱼的腔的下方的视觉图案将在位于逡逑上部的条件刺激（图Ｓ５Ａ，邋Ｃ或Ｅ）和下部的条件刺激（图Ｓ５Ｂ，邋Ｄ或Ｆ）之间切逡逑换，随机持续时间为从３０到４５秒间的一个整秒时间（等概率）。逡逑其次，在２０分钟的训练阶段，视觉图案的更新和电击的传递都取决于鱼的逡逑行为。在更新视觉图案（包括训练阶段的第一个视觉图案）之后，在根据他们逡逑的位置传送电击之前，鱼有７秒的反应时间作出行为决定。如果鱼在７秒的反逡逑应时间之后进入条件刺激区域，则每３秒钟将进行全局的电击（电击的强度会逡逑使鱼感到轻微的不舒服

位置指数,学习任务,学习者,幼鱼

习者比例等分析结果。逡逑首先，我们在操作者学习任务中测试了几种视觉刺激图案。当使用红黑棋逡逑盘作为条件刺激时，７－１０天大的斑马鱼幼鱼表现出的学习反应（图２Ａ和２Ｂ，逡逑视频Ｓ１和Ｓ２）。这种学习反应是基于两个指标进行评估的一－位置指数和转向逡逑指数（参见材料）和方法）。通过分析每个个体的行为，我们将１０４只鱼（２６％）逡逑中的２７只评价为学习者（表２）（参见标准的材料和方法）。学习者在训练后逡逑的位置和转向指数显着增加，而非学习者则没有（图２Ａ和２Ｂ）。逡逑２５逡逑

学习者,视觉对比,关键参数,操作者

３．视觉对比度是调节操作者学习反应的关键参数逡逑Ａ）学习者的百分比随着条件刺激图案的灰度值下降而下降。逡逑Ｂ）典型的学习者的行为轨迹。纯黑（灰度－０）用作条件刺激图案。逡逑Ｃ）位置指数分析（ｔ－检验，学习者ｐ邋＝邋１．９８ｅ－ｌ邋１，非学习者ｐ邋＝邋０．９４９２，所有鱼ｐ邋＝２．０３ｅ－０６）。纯黑（灰度－０）用作条件刺激图案。逡逑Ｄ）学习者的转向指数也显著增加（ｔ检验，学习者ｐ邋＝邋１．２２ｅ－５，非学习者ｐ邋＝邋０．６４９１，逡逑所有鱼邋ｐ邋＝邋０．００５７）。逡逑Ｅ）位置指数分析（ｔ检验，学习者ｐ邋＜０．００００１，非学习者ｐ邋＝邋０．３２５２，所有鱼ｐ邋＝邋０．００１８）。逡逑

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