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科学家揭示小鼠通过胡须感觉引导运动的快速决策逻辑

感知、决策和运动控制通常在实验室中进行序列化,动物在从静态静止位置以离散动作做出反应之前,会随着时间收集感觉信息。尽管这种方法很有用,但它没有捕捉到许多真实世界中的行为,在这些行为中感知、决策和行动快速且并行地发生。例如,在决定如何避开道路上的障碍物时(例如,通过突破、转弯或踩过障碍物),动物必须考虑障碍物的大小和位置、肢体的位置和速度,并做出反应,以便在保持平衡的同时避开障碍物。做出此类决定的速度可能会妨碍基于证据逐渐积累的策略,而这些证据通常与大脑皮层相关。在陆地运动中,肌肉骨骼系统的高维度使感觉运动决策更加复杂。尽管认知和知觉决策通常具有分类或二元结果(例如,采取哪个动作或是否存在刺激),但关于运动的决策必须以尊重身体状态的持续变化的方式协调多个肢体。

对小鼠进行训练和测试,其中一半试验(随机交错)照亮障碍物,另一半则在完全黑暗中进行(图 A)。当眼睛和胡须都能感知到障碍物时,老鼠成功地高速**它(图 2B,绿色),根据障碍物的高度调整它们的爪子的高度(图 2C- D,图2-图补充1B)高速运行(图2E)。然而,当他们接近障碍物时,他们放慢了速度(图 2E)。值得注意的是,在没有视觉输入的情况下,小鼠可以保持这种性能水平而不会减慢速度(图 2E)。在没有视觉输入的情况下,小鼠以相似的速度**障碍物(图 2B;p=0.19),将爪子的高度与障碍物的高度匹配到相似的程度(图 2C-D,图 2-图补充 1B;前爪p=0.57),即使它们越过障碍物也能保持高速(图2E)。


我们接下来测试了老鼠是否需要胡须来执行任务。在小鼠达到稳态表现后,修剪面部两侧的所有胡须。虽然三叉戟胡须无法触及障碍物,但我们也将其修剪掉了。当障碍物可见但小鼠没有胡须时,成功率下降(图B;p<0.01)尽管跨过障碍物的平均台阶高度没有显着变化(图C,补充 1A)。而不是影响整体台阶高度,胡须修剪消除了前爪高度与障碍物高度之间的相关性(图C-D,图1B; p<0.001),这表明胡须——而不是视觉——是估计障碍物高度所必需的。在另一组实验中,随着晶须逐渐修剪,性能被评估。将爪子高度调整到障碍物高度的能力需要不止一根胡须(图D)随着修剪更多胡须,爪子着陆位置的准确性会降低(图E)。这些结果表明,老鼠结合了来自多个胡须的信息来确定障碍物的高度和水平位置。

修剪胡须并在障碍物熄灭灯后,相对于视觉和胡须状况,老鼠至少跑得一样快(图 2E;p=0.11)。然而,老鼠不再能够成功地**障碍物或将它们的爪子的高度与障碍物的高度相匹配排除角色对于其他感官方式。总体而言,这些结果表明,胡须体感足以在障碍物**过程中驱动快速的行为改变。



动物行为分析软件:

1. VisuTrack软件

2. SuperMaze软件

3. FishTrack斑马鱼分析软件

动物行为仪器:

1. 自身给药、条件恐惧、斯金纳、震惊反射(PPI)、跑步机、各类经典迷宫等

2、动物抓挠分析仪、动物震颤行为分析仪、动物捕食行为分析仪

3、动物主动步态分析、动物被动步态分析、动物自由步态分析(内测中)

4、睡眠剥夺仪、体温维持仪、智能热板仪、转棒疲劳仪、鼠尾光照测痛仪等

神经电生理:

1、光遗传、无线光遗传

2、光纤记录系统(单通道、多通道)

3、电生理信号采集系统(脑电、肌电等)

 


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