Badanie węchu myszy
Percepcja zmysłowa jest procesem aktywnym. Aktywne wykrywanie oznacza badanieśrodowiska w celu zwrócenia uwagi na ważny cel. Tak jak szybki ruch gałek ocznych poprzedza zatrzymanie wzroku na określonym punkcie, wąchanie obszaru umożliwia wychwycenie śladu zapachowego unoszącego się w powietrzu lub na powierzchni. Projekt ACTIVE SNIFFING bada zachowanie myszy U gryzoni wąchanie, inaczej zwane dobrowolną inhalacją, przebiega z prędkością czterokrotnie większą niż podstawowa prędkość oddychania. Zwierzę decyduje, kiedy i gdzie zbadać otoczenie w celu aktualizacji wewnętrznego obrazu jego środowiska, od którego zależy jego zachowanie. Jednak w przeciwieństwie do zmysłu wzroku i słuchu, w przypadku których dostarczanie bodźców jest łatwe, np. za pomocą monitorów lub głośników, precyzyjne zapewnienie śladów zapachowych jest sporym wyzwaniem. Dzięki finansowaniu ze środków UE zespół projektu ACTIVE SNIFFING badał aktywne wykrywanie w kontekście śledzenia śladów zapachowych przez myszy oraz jego podstawę neuronalną. Aby to osiągnąć, „opracowaliśmy wysokowydajny system doświadczalny, który w czasie rzeczywistym dostarcza ślady zapachowe na taśmę przy wykorzystaniu technologii druku atramentowego”, wyjaśnia koordynator projektu, prof. Matthias Bethge. Wyniki pokazały, że po krótkiej fazie przyzwyczajania myszy zaczynają śledzić nadrukowane ślady zapachowe i robią to przez długi czas, jeżeli otrzymują na szlaku nagrodę w losowych odstępach czasu. Prof. Bethge dodaje: „prace prowadzone w laboratorium Murthy'ego na Uniwersytecie Harvarda skupiają się na analizie zachowania myszy podczas śledzenia śladów zapachowych, co pozwala na scharakteryzowanie ich zachowania podczas śledzenia”. Wraz z innymi współpracownikami badacze z zespołu projektu ACTIVE SNIFFING opracowali także metody głębokiego uczenia się, aby dokładnie odtworzyć ruchy różnych części ciała, a zwłaszcza pyska, podczas śledzenia śladu zapachowego na podstawie danych wideograficznych. Następnie mogli dokładnie zmierzyć ruch pyska bez ingerencji w naturalny ruch myszy. Wyniki opublikowano jako preprint w Bibliotece Uniwersytetu Cornella(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Śledzenie śladów zapachowych Konfiguracja jest prosta, ale bardzo skuteczna. Na stole, za pomocą szpuli podającej, rozwijany jest arkusz papieru o szerokości do jednego metra, który następnie jest wprowadzany do szpuli odbierającej, napędzanej za pomocą mocnego silnika elektrycznego. Zastosowanie papieru gwarantuje, że podłoże śladów zapachowych jest czyste. Ślady zapachowe są nanoszone na papier za pomocą drukarek atramentowych z niestandardowymi sterownikami. Myszy mogą swobodnie biegać po papierze w przezroczystym, zawieszonym pudełku do badań behawioralnych. Pudełko jest umieszczone w dużej komorze, która nie przepuszcza dźwięku ani światła. Większość doświadczeń jest przeprowadzana w świetle podczerwonym, którego myszy nie widzą. Wszystko to zapewnia, że nie korzystają z sygnałów wizualnych ani akustycznych. Nie tylko zmysł węchu Zmysł węchu wzbogaca wiele codziennych doświadczeń i może służyć jako system ostrzegania o niebezpieczeństwie (zepsute jedzenie, ogień lub wyciek gazu), a jego ubytki mogą być oznaką innych problemów zdrowotnych. „Przede wszystkim uważamy, że taka konfiguracja i zachowanie związane ze śledzeniem śladów zapachowych, które możemy badać z jej pomocą, pozwoli nam na dogłębne zbadanie zmysłu węchu”. Podstawowa wiedza na temat przetwarzania informacji sensorycznych i ich reprezentacji w mózgu jest ważnym celem naukowym w dziedzinie neurobiologii. Jak wyjaśnia prof. Murthy: „Wiedza ta ma kluczowe znaczenie dla badania zaburzeń sensorycznych w przypadku chorób neurologicznych lub umysłowych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona i autyzm”. Ustalenie, w jaki sposób makrosomatyczne zwierzęta o wysoce rozwiniętym węchu, takim jak myszy i psy, śledzą ślady zapachowe w kategoriach algorytmicznych, może znaleźć zastosowanie w bionice. Informacje na temat parametrów wysoce wydajnych funkcji śledzenia śladów można wykorzystać w projektowaniu robotów śledzących zapachy. Zespół nadal analizuje dane i bada, jakie strategie są wykorzystywane przez myszy do śledzenia śladów zapachowych w różnych warunkach. Naukowcy rejestrują również sygnały neuronowe podczas śledzenia i próbują zrozumieć kod neuronowy w trakcie tego zachowania. Badacze opublikowali już dwa artykuły w uznanym czasopiśmie Neuron(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i kolejne pięć w innych magazynach branżowych.
Słowa kluczowe
ACTIVE SNIFFING, myszy, ślad zapachowy, śledzenie śladów, wąchanie, węch
