محققان از سیستم پایش رفتار رونمایی می کنند که تصویری بی سابقه از نحوه حرکت حیوانات را فراهم می کند – ScienceDaily


طی دهه گذشته ، دانشمندان علوم مغز و اعصاب در تلاش برای بررسی مغز گام های بلندی برداشته اند. آنها می توانند مدارهای الکتریکی کاملی را جمع کرده و انواع مختلفی از سلولهای مغز را فهرست بندی کنند. آنها برای ثبت فعالیت الكتریكی در سلولهای عصبی منفرد ، الكترودهای مشبك ایجاد كرده و میكروسكوپ های كوچكی را بر روی سر موشها قرار دادند تا فعالیت مغزی آنها را تجسم كنند. با این حال ، تقریباً تکان دهنده ، هیچ ابزاری برای اندازه گیری دقیق خروجی اصلی مغز – رفتار – در حیوانات در حال حرکت وجود ندارد.

رفتار حیوانات برای طیف وسیعی از رشته ها ، از عصب شناسی و روانشناسی گرفته تا اکولوژی و داروسازی مهم است. مطالعه دقیق رفتار حیوان آزمایشگاهی به محققان اجازه می دهد تا بیماری های انسان را مدلسازی کرده و اثربخشی داروهای جدید را ارزیابی کنند. روانشناسان برای درک چگونگی یادگیری و واکنش حیوانات به پاداش ها و مجازات ها ، آن را مشاهده می کنند ، در حالی که متخصصان مغز و اعصاب برای درک نحوه تولید حرکات از مغز ، آن را مطالعه می کنند. دشواری در به دست آوردن جزئیات پیچیده رفتار طبیعی حیوان ، دانشمندان را مجبور به انجام کارهای بسیار ساده و غالباً غیرطبیعی کرده است و این سوال را باز می گذارد که آیا بینش ها واقعاً می توانند به درک مشترکی از عملکرد مغز منجر شوند؟

اما ممکن است کمک در راه باشد! در مقاله منتشر شده در 18 دسامبر در نورون محققان دانشگاه هاروارد یک سیستم پایش رفتاری تازه ایجاد شده CAPTURE (ردیابی مداوم ضمیمه و وضعیت بدن با استفاده از retroreflector) را توصیف می کنند که ترکیبی از ضبط حرکت و یادگیری عمیق برای پیگیری مداوم حرکات سه بعدی آب زنده در رفتار آزاد است. جسی مارشال ، فوق دکترا در گروه زیست شناسی ارگانیک و تکاملی ، دانشگاه هاروارد و نویسنده ارشد Bence Olwecki ، استاد گروه زیست شناسی ارگانیک و تکاملی ، دانشگاه هاروارد ، نشانگرهایی را به سر و اندام موش ها متصل کردند و برای ضبط از CAPTURE استفاده کردند هفته ها به طور مداوم رفتار کنید.

شیفتگی مارشال به مفهوم CAPTURE از زمانی شروع شد که دانشجوی کارشناسی ارشد مشغول کار بر روی مدل موش پارکینسون بود. مارشال گفت: “ما روش های بسیار پیچیده ای برای بررسی چگونگی آسیب مغز در موشهای پارکینسون ایجاد کردیم ، اما توانایی ما در اندازه گیری نقص رفتاری آنها بسیار دور از روشهای ظریفی بود که ما می توانیم تأثیر پارکینسون را بر رفتار انسان ارزیابی کنیم.” “برای من روشن شد که دلیل اصلی عدم ترجمه بسیاری از داروهای آزمایش شده روی موش به انسان این است که توانایی ما در اندازه گیری تأثیر آنها بر رفتار کاملاً محدود است.”

مارشال از سختی ها و محدودیت های پیوند فعالیت مغز با رفتار حیوانات و تأکید حوزه بر رویکرد “اصلی مغز” خسته شده بود. اما وقتی به آزمایشگاه Ölveczky پیوست ، با علاقه و حمایت روبرو شد. velveczky همچنین اهمیت اساسی رفتار را تشخیص می دهد و مشتاق ایجاد ابزارهای جدید برای اندازه گیری آن است.

velveczky گفت: “آزمایشگاه ما در حال تحقیق در مورد چگونگی یادگیری و تولید حرکات ماهرانه توسط مغز است.” “به طور سنتی ، این مطالعات با طراحی وظایف خاص و پیوند فعالیت مغز با علائم رفتاری ساده انجام می شود ، یعنی آیا حیوان این اهرم را فشار داده است؟ آیا حیوان این بندر را لیس زده است؟ چنین مشاهداتی به ما می گوید که آیا موش های ما وظیفه را حل می کنند ، اما این چیزی در مورد چگونگی انجام آنها نمی گوید و این دقیقاً همان چیزی است که ما به آن علاقه مند هستیم ؛ اینکه مغز چگونه حرکات ماهرانه را یاد می گیرد و کنترل می کند. دستیابی به آن به قرائت رفتاری دقیق و پیچیده تری نیاز دارد. “

مارشال در مورد فن آوری های مختلف تحقیق کرد و بر ضبط حرکت ، استاندارد طلای اندازه گیری حرکت انسان و فناوری کامل شده توسط انیماتورهای هالیوود تمرکز کرد. او شش ماه اول را صرف چگونگی چسباندن نشانگرها به حیوانات خود کرد. او خال کوبی ، چسب و رنگ مو – و بدون شانس – را قبل از هرگونه رویکرد نامتعارف امتحان کرد: سوراخ کردن بدن. این تیم با همکاری دامپزشکان محلی نشانگرهای شخصی ساخته شده از شیشه های بازتابنده تخصصی ایجاد کردند که به عنوان گوشواره های کوچک به حیوانات متصل می شوند. مارشال این مارکرها را در 20 مکان روی سر ، تنه و اندام حیوان قرار داد تا موقعیت و تنظیمات سه بعدی و همچنین حرکات بدن آن را بازیابی کند.

مارشال گفت: “برخلاف ضبط حرکتی سنتی انسان ، که با انفجارهای کوتاه صورت می گیرد ، ما به طور مداوم و بصورت 24/7 داده ها را جمع آوری می کنیم.” “این به ما این امکان را می دهد که واقعاً هر کاری که موش ها در زندگی عادی خود انجام می دهند – یک اطلس رفتار” را بسنجیم. “

این تیم سپس نحوه تغییر رفتار در بیماری و پاسخ به داروها را بررسی کرد. برای داروها ، آنها کافئین و آمفتامین را به حیوانات تزریق کردند. در حالی که هر دو ماده محرک باعث حرکت بیشتر موش ها می شوند ، اما این کار را به روش های مختلف انجام می دهند. پس از کافئین ، حیوانات دویدند و قفس خود را بررسی کردند ، همانطور که حیوانات عادی بسیار تحریک می شوند. با این حال ، هنگام استفاده از آمفتامین ، رفتار آنها به طرق جدید و عجیبی تغییر می کند. حیوانات با الگوهای پی در پی تکراری می دویدند.

برای این بیماری ، این تیم یک مدل موش سندرم Fragile X ، نوعی اوتیسم را مورد بررسی قرار داد و توانست الگوهای نگهداری غیرمعمولی را که قبلاً توصیف نشده بودند ، شناسایی کند. مدت هاست دانشمندان گمان می کردند که می توان از اختلال در نگهداری برای مدل سازی کلیشه های حرکتی (حرکات یا صداهای تکراری) که در اوتیسم دیده می شود ، استفاده کرد ، اما قبل از CAPTURE ، تغییر در الگوی نگهداری چالشی برای اندازه گیری و تولید مثل بود. Ölveczky گفت: “برای مدل های بیماری ، شما واقعاً باید ارزیابی کنید كه چگونه بیماری بر رفتار تأثیر می گذارد و اینکه آیا یک ترکیب یا دارو می تواند کمبود خاص را برطرف کند.” “این تأثیرات می تواند بسیار ظریف باشد و هرچه اندازه گیری های رفتاری شما دقیق تر باشد ، با بیماری مقابله بهتری خواهید کرد. این یکی از کاربردهای این فناوری است.”

این تیم تحقیقات خود را با ترکیب CAPTURE و ضبط های عصبی برای توصیف رابطه بین فعالیت مغز و رفتار در طیف وسیعی از رفتارهای طبیعی که یک حیوان انجام می دهد ، ادامه می دهد. آنها همچنین با Google DeepMind کار می کنند تا از CAPTURE برای مدل سازی رفتار حیوانات با استفاده از شبکه های عصبی عمیق استفاده کنند. این مطالعات به مدل سازی چگونگی تولید رفتار مغز و ایجاد بالقوه پیشرفتهای جدید در هوش مصنوعی کمک می کند.

velveczky گفت: “این پیشرفت های فن آوری به این معنی است كه ما می توانیم سرانجام دریچه ای برای شناخت سازمان رفتار طبیعی و مبانی بیومكانیكی و عصبی زیست شناختی آن باز كنیم.”


منبع: unbox-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>