大腦如何表現(xiàn)學習行為和形成記憶是神經(jīng)科學中一個長期存在的基本問題。研究人員已經(jīng)建立了許多學習行為的行為范式,例如經(jīng)典學習-將一種中性刺激與一種獎賞或者懲罰建立聯(lián)系和操作者學習-將動物的行為與其行為的結(jié)果建立聯(lián)系。然而,學習范例主要針對小鼠和其他哺乳動物。近年來斑馬魚幼魚由于其較小的腦體積和豐富的行為模式而逐漸成為一種很有前景的研究學習記憶行為機制的模式生物。此外,研究人員還開發(fā)了遺傳工具,如斑馬魚中的GAL4/UAS系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下,可以容易地進行遺傳學和光學操作。這里,我們報道一個斑馬魚幼魚的高通量操作者行為訓練系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時全自動地同時訓練12條幼魚將視覺刺激與電刺激建立聯(lián)系。我們通過計算魚在CS區(qū)所處的時間比例以及其轉(zhuǎn)向行為,發(fā)現(xiàn)學習行為反應受到視覺對比度,而不是條件刺激圖案幾何紋理的調(diào)節(jié),與背景對比越強的條件刺激圖案的學習反應越強。通過進一步的用位置指數(shù)描述其學習曲線,我們證明了學會的魚的百分比會隨著條件刺激圖案顏色變深而加強。我們同時用記憶長度量化了我們的操作者學習任務中的記憶消退,并發(fā)現(xiàn)條件刺激圖案和背景之間越低的視覺對比度能引起更多具有記憶消退的魚。此外,野生型AB魚和elavl3:H2B-GCaMP6f的操作者學習反應差異并不明顯。最后,我們構思了一個未來的研究方向,將自由游動斑馬魚的成像與學習行為范式相結(jié)合,以監(jiān)測潛在的神經(jīng)活動。最終,我們想要了解這個學習過程在全腦環(huán)路層面的神經(jīng)機制。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：Q42
【部分圖文】：

這種操作者學習訓練方案是從Ｖａｌｅｎｔｅ的學習范式中修改而來的（Ｖａｌｅｎｔｅ逡逑等，２０１２）。在這里，魚將按順序經(jīng)歷四個不同階段：對照階段，訓練階段，逡逑視覺刺激剝奪階段和測試階段（圖１Ｂ）。逡逑首先，在１０分鐘的對照階段，每個放有魚的腔的下方的視覺圖案將在位于逡逑上部的條件刺激（圖Ｓ５Ａ，邋Ｃ或Ｅ）和下部的條件刺激（圖Ｓ５Ｂ，邋Ｄ或Ｆ）之間切逡逑換，隨機持續(xù)時間為從３０到４５秒間的一個整秒時間（等概率）。逡逑其次，在２０分鐘的訓練階段，視覺圖案的更新和電擊的傳遞都取決于魚的逡逑行為。在更新視覺圖案（包括訓練階段的第一個視覺圖案）之后，在根據(jù)他們逡逑的位置傳送電擊之前，魚有７秒的反應時間作出行為決定。如果魚在７秒的反逡逑應時間之后進入條件刺激區(qū)域，則每３秒鐘將進行全局的電擊（電擊的強度會逡逑使魚感到輕微的不舒服

習者比例等分析結(jié)果。逡逑首先，我們在操作者學習任務中測試了幾種視覺刺激圖案。當使用紅黑棋逡逑盤作為條件刺激時，７－１０天大的斑馬魚幼魚表現(xiàn)出的學習反應（圖２Ａ和２Ｂ，逡逑視頻Ｓ１和Ｓ２）。這種學習反應是基于兩個指標進行評估的一－位置指數(shù)和轉(zhuǎn)向逡逑指數(shù)（參見材料）和方法）。通過分析每個個體的行為，我們將１０４只魚（２６％）逡逑中的２７只評價為學習者（表２）（參見標準的材料和方法）。學習者在訓練后逡逑的位置和轉(zhuǎn)向指數(shù)顯著增加，而非學習者則沒有（圖２Ａ和２Ｂ）。逡逑２５逡逑

３．視覺對比度是調(diào)節(jié)操作者學習反應的關鍵參數(shù)逡逑Ａ）學習者的百分比隨著條件刺激圖案的灰度值下降而下降。逡逑Ｂ）典型的學習者的行為軌跡。純黑（灰度－０）用作條件刺激圖案。逡逑Ｃ）位置指數(shù)分析（ｔ－檢驗，學習者ｐ邋＝邋１．９８ｅ－ｌ邋１，非學習者ｐ邋＝邋０．９４９２，所有魚ｐ邋＝２．０３ｅ－０６）。純黑（灰度－０）用作條件刺激圖案。逡逑Ｄ）學習者的轉(zhuǎn)向指數(shù)也顯著增加（ｔ檢驗，學習者ｐ邋＝邋１．２２ｅ－５，非學習者ｐ邋＝邋０．６４９１，逡逑所有魚邋ｐ邋＝邋０．００５７）。逡逑Ｅ）位置指數(shù)分析（ｔ檢驗，學習者ｐ邋＜０．００００１，非學習者ｐ邋＝邋０．３２５２，所有魚ｐ邋＝邋０．００１８）。逡逑

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