A virtual spatial navigation task for multisensory discrimination

Bexter, Alexander; Kampa, Björn M. (Thesis advisor); Spehr, Marc (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die Ergebnisse dieser Studie helfen, die Auswirkungen der multisensorischen visuotaktilen Stimulation auf das Verhalten der Tiere zu erklären. Der hier vorgestellte Versuchsaufbaukann komplexe Verhaltensaspekte erfassen und gleichzeitig mit bildgebenden Verfahren die Gehirnaktivität erfassen. Die Mäuse wurden kopffixiert und in einem sehr einfachen virtuellen visuotaktilen Korridorplatziert, in dem sie frei laufen konnten oder automatisch bewegt wurden. Sie wurden mit einer unterschiedlichen Anzahl von visuellen, taktilen oder kombinierten visuotaktilen Ereignissen an den beiden Wänden des Tunnels konfrontiert und mussten zwischendiesen beiden unterscheiden und die Seite mit mehr Ereignissen bzw. der höheren Frequenz finden. Die visuellen Ereignisse waren weiße Balken von 1,2 cm Breite auf schwarzem Hintergrund und die taktilen Ereignisse waren 40 ms kurze Druckluftstöße auf die Schnurrhaare der Maus. Nach Erreichen des Endes des Korridors musste die Maus, abhängig von der korrekten Seite (höhere Frequenz), entweder auf der linken oder auf der rechten Seite antworten, um eine Belohnung zu erhalten. Die Mäuse waren in der Lage erfolgreich zwischen Unterschieden von nur 2 Eventszwischen Ziel und Distraktor im multisensorischen Fall zu unterscheiden. Die Performanz in dem rein visuellen und taktilen Fall war der visuotaktilen Leistung unterlegen, d.h. es gab eine Leistungssteigerung, wenn gleichzeitig kongruente visuelle und taktile Informationenvorhanden waren. Die psychometrischen Kurven sind für die unisensorischen Bedingungenverschoben und dementsprechend traten höhere Unterschiede zwischen Ziel und Distraktorreiz als Unterscheidungsschwellen auf. Der multisensorische Effekt war bei mittlerer Aufgabenschwierigkeit, repräsentiert durch mittlere Distraktoren, am größten. Dies bedeutet, dass Mäuse in einer sehr schweren oder sehr leichten Aufgabe nicht so sehr von der Anwesenheit mehrerer Modalitäten profitierten. Die Laufaktivität auf dem Rad hatte nur geringe Auswirkungen auf die Leistung. Während wir bei einer rein visuellen Diskriminationsaufgabe von sinusförmigen Gittern eine deutliche Leistungssteigerung mit erhöhter Laufaktivität fanden, ist dieser Effekt im multisensorischen Experiment nicht eindeutig vorhanden. Obwohl es einen Trend zu geben scheint, ist der Leistungsunterschied nicht signifikant und es müssen weitere Tests durchgeführt werden, um einen möglichen Effekt zu finden. Als wir die Mäuse mit einer Aufgabe konfrontierten, bei der sie frei zwischen gleichen visuellen oder taktilen Zielen wählen konnten (Modalitätskonflikt), zeigte sich, dass einige Tiere eindeutig entweder visuelle oder taktile Hinweise bevorzugten. In Übereinstimmung mit diesen Präferenzen ergab eine Analyse der Leistung während der Versuchssitzungen, dass die Tiere unterschiedliche Strategien verfolgten, bei denen sie sich mehr auf eine Modalität verließen als auf die andere. Dies änderte sich oft auch während einer Sitzung, wobei einige Tiere ihre Strategie eher wechseln als andere. Mit dem hier gezeigten Versuchsaufbau ist es möglich, eine aussagekräftige Erfassung des Tierverhaltens zu erhalten, die sich leicht mit der Erfassung von neuronaler Aktivität kombinieren lässt, z.B. mit Calcium-Imaging unter einem 2-Photonen-Mikroskop odereinem Weitfeldmakroskop. Diese Techniken wurden erfolgreich im primären visuellen Kortex und im höher visuellen rostrolateralen Bereich RL getestet.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Molekulare und systemische Neurophysiologie [162320]