幼年斑马鱼中条件刺激的视觉特性调节操作者学习的研究

摘要

大脑如何表现学习行为和形成记忆是神经科学中一个长期存在的基本问题。研究人员已经建立了许多学习行为的行为范式，例如经典学习-将一种中性刺激与一种奖赏或者惩罚建立联系和操作者学习-将动物的行为与其行为的结果建立联系。然而，学习范例主要针对小鼠和其他哺乳动物。近年来斑马鱼幼鱼由于其较小的脑体积和丰富的行为模式而逐渐成为一种很有前景的研究学习记忆行为机制的模式生物。此外，研究人员还开发了遗传工具，如斑马鱼中的GAL4/UAS系统。在大多数情况下，可以容易地进行遗传学和光学操作。这里，我们报道一个斑马鱼幼鱼的高通量操作者行为训练系统。该系统可以同时全自动地同时训练12条幼鱼将视觉刺激与电刺激建立联系。我们通过计算鱼在CS区所处的时间比例以及其转向行为，发现学习行为反应受到视觉对比度，而不是条件刺激图案几何纹理的调节，与背景对比越强的条件刺激图案的学习反应越强。通过进一步的用位置指数描述其学习曲线，我们证明了学会的鱼的百分比会随着条件刺激图案颜色变深而加强。我们同时用记忆长度量化了我们的操作者学习任务中的记忆消退，并发现条件刺激图案和背景之间越低的视觉对比度能引起更多具有记忆消退的鱼。此外，野生型AB鱼和elavl3∶H2B-GCaMP6f的操作者学习反应差异并不明显。最后，我们构思了一个未来的研究方向，将自由游动斑马鱼的成像与学习行为范式相结合，以监测潜在的神经活动。最终，我们想要了解这个学习过程在全脑环路层面的神经机制。

目录

声明

摘要

引言

1 实验背景

1．1学习记忆行为

1．2斑马鱼

1．3斑马鱼的视觉及相关行为

1．4高通量、全自动行为训练系统

2 材料和方法

2．1实验动物的伦理说明

2．2实验动物及其饲养

2．3实验装置

2．3．1硬件

2．3．2软件

2．4实验过程

2．4．1操作者学习训练方案

2．4．2 自我对照学习训练方案

2．4．3非配对对照学习训练方案

2．5行为分析

2．5．1视觉对比度

2．5．2预筛选

2．5．3转向分析

2．5．4距离中线的距离

2．5．5学习行为分析

2．6统计学分析

2．7项目管理

3 实验结果

3．1 斑马鱼幼鱼在操作者学习任务中表现出显著的学习反应

3．2视觉对比度调控操作者学习任务中的学习者比例

3．3视觉对比度在操作者学习任务中调控记忆消退

3．4 野生型斑马鱼在操作者学习任务中呈现了类似的学习反应

4 实验结果讨论

4．1 幼年斑马鱼中的操作者学习

4．2 视觉对比度是调控操作者学习的关键因素

4．3 操作者学习任务中的记忆消退

4．4 操作者学习任务中的品系差异

4．5 斑马鱼幼鱼的学习记忆的高通量行为学测试

工作展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果