斑马鱼幼鱼尾动模型的建立

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捕食对于受精6天后斑马鱼幼鱼的存活至关重要。斑马鱼的捕食行为被分为四个阶段:双眼汇聚,J-turn,捕获攻击和吞食。吞食作为捕食行为的最后一环,也反映出捕食是集视觉、运动、决策等多通道系统共同协作的行为方式。顶盖(Tectum)作为接收来自视网膜神经节细胞输入信息最大的区域,不仅参与捕食过程中的双眼汇聚、追踪、捕获攻击等过程,也参与捕食与逃跑行为的区别诱发。前顶盖区(Pretectum)与顶盖同属斑马鱼中脑区域,同样直接接收来自于视网膜神经节细胞的视觉信息流,且与顶盖等区域存在直接的投射关系。因此,Pretectum也直接或间接的参与了捕食行为本身和该行为的调控。目前,对于斑马鱼幼鱼捕食行为的研究,已经囊括了捕食过程的双眼汇聚、朝向和追踪(J-turn,Captureswim和胸鳍的运动)等阶段,却对关于吞食的研究鲜有报道。有研究表明,斑马鱼的吞食行为与来自于右眼的信息以及双眼汇聚的角度有关,而这两者又与Tectum和Pretectum相关。因此,整个大课题聚焦于斑马鱼幼鱼捕食行为的吞食阶段,并且假设,Pretectum的背侧区域与吞食行为特定相关。  本文作为阶段目标,主要包括两部分的工作:一是比较被激光损毁了Tectum的幼鱼和损毁了Pretectum的背侧区域的幼鱼的捕食能力在行为学上的差异;二是将通过支持向量机回归(SVR)和梯度提升决策树(GBDT)构建斑马鱼尾动模型。结果显示,这两组被激光损毁了不同脑区的幼鱼的捕食能力在行为学上无明显差异。SVR模型在预测竖直方向头动具有较好的表现而GBDT对于横向头动有较好的预测能力。但是,GBDT因其对大数据集的易操作性及更节省计算时间,所以,在本次数据的驱动下,作者认为GBDT在构建斑马鱼尾动模型的过程中更具优势。此外,该尾动模型会用于游泳模拟器的搭建。由于整合了自由游动状态下的斑马鱼尾动信息与相应的视觉刺激,这个模拟器就能够为限制活动的幼鱼模拟真实的捕食环境,配合神经成像,便可记录到贴近自然捕食过程中相应神经元的响应。
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