Zebra balıklarının hedef izleme sırasında çok duyulu davranışsal kontrolünün incelenmesi

Canlılar çevreden ışık, ses ve basınç gibi farklı yayılım hızı ve desenine sahip sinyalleri çeşitli duyu organlarıyla yakalayarak bu sinyalleri merkezi sinir sisteminde anlamlandırırlar ve böylelikle etraflarının duyusal bir ifadesini elde ederler. Bazen aynı kaynak, farklı duyu organlarını eşzamanlı olarak uyarabilir. Bu gibi durumlarda bilgi işleme hızını arttırmak, algıdaki doğruluk oranını yükseltmek ve gürültüyü azaltmak için çoklu duyusal entegrasyon gerçekleştirilir. Canlılar böylece geri bildirim sinyalleri varlığında gerekli motor sinyalleri üreterek davranışlarını gerçekleştirirler. Bu tezin temel amacı, hayvanların içgüdüsel gerçekleştirdikleri davranışları sırasında çoklu duyusal entegrasyonun araştırılmasına olanak tanıyan yeni bir deney düzeneği ve uyaran sistemi tasarlamak ve üretmektir. Bu çalışmada, pozitif reotaksi olarak adlandırılan su akıntısına karşı yüzme davranışı sergileyen ve literatürde model organizma olarak anılan serbest (kısıtlanmamış) yüzebilen Danio rerio (zebra balığı) kullanılmıştır. Reotaksi, su akıntısında sürüklenmekten kaçınmak için minimum enerji harcayarak konumunu korumaya yönelik içgüdüsel bir davranıştır ve zebra balığı bu davranışı gerçekleştirmek için hem görsel hem de titreşimsel bilgi sinyallerini kullanır. Reotaksinin amacı üzerine kurulan özel deney düzeneğimiz, balıklar için hız kontrollü lineer ve sabit hızlı (homojen) akarsu tüneli şeklinde bir tür sanal gerçeklik ortamı olarak düşünülebilir. Öncelikle zebra balığında içgüdüsel reotaksi davranışını tetiklemek için onu lineer ve homojen akış elde ettiğimiz deney düzeneğimize koyuyoruz. Suyun içine engel yerleştirdiğimizde, engelin arkasında düşük gradyen rejimi oluşur. Balık bu rejimi algılayabilir ve reotaksinin düşük enerji harcama motivasyonuna uygun olarak bu rejimde kalma eğilimi gösterir. Daha sonra, engeli su akıntısına dik ve balığa göre yatay olarak hareket ettirdiğimizde, düşük gradyen rejimi de hareket etmiş olur ve daha da önemlisi zebra balığı bu rejimi takip eder. Zebra balığı, hedef izleme davranışı için titreşimsel ve görsel bilgileri eş zamanlı olarak birleştirerek engelin arkasında oluşan düşük gradyen rejimini tespit eder. Tasarladığımız yeni deney düzeneği ve iki eyleyicili uyaran sisteminin amacı, zebra balığının reotaksi sırasında hedef takibi için gerçekleştirdiği çoklu duyusal entegrasyonu ayrıştırmak ve zebra balığının sinyalleri nasıl entegre ettiğini anlamamızı sağlamaktır. Bu amaca uygun olarak, zebra balığını uyarmak için su akıntısına D şeklinde yarı silindirik şeffaf bir pleksiglas tüp yerleştirdik ve bu tüpün içine şeffaf tüpten tamamen bağımsız hareket edebilen mavi bir neon şerit LED yerleştirdik. D şeklindeki şeffaf pleksiglas tüp, ışık kırılması nedeniyle suda görünmez ve zebra balığının sadece yanal çizgi organını uyarır. Tüpün içindeki neon şerit LED, tüp tarafından çevrelendiği için suda titreşime neden olmaz ve zebra balığına sadece görsel bilgi sağlar. Benzersiz yüksek çözünürlüklü iki eyleyicili uyaran sistemimiz sayesinde balığa titreşimsel ve görsel uyaranları hem senkron hem de asenkron bir şekilde sağlayabilmekteyiz. Belirlediğimiz duyusal çatışma senaryoları ile zebra balığının hedef izleme davranışı sırasındaki kapalı döngü duyusal motor kontrol süreçlerini değerlendiriyoruz. Çalışmamızda N=5 zebra balığı için hedef takibi deneylerini tekrarlanmış ve duyusal entegrasyon dinamiklerinin frekans cevapları kestirilmiştir. Ürettiğimiz özel deney düzeneği, iki eyleyicili uyaran sistemi ve protokol kullanarak gerçekleştirdiğimiz deneylerde, titreşimsel uyaranların görsel uyaranlara baskın olduğunu ve görsel uyaranların titreşimsel uyaranlarla çelişki oluşturduğunda tek başına balığın hedef izleme davranışını tetiklemek için yeterli olmadığını, ancak zebra balığının hedef izleme performansını iyileştirmek için titreşimsel sinyalleri görsel sinyallerle entegre edebildiğini bulduk. Sonuçlarımız, çoklu duyusal entegrasyon dinamiklerinin basit süperpozisyon yöntemleriyle açıklanamayacağını göstermektedir.