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000816407 1001_ $$0P:(DE-82)IDM04601$$aWiesbrock, Christopher$$b0$$urwth
000816407 245__ $$aVisual perception of artificial and nature-inspired stimuli in an open-source python-based touchscreen chamber for operant conditioning$$cvorgelegt von Christopher Wiesbrock, M.Sc.$$honline
000816407 246_3 $$aVisuelle Wahrnehmung von künstlichen und naturinspirierten Reizen in einer Open-Source Python-basierten Touchscreen-Kammer für operante Konditionierung$$yGerman
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000816407 300__ $$a1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme
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000816407 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd
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000816407 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021
000816407 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen University, 2020$$bDissertation$$cRWTH Aachen University$$d2020$$gFak01$$o2020-11-05
000816407 5203_ $$aDas visuelle System der Maus ist ein langjähriger Bestandteil neurowissenschaftlicher Forschung. Eine anhaltende Diskussion wird darüber geführt, wie man das visuelle System sinnvoll stimuliert. Hierbei konkurrieren die Stimulation mit künstlichen und natur-inspirierten Stimuli. Der Hauptunterschied liegt im unterschiedlichen Grad der Parametrisierung der beiden Stimulus-Ansätze. Je klarer die Parameter definiert sind, desto eher sind die Bildstatistiken in Verbindung mit einem experimentellen Ergebnis zu verbinden. Mit Hilfe sogenannter Motion Clouds wurde ein Stimulus geschaffen, welcher sowohl natürliche Bildstatistiken abbilden kann, aber gleichzeitig auch ein hohes Maß an Parametrisierung mitbringt. In der vorliegenden Thesis sollen die Motion Clouds in einem Verhaltensversuch mit Mäusen mit Blick auf den Einfluss einzelner Parameter getestet werden. Hierbei wurde zunächst ein Versuchssetup entwickelt, basierend auf dem Prinzip der operanten Konditionierung. Dieses System, die sogenannte Touchscreen Chamber, ist ein hoch automatisiertes Werkzeug für das Tiertraining. Gleichzeitig bieten die modularen und flexiblen Hardware- und Softwarezusammenstellung die Möglichkeit auch mit Stimuli zu arbeiten, die frei wählbar sind. Eine erste Prüfung des Versuchsaufbaus erfolgte anhand der experimentellen Überprüfung eines Tests der Auswirkung einer Überrepräsentation von Neuronen im primären visuellen Kortex, welche auf horizontale und vertikale Reize reagieren. Dieser Umstand steht auch in Verbindung mit den Orientierungen in natürlichen Fotoaufnahmen, welche im Schnitt eine Überrepräsentation eben dieser Orientierungen aufweisen. Es konnte in dieser Thesis gezeigt werden, dass dieser Effekt in Mäusen dazu führt, dass Orientierungen besser unterschieden werden können, wenn diese horizontal oder vertikal sind, als wenn sie dazwischenliegen. Dieser Effekt ließ sich im Experiment allerdings auch aufheben, indem die Tiere gezielt darauf trainiert wurden die unterrepräsentierten Orientierungen von anderen zu unterscheiden. Im nächsten Schritt wurde das Versuchskonzept auf die natur-inspirierten Motion Clouds verwendet. Es wird hierbei angenommen, dass die Verarbeitung im Kortex auf der Basis parallel geschalteter sensorischer Kanäle basiert. Hierbei werden zwei Versuche vorgestellt in denen die Tiere lernen, zwei unterschiedlich orientierte Motion Clouds zu unterscheiden, sowie die Differenzierung von Motion Clouds mit einer unterschiedlichen räumlichen Frequenz. Hierbei kann gezeigt werden, dass unterschiedliche Bandbreiten der räumlichen Frequenz, wie sie auch in der Natur vorkommt, keinen Einfluss auf die Orientierungsunterschiedung hat. Im Gegensatz dazu führt eine höhere Bandbreite an Orientierungen im Stimulus zu einer verbesserten Unterscheidungsfähigkeit der räumlichen Frequenz. Dies unterstützt die Hypothese, dass mehrere aktivierte sensorische Kanäle eine Verbesserung der Versuchsleistung erzielen. Abschließend wurden die Versuche, insbesondere das Trainingsprogramm und die Orientierungsunterscheidung zur Ausbildung von Biologie-Studenten modifiziert und erwies sich als fundiertes Ausbildungskonzept.$$lger
000816407 520__ $$aThe visual system of the mouse is a long-standing component of neuroscientific research. There is an ongoing discussion about how to stimulate the visual system in a meaningful way. Here, stimulation competes with artificial and nature-inspired stimuli. The main difference is the different degree of parameterization of the two stimulus approaches. The more clearly the parameters are defined, the more likely it is that the image statistics will be associated with an experimental result. With the help of so-called motion clouds, a stimulus has been created that is able to reproduce natural image statistics while at the same time providing a high degree of parameterization. In the present thesis the motion clouds will be tested in a behavioral experiment with mice with regard to the influence of individual parameters. First, a test setup was developed based on the principle of operant conditioning. This system, the so-called touchscreen chamber, is a highly automated tool for animal training. At the same time, the modular and flexible hardware and software combination offers the possibility to work with stimuli that can be freely selected. A first test of the experimental setup was carried out by experimentally verifying a test of the effect of over-representation of neurons in the primary visual cortex that respond to horizontal and vertical stimuli. This circumstance is also related to the orientations in natural photographs, which on average show an overrepresentation of these orientations. In this thesis it could be shown that this effect in mice leads to a better discrimination of orientations when they are horizontal or vertical than when they are in between. However, this effect could be eliminated in the experiment by training the animals to distinguish the underrepresented orientations from others. In the next step the experimental concept was applied to the nature-inspired motion clouds. It is assumed that the processing in the cortex is based on parallel connected sensory channels. Here, two experiments are presented in which the animals learn to distinguish between two differently oriented motion clouds, and the differentiation of motion clouds with a different spatial frequency. It can be shown that different bandwidths of the spatial frequency, as it occurs in nature, do not influence the orientation difference. In contrast, a higher bandwidth of orientations in the stimulus leads to an improved discrimination of the spatial frequency. This supports the hypothesis that several activated sensory channels improve experimental performance. Finally, the experiments, in particular the training program and the orientation discrimination for the education of biology students were modified and proved to be a sound educational concept.$$leng
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