A mouse head-fixed task to assess the spatial dependency of audio-visual interactions

Abstract

It is essential for all animals to integrate and combine information from different sensory modalities to better interpret their surrounding world and make fast and accurate decisions. The world around us tends to be concurrently integrated by the visual and auditory systems, making it one of the favorite models to study multisensory processing. While the general mechanisms behind how both senses interact and integrate information have been largely explored, the spatial component governing these interactions is still largely understudied. Quantitative behavioral data with precise control over the spatial-temporal properties of the auditory and visual stimulus is essential to explore how the spatial information from the environment is jointly integrated by the auditory and visual systems. In the scope of this project, we aimed to explore the spatial dependency of audiovisual interactions in behaving mice. To accomplish this, we built a perimetric device and employed a behavioral spatial psychometric task to ask whether perceptual detection of visual or auditory stimuli are dependent on its location in the azimuthal plane. Further, we developed an audiovisual discrimination task where mice reported the spatial congruency vs incongruency of an audiovisual stimulus. We found that while auditory stimulus was equally detected when presented in any locations in the azimuthal plane, visual stimulus was more easily detected when located in front of the animal than when presented on the sides. Moreover, while mice could learn to report the location of an auditory and audiovisual stimuli, they were unable to discriminate when stimuli of both modalities were spatially congruent versus when they were incongruent. The development of these behavioral tasks and quantitative measurements will allow to further explore the mechanisms behind how the auditory and visual systems integrate spatial cues and how this information is integrated in cortical circuits.

É essencial para todos os animais combinar e integrar informação proveniente de diferentes modalidades sensoriais. Este mecanismo permite alcançar uma melhor compreensão do mundo que os rodeia, sendo possível tomar decisões de forma rápida e precisa. A informação acerca do mundo que nos rodeia é geralmente integrada simultaneamente pelos sistemas visual e auditivo, tornando a interação entre estes sistemas um dos modelos mais utilizados para o estudo de processamento multissensorial. Embora os mecanismos gerais responsáveis pela interação e integração da informação gerada pelos dois sentidos tenham sido largamente investigados, a componente espacial que governa estas interações tem sido pouco estudada. A obtenção de dados quantitativos comportamentais, em conjunto com o controlo preciso das propriedades temporais e espaciais do estímulo auditivo e visual, é essencial para determinar de que forma a informação espacial do mundo em nosso redor é integrada em conjunto pelos sistemas visual e auditivo. Este projeto teve por objetivo investigar a dependência espacial das interações audiovisuais em murganhos durante o comportamento normal. Para alcançar este objetivo, contruímos um dispositivo perimétrico e utilizámos uma tarefa comportamental para a construção de curvas psicométricas para investigar se a deteção percetual de um estímulo visual ou auditivo depende da sua localização no plano horizontal. Desenvolvemos também outra tarefa comportamental com o objetivo de avaliar a capacidade dos murganhos para discriminar a congruência vs incongruência espacial de um estímulo audiovisual. Com o desenvolvimento deste projeto, foi possível constatar que enquanto o estímulo auditivo é igualmente detetado em diferentes localizações no plano horizontal, o estímulo visual é mais facilmente detetado quando localizado à frente do murganho em comparação com a periferia. Verificámos também que apesar dos murganhos terem demonstrado capacidade para aprender a reportar a localização de estímulos auditivos e audiovisuais, não revelaram capacidade para discriminar a congruência espacial de um estímulo audiovisual. O desenvolvimento destas tarefas comportamentais e análise dos subsequentes dados quantitativos irá permitir explorar os mecanismos pelos quais os sistemas visual e auditivo integram a informação proveniente de pistas espaciais, e como estes sinais são integrados pelos circuitos corticais.