同时进行眼动追踪和单神经元记录以识别靶标选择性神经元

摘要

来源:Wang， S. 等人。人类癫痫患者的同步眼动追踪和单神经元记录。J. Vis. Exp.（2019 年）。

该视频演示了一种通过同时眼动追踪和单神经元记录来识别靶标选择性神经元的分析方法。人类参与者的任务是在显示器中的对象数组中识别目标对象，并跟踪眼球运动。同时，通过植入大脑的电极记录单个神经元的放电速率。来自两个记录的数据相互关联，以评估目标选择性神经元的存在。

方案

所有涉及人类参与者的程序均已按照机构、国家和国际人类福利指南执行，并已由当地机构审查委员会审查。

1. 参与者

1. 招募患有顽固性癫痫的神经外科患者，他们正在接受颅内电极放置以定位他们的癫痫发作。
2. 将带有嵌入式微线的深度电极插入所有临床指示的目标位置，通常包括杏仁核、海马体、前扣带皮层和前补充运动区的子集。请参阅我们之前的方案中有关植入的详细信息。
3. 一旦患者返回癫痫监测室，连接记录设备以进行宏观和微观记录。这包括仔细准备包括头部舞台的头巾。然后，等待患者从手术中恢复，并在患者完全清醒时（通常在手术后至少 36 至 48 小时）进行测试。

2. 实验设置

1. 按照图 1 中的图表将刺激计算机连接到电生理系统和眼动仪。
2. 使用远程非侵入性红外眼动追踪系统（见材料表）。将眼动追踪系统放在坚固的移动推车上（图 1A、B）。将一个装有液晶显示器 （LCD） 的柔性臂连接到同一个推车上。使用远程模式跟踪患者的头部和眼睛。
3. 将充满电的不间断电源 （UPS） 放在眼动追踪车上，并将所有与眼动追踪相关的设备（即患者前面的 LCD、眼动仪摄像头和光源以及眼动仪主机）连接到 UPS，而不是连接到外部电源。
4. 将患者与 LCD 屏幕之间的距离调整为 60-70 厘米，并调整 LCD 屏幕的角度，使屏幕表面大致平行于患者的面部。调整屏幕相对于患者头部的高度，使眼动仪的摄像头大约处于患者鼻子的高度。
5. 为患者提供按钮盒或键盘。在开始实验之前，验证触发器（晶体管-晶体管逻辑、TTL）和按钮按下是否已正确记录。

3. 单神经元记录

1. 启动采集软件。首先，目视检查宽带 （0.1 Hz - 8 kHz） 局部场电位，确保它们没有受到线路噪声的污染。否则，请按照标准程序去除噪音。
2. 为了识别单个神经元，对信号进行带通滤波 （300 Hz - 8 KHz）。选择 8 个微线中的一个作为每个 microwire 束的参考。测试不同的参考并调整参考，以便 （1） 其他 7 个通道显示清晰的神经元，并且 （2） 参考不包含神经元。将输入范围设置为 ± 2,000 μV。
3. 在记录数据之前，启用将数据保存为 NRD 文件（即，将用于后续离线尖峰排序的宽带原始数据文件）。将采样率设置为 32 kHz。

4. 眼动追踪

1. 启动眼动追踪软件。因为它是一个无头部固定的系统，所以将贴纸贴在患者的额头上，以便眼动仪可以调整头部运动。
2. 调整眼动仪与患者之间的距离和角度，使目标标记、头部距离、瞳孔和角膜反射 （CR） 标记为就绪（如眼动追踪软件中的绿色所示;图 2 显示了一个很好的相机设置屏幕示例）。单击要录制的眼睛，并将采样率设置为 500 Hz。
3. 使用瞳孔和 CR 阈值的自动调整。对于戴眼镜的患者，调整照明器和摄像头的位置和/或角度，使玻璃的反射不会干扰瞳孔采集。
4. 在每个块的开头使用内置的 9 点网格方法校准眼动仪。确认眼睛位置（显示为"+"）很好地注册为 9 点网格。否则，请重做校准。
5. 接受校准并执行验证。如果最大验证误差< 2°，平均验证误差< 1°，则接受验证。否则，请重做验证。
6. 进行漂移校正并继续进行实际实验。

5. 任务

1. 在这个视觉搜索任务中，使用我们之前研究的刺激物，并按照前面描述的任务程序进行作。
2. 向参与者提供任务说明。指导参与者在搜索数组中找到目标项并尽快响应。指导参与者在找到目标时按下响应框的左按钮（参见材料表），如果他们认为目标不存在，则按下右按钮。明确指示参与者将有目标存在和目标不存在的试验。
3. 启动刺激呈现软件（参见材料表）并运行任务:呈现目标提示 1 秒，并使用刺激呈现软件呈现搜索阵列。记录按钮按下情况，并向参与者提供逐个试验的反馈（正确、不正确或超时）。

结果

图 1.实验设置。（A） 左侧面板显示了不同系统之间的连接草图。刺激计算机充当中央控制器。它通过并行端口连接到电生理系统，并发送 TTL 脉冲作为触发器。刺激计算机通过以太网电缆连接到眼动追踪系统，通过以太网电缆向眼动仪发送文本消息并在线接收当前的注视位置。刺激计算机还在刺激屏幕 （VGA） 上呈现刺激，并从 USB 按钮盒或键盘接收患者的响应。蓝线表示设备之间的连接，箭头表示设备之间的通信方向。右侧面板显示系统之间的信号流以及每个系统中保存的数据。（B） 标记了系统关键部分的示例设置。

图 2.眼动仪...

材料