Method Article

用单单元记录法研究猕猴背视流中的对象表示

DOI:

10.3791/57745

⸱

August 1st, 2018

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1Laboratorium voor Neuro-en Psychofysiologie, Katholieke Universiteit Leuven, 2The Leuven Brain Institute

In This Article

Summary

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本文给出了 visuomotor 变换中顶-额神经元的对象选择性分析的详细协议。

Abstract

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以前的研究表明, 猕猴大脑顶额区的神经元可以高度选择性地进行现实世界中的物体、视差定义的曲面以及真实世界物体 (无差异) 的图像, 类似于在腹视流中描述。此外, 顶锋区域被认为可以将视觉对象信息转换成适当的马达输出, 如抓取时手的预整形。为了更好地描述 visuomotor 变换所涉及的皮层网络中的对象选择性, 我们提供了一个测试电池, 目的是分析顶额区域神经元的视觉对象选择性。

Introduction

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人类和非人类灵长类动物拥有执行复杂运动动作的能力, 包括物体抓取。为了成功地完成这些任务, 我们的大脑需要完成将内部对象属性转换为马达命令。这种转变依赖于位于顶叶和腹侧前运动神经皮层1,2,3 (图 1) 的背皮层区域的复杂网络。

从猴子和人类的病变研究4,5, 我们知道, 背部视觉流-起源于初级视觉皮层和定向到后顶叶皮层-参与了空间视觉和运动规划行动。然而, 大多数的背流区域并不专门用于处理独特的类型。例如, 前 intraparietal 区 (本) 是背视流的终末期区域之一, 它包含了各种神经元, 不仅在抓取6、7、8期间, 而且在视觉检查对象7,8,9,<....

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Protocol

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所有技术程序都是按照国家卫生研究院关于实验室动物的护理和使用指南和欧盟指令 2010/63/欧盟的规定进行的, 并得到了鲁汶的伦理委员会的批准。

1. 清醒行为猴细胞外记录的一般方法

  1. 训练动物执行你的具体研究问题所需的视觉和马达任务。确保动物能够在同一记录会话期间灵活地切换任务, 以便广泛地测试神经元, 并更好地了解驱动神经响应的特征 (图 2-3)。
    1. 训练动物在视觉上被引导的抓住 (VGG; 抓住 ' 在光 ') 评估反应的 visuomotor 组分。注意: 独立于所选任务, 在训练阶段开始前至少三天内逐步限制液体摄入量。
      1. 在实验课的整个时间内限制猴子的头部。
      2. 在第一次疗程中, 将手对侧放在休息位置的录音室, 帮助动物到达并抓住物体, 每次尝试后给予人工奖励。
      3. 在每次试验结束时, 把猴子的手放在休息的位置上。
      4. 每几个试验, 松开猴子的手, 等待几秒钟观察, 如果动物自发地发起运动。
      5. 当猴子到达目标时, 应用人工奖励。
      6. 当获得正确的到达阶段, 帮助动物举起 (或拉扯) 对象和奖励手工。
      7. 就像在1.1.1.4 和 1.1.1.5, 松开猴子的手, 等待几秒钟观察动物是否自发地启动运动。当运动....

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Results

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图 5绘制了一个示例神经元的响应, 从区域 F5p 测试了四个对象: 两个不同的形状-一个球体和一个板块-显示两个不同的大小 (6 和3厘米)。这个特殊的神经元不仅响应大球体 (最佳刺激; 左上板), 而且还对大板 (左下板)。相比之下, 对较小对象的响应较弱 (右上角和下面板)。

图 6显示了在 VGG 和被动固定中测试的一个神经元的例子。这个神经元不仅在抓取 (VGG 任务, 面板 A), 而且对屏幕上显示的物体的2D 图像的视觉呈现 (被动固定包括在抓取任务中使用的对象的图片) 的响应;图 6B)。请注意, 被动固定任务中的首选刺激方案不一定是要掌握的对象, 而是另一种2D 图片, 动物没有以前的抓取经验 (橙色)。图 6C

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Discussion

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对背流进行研究的综合方法需要仔细选择行为任务和视觉测试: 视觉和抓取范式可以根据区域的特定属性组合或单独使用。

在这篇文章中, 我们提供的例子, 神经活动记录在 F5p 和在响应一个子集的视觉和运动任务, 但非常相似的反应可以观察到其他前沿领域, 如45B 区和 F5a。

我们提出了两个实验装置来研究物体在抓取过程中的神经表现。用垂直旋转传送带 (图 3A) 包含多达六个对象, 我们可以向猴子呈现不同的对象。旋转传送带允许不同的目标对象 (形状、大小、体积等) 的呈现, 要求不同的抓取策略 (动力手柄与精密手柄)。

第二个更复杂的方式来呈现对象在单细胞录音是通过商业机器人手臂和爪 (图 3B)。在这种情况下, 机器人通过抓取物体 (图 3B) 来启动试验, 并将其移动到空间中的.......

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Disclosures

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作者没有什么可透露的。

Acknowledgements

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我们感谢 Puttemans、马克 de Paep、萨拉 de Pril、Wouter Depuydt、阿斯特丽德何曼思、Piet Kayenbergh、Gerrit Meulemans、克利斯朵夫 Ulens 和 Stijn Verstraeten 的技术和行政援助。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
抓取机器人GIBAS Universal RobotsUR-6-85-5-A配备夹持器的机械臂
旋转木马电机SiboniRD066/&匕首;20 MV6、35x23 F02电机将在定制的垂直回转木马中实现。它允许旋转轮播。
眼动仪SR ResearchEyeLink II红外摄像系统 500 Hz采样
滤光Wavetek Rockland852电子滤光片执行各种信号处理功能，目的是去除信号中不需要的频率分量。
前置放大器BAK ELECTRONICS， INC.A-1型号 A-1 允许降低输入容量和噪声拾取，并允许测试金属微电极的阻抗
电极 FHCUEWLEESE*N4G金属微电极（* = 阻抗，由研究人员选择）
CRT 显示器Vision Research GraphicsM21L-67S01CRT 显示器配备了一个快速衰减的 P46 荧光粉，工作频率为 120 Hz
，铁电液晶百叶窗Display TechFLC 快门面板;LV2500P-OEM百叶窗在猴子前面以 60 Hz 的频率运行，并与显示器的垂直回撤同步
片

References

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  1. Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., Rizzolatti, G. Action recognition in the premotor cortex. Brain. 119 (2), 593-609 (1996).
  2. Fogassi, L., Gallese, V., Buccino, G., Craighero, L., Fadiga, L., Rizzolatti, G. Cortical mechanism for the visual guidance of hand grasping movements in the monkey: a reversible inactivation study. Brain.

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