利用单细胞记录研究猕猴背侧视觉通路中的物体表征

该方法有助于回答视觉与运动系统神经科学中的关键问题。例如，神经元如何编码物体及其组成部分？以及神经表征如何从视觉阶段转变为运动阶段？

该方法的主要优势在于，可以在受试者抓取真实物体时，以及在显示器上呈现物体及其部分图像时，对神经元活动进行研究。本次实验操作将由本实验室的博士后研究员 Maria Romero 和博士生 Irene Caprara 进行演示。首先，让受试者坐在物体抓取装置前方的测试椅上。

将红外相机调整至受试者眼睛前方，以获得瞳孔和角膜反射的清晰图像。使用转盘装置运行视觉引导抓取任务时，首先让猕猴将与记录半球对侧的手置于完全黑暗中的静息位置，以启动序列。在2,000至3,000毫秒的可变试次间隔后，在物体底部施加一束红激光作为注视点。

如果动物在电子定义的注视窗口内保持注视达500毫秒，则使用光源从上方照亮物体。随后，在300至1,500毫秒的可变延迟后，将激光减弱编程为视觉启动信号。指示猕猴（macaque）将手从静止位置抬起，伸手、抓取并握住物体，持续一个随机化的可变时间间隔（300至900毫秒）。

每当猕猴正确完成整个序列时，用一滴果汁作为奖励。对于转盘装置的设置，让猕猴将与记录半球对侧的手置于完全黑暗中的静息位置以启动序列。在2,000至3,000毫秒后，点亮物体上的LED。

同样，如果动物保持其视线位于电子定义的注视窗口内，则使用白光光源照亮物体。经过一段延迟后，关闭LED作为视觉启动信号。猴子再次从静止位置抬起手，伸向物体，抓取并握住该物体。

每次猴子完成正确序列后，给予一滴果汁作为奖励。使用更多物体继续训练。在任务过程中，软件应测量从“开始”信号到手部运动起始之间的反应时间。

以及从运动开始到提起物体之间的抓握时间。对于二维任务，使用标准的LCD显示器。在黑色背景上投影所有视觉刺激。

进行3D测试时，在猴子眼睛前方放置两个铁电液晶快门。对于3D测试，需在猴子眼睛前方安置两个铁电液晶快门。通过配备快速衰减P46荧光粉的阴极射线管显示器交替呈现左眼和右眼图像，以实现刺激的立体显示，同时以60赫兹频率驱动快门，并与显示器的垂直回扫同步。

通过在屏幕中央呈现一个小方块作为注视点来开始试验。如果眼位在电子定义的1度见方的窗口内保持至少500毫秒，则在屏幕上呈现视觉刺激，总持续时间为500毫秒。当猴子在刺激结束前保持稳定注视时，给予一滴果汁作为奖励。

为了研究形状选择性，在被动注视任务中，从搜索测试开始，使用二维图像进行多次测试。利用包括VGG中抓握物体图片在内的多种图像，测试该细胞的视觉选择性。在此任务及所有后续视觉任务中，将引发最强反应的图像（称为偏好图像）与另一张引发神经元弱反应的图像（称为非偏好图像）进行比较。

接下来，进行轮廓测试。从真实物体的原始表面图像中，获得同一刺激形状的逐步简化版本。每种条件下至少收集10次试验数据。

为了确定该神经元更偏好原始表面、轮廓还是原始形状的外缘，随后进行感受野测试。在显示屏上以不同位置呈现物体图像，覆盖中央视野。

此处共使用三个角度的35个位置。最后，通过在感受野中心呈现轮廓片段进行还原测试，以确定最小有效形状特征。将引发至少为完整轮廓反应70%的反应的最小形状片段确定为最小有效形状特征。

该图像显示了从F5p区域记录的一个示例神经元对球体和板状物体在两种不同尺寸下的反应。该神经元不仅对大尺寸球体这一最适刺激有反应，也对大尺寸板状物体有反应。相比之下，对较小物体的反应较弱。

以下图像显示了在顶叶前区记录的一个示例神经元的结果，该神经元在视觉引导抓握任务和被动注视期间均进行了测试。该神经元在抓握过程中有反应，同时也对物体的二维图像呈现有反应，包括抓握任务中所用物体的图片。

首选的并非需要抓握的目标物体，而是另一幅动物此前从未有过抓握经验的二维图片。此处展示的是缩减测试中获得的反应示例。该示例神经元对测试中最小的图像片段产生了反应。

一旦掌握，该技术若操作正确，可在不到90分钟内完成。观看本视频后，您应能充分理解如何利用物体及其图像刺激背侧视觉通路中的神经元，以确定驱动其反应的关键特征。