Untersuchung von Objekt-Vertretungen in den Makaken dorsalen Visual Stream mit Monoblock-Aufnahmen

Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen der Neurowissenschaften des visuellen und motorischen Systems zu beantworten. Wie kodieren Neuronen zum Beispiel Objekte und Objektteile? Und wie verändern sich neuronale Repräsentationen von visuell zu motorisch?

Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass Neuronen mit realen Objekten beim Greifen und Greifen sowie mit Bildern von Objekten und Objektteilen, die auf einem Display präsentiert werden, untersucht werden können. Maria Romero, Postdoktorandin, und Irene Caprara, Doktorandin aus meinem Labor, werden dieses Verfahren demonstrieren. Beginnen Sie damit, dass sich die Testperson auf dem Teststuhl vor dem Objektgreifaufbau befindet.

Stellen Sie eine Infrarotkamera vor die Augen des Probanden, um ein angemessenes Bild des Pupillen- und Hornhautreflexes zu erhalten. Um die visuell geführte Greifaufgabe mit einem Karussell-Setup auszuführen, lassen Sie den Makaken zunächst die Hand kontralateral zur aufgenommenen Hemisphäre in völliger Dunkelheit in die Ruheposition bringen, um die Sequenz zu starten. Nach einem variablen Versuchsintervall von 2.000 bis 3.000 Millisekunden wird ein roter Laser als Fixierungspunkt an der Basis des Objekts angewendet.

Wenn das Tier seinen Blick 500 Millisekunden lang in einem elektronisch definierten Fixierungsfenster verharrt, beleuchten Sie das Objekt von oben mit einer Lichtquelle. Programmieren Sie dann nach einer variablen Verzögerung von 300 bis 1.500 Millisekunden eine Dimmung des Lasers als visuelles Startsignal. Weisen Sie den Makaken an, die Hand aus der Ruheposition zu heben und das Objekt in einem zufällig festgelegten variablen Intervall von 300 bis 900 Millisekunden zu greifen, zu greifen und zu halten.

Immer wenn der Makake die gesamte Sequenz korrekt ausführt, belohnen Sie ihn mit einem Tropfen Saft. Was den Karussellaufbau betrifft, lassen Sie den Makaken die Hand kontralateral zur aufgenommenen Hemisphäre in völliger Dunkelheit in die Ruheposition bringen, um die Sequenz zu starten. Nach 2.000 bis 3.000 Millisekunden leuchten Sie die LED am Objekt auf.

Auch hier gilt: Wenn das Tier seinen Blick in einem elektronisch definierten Fixierungsfenster verhält, beleuchten Sie das Objekt mit einer weißen Lichtquelle. Schalten Sie nach der Verzögerung die LED aus, wenn das visuelle Signal angezeigt wird. Wieder hebt der Affe die Hand aus der Ruheposition und greift, greift und hält den Gegenstand.

Belohnen Sie den Affen nach jeder korrekten Sequenz mit einem Tropfen Saft. Setzen Sie das Training mit weiteren Objekten fort. Während der Aufgabe soll die Software die Reaktionszeit zwischen dem Go-Signal und dem Einsetzen der Handbewegung messen.

Und die Greifzeit zwischen dem Beginn der Bewegung und dem Anheben des Objekts. Verwenden Sie für die 2D-Aufgaben einen Standard-LCD-Monitor. Projizieren Sie alle visuellen Reize auf einen schwarzen Hintergrund.

Für die 3D-Tests platzieren Sie zwei ferroelektrische Flüssigkristallverschlüsse vor den Augen des Affen. Für den 3D-Test platzieren Sie zwei ferroelektrische Flüssigkristallverschlüsse vor den Augen des Affen. Präsentieren Sie die Stimuli stereoskopisch, indem Sie das Bild des linken und des rechten Auges abwechselnd auf einem Kathodenstrahlröhrenmonitor darstellen, der mit einem schnell zerfallenden P46-Phosphor ausgestattet ist, während die Verschlüsse bei 60 Hertz mit Synchronisation zum vertikalen Retrace des Monitors betrieben werden.

Beginnen Sie den Versuch, indem Sie ein kleines Quadrat in der Mitte des Bildschirms als Fixierungspunkt präsentieren. Wenn die Augenposition mindestens 500 Millisekunden lang innerhalb eines elektronisch definierten Fensters von einem Quadratzentimeter bleibt, wird der visuelle Reiz für eine Gesamtzeit von 500 Millisekunden auf dem Bildschirm dargestellt. Wenn der Affe eine stabile Fixierung beibehält, bis der Reiz ausgelöst wird, belohnen Sie ihn mit einem Tropfen Saft.

Um die Formselektivität zu untersuchen, führen Sie während der passiven Fixierungsaufgabe mehrere Tests mit 2D-Bildern durch, beginnend mit einem Suchtest. Testen Sie die visuelle Selektivität der Zelle anhand einer Vielzahl von Bildern, einschließlich Bildern des Objekts, das im VGG erfasst wurde. Vergleichen Sie für diese und alle nachfolgenden visuellen Aufgaben das Bild, das die stärkste Reaktion hervorruft, das als bevorzugtes Bild bezeichnet wird, mit einem zweiten Bild, auf das das Neuron schwach reagiert, das als nicht bevorzugtes Bild bezeichnet wird.

Führen Sie als Nächstes einen Konturtest durch. Aus den ursprünglichen Oberflächenbildern realer Objekte erhalten Sie nach und nach vereinfachte Versionen derselben Stimulusform. Sammeln Sie mindestens 10 Versuche pro Bedingung.

Um zu bestimmen, ob das Neuron die ursprüngliche Oberfläche, die Silhouette oder den Umriss der ursprünglichen Form bevorzugt. Führen Sie dann einen rezeptiven Feldtest durch. Präsentieren Sie die Bilder von Objekten an verschiedenen Positionen auf einem Display, wobei das zentrale Sichtfeld abgedeckt wird.

Insgesamt kommen hier 35 Positionen in drei Grad zum Einsatz. Führen Sie abschließend einen Reduktionstest mit Konturfragmenten durch, die in der Mitte des rezeptiven Feldes dargestellt werden, um das minimale effektive Formmerkmal zu identifizieren. Bestimmen Sie das kleinste effektive Shape-Feature als kleinstes Shape-Fragment, das eine Reaktion hervorruft, die mindestens 70 % der Reaktion des intakten Umrisses beträgt.

Dieses Bild zeigt die Reaktionen eines Beispielneurons, das aus dem Bereich F5p aufgezeichnet wurde, getestet mit einer Kugel und einer Platte, dargestellt in zwei verschiedenen Größen. Dieses spezielle Neuron reagierte nicht nur auf den optimalen Reiz der großen Kugel, sondern auch auf die große Platte. Im Vergleich dazu war die Reaktion auf die kleineren Objekte schwächer.

Die folgenden Bilder zeigen die Ergebnisse eines Beispielneurons, das im anterioren intraparietalen Bereich aufgenommen und sowohl während der visuell geführten Greifaufgabe als auch während der passiven Fixation getestet wurde. Dieses Neuron reagierte beim Greifen. Das Neuron reagierte auch auf die visuelle Präsentation von 2D-Bildern von Objekten, einschließlich Bildern der Objekte, die in der Greifaufgabe verwendet wurden.

Bevorzugt wurde nicht das zu greifende Objekt, sondern ein anderes 2D-Bild, mit dem das Tier zuvor keine Erfahrung mit dem Greifen hatte. Ein Beispiel für die im Reduktionstest erhaltenen Antworten ist hier dargestellt. Dieses Beispielneuron reagierte auf die kleinsten Fragmente im Test.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in weniger als 90 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Neuronen im dorsalen visuellen Strom mit Objekten und Bildern von Objekten testen können, um die kritischen Merkmale zu bestimmen, die die Reaktionen steuern.