Investigar las representaciones de objeto en la corriente Visual Dorsal de macacos usando grabaciones de una sola unidad

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en la neurociencia de los sistemas visuales y motores. Por ejemplo, ¿cómo codifican las neuronas los objetos y las partes de los objetos? ¿Y cómo cambian las representaciones neuronales de visuales a motoras?

La principal ventaja de este método es que las neuronas se pueden estudiar con objetos del mundo real durante el alcance y el agarre, y con imágenes de objetos y partes de objetos presentadas en una pantalla. Para demostrar este procedimiento estarán María Romero, postdoctoral, e Irene Caprara, estudiante de doctorado de mi laboratorio. Comience con el sujeto de prueba situado en la silla de prueba frente a la configuración de agarre de objetos.

Ajuste una cámara infrarroja frente a los ojos del sujeto para obtener una imagen adecuada de la pupila y el reflejo corneal. Para ejecutar la tarea de agarre guiado visualmente utilizando una configuración de carrusel, primero permita que el macaco coloque la mano contralateral al hemisferio grabado en la posición de reposo en completa oscuridad para iniciar la secuencia. Después de un intervalo variable entre ensayos de 2.000 a 3.000 milisegundos, aplique un láser rojo como punto de fijación en la base del objeto.

Si el animal mantiene la mirada dentro de una ventana de fijación definida electrónicamente durante 500 milisegundos, ilumine el objeto desde arriba con una fuente de luz. Luego, después de un retraso variable de 300 a 1.500 milisegundos, programe una atenuación del láser a medida que la señal visual. Indique al macaco que levante la mano de la posición de reposo y alcance, agarre y sostenga el objeto durante un intervalo variable aleatorio de 300 a 900 milisegundos.

Siempre que el macaco realice toda la secuencia correctamente, recompénsalo con una gota de jugo. En cuanto a la configuración del carrusel, deje que el macaco coloque la mano contralateral al hemisferio grabado en la posición de reposo en completa oscuridad para iniciar la secuencia. Después de 2.000 a 3.000 milisegundos, ilumine el LED en el objeto.

Nuevamente, si el animal mantiene su mirada dentro de una ventana de fijación definida electrónicamente, ilumine el objeto con una fuente de luz blanca. Después del retraso, apague el LED a medida que la señal visual se indica. Una vez más, el mono levanta la mano de la posición de reposo y alcanza, agarra y sostiene el objeto.

Recompense al mono con una gota de jugo después de cada secuencia correcta. Continúa el entrenamiento con objetos adicionales. Durante la tarea, el software debe medir el tiempo de reacción entre la señal de inicio y el inicio del movimiento de la mano.

Y el tiempo de agarre entre el inicio del movimiento y el levantamiento del objeto. Para las tareas 2D, utilice un monitor LCD estándar. Proyecta todos los estímulos visuales sobre un fondo negro.

Para las pruebas 3D, ubique dos obturadores de cristal líquido ferroeléctrico frente a los ojos del mono. Para la prueba 3D, ubique dos obturadores de cristal líquido ferroeléctricos frente a los ojos del mono. Presente los estímulos estereoscópicamente alternando las imágenes del ojo izquierdo y derecho en un monitor de tubo de rayos catódicos equipado con un fósforo P46 de decaimiento rápido, mientras opera los obturadores a 60 hercios con sincronización con el trazado vertical del monitor.

Comience la prueba presentando un pequeño cuadrado en el centro de la pantalla como punto de fijación. Si la posición de los ojos permanece dentro de una ventana cuadrada de un grado definida electrónicamente durante al menos 500 milisegundos, presente el estímulo visual en la pantalla durante un tiempo total de 500 milisegundos. Cuando el mono mantenga una fijación estable hasta que el estímulo se complace, recompénsalo con una gota de jugo.

Para estudiar la selectividad de la forma, ejecute varias pruebas con imágenes 2D durante la tarea de fijación pasiva, comenzando con una prueba de búsqueda. Pruebe la selectividad visual de la celda utilizando un amplio conjunto de imágenes, incluidas imágenes del objeto que se agarró en el VGG. Para esta y todas las tareas visuales subsiguientes, compare la imagen que evoca la respuesta más fuerte, denominada imagen preferida, con una segunda imagen a la que la neurona responde débilmente, denominada imagen no preferida.

A continuación, ejecute una prueba de contorno. A partir de las imágenes originales de la superficie de objetos reales, se obtienen versiones progresivamente simplificadas de la misma forma de estímulo. Reúne al menos 10 pruebas por condición.

Para determinar si la neurona prefiere la superficie original, la silueta o el contorno de la forma original. A continuación, realice una prueba de campo receptivo. Presentar las imágenes de objetos en diferentes posiciones en una pantalla, cubriendo el campo visual central.

Aquí se utilizan un total de 35 posiciones a tres grados. Por último, ejecute una prueba de reducción con fragmentos de contorno presentados en el centro del campo receptivo para identificar la característica de forma mínima efectiva. Determine la entidad de forma mínima efectiva como el fragmento de forma más pequeño que evoca una respuesta que es al menos el 70% de la respuesta del contorno intacto.

Esta imagen muestra las respuestas de una neurona ejemplo registrada en el área F5p, probada con una esfera y una placa, mostrada en dos tamaños diferentes. Esta neurona en particular respondió no solo al estímulo óptimo de la esfera grande, sino también a la placa grande. En comparación, la respuesta a los objetos más pequeños fue más débil.

Las siguientes imágenes muestran los resultados de una neurona de ejemplo registrada en el área intraparietal anterior y probada durante la tarea de agarre guiado visualmente y la fijación pasiva. Esta neurona respondía durante el agarre. La neurona también respondía a la presentación visual de imágenes 2D de objetos, incluidas imágenes de los objetos utilizados en la tarea de agarre.

Lo preferido no era el objeto a agarrar, sino otra imagen en 2D con la que el animal no tenía experiencia previa en el agarre. Aquí se muestra un ejemplo de las respuestas obtenidas en la prueba de reducción. Esta neurona de ejemplo respondió a los fragmentos más pequeños de la prueba.

Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en menos de 90 minutos, si se realiza correctamente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo probar las neuronas en el flujo visual dorsal con objetos e imágenes de objetos para determinar las características críticas que impulsan las respuestas.