חוקרים ייצוגי האובייקט בזרם Visual הגבי מקוק באמצעות הקלטות יחיד-יחידה
August 1st, 2018
פרוטוקול מפורט כדי לנתח אובייקט סלקטיביות של נוירונים חזיתי parieto מעורב העתקות visuomotor מוצג.
שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח במדעי המוח של מערכות הראייה והמוטוריקה. לדוגמה, כיצד נוירונים מקודדים אובייקטים וחלקי אובייקט? וכיצד משתנים ייצוגים עצביים מחזותי למוטורי?
היתרון העיקרי של שיטה זו הוא שניתן לחקור נוירונים עם אובייקטים בעולם האמיתי במהלך הגעה ואחיזה, ועם תמונות של אובייקטים וחלקי אובייקטים המוצגים בתצוגה. מריה רומרו, פוסט-דוקטורנטית, ואיירין קפררה, דוקטורנטית מהמעבדה שלי. התחל עם הנבדק הממוקם בכיסא הבדיקה מול מערך אחיזת האובייקט.
כוונן מצלמת אינפרא אדום מול עיני הנבדק כדי לקבל תמונה נאותה של האישון ורפלקס הקרנית. כדי להפעיל את משימת האחיזה המונחית חזותית באמצעות מערך קרוסלה, תחילה אפשר לקוף המקוק למקם את היד הנגדית לחצי הכדור המוקלט במצב מנוחה בחושך מוחלט כדי להתחיל את הרצף. לאחר מרווח בין ניסוי משתנה של 2,000 עד 3,000 אלפיות השנייה, יש למרוח לייזר אדום כנקודת קיבוע בבסיס האובייקט.
אם החיה שומרת על מבטה בתוך חלון קיבוע מוגדר אלקטרונית למשך 500 אלפיות השנייה, האירו את האובייקט מלמעלה עם מקור אור. לאחר מכן, לאחר עיכוב משתנה של 300 עד 1, 500 אלפיות השנייה, תכנת עמעום של הלייזר כרמז חזותי. הנחו את קופי המקוק להרים את היד ממצב המנוחה ולהושיט יד, לאחוז בו ולהחזיק אותו למשך מרווח משתנה אקראי של 300 עד 900 אלפיות השנייה.
בכל פעם שקוף המקוק מבצע את כל הרצף בצורה נכונה, תגמלו אותו בטיפת מיץ. באשר למערך הקרוסלה, תן לקוף המקוק למקם את היד הנגדית לחצי הכדור המוקלט במצב מנוחה בחושך מוחלט כדי להתחיל את הרצף. לאחר 2,000 עד 3,000 אלפיות השנייה, האירו את הנורית על האובייקט.
שוב, אם החיה שומרת על מבטה בתוך חלון קיבוע מוגדר אלקטרונית, האירו את האובייקט במקור אור לבן. לאחר העיכוב, כבה את הנורית כאות החזותי. שוב, הקוף מרים את היד ממצב המנוחה ומושיט יד, אוחז ומחזיק את החפץ.
תגמלו את הקוף בטיפת מיץ לאחר כל רצף נכון. המשך את האימון עם חפצים נוספים. במהלך המשימה, התוכנה צריכה למדוד את זמן התגובה בין אות ה-go לתחילת תנועת היד.
וזמן האחיזה בין תחילת התנועה להרמה של החפץ. עבור משימות דו-ממדיות, השתמש בצג LCD רגיל. הקרנת כל הגירויים החזותיים על רקע שחור.
לבדיקות התלת מימד, אתר שני תריסי גביש נוזלי פרואלקטרי מול עיני הקוף. לבדיקת התלת מימד, אתר שני תריסי גביש נוזלי פרואלקטריים מול עיני הקוף. הצג את הגירויים באופן סטריאוסקופי על ידי החלפת תמונות העין השמאלית והימנית על צג שפופרת קרן קתודה המצויד בזרחן P46 מהיר, תוך הפעלת התריסים ב-60 הרץ עם סנכרון לשחזור האנכי של הצג.
התחל את הניסוי על ידי הצגת ריבוע קטן במרכז המסך כנקודת הקיבוע. אם מיקום העין נשאר בתוך חלון מרובע של מעלה אחת המוגדר אלקטרונית למשך 500 אלפיות השנייה לפחות, הצג את הגירוי החזותי על המסך למשך זמן כולל של 500 אלפיות השנייה. כאשר הקוף שומר על קיבוע יציב עד לקיזוז הגירוי, תגמלו אותו בטיפת מיץ.
כדי לחקור סלקטיביות צורה, הפעל מספר בדיקות עם תמונות דו-ממדיות במהלך משימת הקיבוע הפסיבית המתחילה במבחן חיפוש. בדוק את הסלקטיביות החזותית של התא באמצעות קבוצה רחבה של תמונות, כולל תמונות של האובייקט שנתפס ב-VGG. עבור מטלה זו וכל המטלות החזותיות הבאות, השווה את התמונה המעוררת את התגובה החזקה ביותר, המכונה תמונה מועדפת, לתמונה שנייה שאליה הנוירון מגיב חלש, המכונה תמונה לא מועדפת.
לאחר מכן, הפעל בדיקת קווי מתאר. מתמונות פני השטח המקוריות של אובייקטים אמיתיים, קבל גרסאות פשוטות בהדרגה של אותה צורת גירוי. אסוף לפחות 10 ניסיונות לכל מצב.
כדי לקבוע אם תא העצב מעדיף את המשטח המקורי, את הצללית או את קווי המתאר מהצורה המקורית. לאחר מכן הפעל מבחן שדה קליטה. הציגו תמונות של אובייקטים במיקומים שונים בתצוגה, המכסים את שדה הראייה המרכזי.
בסך הכל משתמשים כאן ב-35 עמדות בשלוש מעלות. לבסוף, הפעל בדיקת הפחתה עם שברי קווי מתאר המוצגים במרכז שדה הקליטה כדי לזהות את תכונת הצורה האפקטיבית המינימלית. קבע את תכונת הצורה האפקטיבית המינימלית כמקטע הצורה הקטן ביותר המעורר תגובה שהיא לפחות 70% מתגובת המתאר השלמה.
התמונה הזו מציגה את התגובות של תא עצב לדוגמה שהוקלט מאזור F5p, שנבדק עם כדור וצלחת, שמוצג בשני גדלים שונים. תא העצב הספציפי הזה הגיב לא רק לגירוי האופטימלי של הכדור הגדול, אלא גם לצלחת הגדולה. לשם השוואה, התגובה לעצמים הקטנים יותר הייתה חלשה יותר.
התמונות הבאות מציגות תוצאות מתא עצב לדוגמה שהוקלט באזור התוך-קודקודי הקדמי, ונבדק הן במהלך משימת האחיזה המונחית חזותית והן במהלך הקיבוע הפסיבי. תא עצב זה הגיב במהלך האחיזה. תא העצב הגיב גם להצגה חזותית של תמונות דו-ממדיות של אובייקטים, כולל תמונות של האובייקטים ששימשו במשימת האחיזה.
המועדף לא היה האובייקט שיש לתפוס, אלא תמונה דו-ממדית אחרת שלבעל החיים לא היה ניסיון קודם באחיזה. דוגמה לתגובות שהתקבלו במבחן ההפחתה מוצגת כאן. תא עצב לדוגמה זה הגיב לשברים הקטנים ביותר במבחן.
לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך פחות מ-90 דקות, אם היא מבוצעת כהלכה. אחרי הצפייה בסרטון הזה, אתם אמורים להבין היטב כיצד לבחון תאי עצב בזרם הראייה הגבי עם אובייקטים ותמונות של עצמים כדי לקבוע את התכונות הקריטיות שמניעות את התגובות.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה
מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט לניתוח הסלקטיביות האובייקטית של נוירונים פריאטו-פרונטליים המעורבים בטרנספורמציות ויזו-מוטוריות. המחקר משתמש במערך מיוחד כדי לאפשר את התבוננות בתגובות הנוירונים במהלך משימות הושטה ואחיזה עם אובייקטים ותמונות מהעולם האמיתי. שאלות מרכזיות שנידונו כוללות כיצד נוירונים מקודדים אובייקטים וכיצד הייצוגים שלהם משתנים ממשימות ויזואליות למשימות מוטוריות.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- מדעי המוח
- נוירופיזיולוגיה
- שילוב ויזו-מוטורי
רקע
- המאמר מתמקד במנגנונים הנוירונים העומדים בבסיס זיהוי אובייקטים ותגובה מוטורית.
- הוא בוחן את המעבר של ייצוגים נוירונים מגירויים ויזואליים לפעולות מוטוריות.
- הבנת תהליכים אלו יכולה לספק תובנות לגבי אינטראקציות בין מערכות ויזואליות ומוטוריות.
מטרת המחקר
- להעריך כיצד נוירונים מגיבים באופן סלקטיבי לאובייקטים שונים.
- לנתח כיצד התגובות הללו מתפתחות במהלך ביצוע פעולות מוטוריות כמו אחיזה.
- לבסס גישה מתודולוגית לחקר הדינמיקה הנוירונית במשימות רלוונטיות.
שיטות ששימשו
- המחקר משתמש במערך משימות אחיזה מונחה התנהגותית עם מאקוקים.
- נוירונים נרשמים בהקשר של הצגת גירויים ויזואליים ותנועות מוטוריות.
- שלבים קריטיים כוללים תזמון מדויק של רמזים ויזואליים ומדידת זמני תגובה ואחיזה.
- בדיקות שונות מבוצעות כדי למדוד סלקטיביות ויזואלית ותגובה לאובייקטים וצורות.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול מאפשר חקירה מפורטת של תגובות נוירונים במהלך אחיזה אקטיבית וקיבוע פסיבי.
- התוצאות מדגימות הפעלה נוירונית סלקטיבית על סמך המאפיינים של הגירויים הוויזואליים שהוצגו.
- תובנות משמעותיות לגבי התמונות המועדפות והלא מועדפות של הנוירונים הושגו, תוך הדגשת הסלקטיביות שלהם בתגובות.
מסקנות
- מחקר זה מספק שיטה חזקה לחקר הקידוד הנוירוני של מידע ויזואלי ומוטורי.
- התוצאות משפרות את ההבנה של המנגנונים הנוירונים המעורבים במשימות ויזו-מוטוריות.
- לתוצאות יש השלכות רחבות יותר על חקר זיהוי אובייקטים ותיאום מוטורי.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Understanding how neurons encode object features and transform visual input into motor output informs target validation in neurotherapeutic development. This method supports mechanistic de-risking by linking neural selectivity to visuomotor behavior, enhancing predictive confidence in target engagement. It provides a disease-relevant system for probing sensorimotor integration in preclinical models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of neural circuits underlying object recognition and motor planning.
- Operational Value: Provides quantitative neural readouts during naturalistic visuomotor tasks.
- Predictive Value: Supports target hypothesis testing by linking neural activity to behaviorally relevant object features.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Allows systematic testing of visual selectivity using 2D and 3D object stimuli.
- Operational Value: Standardizes stimulus presentation and behavioral timing for reproducible neural recordings.
- Assay Readiness: Generates measurable neural responses to object contours, shapes, and fragments for feature mapping.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Bridges discovery neuroscience with preclinical models of visuomotor dysfunction.
- Mechanistic De-risking: Clarifies how neural representations shift from visual to motor domains during grasping.
- Preclinical Continuity: Supports validation of target engagement in circuits involved in sensorimotor transformation.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery workflows by providing neural selectivity data that informs target validation and lead identification in neuroscience drug discovery.
- Discovery Biology: Tests how neurons encode object parts and shapes during active behavior.
- Screening: Enables standardized presentation of visual stimuli to assess neural tuning properties.
- Analytics: Measures reaction time, grasping time, and neural response magnitude as quantitative endpoints.
- Translational Research: Links neural selectivity in parieto-frontal areas to visuomotor output for target validation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating neural circuit function in preclinical models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in visuomotor pathways by mapping neural selectivity to object features.
- Operational Value: Ensures reproducibility through fixed timing parameters and stimulus controls.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by validating target engagement in behaviorally relevant circuits.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets based on neural-behavioral alignment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology, primate training, and visuomotor task design.
- Depends on specialized equipment including infrared eye tracking, laser fixation systems, and LCD/CRT displays with shutter synchronization.
- Necessitates cross-team standardization of stimulus timing, reward delivery, and neural sorting procedures.
- Involves adaptation considerations when translating findings across species or disease models.
- Limited by the specificity of recorded neuron types and variability in behavioral performance across sessions.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:44
Visually-guided Grasping (VGG) Task Using a Carousel Setup
2:01
Visually-guided Grasping (VGG) Task Using a Robot Setup
3:01
Passive Fixation of 3D/2D Images of Objects
5:34
Results: Investigating Object Selectivity in Dorsal Areas
6:42
Conclusion
