Name: 単一ユニットの録音を使用してサルの背側視覚ストリームのオブジェクト表現を調査 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: 学ぶ単一ユニット記録によるサル背側視覚ストリームのオブジェクト表現解析法。視覚運動変換に関わる頭頂前頭野ニューロンの選択性を調べ、視覚から運動への神経表現変化を解明する。

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私たちは技術と行政支援の Inez Puttemans、マルク ・ デ ・ Paep、サラ ・ デ ・ Pril、ワウテル ・ Depuydt、アストリッド ハーマンズ、ピート Kayenbergh、ヘリット ・ Meulemans、クリストフ ・ Ulens、ステイン Verstraeten をありがちましょう。

すべての技術的な手順は、ケアおよび実験動物の使用と EU 指令 2010年/63/EU の国立衛生研究所のガイドに従って行われ、ルーヴェンの倫理委員会で承認されました。
1. 一般動作サルの細胞外記録法
<ol><li>あなたの具体的な研究の質問に対処するために必要な視覚と運動のタスクを実行する動物を列車します。動物が柔軟にニューロンを広範囲にわたってテストし、(図 2-3) の神経の応答運転機能のより良い理解を得るために、同じレコーディング ・ セッション中にタスクを切り替えることができることを確認します。<ol>
<li>Visually-Guided 把持 (重力鉛直勾配; '光' の把握) で動物の訓練、応答の視覚コンポーネントを評価します。注: 独立して選択したタスクから徐々 に制限しない水分摂取量トレーニング フェーズの開始前に少なくとも 3 日間。<ol>
<li>実験的セッションの全体の持続期間のためのサルの頭を抑制します。</li>
			<li>最初のセッションでは、安静時の位置で録音室に対側の手を握ってし、に到達し、各試行後に手動の報酬を与えるオブジェクトを把握する動物を助けます。</li>
			<li>場所は、それぞれの試験の終わりに安静時の位置の猿の手をバックアップします。</li>
			<li>すべてのいくつかの試験は、猿の手を解放し、動物が自発的に運動を開始するかどうかを観察するため、数秒待っています。</li>
			<li>オブジェクトに向かって猿に達するたびにマニュアルの特典が適用されます。</li>
			<li>到達段階が正しく取得されると、手動でオブジェクトと報酬を持ち上げる (またはプル) に動物を助けます。</li>
			<li>1.1.1.4 と 1.1.1.5、猿の手を解放し、動物が自発的に運動を開始するかどうかを観察するを数秒待ちます。動きが正しく実行されるたびに報酬を与えます。</li>
			<li>達することを修正、手の位置、およびプロシージャの間に必要な回数だけ手首の向き。</li>
			<li>動物が自動的にシーケンスを実行するまで、上記の手順を繰り返します。</li>
			<li>自動タスクをロードします。動物は、所定の時間に達すると把握運動を実行するときに自動的に報われます。</li>
			<li>オブジェクトの保持時間が徐々 に増加します。</li>
			<li>プロジェクトのオブジェクトのベースの固定点レーザーをご紹介します。その後、オブジェクト-に--把握する周りの目の位置を監視する目トラッカーを追加します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>動物の Memory-Guided の把握 (ウロ) 刺激の視覚的なコンポーネントによる影響を受けません、応答の運動成分を調査するための訓練します。<ol>
<li>サルの頭を抑制します。</li>
			<li>動物が電子的に定義済みのウィンドウ内のタスクの中に、レーザーで固定を維持するかどうかを確かめる重力鉛直勾配の記載されている同じ手順に従ってください。このバージョンのタスクでは、光が固定期間の終わりに消灯します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>視覚的な応答と形状選択性に対処するための受動的な固定で猿を訓練します。<ol>
<li>サルの頭を抑制します。</li>
			<li>CRT (3 D 刺激の受動的な固定) または液晶モニター (2 D 刺激の受動的な固定) を使用して猿に視覚刺激を提示します。</li>
			<li>視覚刺激の上に重ね、画面の中央に固定のスポットを紹介します。</li>
			<li>刺激の各プレゼンテーションの後、動物を報酬し、固定期間タスクの基準に到達するまで徐々 に増加します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>滅菌ツール、ドレープ ガウンを使用して手術を行います。<ol>
<li>ケタミンを用いた動物の麻酔 (15 mg/kg 筋肉内) およびメデトミジン塩酸 (0.01 0.04 mL/kg 筋肉内) 刺激、心拍、呼吸、血液への動物の応答を確認することで、麻酔を定期的に確認し、圧力。</li>
		<li>維持麻酔 (プロポ フォール 10 mg/kg/h 静脈) 気管チューブと酸素を投与して。麻酔下で目の乾燥を防ぐために lanolim ベースの軟膏を使用します。</li>
		<li>0.5 を使用して鎮痛を提供ブプレノルフィンの cc (0.3 mg/ml 静脈内)。手術中の心拍数の増加の場合は、余分な投与量を管理できます。</li>
		<li>セラミックねじと歯科アクリル MRI 互換性頭役をインプラントします。厳密な無菌条件の下ですべての生存の手術を実行します。滅菌フィールドの適切なメンテナンス、使い捨て滅菌手袋、マスク、滅菌器具を使用します。</li>
		<li>解剖学的磁気共鳴画像 (MRI; に導かれてHorsley-Clark 座標)、関心の領域の上に開頭術を行うし、インプラントの猿の頭蓋骨の記録室です。単一の単位細胞外記録または多マイクロ ドライブは、同時複数ニューロン記録用の標準記録室を使用します。</li>
		<li>手術後、自発呼吸が再開するまではプロポ フォールの静脈内投与を中止します。意識を取り戻したがそれまで動物を放置しないし、完全な回復の後にのみ社会的グループの動物を紹介します。</li>
		<li>機関の獣医によって推薦されるように術後鎮痛を提供します。たとえばメロキシカムを使用 (5 mg/ml 筋肉)。</li>
		<li>実験開始前に手術後 6 週間を待ちます。これにより頭蓋骨及び動物は介入から完治の保証、head、post の良い定着できます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>(単位細胞外記録) の MRI とコンピューター断層撮影を使用して記録領域をローカライズ (CT; 多録音)。<ol>
<li>2% 硫酸銅液でガラス管を入力し、記録グリッドに挿入します。</li>
		<li>構造 MRI を実行 (スライス厚: 0.6 mm)。</li>
	</ol>
</li>
	<li>神経活動を監視します。<ol>
<li>0.8-のインピー ダンスを持つタングステン電極を使用して 1 MΩ。</li>
		<li>23 G ステンレス ガイド チューブと油圧マイクロ ドライブ使用して硬膜を介して電極を挿入します。</li>
		<li>スパイクの弁別を増幅して 300 と 5,000 Hz の間の神経の活動をフィルターします。</li>
		<li>ローカル フィールド電位 (LFP) 録音のため増幅し、1 と 170 の Hz 間の信号をフィルターします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>目の信号を監視します。<ol>
<li>動物の目の瞳孔、角膜反射の適切なイメージを取得する前に赤外線カメラを調整します。</li>
		<li>500 Hz で瞳位置をサンプルに赤外線ベースのカメラを使用します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 調査背側領域でのオブジェクトの選択
<ol><li>視覚誘導把持 (重力鉛直勾配) を実行します。<ol>
<li>右の把握調査の目的に応じて、セットアップを選ぶ: カルーセル セットアップまたはセットアップ ロボット (図 3)。</li>
		<li>カルーセル セットアップ重力鉛直勾配のタスクを実行します。<ol>
<li>シーケンスを開始する完全な暗闇の中で安静時の位置で記録された半球に反対側の手を置く猿をしましょう。</li>
			<li>可変時間後 (試行間間隔: 2,000-3,000 ms)、オブジェクトのベースで赤レーザー (注視点) を適用 (距離: サルの目から 28 cm)。動物は、その視線は 500 ms 間 (± 2.5 °) 電子的に定義された固定ウィンドウ内を管理している場合は、光源を上からオブジェクトを照らします。</li>
			<li>可変遅延 (300-1500 ミリ秒)、プログラムは休息位置とリーチから手をリフトする猿を指示するレーザー (視覚移動) の調光後を持ち、変数の間隔、オブジェクトを保持 (保持時間: 300 から 900 ミリ秒)。</li>
			<li>動物では、全体のシーケンスを正しく実行する、ときに、ジュースの滴と報酬を与えます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>同様のタスク シーケンスを使用してロボット セットアップ。<ol>
<li>カルーセルのセットアップに関しては、シーケンスを開始する完全な暗闇の中で安静時の位置で記録された半球に対側の手を置く猿をしましょう。</li>
			<li>可変時間後 (試行間間隔: 2,000-3,000 ms)、オブジェクトの LED (注視点) を照らす (内; からの距離: サルの目から 28 cm)。再び、動物は、その視線は 500 ms 間 (± 2.5 °) 電子的に定義された固定ウィンドウ内を管理している場合は、白色光源の内からオブジェクトを照らします。</li>
			<li>可変遅延 (300-1500 ミリ秒)、オフ (視覚移動) LED に切り替え、安静時の位置と範囲から手をリフトする猿を指示する把握し、変数の間隔、オブジェクトを保持 (保持時間: 300 から 900 ミリ秒)。</li>
			<li>動物では、全体のシーケンスを正しく実行する、ときに、ジュースの滴と報酬を与えます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>タスクでは、タイミングに特別な注意を払って、猿のパフォーマンスを定量化します。メジャー両方 go-信号と手の動き (反応時間) の発症および運動の開始、(時間の把握) オブジェクトのエレベーター間の経過時間。</li>
	</ol></li>
	<li>記憶誘導性把持 (MGG; を実行します。つかむ暗闇の中で」)。ウロ タスクを使用して、視覚または運動支配ニューロンがあるかどうか。 注: シーケンスは、重力鉛直勾配の説明に似ていますが、暗闇の中でオブジェクトを把握します。<ol>
<li>重力鉛直勾配タスクと同じ、let 猿手を置く記録された半球に対側シーケンスを開始する完全な暗闇の中で安静時の位置で。</li>
		<li>可変時間後 (試行間間隔: 2,000-3,000 ms)、赤色レーザー/LED (注視点) 注視点を示すために適用 (ロボット セットアップ; オブジェクトの中心に、カルーセル セットアップ オブジェクトの基地で距離: サルの目から 28 cm).動物は、その視線は 500 ms 間 (± 2.5 °) 電子的に定義された固定ウィンドウ内を管理している場合は、オブジェクトを照らします。</li>
		<li>一定時間 (400 ms) 後、電気は点けない。</li>
		<li>可変遅延後ピリオド (300-1500 ms) の光オフセット、dim/スイッチ注視点 (行くキュー) 猿手、リーチの把握を持ち上げるために指示するために、オブジェクトを保持する (保持時間: 300 から 900 ミリ秒)。</li>
		<li>動物では、全体のシーケンスを正しく実行する、ときに、報酬としてジュースのドロップを与えます。</li>
	</ol></li>
	<li>受動的な固定を実行します。重力鉛直勾配のタスクに関しては、研究の目的に応じて最も適切なセットアップ (カルーセルやロボット セットアップ) を選択します。 注: 2 つの異なるパッシブ固定タスクを実行できます: パッシブの固定化 (カルーセルとロボットの設定で、オブジェクト-に--把握を使用して) 現実世界のオブジェクトとオブジェクトの 3 D ・ 2 D 画像の受動的な固定。<ol>
<li>現実世界のオブジェクトの受動的な固定を実行します。<ol>
<li>注視点 (オブジェクトとロボット セットアップで赤の LED の基部に投影されたカルーセル セットアップの赤いレーザー) を提示します。</li>
			<li>動物は、その視線は 500 ms 間 (± 2.5 °) 電子的に定義された固定ウィンドウ内を管理している場合は、2,000 ms のオブジェクトを照らします。</li>
			<li>動物 1,000 ms のウィンドウ内でその視線を保持する場合は、ジュースのドロップと報酬を与えます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>オブジェクトの 3 D ・ 2 D 画像の受動的な固定を実行します。<ol>
<li>すべての視覚刺激を提示 (8 cd/m2の輝度) 黒の背景にモニター (解像度 1,280 × 1,024 ピクセル) を使用して高速崩壊 P46 蛍光体を搭載し、120 Hz で運営 (視聴距離: 86 cm)。</li>
			<li>3 D テストで提示刺激両眼立体視ディスプレイ (CRT モニター) 上左と右目の画像を交互に 2 つの強誘電性液晶シャッターとの組み合わせで。猿の目の前でこれらのシャッターを見つけて 60 Hz で動作モニターの垂直帰線と同期します。</li>
			<li>(注視点; 0.2 × 0.2 °) 画面の中央に小さな四角形を提示して裁判を開始します。少なくとも 500 ms 間 (多くの実世界のオブジェクトより小さい) 電子的に定義された 1 ° 正方形ウィンドウ内で目の位置が残っている場合は、500 ミリ秒の合計時間の画面で、視覚刺激を提示します。</li>
			<li>猿は、刺激のオフセットまで安定した固定を保持する場合は、ジュースの滴と報酬を与えます。</li>
			<li>形状選択性の十分な検討、2 D 画像パッシブ固定タスクでは、次の順序で包括的な一連のテストを実行します。</li>
			<li>検索テストを実行します。(表面画像; の広いセットを使用しているセルのビジュアル選択性をテストします。図 4 a)、重力鉛直勾配の把握は、オブジェクトの写真を含みます。これおよびすべてのそれに続くビジュアル タスクは、ニューロンが弱く応答する 2 番目の画像に最強の応答 ('最寄りのイメージ' と呼ばれる) を想起させるイメージ (と呼ばれる「そのイメージ」) を比較します。検討中のニューロン応答オブジェクトの画像にも、細胞の応答性 (輪郭テスト、受容野のテストおよび低減試験) を駆動特定刺激コンポーネントを検索します。</li>
			<li>輪郭のテストを実行します。実際のオブジェクト (テクスチャ、陰影、視点を含む 2D または 3D 画像) の元の表面画像から同じ刺激図形 (シルエットとアウトライン; 徐々 に簡略化されたバージョンを入手します。図 4 b)。ニューロンが元のサーフェス、シルエットまたは元の図形からアウトラインを好むかどうかを決定するために 1 つの条件の少なくとも 10 の試験を収集します。</li>
			<li>受容フィールド (RF) テストを実行します。ニューロンの RF をマップするには、ディスプレイ上の別の位置にオブジェクトの画像を提示 (この実験で 35 位置; 3 ° の刺激の大きさ)、中心視19,20をカバーします。妥当な時間内のすべての可能な位置で十分な刺激の繰り返しを収集する刺激時間の短縮 (フラッシュ刺激; 刺激期間: 300 ms、試行間間隔: 300 ms)。</li>
			<li>低減試験を実行します。最小有効な図形機能 (MESF) を識別するために RF の中心で発表された輪郭のフラグメントを低減試験を実行します。各主軸 (図 3 b) に沿って元の輪郭の形状の輪郭をトリミングして Photoshop で刺激のセットを生成します。そのままアウトライン応答とその応答8よりもかなり小さく、少なくとも 70% の応答を引き起こす最小の図形フラグメントとして、MESF を設計します。</li>
			<li>位置依存性 (フラグメント選択性に及ぼす刺激提示位置の効果) の推定値を 2 つの異なるテストを実行します。元の輪郭形状で占められる位置にあるフラグメントの低減試験を実行します。図形の重心でフラグメントを低減試験を実行します。</li>
			<li>この段階で、MESF を使用して新しい RF マッピングを実行します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., Rizzolatti, G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8800951">Action recognition in the premotor cortex.</a> Brain. 119 (2), 593-609 (1996).</li>
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<li>Turriziani, P., Smirni, D., Oliveri, M., Semenza, C., Cipolotti, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+the+prefrontal+cortex+in+familiarity+and+recollection+processes+during+verbal+and+non-verbal+recognition+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The role of the prefrontal cortex in familiarity and recollection processes during verbal and non-verbal recognition memory.</a> Neuroimage. 52 (1), 469-480 (2008).</li>
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</ol>

著者が明らかに何もありません。

背側ストリームの研究への包括的なアプローチの行動課題と視覚テストの慎重な選択が必要です: 結合したまたは地域の特定のプロパティに個別に応じて視覚的把握のパラダイムを採用できます。
この記事で私たちは視覚と運動タスクのサブセットに応答に AIP で F5p 記録神経活動の例を提供しますが、地域 45B など他の前頭領域で非常に類似した応答を観察できると F5a。
把握時のオブジェクトの神経表現を調査する 2 つの実験的設定を提案します。垂直回転カルーセル (図 3 a) 最大 6 つのオブジェクトが含まれていると我々 はサルに異なるオブジェクトを表示できます。カルーセルの回転により、異なる把持戦略 (パワー グリップ グリップ対) を必要とする別のターゲット オブジェクトは (形状、サイズ、ボリューム等が異なる) のプレゼンテーションです。
単一セルの録音中にオブジェクトを提示する 2 番目より洗...

ヒトとヒト以外の霊長類は、物体把持を含む複雑な運動を実行する容量を共有します。これらのタスクを正常に実行するには、私たちの脳は運動指令に組み込みのオブジェクトのプロパティの変換を完了する必要があります。この変換は、頭頂部と腹側運動前野1,2,3 (図 1) にある背側皮質の高度なネットワークに依存しています。
サルとヒトの4,5病変の研究から、我々 は背側視覚ストリーム - 一次視覚野を出発し、後部頭頂皮質に向けて - は空間的なビジョンとモーターの計画の両方に関与している知っています。アクション。ただし、背側ストリーム エリアの大半はないユニークなタイプの処理に捧げています。例えば、頭頂連合野 (AIP)、背側視覚ストリーム終了段階区域の 1 つは火の把握6,7、8時だけでなく、視覚的にニューロンの様々 な含まれてオブジェクト7,8,9,10の検査。
AIP と同様に、エリア、腹側運動前野 (PMv) にある F5 のニューロンは注視と物体把持、モーター アクション11に視覚的情報の変換に重要と思われる中にも対応します。この地域 (サブセクター F5a) の前方の部分に神経細胞が含まれています12,13, 画像三次元 (3 D、視差定義) に選択的に応答のサブセクター凸 (F5c) にあるニューロンが含まれています。ミラーのプロパティ1,3、発火によって特徴付けられる両方とき動物を実行またはアクションを観察します。最後に、後方の F5 領域 (F5p) は視覚運動ニューロンの両方の観測に対応の割合が高いと 3 D オブジェクト14,15の把握の手関連のフィールドです。弓状溝の下の枝に位置するエリア 45B、f5 キーの横にある、図形処理16,17と把持18の両方に関与する可能性があります。
頭頂葉と前頭葉皮質でオブジェクトの選択のテストは困難なこれらのニューロン応答機能やこれらのニューロンの受容野を判別することは困難です。たとえば、ニューロンは、円錐形ではなく、プレートに応答する場合これらのオブジェクトの機能はこの選択性を運転です: 2 D 輪郭、3 D 構造、深さ、方向やさまざまな機能の組み合わせ?オブジェクトの固定をつかんで中に応答するニューロンの重要なオブジェクトの機能を決定するには、物体の画像と同じ画像の縮小バージョンを使用してさまざまなビジュアル テストを採用する必要です。
AIP と F5 のニューロンのかなりの割合だけでなくに応答オブジェクトの視覚的なプレゼンテーションも動物は (すなわち、視覚情報がない場合) 暗闇の中でこのオブジェクトを把握します。このようなニューロンは、把握できないオブジェクトのイメージに答えないかもしれない。したがって、応答の視覚と運動のコンポーネントは、これらの地域の神経の物体の表現を調査することは困難となる密接に、接続されます。視覚運動ニューロンは、実世界のオブジェクトでのみテストできる、のでこれらの重要な機能を決定する場合、視覚的なフィールドで別の位置と向きが異なるさまざまなオブジェクトを提示するため柔軟なシステムが必要ニューロン。後者は、視空間のさまざまな場所でさまざまなオブジェクトを提示可能なロボットによってだけ達成することができます。
この記事は、頭頂前頭神経細胞の研究に興味がある研究者の実験ガイドを提供する予定です。次のセクションでは、サル (猿アカゲザル) の把握、および visual オブジェクトの応答の解析の研究室で使用される一般的なプロトコルを提供します。

<table><tbody><tr><td>把持ロボット</td><td>GIBAS ユニバーサルロボット</td><td>UR-6-85-5-A</td> グリッパー カルーセルモーター<td>を装備したロボットアーム</td></tr><tr><td></td><td>シボニ</td><td>RD066/&dagger;20 MV6、35x23 F02</td><td>カスタムメイドの垂直カルーセルに実装されるモーター。カルーセルの回転を可能にします。</td></tr><tr><td>アイトラッカー</td><td>SR Research</td><td>EyeLink II</td><td>500Hzでの赤外線カメラシステムサンプリング</td></tr><tr><td>フィルター</td><td>Wavetek Rockland</td><td>852</td><td>電子フィルターは、信号の不要な周波数成分を除去する目的で、さまざまな信号処理機能を実行します。</td></tr><tr><td>プリアンプ</td><td>BAK ELECTRONICS, INC.</td><td>A-1</td><td>モデルA-1は、入力容量とノイズピックアップを低減し、金属微小電極</td></tr>電極 <tr><td>電極</td><td>FHC</td><td>UEWLEESE*N4G</td><td>金属微小電極(*=インピーダンス、研究者が選択)</td></tr>のインピーダンスをテストできます<tr><td>CRTモニター</td><td>ビジョンリサーチグラフィックス</td><td>M21L-67S01</td><td>CRTモニターには、120Hzの強誘電体液晶シャッターで動作する高速減衰P46蛍光体が装備されています</td></tr><tr><td></td><td>Display Tech</td><td>FLCシャッターパネル;LV2500P-OEM</td><td>シャッターはサルの前で60 Hzで動作し、モニターの垂直リトレースに同期します</td></tr></tbody></table>

単一ユニットの録音を使用してサルの背側視覚ストリームのオブジェクト表現を調査

Investigating Object Representations in the Macaque Dorsal Visual Stream Using Single-unit Recordings

以前の研究では、サル脳の頭頂前頭領域のニューロンとして同様の方法で高選択的な実世界のオブジェクト、視差定義曲面、現実世界のオブジェクト (と格差なし) の画像にすることができます示されています。腹側視覚経路で説明します。また、頭頂前頭領域はビジュアル オブジェクト情報把握時の手の予成形など、適切な運動出力に変換すると考えられています。視覚運動変換に関与するより皮質ネットワークにおけるオブジェクト選択性を特徴付けるために、我々 は頭頂前頭領域のニューロンのビジュアル オブジェクトの選択を分析するためのテストのバッテリー提供します。

図 5プロット F5p テスト 4 つのオブジェクト領域から記録例ニューロンの応答: - 球と板-2 つの異なるサイズ (6 と 3 センチ) に示すように 2 つの異なる図形します。この特定のニューロン応答だけでなく大規模なプレート (左下パネル) にも大きな球 (最適刺激; 上部左側のパネル)。比較では、小さいオブジェクトへの応答が弱かった (上部と下部パネルの右)。
図 6は、AIP の記録例ニューロンが重力鉛直勾配と受動的な固定の間にテストを示しています。このニューロンはなかった把握 (重力鉛直勾配タスク、パネル A) も (パッシブ固定把持タスクで使用されるオブジェクトの写真などの画面上表示オブジェクトの 2D イメージの視覚的なプレゼンテーションの間だけ応答図 6 b</stron...

頭頂前頭に関わるニューロンの視覚運動変換オブジェクトの選択を分析する詳細なプロトコルが表示されます。

Previous studies have shown that neurons in parieto-frontal areas of the macaque brain can be highly selective for real-world objects, disparity-defined ...

この方法は、視覚系および運動系の神経科学における重要な質問に答えるのに役立ちます。例えば、ニューロンは物体や物体の部分をどのように符号化するのでしょうか?また、神経表現は視覚から運動にどのように変化するのでしょうか?この方法の主な利点は、ニューロンを現実世界の物体に到達して把持するとき、およびディスプレイに表示される物体と物体部品の画像で研究できることです。この手順を実演するのは、ポスドクのMaria Romeroと、私の研究室の博士課程の学生であるIrene Capraraです。まず、被験者を物体把持装置の前にある試験椅子に座らせます。被験者の目の前で赤外線カメラを調整して、瞳孔と角膜反射の適切な画像を取得します。カルーセルセットアップを使用して視覚誘導の把持タスクを実行するには、まず、マカクザルが記録された半球に対して反対側の手を完全な暗闇の中で静止位置に置くのを待って、シーケンスを開始します。2, 000 から 3, 000 ミリ秒の可変試行間隔の後、物体の基部に固定点として赤色レーザーを適用します。動物が電子的に定義された固定ウィンドウ内で視線を500ミリ秒維持している場合は、光源で物体を上から照らします。次に、300〜1, 500ミリ秒の可変遅延の後、視覚ゴーキューとしてレーザーの調光をプログラムします。マカクザルに、静止位置から手を持ち上げ、300〜900ミリ秒のランダム化された可変間隔で物体に手を伸ばし、つかみ、保持するように指示します。マカクがすべてのシーケンスを正しく実行するたびに、ジュースを一滴飲ませてあげてください。カルーセルのセットアップについては、マカクザルが記録された半球の反対側に手を完全な暗闇の中で静止位置に置いて、シーケンスを開始します。2, 000 から 3, 000 ミリ秒後、オブジェクトの LED を点灯させます。繰り返しになりますが、動物が電子的に定義された固定窓の内側に視線を維持している場合は、白色光源で物体を照らします。遅延後、視覚的な合図が表示されたらLEDをオフにしてください。再び、猿は静止位置から手を持ち上げ、物体に手を伸ばし、つかみ、保持します。正しいシーケンスごとに、サルにジュースを一滴ずつ与えます。追加のオブジェクトを使用してトレーニングを続けます。タスク中、ソフトウェアは、ゴーシグナルと手の動きの開始との間の反応時間を測定する必要があります。そして、動き始めてから物体を持ち上げるまでの把持時間。2Dタスクには、標準のLCDモニターを使用します。すべての視覚刺激を黒い背景に投影します。3Dテストでは、サルの目の前にある2つの強誘電性液晶シャッターを見つけます。3Dテストでは、サルの目の前にある2つの強誘電性液晶シャッターを見つけます。減衰の速いP46蛍光体を搭載したブラウン管モニターで左目と右目の画像を交互に表示し、60ヘルツのシャッターを操作しながらモニターの垂直方向のリトレースに同期して、刺激を立体的に提示します。画面の中央に小さな正方形を固定点として表示して、試用版を開始します。目の位置が電子的に定義された 1 度四方のウィンドウ内に少なくとも 500 ミリ秒留まる場合は、視覚刺激を合計 500 ミリ秒の時間画面上に提示します。サルが刺激が相殺されるまで安定した固定を維持したら、一滴のジュースで報酬を与えます。形状選択性を調べるには、探索テストから始まる受動固定タスク中に 2D 画像で複数のテストを実行します。VGGで把持されたオブジェクトの画像を含む、さまざまな画像を使用して、セルの視覚的な選択性をテストします。このタスクおよびその後のすべての視覚タスクについて、最も強い応答を呼び起こす画像(好ましい画像と呼ばれる)を、ニューロンが弱く反応している2番目の画像(非優先画像と呼ばれる)と比較する。次に、コンター テストを実行します。実際のオブジェクトの元の表面画像から、同じ刺激形状の段階的に簡略化されたバージョンを取得します。コンディションごとに少なくとも10回の試行を集めます。ニューロンが元の表面、シルエット、または元の形状の輪郭を好むかどうかを判断するため。次に、受容フィールドテストを実行します。ディスプレイ上のさまざまな位置にあるオブジェクトの画像を表示し、中央の視野をカバーします。ここでは、3 度で合計 35 の位置が使用されます。最後に、受容野の中心に提示された等高線フラグメントを使用して縮退試験を実行し、最小有効形状の特徴を特定します。最小有効形状特徴を、無傷のアウトライン応答の少なくとも 70% の応答を誘発する最小の形状フラグメントとして決定します。この画像は、領域F5pから記録されたニューロンの例の応答を示しており、球とプレートでテストされ、2つの異なるサイズで示されています。この特定のニューロンは、大きな球の最適な刺激だけでなく、大きなプレートにも応答しました。それに比べて、小さな物体に対する反応は弱かった。次の図は、前頭頂部領域に記録され、視覚誘導把持タスクと受動的固定の両方でテストされたニューロンの例の結果を示しています。このニューロンは、把持中に反応しました。ニューロンは、把持タスクで使用されるオブジェクトの写真を含む、オブジェクトの2D画像の視覚的提示にも応答しました。望ましいのは、つかむオブジェクトではなく、動物が以前につかむ経験がなかった別の2D画像でした。ここでは、削減テストで得られた応答の例を示します。この例のニューロンは、テストの最小フラグメントに応答しました。このテクニックを習得すると、正しく実行すれば、90分以内に完了することができます。このビデオを見れば、背側視覚ストリームのニューロンをオブジェクトやオブジェクトの画像でテストし、応答を駆動する重要な特徴を特定する方法について十分に理解できるはずです。

investigating-object-representations-macaque-dorsal-visual-stream

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

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アイトラッキングと単一ニューロン記録の同時実行による標的選択的ニューロンの同定

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自由に学習の三つの段階を越えハトを移動する単一ニューロン」の活動電位を記録する

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アラート、頭部拘束ラットの皮質下脳構造内の単一ニューロンのJuxtacellular監視とローカリゼーション

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ヒトてんかん患者における同時アイトラッキングとシングルニューロン記録

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DREAMインプラント:頭部固定マウスと自由行動マウスの慢性電気生理学のための軽量でモジュール式で費用対効果の高いインプラントシステム

ここでは、MRI環境内の行動モニタリングの課題を克服し、外部の手がかりに対する指示されていない行動反応の検出を可能にするビデオ分析パイプラインを紹介します。この分析により、誘発された内部状態の変化と脳全体の活動について、より包括的な理解が促進されます。...

全脳イメージングにおける母体行動応答のプロファイリング

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