Investigar as representações do objeto no fluxo Dorsal de Visual de Macaque usando gravações unitárias

Este método pode ajudar a responder a questões-chave na neurociência dos sistemas visuais e motores. Por exemplo, como os neurônios codificam objetos e partes de objetos? E como as representações neurais mudam de visual para motora?

A principal vantagem desse método é que os neurônios podem ser estudados com objetos do mundo real durante o alcance e a preensão, e com imagens de objetos e partes de objetos apresentadas em uma tela. Demonstrando esse procedimento estarão Maria Romero, uma pós-doutoranda, e Irene Caprara, uma estudante de doutorado do meu laboratório. Comece com o sujeito de teste situado na cadeira de teste em frente à configuração de agarrar o objeto.

Ajuste uma câmera infravermelha na frente dos olhos do sujeito para obter uma imagem adequada da pupila e do reflexo da córnea. Para executar a tarefa de preensão guiada visualmente usando uma configuração de carrossel, primeiro permita que o macaco coloque a mão contralateral ao hemisfério gravado na posição de repouso na escuridão total para iniciar a sequência. Após um intervalo intertrial variável de 2.000 a 3.000 milissegundos, aplique um laser vermelho como ponto de fixação na base do objeto.

Se o animal mantiver o olhar dentro de uma janela de fixação definida eletronicamente por 500 milissegundos, ilumine o objeto de cima com uma fonte de luz. Em seguida, após um atraso variável de 300 a 1.500 milissegundos, programe um escurecimento do laser como sugestão visual. Instrua o macaco a levantar a mão da posição de repouso e alcançar, segurar e segurar o objeto por um intervalo variável aleatório de 300 a 900 milissegundos.

Sempre que o macaco executar toda a sequência corretamente, recompense-o com uma gota de suco. Quanto à configuração do carrossel, deixe o macaco colocar a mão contralateral ao hemisfério gravado na posição de repouso na escuridão total para iniciar a sequência. Após 2.000 a 3.000 milissegundos, acenda o LED no objeto.

Novamente, se o animal mantiver o olhar dentro de uma janela de fixação definida eletronicamente, ilumine o objeto com uma fonte de luz branca. Após o atraso, desligue o LED conforme a dica visual. Novamente, o macaco levanta a mão da posição de repouso e alcança, agarra e segura o objeto.

Recompense o macaco com uma gota de suco após cada sequência correta. Continue o treinamento com objetos adicionais. Durante a tarefa, o software deve medir o tempo de reação entre o sinal de movimento e o início do movimento da mão.

E o tempo de preensão entre o início do movimento e a elevação do objeto. Para as tarefas 2D, use um monitor LCD padrão. Projete todos os estímulos visuais em um fundo preto.

Para os testes 3D, localize duas persianas de cristal líquido ferroelétrico na frente dos olhos do macaco. Para o teste 3D, localize duas persianas de cristal líquido ferroelétrico na frente dos olhos do macaco. Apresente os estímulos estereoscopicamente alternando as imagens do olho esquerdo e direito em um monitor de tubo de raios catódicos equipado com um fósforo P46 de decaimento rápido, enquanto opera os obturadores a 60 hertz com sincronização com o retrocesso vertical do monitor.

Comece o teste apresentando um pequeno quadrado no centro da tela como ponto de fixação. Se a posição dos olhos permanecer dentro de uma janela quadrada de um grau definida eletronicamente por pelo menos 500 milissegundos, apresente o estímulo visual na tela por um tempo total de 500 milissegundos. Quando o macaco mantiver uma fixação estável até que o estímulo se desloque, recompense-o com uma gota de suco.

Para estudar a seletividade da forma, execute vários testes com imagens 2D durante a tarefa de fixação passiva, começando com um teste de pesquisa. Teste a seletividade visual da célula usando um amplo conjunto de imagens, incluindo fotos do objeto que foi capturado no VGG. Para esta e todas as tarefas visuais subsequentes, compare a imagem que evoca a resposta mais forte, denominada imagem preferida, com uma segunda imagem à qual o neurônio está respondendo fracamente, denominada imagem não preferida.

Em seguida, execute um teste de contorno. A partir das imagens originais da superfície de objetos reais, obtenha versões progressivamente simplificadas da mesma forma de estímulo. Colete pelo menos 10 tentativas por condição.

Para determinar se o neurônio prefere a superfície original, a silhueta ou o contorno da forma original. Em seguida, execute um teste de campo receptivo. Apresente as imagens de objetos em diferentes posições em uma tela, cobrindo o campo visual central.

Um total de 35 posições em três graus são usadas aqui. Por fim, execute um teste de redução com fragmentos de contorno apresentados no centro do campo receptivo para identificar a característica de forma efetiva mínima. Determine o recurso de forma efetivo mínimo como o menor fragmento de forma que evoca uma resposta que seja pelo menos 70% da resposta de contorno intacta.

Esta imagem mostra as respostas de um neurônio exemplo registrado na área F5p, testado com uma esfera e uma placa, mostradas em dois tamanhos diferentes. Este neurônio em particular respondeu não apenas ao estímulo ótimo da grande esfera, mas também à placa grande. Em comparação, a resposta aos objetos menores foi mais fraca.

As imagens a seguir mostram os resultados de um exemplo de neurônio gravado na área intraparietal anterior e testado durante a tarefa de preensão guiada visualmente e a fixação passiva. Este neurônio foi responsivo durante a preensão. O neurônio também respondeu à apresentação visual de imagens 2D de objetos, incluindo imagens dos objetos usados na tarefa de preensão.

O preferido não era o objeto a ser agarrado, mas outra imagem 2D com a qual o animal não tinha experiência anterior de agarrar. Um exemplo das respostas obtidas no teste de redução é mostrado aqui. Este neurônio de exemplo respondeu aos menores fragmentos no teste.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em menos de 90 minutos, se for executada corretamente. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como testar neurônios no fluxo visual dorsal com objetos e imagens de objetos para determinar as características críticas que impulsionam as respostas.