Summary
Представлен подробный протокол для анализа объекта избирательности теменно лобной нейронов, участвующих в зрительномоторной преобразований.
Abstract
Предыдущие исследования показали, что нейроны в теменно лобных областях мозга, макаки может быть весьма избирательно для реальных объектов, несоответствие определяемых изогнутых поверхностей и изображения реальных объектов (с и без разрыва) аналогичным образом как описано в вентральной визуальные поток. Кроме того теменно лобной области предполагается преобразовать визуальный объект сведения в соответствующие мотор выходов, например предварительно формирование руки во время цепляние. Чтобы лучше характеризуют объект избирательности в кортикальной сети участвующих в зрительномоторной преобразований, мы предоставляем тестов, предназначенных для анализа селективности визуального объекта нейронов в регионах теменно лобной.
Introduction
Человека и нечеловеческих приматов поделиться возможности выполнения сложных мотор действий, включая объект цепляние. Для успешного выполнения этих задач, наш мозг должен завершить преобразование свойства встроенных объектов в мотор команды. Это преобразование базируется на сложной сети спинной корковых территорий, расположенных в теменной и брюшной премоторной коры1,2,3 (рис. 1).
От поражения исследований в обезьян и людей4,5мы знаем, что визуальные дорсальный поток - из первичной зрительной коры и направлены на задней теменной коре - участвует в пространственное видение и планирования Мотор действия. Однако большинство районов дорсальный поток не посвящены уникальный тип обработки. Например передняя intraparietal области (AIP), одной из областей конце стадии в спинной визуального потока, содержит различные нейронов, которые огонь не только во время схватив6,7,8, но и во время визуального инспекция объектов7,8,9,10.
Подобно к AIP, нейроны в районе F5, расположенный в вентральной премоторной коры (ПМВ), также реагировать во время визуального фиксации и схватив, объект, который может иметь важное значение для трансформации визуальной информации в мотор действия11. Передняя часть этого региона (подсекторе F5a) содержит нейронов избирательно реагировать трехмерной (3D, несоответствие определяемых) Фото12,13, в то время как подсектора, расположенный в выпуклости (F5c) содержит нейронов характеризуется зеркало свойства1,3, выпустив так когда животное выполняет или отмечает действия. Наконец задняя F5 региона (F5p) является полем связанных с рук, с значительная часть зрительномоторной нейронов реагировать как наблюдения и схватив 3D объектов14,15. Рядом с F5, площадь 45B, расположенный в нижней Рамус аркообразный борозды, также могут быть вовлечены в форму обработки16,17 и схватив18.
Проверка объекта избирательности в лобной и теменной коре является сложной задачей, потому что это трудно определить, какие возможности реагировать на эти нейроны и каковы восприимчивы поля этих нейронов. Например, если нейрон отвечает на тарелку, но не на конус, который особенность этих объектов является движущей эта избирательность: 2D контур, 3D структура, ориентация в глубине или сочетание многих различных функций? Чтобы определить критический объект функции для нейронов, которые реагируют во время фиксации объекта и цепляния, необходимо применять различные визуальные тесты с использованием изображений объектов и снижение версии те же изображения.
Значительная часть нейронов в AIP и F5 не реагирует только для визуального представления объекта, но и когда животное захватывает этот объект в темноте (т.е. в отсутствие визуальной информации). Такие нейроны могут не отвечать на изображение объекта, который не может быть понято. Следовательно визуальные и двигательных компонентов ответа тесно связаны, что затрудняет расследование нейрональных объектное представление в этих регионах. Поскольку зрительномоторной нейронов может испытываться только с объектами реального мира, нам нужна гибкая система для представления различных объектов на различных должностях в поле зрения и в различных ориентациях, если мы хотим определить, какие функции имеют важное значение для этих нейроны. Последний может быть достигнуто только с помощью робота, способного представления различных объектов в разных местах визуального пространства.
Эта статья намеревается представить экспериментальный руководства для исследователей, заинтересованных в изучении теменно лобной нейронов. В следующих разделах мы будем предоставлять общий протокол, используемый в нашей лаборатории для анализа ответов схватив и визуального объекта в бодрствовать макаки обезьян (Macaca мулатка).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все технические процедуры выполнялись в соответствии с национальным институтом здравоохранения руководство для ухода и использования лабораторных животных и директивы ЕС 2010/63/ЕС и были утверждены Этический Комитет ку Лёвен.
1. Общие методы для внеклеточного записей в бодрствовать себя обезьян
- Поезд животных для выполнения задач визуального и мотор, необходимых для решения ваших конкретных исследований вопрос. Убедитесь, что животное может гибко переключаться между задачами в ходе той же сессии записи, чтобы протестировать нейрон широко и получить более глубокое понимание особенностей вождения нейронной ответ (Рисунок 2-3).
- Поезд животного в Visually-Guided схватив (VGG; схватив «в свете») для оценки зрительномоторной компоненты ответа. Примечание: независимо от выбранной задачи, постепенно ограничивают потребление жидкости по крайней мере за три дня до начала этапа обучения.
- Останови обезьяны головы на протяжении всего экспериментальной сессии.
- На первых сессиях держать руку контралатеральной запись камеры в положении покоя и помочь животным достичь и понять объект, давая ручной награду после каждой попытки.
- Поместите обратно на руку обезьяны на положении покоя в конце каждого испытания.
- Каждые несколько испытаний, отпустите руку обезьяны и подождать несколько секунд, чтобы наблюдать, если животное начинает движение спонтанно.
- Применить ручной награду, когда обезьяна достигает к объекту.
- При достижении этапа приобретается правильно, помочь животным поднимать (или тянуть) объект и вознаграждения вручную.
- 1.1.1.4 и 1.1.1.5 отпустите руку обезьяны и подождать несколько секунд, чтобы наблюдать, если животное начинает движение спонтанно. Дать награду, всякий раз, когда движение выполняется правильно.
- Правильно достижения, позиции и ориентации запястья, как столько раз, сколько необходимо во время процедуры.
- Повторите шаги, описанные выше, до тех пор, пока животное выполняет последовательность автоматически.
- Загрузите автоматическую задачу. Животное получает вознаграждение автоматически, когда он выполняет досягаемости и ГРАСП движений за заданное время.
- Постепенно увеличивайте время выдержки объекта.
- Ввести лазер, который проецирует точку фиксации на базе объекта. Затем добавьте глаз трекер, чтобы контролировать положение глаз вокруг объекта к быть понято.
- Поезд животного в схватив Memory-Guided (МГГ) расследовать моторного компонента ответ, не пострадавших от визуального компонента стимула.
- Удержать голову обезьяны.
- Выполните те же шаги, описанные для VGG, убедившись, что животное поддерживает фиксации на лазер во время задачи в электронном виде определенном окне. Для этой версии задачи свет гаснет в конце периода фиксации.
- Поезд обезьяна в пассивной фиксации визуального отклика и формы избирательности.
- Удержать голову обезьяны.
- Представить визуальные раздражители обезьяна с помощью ЭЛТ (пассивный фиксации 3D раздражителей) или LCD монитор (пассивный фиксации 2D раздражителей).
- Настоящее время фиксации пятно в центре экрана, наложенная на визуальные раздражители.
- Наградить животное после каждой презентации стимула и постепенно увеличивать период фиксации до достижения стандартов задачи.
- Поезд животного в Visually-Guided схватив (VGG; схватив «в свете») для оценки зрительномоторной компоненты ответа. Примечание: независимо от выбранной задачи, постепенно ограничивают потребление жидкости по крайней мере за три дня до начала этапа обучения.
- Выполняют операции, используя стерильные инструменты, шторы и халаты.
- Анестезировать животное с кетамин (15 мг/кг, внутримышечно) и medetomidine гидрохлорид (0,01-0,04 мл/кг внутримышечно) и подтвердите анестезии регулярно проверяя животного в ответ на раздражители, пульс, частота дыхания и крови давление.
- Поддержание общей анестезии (пропофола 10 мг/кг/ч внутривенно) и администрировать кислорода с трахеи трубку. Используйте мазь на основе lanolim чтобы предотвратить сухость глаз под наркозом.
- Предоставить обезболивание с помощью 0,5 ЦК бупренорфин (0,3 мг/мл внутривенно). В случае увеличения частоты сердечных сокращений во время операции может проводиться дополнительная дозировка.
- Имплантат МРТ совместимый головной пост с керамические винты и стоматологическая акрил. Выполняйте все операции выживания в строгих асептических условиях. Для надлежащего обслуживания стерильных поля используйте одноразовые стерильные перчатки, маски и стерильные инструменты.
- Руководствуясь анатомические магнитно-резонансной томографии (МРТ; Horsley-Clark координаты), сделать краниотомии выше области интересов и имплантировать записи камеры на череп обезьяны. Используйте стандартные записи камеры для внеклеточного записей одного подразделения или многоэлектродный microdrive, для одновременной записи нескольких нейронов.
- После операции прекратите внутривенного введения пропофола пока спонтанное дыхание возобновляется. Не оставлять без присмотра животного до тех пор, пока он сознание и ввести животное в социальной группе только после полного выздоровления.
- Обеспечить послеоперационное обезболивание, как рекомендовано ветеринаром институциональных; Например используйте мелоксикам (5 мг/мл внутримышечно).
- Подождите 6 недель после операции до начала эксперимента. Это позволяет лучше Анкоридж голову поста в череп и гарантии, которые животное полностью оправился от вмешательства.
- Локализовать области записи, с помощью МРТ (для одного подразделения внеклеточного записей) и компьютерная томография (CT; для многоэлектродный записей).
- Заполнить стакан капилляров с 2% раствором медного купороса и вставьте их в сетку записи.
- Выполнение структурной МРТ (ломтик толщина: 0.6 мм).
- Мониторинг нейронной активности.
- Используйте микроэлектродов вольфрама с импедансом 0,8 – 1 MΩ.
- Вставьте электрод через Дура, используя руководство трубки из нержавеющей стали 23G и гидравлические microdrive.
- Спайк дискриминации усилить и фильтровать нейронной активности от 300 до 5000 Гц.
- Для локального поля потенциальных записей (LFP) усиливают и фильтрация сигнала между 1 и 170 Гц.
- Мониторинг сигнала глаз
- Настройка инфракрасной камеры глазах животного для получения адекватного изображения зрачка и роговицы рефлекс.
- Используйте на основе инфракрасной камеры образец позиции ученика на 500 Гц.
2. расследование объект избирательности в спинной областей
- Выполняют визуально руководствуясь схватив (VGG).
- Выбрать правильный схватив установки в зависимости от цели исследования: Карусель установки или установки робот (рис. 3).
- Для установки карусели запустите задачу VGG:
- Пусть обезьяна Положите руку контралатеральной записанные полушарие в положении покоя в полной темноте инициировать последовательность.
- После переменной времени (intertrial интервал: 2,000-3,000 мс), применить красный лазер (точка фиксации) на базе объекта (расстояние: 28 см от глаза обезьян). Если животное сохраняет свой взгляд внутри электронно определяемые фиксация окна (+/-2,5 °) для 500 мс, осветить объект сверху с источником света.
- После того, как переменной задержки (300-1500 мс), программа затемнения лазер (визуальный сигнал идти) инструктажа обезьяны, чтобы поднять руку от положении покоя и достичь, понять и удерживайте объект для переменной интервала (время выдержки: 300-900 МС).
- Всякий раз, когда животное правильно выполняет всю последовательность, награда его с капелькой сока.
- Используйте подобные последовательность задач для установки робота.
- Что касается установки Карусель пусть обезьяна Положите руку контралатеральной записанные полушарие в положении покоя в полной темноте инициировать последовательность.
- После переменной времени (intertrial интервал: 2,000-3,000 мс), загорается светодиод (точка фиксации) на объекте (изнутри; расстояние: 28 см от глаза обезьян). Опять же если животное сохраняет свой взгляд внутри электронно определяемые фиксация окна (+/-2,5 °) для 500 мс, осветить объект из внутри с источником белого света.
- После того, как переменной задержки (300-1500 мс), выключить светодиод (визуальный сигнал идти), инструктируя обезьяны, чтобы поднять руку от положении покоя и достичь, понять и удерживайте объект для переменной интервала (время выдержки: 300-900 МС).
- Всякий раз, когда животное правильно выполняет всю последовательность, награда его с капелькой сока.
- Во время задачи количественную оценку производительности обезьяны, обращая особое внимание на сроки. Мера как время, прошедшее между пойдем сигнала и началом движения руки (время реакции) и между началом движения и подъема объекта (схватив время).
- Выполнять памяти руководствуясь схватив (МГГ; «Схватив в темноте»). Используйте задачу МГГ для определения, если нейроны являются зрительномоторной или мотор доминантный.
Примечание: Последовательность аналогична описанной для VGG, но объект захватил в полной темноте.- Идентичен VGG задачи, пусть обезьяна место руку контралатеральной записанные полушарие в положении покоя в полной темноте инициировать последовательность.
- После переменной времени (intertrial интервал: 2,000-3,000 мс), применить красный лазерный/светодиодный (точка фиксации) для указания точки фиксации (на базе объекта для установки карусель, в центре объекта для установки робота; расстояние: 28 см от глаза обезьян) . Если животное сохраняет свой взгляд внутри электронно определяемые фиксация окна (+/-2,5 °) для 500 мс, осветить объект.
- После фиксированного времени (400 мс) Выключите свет.
- После переменной задержки период (300-1500 мс) после свет смещение, Дим/выключить точки фиксации (GO CUE), поручить обезьяны, чтобы поднять руку и досягаемости, ГРАСП и удерживайте объект (время выдержки: 300-900 МС).
- Всякий раз, когда животное выполняет всю последовательность правильно, дайте капля сока как награду.
- Выполнение пассивной фиксации. Что касается задачи VGG выберите наиболее подходящие настройки (карусель или робот установки) в зависимости от цели исследования.
Примечание: Две разные пассивной фиксации задачи могут быть выполнены: пассивный фиксации реальных объектов (с помощью объектов к быть понято в карусели и робот установок) и пассивных фиксации изображения 3D/2D объектов.- Выполнение пассивной фиксации объектов реального мира.
- Представить точку фиксации (красный лазер для установки карусели, прогнозируемые на основе объекта и красный светодиод в робота установки).
- Если животное сохраняет свой взгляд внутри электронно определяемые фиксация окна (+/-2,5 °) для 500 мс, осветить объект для 2000 мс.
- Если животное сохраняет свой взгляд в окне для 1000 мс, награда его с капелькой сока.
- Выполнение пассивной фиксации изображений 3D/2D объектов.
- Представить все визуальные раздражители на черном фоне (яркости 8 cd/m2) используя монитор (разрешение 1280 × 1024 пикселей) с быстро распада P46-люминофор и работал на 120 Гц (расстояние просмотра: 86 см).
- В 3D испытаний представляют раздражители стереоскопично, чередуя левого и правого глаза изображения на дисплей (CRT монитор), в сочетании с двух створок сегнетоэлектрических жидких кристаллов. Найдите эти жалюзи глазах обезьяны, работают на 60 Гц и синхронизировать вертикальной проследить монитора.
- Начало судебного разбирательства, представив на небольшой площади в центре экрана (точки фиксации; 0,2 ° × 0,2 °). Если положение глаз остается в электронном виде определенных 1° квадратных окна (гораздо меньше, чем для реальных объектов) для по крайней мере 500 мс, настоящий визуальный стимул на экране, в течение всего времени 500 мс.
- Когда обезьяна ведет Стабильная фиксация до смещение стимул, награда его с капелькой сока.
- Для надлежащего изучения формы избирательности запустите всеобъемлющую батарея тестов с 2D изображения при пассивной фиксации задачи, в следующей последовательности.
- Запуск поиска теста. Тестирование визуальных селективность ячейки, используя широкий набор рисунков (поверхности; На рисунке 4A), включая фотографии объекта, будет держаться в VGG. Для этого и все последующие визуальные задачи Сравните изображения вызвав сильнейшие ответ (назвать «предпочтительный образ») второе изображение, к которому нейрон слабо реагирует (термин «nonpreferred»). Если нейрон изучается также реагирует на изображения объектов, Поиск компонентов конкретных стимулов, вождение реакции клетки (контурная теста, восприимчивы полевых испытаний и сокращения тест).
- Запустите тест контур. Из оригинального поверхности изображения реальных объектов (2D или 3D изображения, содержащие текстуры, затенение и перспективы) получить постепенно упрощенные версии той же фигуры стимул (силуэты и контуры; Рисунок 4B). Соберите по крайней мере 10 испытаний на состояние для того, чтобы определить, предпочитает ли нейрон исходной поверхности, силуэт или наброски от оригинальной формы.
- Запустите тест восприимчивы области (РФ). Чтобы сопоставить РФ нейрона, представляют изображения объектов в различных позициях на экране (в этом эксперименте, 35 позиций; размер стимула 3 °), охватывающий центрального поля зрения19,20. Собрать достаточно стимул повторений на всех возможных позиций в разумные сроки, сократить продолжительность стимул (промелькнула стимулы, стимулы длительность: 300 мс, intertrial интервал: 300 мс).
- Запустите тест сокращения. Запустите тест сокращение с контурной фрагментов, представленных в центре РФ для определения минимальной эффективной формы функция (MESF). Создать набор стимулов в Photoshop, обрезка контура каждого из исходного контура фигуры вдоль главной оси (рис. 3B). Дизайн MESF как маленький фрагмент форму, вызывая в ответ, что по крайней мере 70% нетронутыми структуры ответа и не значительно меньше, чем этот ответ8.
- Для лучшего оценки позиции зависимостей (эффект стимула позиции на фрагмент избирательности) запустить две разные тесты. Запуск теста сокращение с фрагментами, расположен в позиции, оккупированных в первоначальную форму контура. Запустите тест сокращение с фрагментов в центр масс фигуры.
- На данном этапе запустите сопоставление нового RF, с помощью MESF.
- Выполнение пассивной фиксации объектов реального мира.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Рисунок 5 участков ответы пример нейрон, записанная из района F5p протестированы с четырьмя объектами: две разные формы - сферы и плита-показано в двух разных размеров (6 и 3 см). Этот частности нейрон ответил не только большой шар (оптимальное стимул; верхней левой панели), но и на большой тарелке (нижней левой панели). В сравнении, ответ на меньшие объекты был слабее (верхней и нижней правой панели).
На рисунке 6 показан пример нейрон, записанная в AIP испытаны во время VGG и пассивной фиксации. Этот нейрон был реагировать не только во время схватив (VGG задачу, Группа A) но также для визуального представления 2D изображения объектов, представлен на экране (пассивный фиксации, включая изображение объектов, используемых в схватив задаче; Рисунок 6B). Обратите внимание, что предпочтительным стимул в пассивной фиксации задачи не обязательно объект к быть понято, но другой 2D изображения, с которой животное имеет никакого опыта схватив (мандарин). Рисунок 6 c показывает РФ этой ячейки при испытании с предпочтительным и nonpreferred изображения. Пример ответы, полученные в ходе испытания сокращение показано на рисунке 6 d. Этот пример нейрон ответил на маленьких фрагментов в тесте (1-1,5 °).
Рисунок 1. Теменно лобной сети участвующих в обработке визуального объекта и мотор планирования и выполнения. Задняя теменной области AIP проекты районы PFG, 45B и F5a и затем в F5p, M1 и, наконец, к спинного мозга.
Рисунок 2. Дерево решений для тестирования объект избирательность: экспериментальный протокол, используемый для проверки зрительномоторной ответы в нашей нейрональных популяций. VGG задача может сопровождаться МГГ или визуального задачи (пассивный фиксации). Две разные пассивной фиксации задачи можно рассматривать в зависимости от региона интерес: пассивный фиксации объектов реального мира и пассивной фиксации 2D изображения объектов. Предстоятель зрительномоторной система превратилась для поддержки обработки реальных объектов, не изображения объектов6,13 и таким образом, он предсказал, что те регионы с доминирующим компонентом мотор будет значительно более реагировать на видение реального восприятия объектов. Однако формы избирательности можно изучить только в деталях, с использованием подхода сокращения, которые могут быть легко реализованы с изображениями объектов. В задаче 2D пассивной фиксации положительный ответ (с указанием визуальные селективности к изображениям объектов) означает, что можно уточнить в нейрональных ответ еще больше. Это приводит нас к запуск новой экспериментальной задачи изучения нижнего уровня возможностей в стимул. В противоположность этому отрицательный ответ указывает к концу эксперимента.
Рисунок 3. Зрительномоторной установок. (A). Карусель setup. Левая панель: Карусель дизайн (невидимый для обезьяны). Правая панель: подробно показаны объект будет держаться плиты карусель и обезьяна рука приближается к его. С вертикальной вращающейся карусель, содержащие до шести объектов мы можем представить различные объекты обезьяны. (B). робот установки. Левая панель: передний вид установки робота. Правая панель: деталь четырех различных объектов, представленный робот (мелкие/крупные плиты; мелкие/крупные сферы). Второй и более сложный способ представить объекты во время одноклеточных записи осуществляется посредством коммерческих манипулятора с захвата. Для A и B, последовательность событий является идентичным во время визуального фиксации с исключением, что в настройках карусель, объект получает освещении сверху и в робот установки объекта светится изнутри. В фазе ГРАСП задача немного отличается. В то время как в Карусель установки, GO CUE обозначается затемнения лазера; в настройках робот фиксация СИД полностью отключается. Еще одно различие относится к определенным функциям обеих установок. В то время как Карусель установки может использоваться главным образом для тестирования объект избирательности в одной уникальной позиции в визуального пространства, с установки робота, мы можем программы расстояние, на котором представлен объект будет держаться, позиция в плоскости frontoparallel, или даже побудить возмущений в объект ориентации во время схватив (например, быстрое 45 ° вращение объекта на этапе достижения). Обе системы позволяют презентация различных целевых объектов с различными схватив свойствами (размер, объем и т.д.), требующие различных схватив стратегии (мощность сцепления против точности сцепление). (C). пример VGG задачи (Карусель установки). 1. Фиксация: В нашей задаче VGG карусель, обезьяна места контралатеральной руке отдыха позиции устройства инициировать последовательность. Далее лазер проецируется на объект к быть понято, который остается в полной темноте. 2. свет на: если животное поддерживает Стабильная фиксация вокруг электронным определенного окна, окружающие объект для определенного периода времени, объект освещается внешним источником света (визуальные фазы задачи). Наконец после переменной задержки, лазер тускнеет, работает как визуальный сигнал идти и указанием для обезьян, чтобы начать захватывающее движение. Животное вознаграждены за достижения, схватив и отмены объекта (определяется волоконно оптических кабелей).
Рисунок 4. Визуальные раздражители. (A). пример набора стимул, используемых для оценки визуальной форме избирательности. (B). от оригинальных изображений поверхности в A, мы производим постепенно упрощенные версии визуальные раздражители (3D поверхностей, 2D-поверхностей, силуэты, контуры и фрагментов). Разделив наброски в меньшие сегменты, мы ищем для минимальной эффективной формы функция (MESF) вызывающие визуальных избирательности.
Рисунок 5. VGG задачи протестированы с робот установки (установки робота в рисунок 3B). Мы представили четыре различных объектов в той же позиции в глубине: большой шар (слева вверху), большая тарелка (внизу слева), небольшой пластины (внизу справа) и малые сферы (вверху справа). Нейронной ответ выравнивается света начала в объекте (Бен размер 20 мс).
Рисунок 6. AIP нейрон записаны с помощью VGG (щипцы на карусели) и пассивных фиксации задачи. (A). деятельность во время цепляние. Peristimulus время гистограммы показаны ответ AIP нейрона (нейрональных ответ по краю света наступление на объект). (B). визуальный ответ же нейрона при испытании с широким набором 2D изображения реальных объектов, включая изображения объекта, подлежащего захватил (в двух разных направлениях: горизонтальные и вертикальные). (C). восприимчивы поля сопоставления. 2D интерполяцией карт, представляющих средний ответ на предпочтительным (слева) и nonpreferred (справа) стимулы для нейрона в A и B при испытании с 3° изображения объектов. Для построения карты, мы количественно чистой нейронной ответ (путем вычитания базовой деятельности) получил в 35 различных позициях на экране (обозначается пересечения пунктирных линий; [0,0]: центральное положение; + 6 ° Азимут: контралатеральной), 2 ° друг от друга на расстоянии и охватывающих ИПСИ - и контралатерального визуального hemifields. Цвет показывает силу нейронной ответ (колеблется от 0 до максимальной реакции клетки). (D). цвет дерева участок представляющих нормализованные чистой ответы (выпустив ставка минус базовой деятельности) же нейрона как Рисунок 6A- C предпочтительной и nonpreferred раздражитель (контуры изображения предпочтительным и nonpreferred) в стандартные сокращения тест (тест сокращение с фрагментами, расположен в позиции занимали на первоначальную форму контура; 4-фрагмент стимулы, первая строка 8-фрагмент стимулы, вторая строка; 16-фрагмент раздражители, третий ряд). Цвет в каждый круг показывает величины ответа (1 = 28 шипы/s).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Комплексный подход к изучению дорзального потока требует тщательного отбора поведенческих задач и визуальные тесты: визуальные и схватив парадигмы могут использоваться комбинированные или отдельно в зависимости от конкретных свойств этого региона.
В этой статье, мы предоставляем примеры нейронной активности, записанная в AIP и F5p в ответ на подмножество задач визуального и мотор, но очень похожи ответы можно наблюдать в других лицевые поверхности такие области 45B и F5a.
Мы предлагаем два экспериментальных установок расследовать нейронных представление объектов во время цепляние. С вертикальной вращающейся Карусель (рис. 3A) содержит до шести объектов мы можем представить различные объекты обезьяны. Вращающейся Карусель разрешает представление различных целевых объектов (отличающихся в форму, размер, объем и т.д.), требующие различных схватив стратегии (мощность сцепления против точности сцепление).
Второй и более сложный способ представления объектов во время записи одной ячейки — с помощью коммерческого манипулятора и захвата (рис. 3B). В этом случае робот инициирует процесс, схватив объекта (рис. 3B) и перемещая его в определенную позицию в пространстве в полной темноте, в то время как обезьяны рука остается на положении покоя. Кроме того последовательность событий является идентичным в двух установок. Однако, использование робота позволяет широкий манипуляции экспериментальной параметров (расстояние, на котором представлен объект, позиция в плоскости frontoparallel, или ориентацию объекта). Наконец как показано в правой панели рисунок 3B, робот также может быть запрограммирован чтобы понять различные объекты (пластина и сфера в нашем случае).
Этот экспериментальный подход позволяет определить объект особенности вождения зрительномоторной нейронов, которые отвечают на объект наблюдения во время схватив. Однако этот подход также имеет ограничения. Каждый тест, некоторые нейроны будут исключены из дальнейшего тестирования (например, нет ответов на изображения объектов, не контурной избирательность), так что выводы эксперимента можно только относятся к подмножеству всех нейронов, показаны связанные задачи активность во время цепляние. Однако в наших предыдущих исследований8, подавляющее большинство (83%) нейронов, показаны визуальные ответы на объект наблюдения во время схватив также избирательно реагировать изображения объектов и большая часть последних нейронов (90%) также селективный для контурной версии этих изображений. Таким образом наши тестирования протокола может подходить для очень большую часть всех визуально реагировать нейронов в лобной и теменной коре.
Некоторые зрительномоторной нейронов, скорее всего, в более связанных с мотор подсекторах в лобной коры в районе F5p, может отвечать только на объекты в контексте схватив задачи и никогда не реагировать изображения объектов (даже с бинокулярный неравенство) представлены на дисплей. Тем не менее, мы можем исследовать свойства этой субпопуляции нейронов, используя робота. С этой экспериментальной установки мы можем представить объектов в разных местах в плоскости frontoparallel ходе пассивного фиксации (аналогично тест РФ), в различных ориентациях 3D и на разных расстояниях от животных, и мы можем объединить скачкообразных глаз движение в объект с объектом схватив21.
Наша цель — не предоставлять один или жесткой экспериментальный протокол для изучения теменно лобной нейронов, но чтобы подчеркнуть необходимость комплексного и динамичного подхода, с помощью задач и тестов, специально предназначенные для нейронов под исследование. Что касается визуального избирательности к примеру, наш протокол может быть легко адаптирована для изучения других визуальных свойств нейронов, отвечая на объекты. К примеру мы следовали весьма схожий подход при расследовании 3D избирательности в F5a12 и AIP нейронов13 во время цепляние. Мы также комбинированные, схватив исполнения и подробные визуальное тестирование с видео действий при расследовании действий наблюдения ответы в AIP22. Таким же образом многие другие экспериментальные задачи, не включены здесь, можно также добавляется нашего протокола, в зависимости от научной вопрос. Эти задачи включают в себя изучение обоих чисто физических характеристик стимулов (например, размер стимула) и когнитивные аспекты, такие как стимул знакомство23 или биологического актуальность (предпочтения для фигур, которые являются биологически соответствующих такие лица24).
Дальнейшие исследования в этих областях будет обеспечивать лучшее понимание сети и позволит нам для уточнения типа протоколов, которые будут использоваться.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Мы благодарим Inez Путтеманс, Марк де Paep, Сара де давешние, Wouter Depuydt, Astrid Херманс, Пит Kayenbergh, Геррит Meulemans, Кристоф Ulens и Stijn Верстратен за техническую и административную помощь.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Grasping robot | GIBAS Universal Robots | UR-6-85-5-A | Robot arm equipped with a gripper |
| Carousel motor | Siboni | RD066/†20 MV6, 35x23 F02 | Motor to be implemented in a custom-made vertical carousel. It allows the rotation of the carousel. |
| Eye tracker | SR Research | EyeLink II | Infrared camera system sampling at 500 Hz |
| Filter | Wavetek Rockland | 852 | Electronic filters perform a variety of signal-processing functions with the purpose of removing a signal's unwanted frequency components. |
| Preamplifier | BAK ELECTRONICS, INC. | A-1 | The Model A-1 allows to reduce input capacity and noise pickup and allows to test impedance for metal micro-electrodes |
| Electrodes | FHC | UEWLEESE*N4G | Metal microelectrodes (* = Impedance, to be chosen by the researcher) |
| CRT monitor | Vision Research Graphics | M21L-67S01 | The CRT monitor is equipped with a fast-decay P46-phosphor operating at 120 Hz |
| Ferroelectric liquid crystal shutters | Display Tech | FLC Shutter Panel; LV2500P-OEM | The shutters operate at 60 Hz in front of the monkeys and are synchronized to the vertical retrace of the monitor |
References
- Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., Rizzolatti, G. Action recognition in the premotor cortex. Brain. 119 (2), 593-609 (1996).
- Fogassi, L., Gallese, V., Buccino, G., Craighero, L., Fadiga, L., Rizzolatti, G. Cortical mechanism for the visual guidance of hand grasping movements in the monkey: a reversible inactivation study. Brain. 124 (3), 571-586 (2001).
- Rizzolatti, G., Camarda, R., Fogassi, L., Gentilucci, M., Luppino, G., Matelli, M. Functional organization of inferior area 6 in the macaque monkey. II. Area F5 and the control of distal movements. Exp. Brain Res. 71 (3), 491-507 (1988).
- Mishkin, M., Ungerleider, L. G. Contribution of striate inputs to the visuospatial functions of parieto-preoccipital cortex in monkeys. Behav. Brain Res. 6 (1), 57-77 (1982).
- Goodale, M. A., Milner, A. D. Separate visual pathways for perception and action. Trends Neurosci. 15 (1), 20-25 (1992).
- Baumann, M. A., Fluet, M. C., Scherberger, H. Context-specific grasp movement representation in the macaque anterior intraparietal area. J. Neurosci. 29 (20), 6436-6438 (2009).
- Murata, A., Gallese, V., Luppino, G., Kaseda, M., Sakata, H. Selectivity for the shape, size, and orientation of objects for grasping neurons of monkey parietal area AIP. J. Neurophysiol. 83 (5), 2580-2601 (2000).
- Romero, M. C., Pani, P., Janssen, P. Coding of shape features in the macaque anterior intraparietal area. J. Neurosci. 34 (11), 4006-4021 (2014).
- Sakata, H., Taira, M., Kusonoki, M., Murata, A., Tanaka, Y., Tsutsui, K. Neural coding of 3D features of objects for hand action in the parietal cortex of the monkey. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 353 (1373), 1363-1373 (1998).
- Taira, M., Mine, S., Georgopoulos, A. P., Murata, A., Sakata, H. Parietal cortex neurons of the monkey related to the visual guidance of the hand movement. Exp Brain Res. 83 (1), 29-36 (1990).
- Janssen, P., Scherberger, H. Visual guidance in control of grasping. Annu. Rev. Neurosci. 8 (38), 69-86 (2015).
- Theys, T., Pani, P., van Loon, J., Goffin, J., Janssen, P. Selectivity for three-dimensional contours and surfaces in the anterior intraparietal area. J. Neurophysiol. 107 (3), 995-1008 (2012).
- Goffin, J., Janssen, P. Three-dimensional shape coding in grasping circuits: a comparison between the anterior intraparietal area and ventral premotor area F5a. J. Cogn. Neurosci. 25 (3), 352-364 (2013).
- Raos, V., Umiltá, M. A., Murata, A., Fogassi, L., Gallese, V. Functional properties of grasping-related neurons in the ventral premotor area F5 of the macaque monkey. J. Neurophysiol. 95 (2), 709-729 (2006).
- Umilta, M. A., Brochier, T., Spinks, R. L., Lemon, R. N. Simultaneous recording of macaque premotor and primary motor cortex neuronal populations reveals different functional contributions to visuomotor grasp. J. Neurophysiol. 98 (1), 488-501 (2007).
- Denys, K., et al. The processing of visual shape in the cerebral cortex of human and nonhuman primates: a functional magnetic resonance imaging study. J. Neurosci. 24 (10), 2551-2565 (2004).
- Theys, T., Pani, P., van Loon, J., Goffin, J., Janssen, P. Selectivity for three-dimensional shape and grasping-related activity in the macaque ventral premotor cortex. J.Neurosci. 32 (35), 12038-12050 (2012).
- Nelissen, K., Luppino, G., Vanduffel, W., Rizzolatti, G., Orban, G. A. Observing others: multiple action representation in the frontal lobe. Science. 310 (5746), 332-336 (2005).
- Janssen, P., Srivastava, S., Ombelet, S., Orban, G. A. Coding of shape and position in macaque lateral intraparietal area. J. Neurosci. 28 (26), 6679-6690 (2008).
- Romero, M. C., Janssen, P. Receptive field properties of neurons in the macaque anterior intraparietal area. J. Neurophysiol. 115 (3), 1542-1555 (2016).
- Decramer, T., Premereur, E., Theys, T., Janssen, P. Multi-electrode recordings in the macaque frontal cortex reveal common processing of eye-, arm- and hand movements. Program No. 495.15/GG14. Neuroscience Meeting Planner. , Washington DC: Society for Neuroscience. Online (2017).
- Pani, P., Theys, T., Romero, M. C., Janssen, P. Grasping execution and grasping observation activity of single neurons in macaque anterior intraparietal area. J. Cogn. Neurosci. 26 (10), 2342-2355 (2014).
- Turriziani, P., Smirni, D., Oliveri, M., Semenza, C., Cipolotti, L. The role of the prefrontal cortex in familiarity and recollection processes during verbal and non-verbal recognition memory. Neuroimage. 52 (1), 469-480 (2008).
- Tsao, D. Y., Schweers, N., Moeller, S., Freiwald, W. A. Patches of faces-selective cortex in the macaque frontal lobe. Nat. Neurosci. 11 (8), 877-879 (2008).
