نحن نصف طريقة لإجراء تسجيلات الخلايا العصبية واحدة مع تتبع العين في وقت واحد في البشر. نحن نبين فائدة هذه الطريقة ونبين كيف استخدمنا هذا النهج للحصول على الخلايا العصبية في الفص الزمني الوسيط البشري الذي ترميز أهداف البحث البصري.
توفر التسجيلات داخل الجمجمة من المرضى الذين يعانون من الصرع المستعصي فرصة فريدة لدراسة نشاط الخلايا العصبية البشرية الفردية أثناء السلوك النشط. أداة هامة لتحديد السلوك هو تتبع العين، والتي هي أداة لا غنى عنها لدراسة الاهتمام البصري. ومع ذلك، تتبع العين من الصعب استخدامها في وقت واحد مع الفيزيولوجيا الكهربائية الغازية، وبالتالي تم استخدام هذا النهج قليلا. هنا، نقدم بروتوكول تجريبي ثبت لإجراء تسجيلات الخلايا العصبية واحدة مع تتبع العين في وقت واحد في البشر. نحن نصف كيفية اتصال النظم والإعدادات المثلى لتسجيل الخلايا العصبية وحركات العين. لتوضيح فائدة هذا الأسلوب، نلخص النتائج التي تم إجراؤها بواسطة هذا الإعداد. توضح هذه البيانات كيف أن استخدام تتبع العين في مهمة بحث مرئي موجهة بالذاكرة سمح لنا بوصف فئة جديدة من الخلايا العصبية تسمى الخلايا العصبية المستهدفة، والتي كانت استجابتها تعكس الاهتمام من أعلى إلى أسفل بالهدف الحالي للبحث. وأخيرا، نناقش أهمية وحلول للمشاكل المحتملة لهذا الإعداد. معا, بروتوكولنا والنتائج تشير إلى أن تسجيلات الخلايا العصبية واحدة مع تتبع العين في وقت واحد في البشر هي وسيلة فعالة لدراسة وظيفة الدماغ البشري. وهو يوفر حلقة رئيسية مفقودة بين الفيزيولوجيا العصبية الحيوانية وعلم الأعصاب المعرفي البشري.
تسجيلات الإنسان أحادية الخلايا العصبية هي أداة فريدة وقوية لاستكشاف وظيفة الدماغ البشري مع القرار المكاني والزمني غير عادية1. في الآونة الأخيرة، اكتسبت تسجيلات الخلايا العصبية واحدة استخدام واسع النطاق في مجال علم الأعصاب المعرفي لأنها تسمح بالتحقيق المباشر في العمليات المعرفية المركزية للإدراك البشري. هذه التسجيلات ممكنة من خلال الحاجة السريرية لتحديد موضع بؤر الصرع، والتي يتم زرع أقطاب عمق مؤقتا في عقول المرضى الذين يشتبه في الصرع البؤري. مع هذا الإعداد، يمكن الحصول على تسجيلات الخلايا العصبية واحدة باستخدام الأسلاك الدقيقة جاحظ من طرف القطب عمق الهجين (يتم توفير وصف مفصل للمنهجية الجراحية المشاركة في إدخال أقطاب عمق الهجين في السابق البروتوكول2). من بين أمور أخرى، وقد استخدمتهذه الطريقة لدراسة الذاكرة البشرية 3،4،العاطفة 5،6،والاهتمام7،8.
يقيس تتبع العين موقف النظرة وحركات العين (التثبيتات والسكاديات) أثناء المهام المعرفية. عادة ما تستخدم أجهزة تعقب العين المستندة إلى الفيديو انعكاس القرنية ومركز التلميذ كميزات لتتبع مع مرور الوقت9. تتبع العين هو وسيلة هامة لدراسة الاهتمام البصري لأن موقع النظرة يشير إلى تركيز الاهتمام خلال معظم السلوكيات الطبيعية10،11،12. وقد استخدم تتبع العين على نطاق واسع لدراسة الاهتمام البصري في الأفراد الأصحاء13 والسكان العصبية14،15،16.
في حين يتم استخدام كل من تسجيلات الخلايا العصبية واحدة وتتبع العين بشكل فردي على نطاق واسع في البشر, وقد استخدمت دراسات قليلة على حد سواء في وقت واحد. ونتيجة لذلك، لا يزال من غير المعروف إلى حد كبير كيف تستجيب الخلايا العصبية في الدماغ البشري لحركات العين و / أو ما إذا كانت حساسة للتحفيز المثبتحاليا. هذا هو على النقيض من الدراسات مع macaques، حيث تتبع العين مع تسجيلات الخلايا العصبية واحدة في وقت واحد أصبح أداة قياسية. من أجل التحقيق مباشرة في استجابة الخلايا العصبية لحركات العين، ونحن الجمع بين تسجيلات الخلايا العصبية أحادية الإنسان وتتبع العين. وهنا نوصف البروتوكول لإجراء مثل هذه التجارب ثم نوضح النتائج من خلال مثال ملموس.
على الرغم من الدور الثابت للفص الزمني الوسيط البشري (MTL) في كل من تمثيل الكائن17و18 والذاكرة3 و19، فإنه لا يزال غير معروف إلى حد كبير ما إذا كانت الخلايا العصبية MTL يتم تعديلها كدالة من أعلى إلى أسفل الانتباه إلى الأهداف ذات الصلة سلوكيا. دراسة هذه الخلايا العصبية من المهم أن تبدأ في فهم كيفية تأثير المعلومات ذات الصلة بالأهداف العمليات البصرية من أسفل إلى أعلى. هنا، نبرهن على فائدة تتبع العين أثناء تسجيل الخلايا العصبية باستخدام البحث البصري الموجه، وهو نموذج معروف لدراسة السلوك الموجه نحو الهدف20،21،22،23، 24 , 25.باستخدام هذه الطريقة، وصفنا مؤخرا فئة من الخلايا العصبية تسمى الخلايا العصبية المستهدفة، مما يشير إلى ما إذا كان التحفيز الذي يحضر حاليا هو الهدف من البحث المستمر8. في ما يلي، نقدم بروتوكول الدراسة اللازم ة لإعادة إنتاج هذه الدراسة العلمية السابقة. لاحظ أنه على طول هذا المثال، يمكن بسهولة تعديل البروتوكول لدراسة مهمة اهتمام مرئي عشوائي.
في هذا البروتوكول، وصفنا كيفية استخدام تسجيلات الخلايا العصبية واحدة مع تتبع العين في وقت واحد، ووصف كيف استخدمنا هذه الطريقة لتحديد الخلايا العصبية المستهدفة في MTL الإنسان.
يتضمن الإعداد ثلاثة أجهزة كمبيوتر: واحد تنفيذ المهمة (الكمبيوتر التحفيزي)، واحد تشغيل تعقب العين، ?…
The authors have nothing to disclose.
ونشكر جميع المرضى على مشاركتهم. وقد تم دعم هذا البحث من قبل معهد روكفلر لعلم الأعصاب، ومؤسسة علوم التوحد ومؤسسة دانا (إلى S.W.)، وجائزة NSF الوظيفي (1554105 إلى U.R.)، والمعاهد الوطنية للصحة (R01MH110831 وU01NS098961 إلى U.R.). ولم يكن للممولين أي دور في تصميم الدراسة، وجمع البيانات وتحليلها، أو اتخاذ قرار بنشر المخطوطة أو إعدادها. نشكر جيمس لي، إريكا كوان، وموظفي مركز محاكاة سيدارس سيناي على مساعدتهم في إنتاج الفيديو التجريبي.
Cedrus Response Box | Cedrus (https://cedrus.com/) | RB-844 | Button box |
Dell Laptop | Dell (https://dell.com) | Precision 7520 | Stimulus Computer |
EyeLink Eye Tracker | SR Research (https://www.sr-research.com) | 1000 Plus Remote with laptop host computer and LCD arm mount | Eye tracking |
MATLAB | MathWorks Inc | R2016a (RRID: SCR_001622) | Data analysis |
Neuralynx Neurophysiology System | Neuralynx (https://neuralynx.com) | ATLAS 128 | Electrophysiology |
Osort | Open source | v4.1 (RRID: SCR_015869) | Spike sorting algorithm |
Psychophysics Toolbx | Open source | PTB3 ( RRID: SCR_002881) | Matlab toolbox to implement psychophysical experiments |