Vi beskriver en metode for å gjennomføre single-Nevron innspillinger med samtidig øye sporing hos mennesker. Vi viser nytten av denne metoden og illustrerer hvordan vi brukte denne tilnærmingen til å få neurons i den menneskelige midtre timelige flik som kodes mål for en visuell søk.
Intrakraniell innspillinger fra pasienter med intractable epilepsi gir en unik mulighet til å studere aktiviteten til individuelle menneskelige neurons under aktiv adferd. Et viktig verktøy for kvantifisere atferd er øye sporing, som er et uunnværlig verktøy for å studere visuell oppmerksomhet. Men øye sporing er utfordrende å bruke samtidig med invasiv elektrofysiologi og denne tilnærmingen har derfor vært lite brukt. Her presenterer vi en bevist eksperimentell protokoll for å gjennomføre single-Nevron innspillinger med samtidig øye sporing hos mennesker. Vi beskriver hvordan systemene er koblet sammen og de optimale innstillingene for å registrere neurons og øyebevegelser. For å illustrere nytten av denne metoden, oppsummerer vi resultater som ble gjort mulig ved dette oppsettet. Disse dataene viser hvordan bruke øye sporing i et minne-guidet visuell søke oppgave tillot oss å beskrive en ny klasse av neurons kalt Target neurons, hvis responsen var reflektert av ovenfra og ned oppmerksomhet til gjeldende søk målet. Til slutt diskuterer vi betydningen og løsningene på potensielle problemer med dette oppsettet. Sammen, vår protokoll og resultater tyder på at single-Nevron innspillinger med samtidig øye sporing i mennesker er en effektiv metode for å studere menneskelige hjernefunksjon. Den skaffer en nøkkel savner koble sammen imellom dyr nevrofysiologi og Human Cognitive nevrovitenskap.
Human enkelt-Nevron innspillinger er et unikt og kraftig verktøy for å utforske funksjonen til den menneskelige hjerne med ekstraordinære romlig og Temporal oppløsning1. Nylig, Single-Nevron innspillinger har fått bred bruk innen kognitiv nevrovitenskap fordi de tillater direkte undersøkelse av kognitive prosesser sentrale for menneskelig kognisjon. Disse opptakene er gjort mulig av klinisk behov for å bestemme plasseringen av epileptiske prioriteringer, som dybde elektroder er midlertidig implantert i hjernen til pasienter med mistanke om fokal epilepsi. Med dette oppsettet, enkelt-Nevron innspillinger kan fås ved hjelp microwires stikker ut fra spissen av hybrid dybde elektroden (en detaljert beskrivelse av kirurgisk metodikk involvert i innsetting av hybrid dybde elektroder er gitt i forrige protokoll2). Blant annet har denne metoden blitt brukt til å studere menneskelig minne3,4, Emotion5,6, og oppmerksomhet7,8.
Eye tracking måler blikket posisjon og øyebevegelser (fixations og saccades) under kognitive oppgaver. Video-baserte øye sporer vanligvis bruker hornhinnen refleksjon og midten av eleven som funksjoner for å spore over tid9. Eye tracking er en viktig metode for å studere visuell oppmerksomhet fordi blikket stedet indikerer fokus for oppmerksomhet i de fleste naturlige atferd10,11,12. Eye tracking har blitt brukt mye for å studere visuell oppmerksomhet i friske individer13 og nevrologiskepopulasjoner 14,15,16.
Mens både single-Nevron innspillinger og øye sporing er individuelt brukes mye i mennesker, har få studier brukt begge samtidig. Som et resultat, er det fortsatt i stor grad ukjent hvordan neurons i den menneskelige hjerne reagerer på øyebevegelser og/eller om de er følsomme for tiden fiksert stimulans. Dette er i motsetning til studier med aper, der eye-tracking med samtidige single-Nevron innspillinger har blitt et standard verktøy. For å direkte undersøke neuronal respons på øyebevegelser, kombinerte vi menneskelige enkelt-Nevron innspillinger og øye sporing. Her beskriver vi protokollen til å utføre slike eksperimenter og deretter illustrere resultatene gjennom et konkret eksempel.
Til tross for den etablerte rollen til den menneskelige midtre Temporal flik (MTL) i både objekt representasjon17,18 og minne3,19, er det fortsatt i stor grad ukjent om MTL neurons er modulert som en funksjon av topp-ned oppmerksomhet til behaviorally relevante mål. Å studere slike neurons er viktig å begynne å forstå hvordan mål-relevant informasjon påvirker nedenfra og opp visuelle prosesser. Her viser vi nytten av eye tracking mens innspillingen neurons bruker guidet visuelt søk, et velkjent paradigme å studere målrettet atferd20,21,22,23, 24 priser og , 25. ved hjelp av denne metoden, har vi nylig beskrevet en klasse av neurons kalt Target neurons, som signaliserer om tiden gikk stimulans er målet for en pågående søk8. I nedenfor presenterer vi studie protokollen som trengs for å gjengi denne tidligere vitenskapelige studien. Legg merke til at i dette eksempelet kan protokollen enkelt justeres for å studere en vilkårlig visuell oppmerksomhet oppgave.
I denne protokollen, beskrev vi hvordan du kan ansette single-Nevron innspillinger med samtidige eye tracking og beskrev hvordan vi brukte denne metoden for å identifisere mål neurons i den menneskelige MTL.
Det setup medfører tre datamaskiner: ettall utfører vervet (stimulans Computer), ettall running det øye bane, og ettall running oppkjøpet system. For å synkronisere mellom de tre systemene, brukes parallellporten til å sende TTL-utløsere fra stimulans datamaskinen til elektrofysio…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker alle pasienter for deres deltagelse. Denne forskningen ble støttet av Rockefeller nevrovitenskap Institute, Autism Science Foundation og Dana Foundation (til S.W.), en NSF CAREER Award (1554105 til U.R.), og NIH (R01MH110831 og U01NS098961 til U.R.). Oppdragsgivers hadde ingen rolle i studien design, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet. Vi takker James Lee, Erika Quan, og de ansatte i sedertrær-Sinai simulering Center for deres hjelp i å produsere demonstrasjonen video.
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 |