用单单元记录法研究猕猴背视流中的对象表示
Summary
本文给出了 visuomotor 变换中顶-额神经元的对象选择性分析的详细协议。
Abstract
以前的研究表明, 猕猴大脑顶额区的神经元可以高度选择性地进行现实世界中的物体、视差定义的曲面以及真实世界物体 (无差异) 的图像, 类似于在腹视流中描述。此外, 顶锋区域被认为可以将视觉对象信息转换成适当的马达输出, 如抓取时手的预整形。为了更好地描述 visuomotor 变换所涉及的皮层网络中的对象选择性, 我们提供了一个测试电池, 目的是分析顶额区域神经元的视觉对象选择性。
Introduction
人类和非人类灵长类动物拥有执行复杂运动动作的能力, 包括物体抓取。为了成功地完成这些任务, 我们的大脑需要完成将内部对象属性转换为马达命令。这种转变依赖于位于顶叶和腹侧前运动神经皮层1,2,3 (图 1) 的背皮层区域的复杂网络。
从猴子和人类的病变研究4,5, 我们知道, 背部视觉流-起源于初级视觉皮层和定向到后顶叶皮层-参与了空间视觉和运动规划行动。然而, 大多数的背流区域并不专门用于处理独特的类型。例如, 前 intraparietal 区 (本) 是背视流的终末期区域之一, 它包含了各种神经元, 不仅在抓取6、7、8期间, 而且在视觉检查对象7,8,9,10。
类似于 F5, 位于腹前运动神经皮层 (PMv) 的神经元, 在视觉固定和对象抓取过程中也有反应, 这对于将视觉信息转化为运动动作11是很重要的。这个区域的前部 (界别分组 F5a) 包含有选择性地响应三维 (3D, 视差定义) 图像12,13, 而位于凸性 (F5c) 中的界别分组包含神经元特征为镜子属性1,3, 射击时, 动物执行或观察行动。最后, 后 F5 区 (F5p) 是一个与手相关的领域, 有很大比例的 visuomotor 神经元响应观察和掌握3D 对象14,15。F5, 面积 45B, 位于弧形沟的下支, 也可能涉及两个形状处理16,17和抓取18。
在顶叶和额叶皮层检测对象选择性是很有挑战性的, 因为很难确定这些神经元对哪些功能做出反应, 以及这些神经元的接受领域是什么。例如, 如果一个神经元响应一个板块, 而不是一个锥, 这些物体的特征是驱动这种选择性: 2D 轮廓, 3D 结构, 深度方向, 或多种不同特征的组合？为了确定在对象固定和抓取过程中响应的神经元的关键对象特征, 需要使用对象的图像和相同图像的缩小版本来进行各种视觉测试。
在 F5 和小鼠的神经元中, 有相当一部分不仅对物体的视觉呈现做出反应, 而且当动物在黑暗中抓住这个物体时 (即在没有视觉信息的情况下)。这种神经元可能不会对无法掌握的物体的图像作出反应。因此, 视觉和运动成分的反应是紧密相连的, 这使得它很难研究神经元对象表示在这些地区。由于 visuomotor 神经元只能用真实世界的物体来测试, 所以我们需要一个灵活的系统, 在不同的位置在视觉领域和不同的方向呈现不同的物体, 如果我们想确定哪些特征对这些都是重要的。神经元。后者只能通过能够在视觉空间的不同位置呈现不同物体的机器人来实现。
本文旨在为研究顶额神经元的研究者提供一个实验指南。在以下各节中, 我们将提供实验室中用于分析醒猴猴 (猕猴猕猴) 抓取和视觉对象反应的一般协议。
Protocol
Representative Results
Discussion
对背流进行研究的综合方法需要仔细选择行为任务和视觉测试: 视觉和抓取范式可以根据区域的特定属性组合或单独使用。
在这篇文章中, 我们提供的例子, 神经活动记录在 F5p 和在响应一个子集的视觉和运动任务, 但非常相似的反应可以观察到其他前沿领域, 如45B 区和 F5a。
我们提出了两个实验装置来研究物体在抓取过程中的神经表现。用垂直旋转传送带 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢 Puttemans、马克 de Paep、萨拉 de Pril、Wouter Depuydt、阿斯特丽德何曼思、Piet Kayenbergh、Gerrit Meulemans、克利斯朵夫 Ulens 和 Stijn Verstraeten 的技术和行政援助。
Materials
| Grasping robot | GIBAS Universal Robots | UR-6-85-5-A | Robot arm equipped with a gripper |
| Carousel motor | Siboni | RD066/†20 MV6, 35×23 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 |
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