Tek-unit kayıtları kullanarak nesne temsilcilikleri makak Dorsal Visual akışı soruşturma
Summary
Nesne seçicilik parieto-cepheden nöronların visuomotor dönüşümler ilgili analiz için detaylı bir protokol sunulmuştur.
Abstract
Önceki çalışmalar parieto-cepheden alanlarda makak beynin nöronlar benzer bir şekilde gerçek nesneler, eşitsizlik tanımlı eğimli yüzeyler ve gerçek dünya nesneleri (ve eşitsizlik olmadan) görüntüleri için çok seçici olabileceğini göstermiştir ventral görsel akışında nitelendirdi. Buna ek olarak, parieto-cepheden alanlarda el açgözlü sırasında önceden şekillendirme gibi uygun motor çıkış, görsel nesne bilgileri dönüştürmek için inanılıyor. Daha iyi nesne seçicilik kortikal ağındaki karakterize etmek için fiş boşaltmaya karışan visuomotor dönüşümleri, görsel nesne seçicilik nöronların parieto-frontal bölgelerde çözümlemek amacıyla testi sağlar.
Introduction
İnsan ve insan dışı primatlar nesne açgözlü dahil olmak üzere karmaşık motor eylemler gerçekleştirme kapasitesine paylaşmak. Başarılı bir şekilde bu görevleri gerçekleştirmek için bizim beyin iç nesne özellikleri dönüşmenin motor komutları tamamlamak gerekiyor. Bu dönüşüm dorsal kortikal alanlarda parietal ve ventral premotor korteks1,2,3 ‘ te (Şekil 1) bulunan gelişmiş bir ağ kullanır.
Maymunlar ve insanlar4,5lezyon çalışmalardan bildiğimiz – primer görsel korteks kaynaklanan ve posterior parietal korteks doğru yönetmen – dorsal görsel akışı hem mekansal vizyon ve motor planlama yer Eylemler. Ancak, dorsal akım alanları çoğunluğu benzersiz bir işlem türüne sadık değil. Örneğin, ön intraparietal alan (AIP), dorsal görsel akışında son sahne bölgelerinden birinde sadece6,7,8açgözlü sırasında aynı zamanda görsel sırasında yangın nöronlar çeşitli içerir Denetim nesnesi7,8,9,10.
Benzer şekilde AIP, F5, ventral premotor korteks (PMv), bulunan bölgede sinirlerde de görsel fiksasyonu ve motor eylemler11içine görsel bilgiler dönüşümüne önemli olması muhtemeldir açgözlü, nesne sırasında yanıt. Bu bölge (subsector F5a) ön kısmındaki nöronların içeren seçmeli olarak (eşitsizlik tanımlı üç boyutlu 3D için) yanıt gönderilir (F5c) yer alan subsector nöronlar içerirken,12,13, görüntüleri ateş ayna özellikleri1,3tarafından karakterize hem ne zaman bir hayvan gerçekleştirir veya bir eylem gözlemler. Son olarak, posterior F5 (F5p) yüksek oranda visuomotor nöronlar hem gözlem için duyarlı ve 3D nesneler14,15açgözlü ile el ile ilgili bir alan bölgedir. F5 yanındaki alan 45B, arcuate sulkus aşağı ramus içinde bulunan, de şekil işleme16,17 ve açgözlü18bulunabilir.
Bu nöronlar yanıt hangi özellikleri ve bu nöronların alıcı alanlar nelerdir belirlemek zordur çünkü nesne seçicilik parietal ve frontal korteks test, meydan okuyor. Bir tabak, ancak bir koni bir nöron yanıt verirse, örneğin, hangi özellikle bu nesnelerin bu seçicilik kullanıyor: 2D kontur, 3D yapısı, derinlik yönde veya birçok farklı özelliklerini? Nesne fiksasyon ve açgözlü sırasında yanıt nöronlar için kritik nesnesi özellikleri belirlemek için nesnelerin görüntülerini ve aynı görüntülerin sınırlı sürümleri kullanarak çeşitli görsel testleri istihdam gereklidir.
Ne zaman belgili tanımlık hayvan içinde belgili tanımlık karanlık (Yani, görsel bilgi yokluğunda) Bu nesne mezununda AIP ve F5 nöronlarda büyükçe bir kısmı sadece bir nesnenin görsel sunum için ama aynı zamanda yanıt verir. Böyle nöronlar kavramış olamaz bir nesneyi görüntüye yanıt vermeyebilir. Bu nedenle, görsel ve motor bileşenleri yanıt yakından, hangi geçici o zor nöronal nesne temsil bu bölgelerde araştırmak bağlanır. Bu yana visuomotor nöronlar sadece gerçek dünya nesneleri ile test edilebilir, esnek bir sistem özellikleri bunlar için önemli olduğunu belirlemek istiyorsanız, görme alanı farklı pozisyonlarda ve farklı yönler farklı nesneleri sunmak için ihtiyacımız nöronlar. İkincisi sadece görsel alanda farklı konumlardaki farklı nesneleri sunma yeteneğine sahip bir robot aracılığıyla elde edilebilir.
Bu makalede araştırmacılar parieto-cepheden nöronlar çalışmada baktılar için deneysel bir kılavuz sağlamak niyetinde. Aşağıdaki bölümlerde, biz bizim laboratuvarda uyanık makak maymunları (Macaca melez) açgözlü ve görsel nesne yanıtlarında analizi için kullanılan genel protokol sağlayacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Davranışsal görevleri ve görsel testler dikkatli bir seçim dorsal akım çalışma için kapsamlı bir yaklaşım gerektirir: görsel ve açgözlü paradigmalar kombine ya da ayrı ayrı bölge belirli özelliklerini bağlı istihdam.
Bu makalede, biz AIP ve F5p yanıt-e doğru görsel ve motor görevlerinin bir alt kümesini kaydedilen sinirsel aktivite örneklerini verir, ama çok benzer yanıt alan 45B gibi ön diğer alanlarda gözlenen ve F5a.
Biz iki dene…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Inez Puttemans, Marc De Paep, Sara De Pril, Wouter oyunculuk, Astrid Hermans, pınar Kayenbergh, Gerrit Meulemans, Christophe Ulens ve Stijn Verstraeten teknik ve idari yardım için teşekkür ederiz.
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 |
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. , (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).
