人类癫痫患者同步眼动追踪和单神经记录
Summary
我们描述了一种在人类中同时进行眼动追踪的单神经元记录的方法。我们演示了此方法的效用,并说明了我们如何使用这种方法在编码视觉搜索目标的人类中叶中获取神经元。
Abstract
来自难治性癫痫患者的颅内记录为研究个体神经元在活动行为过程中的活性提供了独特的机会。量化行为的重要工具是眼动追踪,它是研究视觉注意力不可或缺的工具。然而,眼动追踪与侵入性电生理学同时使用具有挑战性,因此这种方法很少使用。在这里,我们提出了一个经过验证的实验协议,用于在人类中同时进行眼动追踪的单神经元记录。我们描述了系统是如何连接的,以及记录神经元和眼睛运动的最佳设置。为了说明此方法的效用,我们总结了此设置可能实现的结果。此数据显示了如何在记忆引导的视觉搜索任务中使用眼动追踪,从而描述称为目标神经元的新神经元类别,其响应反映了对当前搜索目标的自上而下的关注。最后,我们讨论了此设置的潜在问题的重要性和解决方案。总之,我们的协议和结果表明,单神经元记录与同时在人类的眼睛跟踪是研究人脑功能的有效方法。它提供了动物神经生理学和人类认知神经科学之间缺失的关键联系。
Introduction
人类单神经元记录是一个独特而强大的工具,用于探索人类大脑的功能,具有非凡的空间和时间分辨率1。最近,单神经元记录在认知神经科学领域得到了广泛的应用,因为它们允许直接研究人类认知的核心认知过程。这些记录是通过临床需要确定癫痫病灶的位置而做出的,深度电极暂时植入疑似焦点癫痫患者的大脑。通过此设置,可以使用从混合深度电极尖端伸出的微线获得单神经元记录(前一个中提供了用于插入混合深度电极的外科方法的详细说明协议2。其中,这种方法已用于研究人类记忆3,4,情感5,6,和注意7,8。
眼动测量在认知任务期间凝视位置和眼动(固定和囊肿)。基于视频的眼动仪通常使用角膜反射和学生的中心作为功能来跟踪随着时间的推移9。眼动追踪是研究视觉注意力的一个重要方法,因为注视位置表示大多数自然行为10、11、12时注意力的焦点。眼动追踪已广泛用于研究健康个体13和神经人群14、15、16的视觉注意力。
虽然单神经元记录和眼动追踪在人类中被单独广泛使用,但很少有研究同时使用。因此,人类大脑中的神经元对眼动和/或是否对目前固定的刺激是否敏感,仍然在很大程度上不得而知。这与与猴的研究形成鲜明对比,在研究中,同时进行单神经元记录眼动追踪已成为一种标准工具。为了直接研究神经元对眼睛运动的反应,我们结合人类单神经元记录和眼动追踪。在这里,我们描述了进行此类实验的协议,然后通过具体示例来说明结果。
尽管人类中叶(MTL)在对象表示17、18和记忆3、19中都有既定作用,但MTL神经元是否被调节为自上而下关注与行为相关的目标。研究这些神经元对于开始了解目标相关信息如何影响自下而上的视觉过程非常重要。在这里,我们演示了眼动追踪的效用,同时使用引导视觉搜索记录神经元,这是研究目标导向行为的众所周知的范例20、21、22、23,24,25.使用这种方法,我们最近描述了一类神经元称为目标神经元,它标志着当前参与的刺激是否是持续搜索8的目标。在下面,我们提出复制之前的科学研究所需的研究方案。请注意,通过此示例,可以轻松地调整协议以研究任意视觉注意任务。
Protocol
Representative Results
Discussion
在这个协议中,我们描述了如何使用单神经元记录与并发眼跟踪,并描述了我们如何使用这种方法来识别人类MTL中的目标神经元。
该设置涉及三台计算机:一台执行任务(刺激计算机),一台运行眼动仪,一台运行采集系统。为了在三个系统之间同步,并行端口用于将TTL触发器从刺激计算机发送到电生理学系统(图1C)。同时,刺激计算机使用以太网电缆将相同的 TTL ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢所有病人的参与。这项研究得到了洛克菲勒神经科学研究所、自闭症科学基金会和达纳基金会(到S.W.),NSF CAREER奖(1554105到U.R.)和NIH(R01MH110831和U01NS099961到U.R.)的支持。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有作用。我们感谢詹姆斯·李、艾瑞卡·泉和雪松-西奈模拟中心的工作人员帮助制作了演示视频。
Materials
| 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 |
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