Badanie reprezentacji obiektów w grzbietowym strumieniu wzrokowym makaka przy użyciu nagrań jednojednostkowych

Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w neuronauce układów wzrokowych i motorycznych. Na przykład, w jaki sposób neurony kodują obiekty i części obiektów? A jak zmieniają się reprezentacje neuronalne z wizualnych na motoryczne?

Główną zaletą tej metody jest to, że neurony mogą być badane za pomocą rzeczywistych obiektów podczas sięgania i chwytania, a także za pomocą obrazów obiektów i części obiektów prezentowanych na wyświetlaczu. Tę procedurę zademonstrują Maria Romero, doktorantka i Irene Caprara, doktorantka z mojego laboratorium. Zacznij od obiektu testowego znajdującego się na krześle testowym przed zestawem do chwytania przedmiotów.

Wyreguluj kamerę na podczerwień przed oczami fotografowanej osoby, aby uzyskać odpowiedni obraz źrenicy i odruchu rogówkowego. Aby uruchomić zadanie chwytania kierowanego wizualnie za pomocą konfiguracji karuzeli, najpierw pozwól makakowi ustawić rękę przeciwlegle do nagranej półkuli w pozycji spoczynkowej w całkowitej ciemności, aby zainicjować sekwencję. Po zmiennym interwale międzypróbnym wynoszącym od 2 000 do 3 000 milisekund zastosuj czerwony laser jako punkt fiksacji u podstawy obiektu.

Jeśli zwierzę utrzymuje wzrok w elektronicznie zdefiniowanym oknie fiksacji przez 500 milisekund, oświetl obiekt od góry źródłem światła. Następnie, po zmiennym opóźnieniu od 300 do 1 500 milisekund, zaprogramuj ściemnianie lasera jako wizualną wskazówkę przejścia. Poinstruuj makaka, aby podniósł rękę z pozycji spoczynkowej i sięgnął, chwycił i przytrzymał przedmiot w losowym zmiennym interwale od 300 do 900 milisekund.

Za każdym razem, gdy makak wykona całą sekwencję poprawnie, nagrodź go kroplą soku. Jeśli chodzi o ustawienie karuzeli, pozwól makakowi ułożyć rękę przeciwlegle do nagranej półkuli w pozycji spoczynkowej w całkowitej ciemności, aby zainicjować sekwencję. Po upływie od 2 000 do 3 000 milisekund zapal diodę LED na obiekcie.

Ponownie, jeśli zwierzę utrzymuje wzrok w elektronicznie zdefiniowanym oknie fiksacji, oświetl obiekt białym źródłem światła. Po upływie opóźnienia wyłącz diodę LED jako wizualną wskazówkę przejścia. Ponownie małpa podnosi rękę z pozycji spoczynkowej i sięga, chwyta i przytrzymuje przedmiot.

Nagradzaj małpę kroplą soku po każdej poprawnej sekwencji. Kontynuuj trening z dodatkowymi obiektami. Podczas zadania oprogramowanie powinno mierzyć czas reakcji między sygnałem go a początkiem ruchu ręki.

I czas chwytania między rozpoczęciem ruchu a podniesieniem przedmiotu. Do zadań 2D należy używać standardowego monitora LCD. Wyświetlaj wszystkie bodźce wizualne na czarnym tle.

Do testów 3D umieść dwie ferroelektryczne migawki ciekłokrystaliczne przed oczami małpy. W teście 3D zlokalizuj dwie ferroelektryczne migawki ciekłokrystaliczne przed oczami małpy. Przedstaw bodźce stereoskopowo, naprzemiennie obrazy lewego i prawego oka na monitorze kineskopowym wyposażonym w szybko rozpadający się luminofor P46, jednocześnie uruchamiając migawki z częstotliwością 60 Hz z synchronizacją z pionowym cofnięciem monitora.

Rozpocznij próbę, przedstawiając mały kwadrat na środku ekranu jako punkt fiksacji. Jeśli pozycja gałki ocznej pozostaje w elektronicznie zdefiniowanym oknie o powierzchni jednego stopnia kwadratowego przez co najmniej 500 milisekund, należy przedstawić bodziec wzrokowy na ekranie przez łączny czas 500 milisekund. Kiedy małpa utrzymuje stabilną fiksację do momentu ustąpienia bodźca, nagrodź ją kroplą soku.

Aby zbadać selektywność kształtów, uruchom wiele testów z obrazami 2D podczas zadania fiksacji pasywnej, zaczynając od testu wyszukiwania. Przetestuj selektywność wizualną komórki, korzystając z szerokiego zestawu obrazów, w tym zdjęć obiektu, który został uchwycony w VGG. W przypadku tego i wszystkich kolejnych zadań wizualnych porównaj obraz wywołujący najsilniejszą reakcję, określany jako obraz preferowany, z drugim obrazem, na który neuron reaguje słabo, określany jako obraz niepreferowany.

Następnie uruchom test konturu. Z oryginalnych obrazów powierzchniowych rzeczywistych obiektów uzyskaj stopniowo upraszczane wersje tego samego kształtu bodźca. Zbierz co najmniej 10 prób na warunek.

Aby określić, czy neuron preferuje oryginalną powierzchnię, sylwetkę czy kontur od oryginalnego kształtu. Następnie przeprowadź receptywny test terenowy. Prezentuj obrazy obiektów w różnych pozycjach na wyświetlaczu, obejmujące centralne pole widzenia.

W sumie stosuje się tutaj 35 pozycji pod trzema stopniami. Na koniec przeprowadź test redukcji z fragmentami konturu umieszczonymi w środku pola recepcyjnego, aby zidentyfikować minimalną efektywną cechę kształtu. Określ minimalną efektywną cechę kształtu jako najmniejszy fragment kształtu wywołujący reakcję, która wynosi co najmniej 70% odpowiedzi nienaruszonego konturu.

Ten obraz pokazuje reakcje przykładowego neuronu zarejestrowanego z obszaru F5p, testowanego za pomocą kuli i płytki, pokazanych w dwóch różnych rozmiarach. Ten konkretny neuron reagował nie tylko na optymalny bodziec dużej kuli, ale także na dużą płytkę. Dla porównania, reakcja na mniejsze obiekty była słabsza.

Poniższe obrazy pokazują wyniki z przykładowego neuronu zarejestrowanego w przedniej części śródciemieniowej i przetestowanego zarówno podczas zadania chwytania kierowanego wzrokowo, jak i pasywnej fiksacji. Ten neuron reagował podczas chwytania. Neuron reagował również na wizualną prezentację obrazów 2D obiektów, w tym obrazów obiektów używanych w zadaniu chwytania.

Preferowany nie był obiekt, który miał być chwytany, ale inny obraz 2D, z którym zwierzę nie miało wcześniejszego doświadczenia w chwytaniu. Przykład odpowiedzi uzyskanych w teście redukcji przedstawiono tutaj. Ten przykładowy neuron reagował na najmniejsze fragmenty w teście.

Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w mniej niż 90 minut, jeśli zostanie wykonana poprawnie. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak testować neurony w grzbietowym strumieniu wzrokowym za pomocą obiektów i obrazów obiektów, aby określić krytyczne cechy, które napędzają reakcje.