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使用電生理神經(jīng)信號采集系統(tǒng)研究獼猴自發(fā)運動過程中的神經(jīng)認知信號

瀏覽次數(shù):168 發(fā)布日期:2024-12-18  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責任自負

靈長類動物認知加工的單神經(jīng)元基礎主要在運動受到嚴重限制的實驗室環(huán)境中進行研究。因此,目前尚不清楚自然運動如何影響大腦中認知的神經(jīng)特征。此外,對小鼠的研究表明,在測量身體運動時,身體運動占了皮層神經(jīng)動力學的大部分。

為了研究這些問題,本文使用Cereplex Direct 在體多通道神經(jīng)信號采集系統(tǒng)和Cereplex E放大器(Blackrock Microsystems)記錄了執(zhí)行認知任務的移動猴子前額葉皮層中的單神經(jīng)元活動,并使用視頻跟蹤表征了眼睛、頭部和身體的運動。

首先研究員們訓練三只雄性獼猴執(zhí)行一種計算機化的視覺條件關聯(lián)任務,以證明前額葉區(qū)域?qū)θ蝿毡憩F(xiàn)的因果必要性,而不是鄰近的前額葉區(qū)域。

圖1:任務設計和電極。

在開始記錄之前,猴子被訓練到專業(yè)水平。記錄時長很短,以保持在整個任務執(zhí)行過程中的參與水平不變。在任務執(zhí)行期間,使用眼動跟蹤系統(tǒng)記錄了眼睛位置、頭部位置和瞳孔擴張。
圖2:行為表現(xiàn)和運動跟蹤。

為了評估自由運動和注視期間認知處理的單個神經(jīng)元活動,研究員們對每個記錄單元應用了標準選擇性分析。鑒于任務所需認知過程,在延遲階段特別關注神經(jīng)元的選擇性。在延遲期間有選擇性地代表相關目標的單位被命名為“目標選擇性”。
圖3:單個神經(jīng)元和群體分析。

為了了解記錄單元在自由運動期間短時間內(nèi)動態(tài)改變選擇性的程度,研究員們使用200毫秒的小滑動窗口進行選擇性分析,并在每個試驗的100毫秒步長內(nèi)尋找上述三種類型的相同選擇性(指令提示、目標、位置)。
圖4:單個神經(jīng)元和群體分析。

雖然多次試驗的平均值是有用的,但大腦在逐時逐刻生成自然行為時無法從這種降噪方法中受益。因此,基于單次試驗的神經(jīng)編碼的信息內(nèi)容是一個更現(xiàn)實的指標。研究員們使用單次解碼方法,僅選擇同時記錄的神經(jīng)元的神經(jīng)集合,以評估自由凝視和運動期間的神經(jīng)編碼的信息內(nèi)容。

圖5:神經(jīng)集成的解碼分析。

雖然認知處理可以從自由運動期間的神經(jīng)集合活動中解碼,但未經(jīng)指導的運動可能與任務變量對齊和關聯(lián),這可能是一個重要的混淆信息來源。在猴子K中,研究員們觀察到這樣一個刻板運動,即在延遲階段期間的凝視和頭部位置偏差揭示了被選擇的選項。為了評估這種運動偏差對神經(jīng)活動的貢獻,他們進行了三項控制任務。

圖6:通過修改后的任務操作未指令的動作。

對于猴子K的偏倚任務,一種刻板運動被減少,而對于猴子L,這種運動被創(chuàng)造。在比較兩只猴子的頭部自由和頭部固定會話時,研究員們沒有觀察到對指令提示、目標或位置變量的神經(jīng)元比例有顯著增加或減少,盡管頭部運動大幅減少。

圖7:修改后的任務對神經(jīng)群體調(diào)優(yōu)沒有影響。

最后研究員們建立了一個線性編碼模型,該模型使用大量任務和運動變量來預測同時記錄的神經(jīng)元集合的神經(jīng)活動。模型設計矩陣包括離散事件變量以及連續(xù)的模擬變量。

圖8:任務、指令和非指令動作的神經(jīng)編碼。

盡管試驗中運動存在相當大的差異,但可以在單次試驗的基礎上精確測量單神經(jīng)元信號并準確解碼決策信號。這些結果表明,皮層中的認知信號對自然運動是穩(wěn)健的,但未測量的運動在認知神經(jīng)生理學實驗中也是潛在的影響因素。

來源:北京科圣科技有限公司
聯(lián)系電話:010-83548351
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