Agradecemos a Inez Puttemans, Marc De Paep, Sara De Pril, Wouter Depuydt, Astrid Hermans, Piet Kayenbergh, Gerrit Meulemans, Christophe Ulens y Stijn Verstraeten para asistencia técnica y administrativa.

Todos los procedimientos técnicos se realizaron según guía del Instituto Nacional de salud para el cuidado y uso de animales de laboratorio y la Directiva 2010/63/UE y fueron aprobados por el Comité ético de KU Leuven.
1. general métodos para grabaciones extracelulares en despierto comportándose monos
<ol><li>Tren de los animales para realizar las tareas visuales y motoras necesarias para afrontar su pregunta de investigación específica. Asegúrese de que el animal es capaz de cambiar con flexibilidad entre las tareas durante la misma sesión de grabación con el fin de probar la neurona extensivamente y obtener una mejor comprensión de las características de conducción de la respuesta neural (figura 2-3).<ol>
<li>Tren animal Visually-Guided entender (VGG; apego 'en la luz") para evaluar los componentes de la respuesta de visuomotor. Nota: independientemente de la tarea elegida, gradualmente restringir la ingesta de líquidos por lo menos tres días antes del inicio de la fase de entrenamiento.<ol>
<li>Contener la cabeza de mono para toda la duración de la sesión experimental.</li>
			<li>En las primeras sesiones, mantenga la mano contralateral a la cámara de grabación en la posición de reposo y ayudar al animal a alcanzar y agarrar el objeto, dando recompensa manual después de cada intento.</li>
			<li>Poner nuevamente mano de mono en la posición de reposo al final de cada ensayo.</li>
			<li>Cada pocos ensayos, soltar la mano del mono y esperar unos segundos para observar si el animal inicia espontáneamente el movimiento.</li>
			<li>Aplicar manual recompensa cada vez que el mono llegue hacia el objeto.</li>
			<li>Cuando la fase alcance es adquirida correctamente, ayudar manualmente el animal para levantar (o tirar) el objeto y la recompensa.</li>
			<li>1.1.1.4 y 1.1.1.5, soltar la mano del mono y esperar unos segundos para observar si el animal inicia espontáneamente el movimiento. Dar recompensa cada vez que el movimiento se realiza correctamente.</li>
			<li>Alcanzar una correcta, mano posición y orientación de la muñeca tantas veces como sea necesario durante el procedimiento.</li>
			<li>Repita los pasos anteriores hasta que el animal realiza la secuencia automáticamente.</li>
			<li>La tarea automática de carga. El animal es recompensado automáticamente cuando realiza los movimientos de alcance y agarre durante un tiempo predeterminado.</li>
			<li>Aumentar gradualmente el tiempo de mantenimiento del objeto.</li>
			<li>Introducir el láser que se proyecta el punto de fijación en la base del objeto. Añadir a continuación el perseguidor del ojo para controlar la posición del ojo en el objeto-a-ser-entendido.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Tren animal en Memory-Guided agarrando (MGG) para investigar el componente motor de la respuesta, no afectado por el componente visual del estímulo.<ol>
<li>Contener la cabeza de mono.</li>
			<li>Siga los mismos pasos descritos para la VGG asegurándose de que el animal mantiene la fijación en el laser durante la tarea dentro de una ventana definida electrónicamente. Para esta versión de la tarea, se apaga la luz al final del período de fijación.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Tren el mono fijación pasiva receptividad visual y selectividad de forma.<ol>
<li>Contener la cabeza de mono.</li>
			<li>Presentar los estímulos visuales para el mono usando una CRT (fijación pasiva de estímulos 3D) o un monitor de LCD (fijación pasiva de estímulos 2D).</li>
			<li>Presentar un punto de fijación en el centro de la pantalla, superpuesta a los estímulos visuales.</li>
			<li>Recompensar al animal después de cada presentación del estímulo y aumente gradualmente el tiempo de fijación hasta llegar a los estándares de la tarea.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Realizar la cirugía, usando herramientas estériles, cortinas y vestidos.<ol>
<li>Anestesiar los animales con ketamina (15 mg/kg, por vía intramuscular) y clorhidrato de medetomidina (0.01-0.04 mL/kg por vía intramuscular) y confirmar la anestesia regularmente comprobando la respuesta del animal a los estímulos, frecuencia cardíaca, ritmo respiratorio y la sangre presión.</li>
		<li>Mantener anestesia (propofol 10 mg/kg/h por vía intravenosa) y administrar oxígeno con un tubo traqueal. Use una pomada de lanolim para evitar la sequedad del ojo bajo anestesia.</li>
		<li>Proporcionar analgesia con 0.5 cc de buprenorfina (0,3 mg/ml por vía intravenosa). En caso de aumento de la frecuencia cardíaca durante la cirugía, puede administrarse una dosis adicional.</li>
		<li>Implante un post cabeza compatible con MRI con tornillos cerámica y acrílico dental. Realizar todas las cirugías de sobrevivencia bajo condiciones asépticas estrictas. Para un mantenimiento adecuado del campo estéril, usar guantes estériles desechables, máscaras e instrumentos estériles.</li>
		<li>Guiado por resonancia magnética anatómica (IRM; Coordenadas de Horsley-Clark), hacer una craneotomía por encima del área de interés y la cámara de grabación en el cráneo del mono del implante. Utilizar una cámara de grabación estándar para grabaciones extracelular sola unidad o un microdrive micropozo-microcanal, para la grabación simultánea de varias neuronas.</li>
		<li>Después de la cirugía, suspender la administración intravenosa de propofol hasta que se reanuda la respiración espontánea. No deje el animal hasta que ha recuperado la conciencia e introducir el animal en el grupo social solamente después de una recuperación completa.</li>
		<li>Proporcionar analgesia postoperatoria según lo recomendado por el veterinario institucional; por ejemplo usar Meloxicam (5mg/ml por vía intramuscular).</li>
		<li>Esperar 6 semanas después de la cirugía antes de comenzar el experimento. Esto permite un mejor anclaje del post principal a la calavera y garantiza que el animal ha recuperado de la intervención.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Localizar el área de grabación mediante resonancia magnética (para grabaciones extracelular de unidad) y la tomografía computada (CT, para grabaciones micropozo-microcanal).<ol>
<li>Capillares de vidrio se llenan de una solución de sulfato de cobre 2% e insertarlos en una red de grabación.</li>
		<li>Realizar MRI estructural (corte grueso: 0.6m m).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Seguimiento de actividad de los nervios.<ol>
<li>Uso de microelectrodos de tungsteno con una impedancia de 0.8 – 1 MΩ.</li>
		<li>Introducir el electrodo a través de la duramadre mediante un tubo de guía de acero inoxidable de 23G y un microdrive hidráulico.</li>
		<li>Para la discriminación de la espiga, amplificar y filtrar la actividad neuronal entre 300 y 5.000 Hz.</li>
		<li>Para las grabaciones de (LFP) potenciales de campo local, amplificar y filtrar la señal entre 1 y 170 Hz.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monitorizar la señal de ojo<ol>
<li>Ajustar una cámara de infrarrojos frente a ojos del animal para obtener una imagen adecuada de la pupila y del reflejo corneal.</li>
		<li>Utilizar una cámara de infrarrojo que muestra la posición de la pupila a 500 Hz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. investigar el objeto selectividad en áreas dorsales
<ol><li>Realizar el agarre guiados visualmente (VGG).<ol>
<li>Elegir el derecho sujetando la configuración según el objetivo de la investigación: carrusel setup o setup de robot (figura 3).</li>
		<li>Para la configuración del carrusel, ejecutar la tarea VGG:<ol>
<li>Que el mono Coloque la mano contralateral al hemisferio grabado en la posición de reposo en la oscuridad completa para iniciar la secuencia.</li>
			<li>Después de un tiempo variable (intervalo de diferenciarlo: ms de 2.000-3.000), aplicar un láser rojo (punto de fijación) en la base del objeto (distancia: 28 cm de los ojos de los monos). Si el animal mantiene a la mirada dentro de una ventana de fijación definidos electrónicamente (+/-2,5 °) de 500 ms, se ilumina el objeto desde arriba con una fuente de luz.</li>
			<li>Después de un retardo variable (300-1500 ms), programa de regulación del laser (visual ir cue) instruir al mono para levantar la mano desde la posición de reposo y el alcance, sujete y sostenga el objeto durante un tiempo variable (tiempo de retención: 300-900 ms).</li>
			<li>Cuando el animal realiza toda la secuencia correctamente, recompense con una gota de jugo.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Utilice una secuencia de tareas similares para la configuración del robot.<ol>
<li>En cuanto a la configuración del carrusel, dejar que el mono Coloque la mano contralateral al hemisferio grabado en la posición de reposo en la oscuridad completa para iniciar la secuencia.</li>
			<li>Después de un tiempo variable (intervalo de diferenciarlo: ms de 2.000-3.000), iluminar el LED (punto de fijación) en el objeto (desde dentro; distancia: 28 cm de los ojos de los monos). Otra vez, si el animal mantiene a la mirada dentro de una ventana de fijación definidos electrónicamente (+/-2,5 °) de 500 ms, iluminar el objeto de dentro con una fuente de luz blanca.</li>
			<li>Después de un retardo variable (300-1500 ms), apagar el LED (visual ir cue), mandando al mono para levantar la mano desde la posición de reposo y el alcance, sujete y sostenga el objeto durante un tiempo variable (tiempo de retención: 300-900 ms).</li>
			<li>Cuando el animal realiza toda la secuencia correctamente, recompense con una gota de jugo.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Durante la tarea, cuantificar el desempeño del mono, prestando especial atención a la sincronización. Medir que el tiempo transcurrido entre la señal de ir y el inicio del movimiento de la mano (tiempo de reacción) y entre el inicio del movimiento y la elevación del objeto (agarrando el tiempo).</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar agarre memoria-dirigida (MGG; 'Agarrar en la oscuridad'). Utilice la tarea MGG para determinar si las neuronas están visuomotor o motor dominante. Nota: La secuencia es similar a la descrita para la VGG, pero el objeto es captado en la oscuridad total.<ol>
<li>Idéntica a la tarea VGG, dejó el mono Coloque la mano contralateral al hemisferio grabado en la posición de reposo en la oscuridad completa para iniciar la secuencia.</li>
		<li>Después de un tiempo variable (intervalo de diferenciarlo: ms de 2.000-3.000), aplicar un láser/LED rojo (punto de fijación) para indicar el punto de fijación (en la base del objeto para la configuración del carrusel, en el centro del objeto para la configuración del robot; distancia: 28 cm de los ojos de los monos) . Si el animal mantiene a la mirada dentro de una ventana de fijación definidos electrónicamente (+/-2,5 °) de 500 ms, se ilumina el objeto.</li>
		<li>Después de un tiempo fijo (400 ms), apagar la luz.</li>
		<li>Después de un retardo variable período (300-1500 ms) después de luz offset, dim/apague el punto de fijación (ir CUE) para instruir al mono para levantar la mano y alcance, agarre y mantener el objeto (tiempo de retención: 300-900 ms).</li>
		<li>Cuando el animal realiza toda la secuencia correctamente, dan una gota de zumo como recompensa.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar fijación pasiva. En cuanto a la tarea VGG, elegir la más adecuada configuración (carrusel o robot) dependiendo de la meta de la investigación. Nota: Se pueden realizar dos tareas diferentes de fijación pasiva: pasiva fijación de objetos del mundo real (usando los objetos-a-ser-entendido en las configuraciones de carrusel y robot) y la fijación pasiva de imágenes 3D/2D de objetos.<ol>
<li>Realizar la fijación pasiva de objetos del mundo real.<ol>
<li>Presentar el punto de fijación (láser rojo para la configuración del carrusel en la base del objeto y el LED rojo en la configuración del robot).</li>
			<li>Si el animal mantiene a la mirada dentro de una ventana de fijación definidos electrónicamente (+/-2,5 °) de 500 ms, iluminar el objeto de ms de 2.000.</li>
			<li>Si el animal mantiene a su mirada en la ventana de ms de 1.000, premiar con una gota de jugo.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Realizar fijación pasiva de imágenes 3D/2D de objetos.<ol>
<li>Presentar todos los estímulos visuales sobre un fondo negro (luminancia de 8 cd/m2) utilizando un monitor (resolución de 1.280 x 1.024 píxeles) equipado con un rápido decaimiento P46-fósforo y funcionado en 120 Hz (distancia de visión: 86 cm).</li>
			<li>En las pruebas 3D, presentar los estímulos estereoscópicamente alternando las imágenes del ojo izquierdo y derecho en una pantalla (monitor CRT), en combinación con dos obturadores de cristal líquido ferroeléctrico. Localizar estas persianas frente a ojos de mono, operan a 60 Hz y sincronizar con el retrace vertical del monitor.</li>
			<li>Iniciar el juicio mediante la presentación de una pequeña plaza en el centro de la pantalla (punto de fijación; 0,2 × 0,2 º). Si la posición del ojo permanece dentro de una ventana cuadrada electrónicamente definido 1° (mucho menor que para los objetos del mundo real) para por lo menos 500 ms, presente el estímulo visual en la pantalla, para un tiempo total de ms de 500.</li>
			<li>Cuando el mono mantiene una fijación estable hasta el desplazamiento del estímulo, recompensa con una gota de jugo.</li>
			<li>Para un adecuado estudio de la selectividad de forma, ejecutar una batería completa de pruebas con imágenes 2D durante tarea de fijación pasiva, en la siguiente secuencia.</li>
			<li>Ejecute una prueba de búsqueda. Prueba de la selectividad visual de la celda utilizando un amplio conjunto de imágenes (imágenes de la superficie; Figura 4A), incluyendo las imágenes del objeto que es captado en la VGG. Por esta y todas las tareas visuales posteriores, comparar la imagen que evoca la respuesta más fuerte (llamada 'imagen preferida') a una segunda imagen al que la neurona responde débilmente (llamado ' preferidos '). Si la neurona en estudio responde también a las imágenes de objetos, búsqueda de componentes de estímulo específico conduce la sensibilidad de la célula (prueba de contorno, prueba de campo receptivo y la prueba de reducción).</li>
			<li>Ejecutar una prueba de contorno. A partir de las imágenes originales de la superficie de objetos reales (imágenes 2D o 3D con perspectiva, sombra y textura), obtener versiones progresivamente simplificadas de la misma forma del estímulo (siluetas y contornos; Figura 4B). Recoger al menos 10 ensayos por condición para determinar si la neurona prefiere la superficie original, la silueta o el contorno de la forma original.</li>
			<li>Ejecutar una prueba de campo receptivo (RF). Para asignar el RF de una neurona, presentamos las imágenes de objetos en diversas posiciones en una pantalla (en este experimento, 35 posiciones; tamaño estímulo de 3°), que abarca el campo visual central19,20. Para recolectar suficientes repeticiones del estímulo en todas las posiciones posibles en un tiempo razonable, reducir la duración del estímulo (estímulos flasheados; duración del estímulo: 300 ms, intervalo de diferenciarlo: 300 ms).</li>
			<li>Ejecutar una prueba de reducción. Ejecutar una prueba de reducción con contornos fragmentos presentados en el centro de la RF para identificar la función de forma eficaz mínimo (MESF). Generar el conjunto de estímulos en Photoshop por recortar el contorno de cada una de las formas originales de contorno a lo largo de los ejes principales (figura 3B). Diseñar el MESF como el fragmento más pequeño de forma que evocan una respuesta que al menos el 70% de la respuesta de contorno intacto y no significativamente menor que el de respuesta8.</li>
			<li>Para una mejor estimación de la dependencia de la posición (el efecto de la posición del estímulo en selectividad de fragmento), ejecutar dos pruebas diferentes. Ejecutar una prueba de reducción con los fragmentos situados en la posición ocupada en la forma de contorno original. Ejecutar una prueba de reducción con los fragmentos en el centro de la masa de la forma.</li>
			<li>En esta etapa, se ejecute una nueva asignación de RF usando el MESF.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Un enfoque integral al estudio de la corriente dorsal requiere una cuidadosa selección de las tareas conductuales y análisis visual: visuales y agarrar paradigmas pueden emplearse combinados o por separado dependiendo de las características de la región.
En este artículo, proporcionan los ejemplos de la actividad neuronal registrado en AIP y F5p en respuesta a un subconjunto de tareas visuales y motoras, pero respuestas muy similares pueden observarse en otras áreas frontales como zona 4...

Primates no humanos y comparten la capacidad de realizar acciones complejas de motor incluyendo aferramiento al objeto. Para realizar con éxito estas tareas, nuestro cerebro necesita completar la transformación de propiedades de objetos intrínsecos en comandos de motor. Esta transformación se basa en una sofisticada red de áreas corticales dorsales situados en la corteza premotora ventral y parietal1,2,3 (figura 1).
De los estudios de lesión en los monos y los humanos4,5, sabemos que la corriente visual dorsal - origina en la corteza visual primaria y dirigida hacia la corteza parietal posterior - participa en la visión espacial y la planificación del motor acciones. Sin embargo, la mayoría de las áreas de la corriente dorsal no se dedica a un tipo único de tratamiento. Por ejemplo, el área intraparietal anterior (AIP), una de las zonas de etapa final de la secuencia visual dorsal, contiene una gran variedad de neuronas que el fuego no sólo durante agarrar6,7,8, sino también en lo visual inspección del objeto7,8,9,10.
Similares a la AIP, las neuronas en el área F5, situado en la corteza premotora ventral (PMv), también responden durante la fijación visual y objeto agarrar, que es probable que sea importante para la transformación de la información visual en acciones motor11. La porción anterior de esta región (subsector F5a) contiene las neuronas responden selectivamente a tridimensional (3D, definida por disparidad) imágenes de12,13, mientras que el subsector localizado en la convexidad (F5c) contiene las neuronas caracteriza por espejo propiedades1,3, disparar tanto cuando un animal realiza u observa una acción. Finalmente, la región posterior del F5 (F5p) es un campo relacionado con la mano, con una alta proporción de visuomotor neuronas sensibles a la observación tanto y agarre de objetos 3D14,15. Junto a F5, zona 45B, situado en la rama inferior del surco arqueado, también pueden participar en forma procesamiento16,17 y18de agarre.
Pruebas de selectividad de objeto en la corteza parietal y frontal es un reto, porque es difícil determinar que características de estas neuronas responden a y cuáles son los campos receptivos de las neuronas. ¿Por ejemplo, si una neurona responde a un plato pero no a un cono, que característica de estos objetos está impulsando esta selectividad: el contorno 2D, la estructura 3D, la orientación en profundidad o una combinación de muchas características diferentes? Para determinar las características del objeto crítico de neuronas que responden durante la fijación del objeto y el aferramiento, es necesario emplear varias pruebas visuales con imágenes de objetos y versiones reducidas de las mismas imágenes.
Una fracción considerable de las neuronas en AIP y F5 no sólo se responde a la presentación visual de un objeto, sino también cuando el animal agarra este objeto en la oscuridad (es decir, en ausencia de información visual). Estas neuronas no pueden responder a una imagen de un objeto que no puede ser comprendido. Por lo tanto, componentes de la respuesta visuales y motor están íntimamente conectados, lo que hace difícil investigar la representación del objeto neuronal en estas regiones. Ya visuomotor neuronas sólo pueden ser probadas con objetos del mundo real, necesitamos un sistema flexible para la presentación de diferentes objetos en diferentes posiciones en el campo visual y en diferentes orientaciones si queremos determinar qué características son importantes para estos neuronas. Este último sólo se logra por medio de un robot capaz de presentar diferentes objetos en diversas localizaciones en espacio visual.
Este artículo pretende proporcionar a una guía experimental para los investigadores interesados en el estudio de las neuronas parieto-frontal. En las secciones siguientes, daremos el protocolo general utilizado en nuestro laboratorio para el análisis de las respuestas de objeto agarrar y visual en monos del macaque despierto (Macaca mulatta).

<table><tbody><tr><td>Grasping robot</td><td>GIBAS Universal Robots</td><td>UR-6-85-5-A</td><td>Robot arm equipped with a gripper</td></tr><tr><td>Carousel motor</td><td>Siboni</td><td>RD066/&amp;dagger;20 MV6, 35x23 F02</td><td>Motor to be implemented in a custom-made vertical carousel. It allows the rotation of the carousel.</td></tr><tr><td>Eye tracker</td><td>SR Research</td><td>EyeLink II</td><td>Infrared camera system sampling at 500 Hz</td></tr><tr><td>Filter</td><td>Wavetek Rockland</td><td>852</td><td>Electronic filters perform a variety of signal-processing functions with the purpose of removing a signal&#039;s unwanted frequency components.</td></tr><tr><td>Preamplifier</td><td>BAK ELECTRONICS, INC.</td><td>A-1</td><td>The Model A-1 allows to reduce input capacity and noise pickup and allows to test impedance for metal micro-electrodes</td></tr><tr><td>Electrodes</td><td>FHC</td><td>UEWLEESE*N4G</td><td>Metal microelectrodes (* = Impedance, to be chosen by the researcher)</td></tr><tr><td>CRT monitor</td><td>Vision Research Graphics</td><td>M21L-67S01</td><td>The CRT monitor is equipped with a fast-decay P46-phosphor operating at 120 Hz</td></tr><tr><td>Ferroelectric liquid crystal shutters</td><td>Display Tech</td><td>FLC Shutter Panel; LV2500P-OEM</td><td>The shutters operate at 60 Hz in front of the monkeys and are synchronized to the vertical retrace of the monitor</td></tr></tbody></table>

investigating object representations in the macaque dorsal visual stream using single-unit recordings

Estudios previos han demostrado que las neuronas en las áreas parieto-frontal del cerebro de macacos pueden ser altamente selectivas para los objetos del mundo real, definido por la disparidad de superficies curvas e imágenes de objetos del mundo real (con y sin disparidad) de una manera similar como se describe en la corriente visual ventral. Además, las áreas parieto-frontal se creen que convertir la información del objeto visual en salidas motor apropiados, como la pre-formación de la mano durante el agarre. Para caracterizar mejor selectividad de objeto en la red cortical involucrada en las transformaciones visuomotor, ofrecemos una batería de pruebas destinada a analizar la selectividad del objeto visual de neuronas en las regiones parieto-frontal.

Figura 5 parcelas las respuestas de una neurona ejemplo registrado de zona F5p probado con cuatro objetos: dos diversas formas - una esfera y una placa de-mostrado en dos diferentes tamaños (6 y 3 cm). Esta neurona particular respondió no sólo a la esfera grande (estímulo óptimo; panel izquierdo superior), sino también a la placa grande (panel inferior izquierdo). En comparación, era más débil la respuesta a los objetos más pequeños (superior e inf...

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Investigating Object Representations in the Macaque Dorsal Visual Stream Using Single-unit Recordings

Se presenta un protocolo detallado para analizar selectividad objeto de parieto-frontal las neuronas implicadas en las transformaciones visuomotor.

Investigar las representaciones de objeto en la corriente Visual Dorsal de macacos usando grabaciones de una sola unidad

Previous studies have shown that neurons in parieto-frontal areas of the macaque brain can be highly selective for real-world objects, disparity-defined ...

investigating-object-representations-macaque-dorsal-visual-stream

Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.3K vistas.  Katholieke Universiteit Leuven. Se presenta un protocolo detallado para analizar selectividad objeto de parieto-frontal las neuronas implicadas en las transformaciones visuomotor.

Video: Investigating Object Representations in the Macaque Dorsal Visual Stream Using Single-unit Recordings

Single-unit In vivo Recordings from the Optic Chiasm of Rat

Information about the visual world is transmitted to the brain in sequences of action potentials in retinal ganglion cell axons that make up the optic nerve. In vivo recordings of ganglion cell spike trains in several animal models have revealed much of what is known about how the early visual system processes and encodes visual information. However, such recordings have been rare in one of the most common animal models, the rat, possibly owing to difficulty in detecting spikes fired by small diameter axons. The many retinal disease models involving rats motivate a need for characterizing the functional properties of ganglion cells without disturbing the eye, as with intraocular or in vitro recordings. Here, we demonstrate a method for recording ganglion cell spike trains from the optic chiasm of the anesthetized rat. We first show how to fabricate tungsten-in-glass electrodes that can pick up electrical activity from single ganglion cell axons in rat. The electrodes outperform all commercial ones that we have tried. We then illustrate our custom-designed stereotaxic system for in vivo visual neurophysiology experiments and our procedures for animal preparation and reliable and stable electrode placement in the optic chiasm.

Single-unit In vivo Recordings from the Optic Chiasm of Rat

Retinal ganglion cells transmit visual information from the eye to the brain with sequences of action potentials. Here, we demonstrate how to record the action potentials of single ganglion cells in vivo from anesthetized rats.

Una sola unidad En vivo Grabaciones de la quiasma óptico de la rata

Information about the visual world is transmitted to the brain in sequences of action potentials in retinal ganglion cell axons that make up the optic ...

Investigación

Neurociencias

Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have developed visual cognitive tasks for rats using the Floor Projection Maze1,2&#160;that are optimized for visual abilities of rats permitting stronger comparisons of experimental findings with other species.
In order to investigate neural correlates of learning and memory, we have integrated electrophysiological recordings into fully automated cognitive tasks on the Floor Projection Maze1,2. Behavioral software interfaced with an animal tracking system allows monitoring of the animal's behavior with precise control of image presentation and reward contingencies for better trained animals. Integration with an in vivo electrophysiological recording system enables examination of behavioral correlates of neural activity at selected epochs of a given cognitive task.
We describe protocols for a model system that combines automated visual presentation of information to rodents and intracranial reward with electrophysiological approaches. Our model system offers a sophisticated set of tools as a framework for other cognitive tasks to better isolate and identify specific mechanisms contributing to particular cognitive processes.

We describe protocols for training rats for chronic electrophysiological recordings in fully automated cognitive tasks on a Floor Projection Maze.

Tareas Cognitivas Visuales automatizadas para grabación Neural actividad utilizando una proyección del suelo Maze

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have ...

Comportamiento

Simultaneous Whole-cell Recordings from Photoreceptors and Second-order Neurons in an Amphibian Retinal Slice Preparation

One of the central tasks in retinal neuroscience is to understand the circuitry of retinal neurons and how those connections are responsible for shaping the signals transmitted to the brain. Photons are detected in the retina by rod and cone photoreceptors, which convert that energy into an electrical signal, transmitting it to other retinal neurons, where it is processed and communicated to central targets in the brain via the optic nerve. Important early insights into retinal circuitry and visual processing came from the histological studies of Cajal1,2 and, later, from electrophysiological recordings of the spiking activity of retinal ganglion cells - the output cells of the retina3,4.
A detailed understanding of visual processing in the retina requires an understanding of the signaling at each step in the pathway from photoreceptor to retinal ganglion cell. However, many retinal cell types are buried deep in the tissue and therefore relatively inaccessible for electrophysiological recording. This limitation can be overcome by working with vertical slices, in which cells residing within each of the retinal layers are clearly visible and accessible for electrophysiological recording.
Here, we describe a method for making vertical sections of retinas from larval tiger salamanders (Ambystoma tigrinum). While this preparation was originally developed for recordings with sharp microelectrodes5,6, we describe a method for dual whole-cell voltage clamp recordings from photoreceptors and second-order horizontal and bipolar cells in which we manipulate the photoreceptor's membrane potential while simultaneously recording post-synaptic responses in horizontal or bipolar cells. The photoreceptors of the tiger salamander are considerably larger than those of mammalian species, making this an ideal preparation in which to undertake this technically challenging experimental approach. These experiments are described with an eye toward probing the signaling properties of the synaptic ribbon - a specialized synaptic structure found in a only a handful of neurons, including rod and cone photoreceptors, that is well suited for maintaining a high rate of tonic neurotransmitter release7,8 - and how it contributes to the unique signaling properties of this first retinal synapse.

We describe the preparation of thin retinal slices from aquatic tiger salamanders (Ambystoma tigrinum) and explain how we use these slices to study synaptic processing in the retina by obtaining dual whole-cell voltage clamp recordings from photoreceptors and second-order horizontal and bipolar cells.

Simultáneas registros de células de fotorreceptores y las neuronas de segundo orden en una rebanada preparación retina Anfibios

One of the central tasks in retinal neuroscience  is to understand the circuitry of retinal neurons and how those connections are  responsible for shaping ...

Recording Single Neurons' Action Potentials from Freely Moving Pigeons Across Three Stages of Learning

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed single-neuron activity while animals are acquiring an operantly conditioned response, or when that response is extinguished. But even in these cases, observation periods usually encompass only a single stage of learning, i.e. acquisition or extinction, but not both (exceptions include protocols employing reversal learning; see Bingman&#160;et al.1 for an example). However, acquisition and extinction entail different learning mechanisms and are therefore expected to be accompanied by different types and/or loci of neural plasticity.
Accordingly, we developed a behavioral paradigm which institutes three stages of learning in a single behavioral session and which is well suited for the simultaneous recording of single neurons&#39; action potentials. Animals are trained on a single-interval forced choice task which requires mapping each of two possible choice responses to the presentation of different novel visual stimuli (acquisition). After having reached a predefined performance criterion, one of the two choice responses is no longer reinforced (extinction). Following a certain decrement in performance level, correct responses are reinforced again (reacquisition). By using a new set of stimuli in every session, animals can undergo the acquisition-extinction-reacquisition process repeatedly. Because all three stages of learning occur in a single behavioral session, the paradigm is ideal for the simultaneous observation of the spiking output of multiple single neurons. We use pigeons as model systems, but the task can easily be adapted to any other species capable of conditioned discrimination learning.

Learning new stimulus-response associations engages a wide range of neural processes which are ultimately reflected in changing spike output of individual neurons. Here we describe a behavioral protocol allowing for the continuous registration of single-neuron activity while animals acquire, extinguish, and reacquire a conditioned response within a single experimental session.

Grabación Potenciales de Acción Individual Neuronas &quot;de que se mueven libremente Palomas en sus Tres Etapas del Aprendizaje

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed ...

Simultaneous Long-term Recordings at Two Neuronal Processing Stages in Behaving Honeybees

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent and divergent anatomical connections including feed forward and feedback wiring. Furthermore, information of the same origin is partially sent via parallel pathways to different and sometimes into the same brain areas. To understand the evolutionary benefits as well as the computational advantages of these wiring strategies and especially their temporal dependencies on each other, it is necessary to have simultaneous access to single neurons of different tracts or neuropiles in the same preparation at high temporal resolution. Here we concentrate on honeybees by demonstrating a unique extracellular long term access to record multi unit activity at two subsequent neuropiles1, the antennal lobe (AL), the first olfactory processing stage and the mushroom body (MB), a higher order integration center involved in learning and memory formation, or two parallel neuronal tracts2 connecting the AL with the MB.&#160;The latter was chosen as an example and will be described in full. In the supporting video the construction and permanent insertion of flexible multi&#160;channel wire electrodes is demonstrated. Pairwise differential amplification of the micro&#160;wire electrode channels drastically reduces the noise and verifies that the source of the signal is closely related to the position of the electrode tip. The mechanical flexibility of the used wire electrodes allows stable invasive long&#160;term recordings over many hours up to days, which is a clear advantage compared to conventional extra&#160;and intracellular in vivo recording techniques.

Simultaneous extracellular long term recordings from two different brain neuropiles or two different anatomical tracts were established in honeybees. These recordings allow the investigation of temporal aspects of neuronal processing across different brain areas at the single neuron as well as at the ensemble level in a behaving animal.

Grabaciones simultáneas a largo plazo en dos etapas de procesamiento neuronal en Behaving abejas

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent ...

Convection Enhanced Delivery of Optogenetic Adeno-associated Viral Vector to the Cortex of Rhesus Macaque Under Guidance of Online MRI Images

In non-human primate (NHP) optogenetics, infecting large cortical areas with viral vectors is often a difficult and time-consuming task. Here, we demonstrate the use of magnetic resonance (MR)-guided convection enhanced delivery (CED) of optogenetic viral vectors into primary somatosensory (S1) and motor (M1) cortices of macaques to obtain efficient, widespread cortical expression of light-sensitive ion channels. Adeno-associated viral (AAV) vectors encoding the red-shifted opsin C1V1 fused to yellow fluorescent protein (EYFP) were injected into the cortex of rhesus macaques under MR-guided CED. Three months post-infusion, epifluorescent imaging confirmed large regions of optogenetic expression (&#62;130 mm2) in M1 and S1 in two macaques. Furthermore, we were able to record reliable light-evoked electrophysiology responses from the expressing areas using micro-electrocorticographic arrays. Later histological analysis and immunostaining against the reporter revealed widespread and dense optogenetic expression in M1 and S1 corresponding to the distribution indicated by epifluorescent imaging. This technique enables us to obtain expression across large areas of the cortex within a shorter period of time with minimal damage compared to the traditional techniques and can be an optimal approach for optogenetic viral delivery in large animals such as NHPs. This approach demonstrates great potential for network-level manipulation of neural circuits with cell-type specificity in animal models evolutionarily close to humans.&#160;

Here, we demonstrate magnetic resonance (MR)-guided convection enhanced delivery (CED) of viral vectors into the cortex as an efficient and simplified approach for achieving optogenetic expression across large cortical areas in the macaque brain.

Convección Mejorada Entrega de Vector Viral Asociado a Adeno Optogenético a la Corteza de Rhesus Macaque Bajo Guía de Imágenes de RMN en Línea

In non-human primate (NHP) optogenetics, infecting large cortical areas with viral vectors is often a difficult and time-consuming task. Here, we ...

Desarrollo de una platina de electrodos X-Y para el registro neuronal preciso en titíes

Electrophysiology of Laminar Cortical Activity in the Common Marmoset

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with linear arrays. The marmoset has recently grown in popularity due to its similar neural functional organization to other primates and its technical advantages for recording and imaging. However, neurophysiology in this model poses some unique challenges due to the small size and lack of gyri as anatomical landmarks. Using custom-built micro-drives, researchers can manipulate linear array placement to sub-millimeter precision and reliably record at the same retinotopically targeted location across recording days. This protocol describes the step-by-step construction of the micro-drive positioning system and the neurophysiological recording technique with silicon linear electrode arrays. With precise control of electrode placement across recording sessions, researchers can easily traverse the cortex to identify areas of interest based on their retinotopic organization and the tuning properties of the recorded neurons. Further, using this laminar array electrode system, it is possible to apply a current source density analysis (CSD) to determine the recording depth of individual neurons. This protocol also demonstrates examples of laminar recordings, including spike waveforms isolated in Kilosort, which span multiple channels on the arrays.

Autor destacado: Optimización de sistemas de microaccionamiento para un posicionamiento preciso de los electrodos en el tití

Custom-built micro-drives enable the sub-millimeter targeting of cortical recording sites with linear silicon arrays.

Electrofisiología de la actividad cortical laminar en el tití común

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with ...

<meta charset="utf8"></head><body>Mapeo de la actividad neuronal en el desarrollo de la corteza sensorial del ratón

In Vivo Visualization of Spontaneous Activity in Neonatal Mouse Sensory Cortex at a Single-Neuron Resolution

The mammalian brain undergoes dynamic developmental changes at both the cellular and circuit levels throughout prenatal and postnatal periods. Following the discovery of numerous genes contributing to these developmental changes, it is now known that neuronal activity also substantially modulates these processes. In the developing cerebral cortex, neurons exhibit synchronized activity patterns that are specialized to each primary sensory area. These patterns markedly differ from those observed in the mature cortex, emphasizing their role in regulating area-specific developmental processes. Deficiencies in neuronal activity during development can lead to various brain diseases. These findings highlight the need to examine the regulatory mechanisms underlying activity patterns in neuronal development. This paper summarizes a series of protocols to visualize primary sensory areas and neuronal activity in neonatal mice, to image the activity of individual neurons within the cortical subfields using two-photon microscopy in vivo, and to analyze subfield-related activity correlations. We show representative results of patchwork-like synchronous activity within individual barrels in the somatosensory cortex. We also discuss various potential applications and some limitations of this protocol.

<meta charset="utf8"></head><body>Autor destacado: Descifrando la formación de circuitos neuronales a partir de microscopía de dos fotones e imágenes de una sola neurona

Primary sensory areas in the neocortex exhibit unique spontaneous activities during development. This article describes how to visualize individual neuron activities and primary sensory areas to analyze area-specific synchronous activities in neonatal mice in vivo.

Visualización in vivo de la actividad espontánea en la corteza sensorial del ratón neonatal con una resolución de una sola neurona

The mammalian brain undergoes dynamic developmental changes at both the cellular and circuit levels throughout prenatal and postnatal periods. Following ...

Investigar las representaciones de objeto en la corriente Visual Dorsal de macacos usando grabaciones de una sola unidad

Resumen

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Convección Mejorada Entrega de Vector Viral Asociado a Adeno Optogenético a la Corteza de Rhesus Macaque Bajo Guía de Imágenes de RMN en Línea

Electrofisiología de la actividad cortical laminar en el tití común

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