Gli autori desiderano ringraziare per i loro collaboratori su studi che impiegano il monitoraggio dei movimenti degli occhi della memoria, con particolare grazie alla Eyal Reingold, Jiye Shen, Neal J. Cohen, Robert R. Althoff, Deborah Hannula, e Dave Warren. Questo lavoro è stato sostenuto da scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada (NSERC), Canadian Institutes of Health Research (CIHR), il Canada Research Chairs Programma e la Fondazione canadese per l&#39;innovazione (CFI).

Le attrezzature utilizzate durante l&#39;acquisizione dei dati Eye Tracker Il tracker occhio utilizzati nel protocollo attuale è un sistema EyeLink II (SR Research Ltd, Mississauga, Ontario, Canada). Questa testa-montata, video-based Eye Tracker record posizione dell&#39;occhio in X, Y coordinata fotogramma alla frequenza di campionamento di uno 500 o 250 Hz, con una risoluzione spaziale di &lt;0,1 °. Una telecamera è utilizzato per monitorare la posizione della testa con l&#39;invio di marcatori a infrarossi per sensori posti ai quattro angoli del monitor che viene visto dai partecipanti. Due telecamere aggiuntive sono montati sulla fascia situata sotto ogni degli occhi, e illuminatori a infrarossi vengono utilizzate per osservare l&#39;alunno e riflessioni della cornea. Posizione dell&#39;occhio possono essere basati sulle pupille e le riflessioni della cornea, o in base al unico allievo. La fascia imbottita del tracker occhio può essere regolato su due piani per adattarsi comodamente alla dimensione della testa di un adulto partecipante. La maggior parte occhiali e lenti a contatto possono essere ospitati dal tracker occhio. Computer Due PC vengono utilizzati per supportare registrazione dei movimenti dell&#39;occhio. Un computer funge da display del computer, che presenta le schermate di taratura, istruzioni relative alle attività necessarie e le immagini utilizzate nel paradigma sperimentale ai partecipanti. Il computer di visualizzare i dettagli dei parametri di raccolta dei dati che vengono poi regolati dal secondo, computer host. Il computer host calcola in tempo reale posizione di sguardo e registra i dati di movimento degli occhi per analisi successive, nonché ogni premere il tasto della tastiera o risposte fatto il partecipante. L&#39;installazione dei partecipanti e le operazioni del tracker occhio vengono eseguite tramite il PC host. Software In questo protocollo, i tempi e ordine in cui gli stimoli sperimentali sono da presentare ai partecipanti, e il modo in cui la posizione degli occhi è quella di essere raccolti dal PC host sono programmati attraverso Builder Experiment, un programma software appositamente sviluppato da SR Research Ltd di interfacciarsi con il computer host occhio tracker. Tuttavia, presentazione stimolo può essere eseguita anche attraverso altri programmi software (ad esempio, Presentazione, Sistemi neurocomportamentali, Albany, California). Conversione dei dati sul movimento l&#39;occhio ad una serie di eventi fissazione e saccade che sono tempo-locked di presentazione dello stimolo (o un altro evento esterno) è ottenuta attraverso il computer host e può essere interrogato con Data Viewer, un software sviluppato da SR Research Ltd , tuttavia, ancora una volta, altri programmi possono essere utilizzati per ricavare le necessarie misure movimento degli occhi. Qui, il rilevamento di fissazioni e saccadi sono a carico di un parser in linea, che separa prime campioni movimento degli occhi in stati significativi (saccadi, fissazioni e lampeggia). Se la velocità di due campioni successivi il movimento degli occhi è maggiore di 22 gradi al secondo su una distanza di 0,1 °, i campioni vengono etichettati come una saccade. Se l&#39;alunno non è presente per 3 o più campioni, l&#39;attività occhio è segnato come un batter d&#39;occhio all&#39;interno del flusso di dati. Non saccade e non lampeggiano attività sono considerate fissazioni. Eye tracking procedure. Di seguito, abbiamo dettaglio le procedure per ottenere le registrazioni dei movimenti oculari per ogni partecipante. <ol><li> Consenso. Prima di impostare i partecipanti, i partecipanti sono indicati la fascia Eye Tracker. Lo sperimentatore spiega ai partecipanti che vengono monitorate le posizioni della testa e degli occhi attraverso le telecamere che sono contenuti sul caschetto. </li><li> Per un paradigma dato sperimentale, i partecipanti sono seduti una distanza fissa dal monitor a mantenere lo stesso angolo visivo tra i partecipanti. </li><li> Eye Tracker fotocamera installazione. Il casco inseguitore occhio è regolato in modo che il casco è comodo ed è improbabile che muoversi a disagio, ma non intorno alla testa. Il casco è ulteriormente regolata in modo che la fotocamera testa può inviare illuminazione a infrarossi per i marcatori esterna sul monitor. Ogni occhio delle telecamere si trovano su aste singole che si estendono dal casco che consentono la regolazione in tutti gli assi. Le telecamere sono posizionate occhio poco meno e un po &#39;lontano da ogni occhio, senza disturbare la visione del partecipante s del monitor (vedi Figura 1). Le telecamere sono concentrati per ottenere un&#39;immagine chiara e stabile della pupilla e riflessioni della cornea. I pannelli di stato sul computer host indicare se i riflessi della cornea e la pupilla sono in corso di acquisizione. La soglia di illuminazione può essere regolata per ottenere la registrazione più stabile della pupilla e riflessioni della cornea. Lo sperimentatore seleziona quindi il paradigma sperimentale adottato, e designa un nome di file per le registrazioni occhio conseguente movimento. <img src="/files/ftp_upload/2108/2108fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Esempio di un casco dotato di video-based Eye Tracker (a sinistra) e il display e l&#39;host computer (a destra). Si noti che il monitor davanti alla parteicipant mostra la posizione della pupilla (punto blu con croce) e la riflessione della cornea (punto giallo con croce) per aiutare nella configurazione della telecamera. </li><li> Calibrazione. Per ottenere le registrazioni accurata della posizione degli occhi sul monitor, di una procedura di calibrazione viene avviata l&#39;installazione della telecamera segue. Durante la procedura di calibrazione, i partecipanti vengono istruiti a guardare una serie di obiettivi che appaiono in varie posizioni sul display. Tipicamente, nove sedi di destinazione sono utilizzati, ma la taratura può essere effettuata con un minimo di tre sedi di destinazione. Da queste nove sedi registrato, posizione dell&#39;occhio in qualsiasi punto dello schermo possono essere interpolati. </li><li> Convalida. A seguito di calibrazione, una procedura di convalida viene usato per verificare l&#39;esattezza della registrazione dei movimenti oculari. Lo stesso nove sedi di destinazione sono forniti al partecipante di fissare, e la differenza viene calcolata tra la posizione attuale fissazione e la posizione fissazione registrato in precedenza. Se la precisione di media per la registrazione della posizione di uno (o entrambi) gli occhi supera livelli accettabili (errore medio &lt;0,5 ° e l&#39;errore massimo di un punto &lt;1,0 °), procedure di calibrazione e validazione sono ripetuti. Dopo l&#39;accettazione dei livelli di precisione, lo sperimentatore in grado di determinare se il movimento degli occhi di registrazione dovrebbe essere monoculare o binoculare. Nel caso di registrazione monoculare, lo sperimentatore può determinare da quale dei dati occhio è da registrare, o il PC host può selezionare automaticamente l&#39;occhio con l&#39;errore inferiore alla media e l&#39;errore massimo inferiore. Mentre la taratura e convalida può avvenire con leggero movimento della testa, è vantaggioso avere partecipanti sedere come ancora possibile. I partecipanti sono inoltre istruiti a non anticipare le posizioni imminente di obiettivi, ma piuttosto di spostarsi e fissare deliberatamente in poi, gli obiettivi solo quando appaiono e restare fissato sul bersaglio fino a scomparire. </li><li> Paradigma sperimentale. Istruzioni particolari per un paradigma dato sono presentati al partecipante (ad esempio, &quot;Si prega di vista liberamente ciascuna delle seguenti immagini.&quot;), E la registrazione dei dati viene avviata per la sessione. </li><li> Drift correzione. Prima dell&#39;inizio di ogni stimolo sperimentale, una correzione della deriva può essere eseguita avendo i partecipanti guardare un obiettivo centrale fissazione mentre si preme un pulsante su un joypad o tastiera per accettare la posizione di fissaggio. Quando la correzione della deriva è impiegato, un processo non inizierà fino a quando il partecipante si fissa con successo nella regione centrale fissazione entro 2,0 ° centro del bersaglio. Se il partecipante si fissa sempre maggiore di 2,0 °, il partecipante deve essere sottoposta nuovamente le procedure di taratura e convalida. L&#39;eventuale differenza inferiore a 2,0 ° tra la posizione degli occhi registrata e la posizione iniziale di fissazione ottenuti durante la calibrazione / validazione delle registrazioni è poi notato come errore e contabilizzati nei dati. </li><li> Stimolo presentazione. Posizione degli occhi, compresi gli eventi di fissazione e saccade, viene registrato secondo le procedure di correzione deriva per ogni presentazione stimolo. Lo sperimentatore può controllare l&#39;accuratezza delle registrazioni on-line tramite controllo del computer host. </li><li> Following la sessione di registrazione movimenti degli occhi, le misure che caratterizzano il movimento degli occhi di scansione modelli per diversi tipi di immagini (ad esempio, romanzo, ripetuta) può essere derivata con una varietà di pacchetti software, come il visualizzatore dati SR Research Ltd s. In aggiunta, la visualizzazione a specifiche regioni di uno stimolo (ad esempio inalterati, manipolati) può essere caratterizzata da analisi dei movimenti oculari rispetto alla sperimentatore trainata da regioni di interesse che si creano per ogni immagine sia presso la fase di programmazione paradigma o dopo la raccolta dei dati. </li><li> I partecipanti sono interrogato in relazione alla finalità dell&#39;esperimento, a conclusione della sessione. </li></ol> Rappresentante Risultati Misure multiple possono essere derivate dalle registrazioni movimento degli occhi, comprese le misure che descrivono complessivo di visualizzazione per l&#39;immagine (tra cui le caratteristiche di ogni fissazione / saccade) e le misure che descrivono il modello di visualizzazione che è stato diretto a una particolare regione di interesse all&#39;interno un&#39;immagine 3. Misure di visualizzazione complessiva ad una immagine può includere (ma non sono limitati a): il numero di fissazioni e il numero di saccadi fatto per l&#39;immagine, la durata media di ciascuna fissazione, e la quantità totale del tempo di visione che è stato speso fissarsi su l&#39;immagine. Le misure che descrivono il modello di visualizzazione di una particolare regione di interesse possono includere (ma non sono limitati a): il numero di fissazioni fatto per la regione di interesse, la quantità di tempo trascorso all&#39;interno di una regione di interesse, e il numero di transizioni trasformato in / out di una regione di interesse. Inoltre, le misure possono essere ricavati dalle registrazioni movimento dell&#39;occhio che delineano i tempi in cui (ad esempio, come inizio) un evento di particolare movimento degli occhi si è verificato, comecome quando, a seguito di insorgenza di stimolo, gli occhi fissarsi su una specifica regione di interesse, quando la saccade prima è fatta su un&#39;immagine, e l&#39;entropia (vincolo / casualità) inerente la sequenza di schemi di movimento degli occhi. Per una data immagine, i provvedimenti movimento degli occhi può dettaglio i cui occhi erano fissati, quando e per quanto tempo. Per ottenere un indice di memoria, siamo in grado di dare agli spettatori diversi tipi o le quantità di esposizione a serie distinte di immagini, e quindi confrontare i modelli di visualizzazione tra tali dati e in tutto i partecipanti. Per esempio, per sondare la memoria per la ripetizione di un&#39;immagine, i modelli di scansione può essere in contrasto tra immagini romanzo e le immagini che sono stati visti più volte durante una sessione di test. Visualizzazione delle immagini riprese durante i risultati di una sessione di test in una diminuzione della visione complessiva dell&#39;immagine 2, 4-5, 8. Questo può essere visto in Figura 2. In questo risultato rappresentante Riggs et al 11, i partecipanti viste le immagini di volti nuovi, una volta in ciascuno dei cinque blocchi di prova;. Aumentando l&#39;esposizione, vi era una diminuzione della quantità di fissazioni che gli spettatori a fare le facce. Per sondare la memoria per i dettagli di un&#39;immagine particolare, i modelli di scansione può essere in contrasto tra le immagini che sono state più volte visto nella loro originale forma inalterata (immagini ripetute) e le immagini che sono allo stesso stato visto più volte durante una sessione di test, ma un cambiamento è stato introdotto qualche elemento all&#39;interno di una scena durante l&#39;esposizione finale (immagini manipolate). In questi casi, i modelli di scansione sono attratti in modo differenziato alla regione che è stato alterato all&#39;interno di un&#39;immagine manipolata rispetto allo stesso periodo, regione inalterato di immagini ripetute 2-3, 7-8. Tuttavia, tali indici occhio movimento della memoria non sono presenti in certe popolazioni, come ad esempio quando adulti sani anziani e pazienti con amnesia a causa di danno del lobo temporale mediale sono valutati per la loro memoria delle relazioni spaziali tra gli oggetti nelle scene, come indicato nella figura 3 2, 8. Pertanto, i risultati del monitoraggio occhio movimento può essere usato per la memoria di contrasto tra i gruppi di partecipanti con differenti stato neuropsicologici 2-3, 8-10. <img src="/files/ftp_upload/2108/2108fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Movimenti oculari rivelano memoria per la ripetizione in questo risultato rappresentativo del nostro laboratorio [11], i partecipanti si affaccia visto attraverso 5 isolati di studio;. Come il numero di visualizzazioni aumentato (da 1-5), il numero di fissazioni alle facce diminuito. <img src="/files/ftp_upload/2108/2108fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Movimenti oculari rivelano memoria per i dettagli cambiato. Giovani adulti [2 (Esperimenti 1, 2), 8 (Condizione Guarda gratis)] diretto una maggiore proporzione di loro fissazioni dell&#39;occhio totale di una regione critica in un&#39;immagine manipolata che ha subito un cambiamento da un prima visione rispetto a quando la regione non ha subito un cambiamento, come nel romanzo e le immagini ripetute. Tali effetti di memoria erano assenti nei soggetti sani adulti anziani [8 (Condizione Guarda il libero], in pazienti amnesici [2].

<ol>
	<li>Bradfield, A. L., Wells, G. L., Olsen, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+damaging+effect+of+confirming+feedback+on+the+relation+between+eyewitness+certainty+and+identification+accuracy.">The damaging effect of confirming feedback on the relation between eyewitness certainty and identification accuracy.</a> J. Appl. Psychol. 87 (1), 112-120 (2002).</li><li>Ryan, J. D., Althoff, R. R., Whitlow, S., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amnesia+is+a+deficit+in+relational+memory.">Amnesia is a deficit in relational memory.</a> Psych. Sci. 11 (6), 454-461 (2000).</li><li>Ryan, J. D., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+nature+of+change+detection+and+online+representations+of+scenes.">The nature of change detection and online representations of scenes.</a> J. Exp. Psych. Hum. Percept. Perfor. 30, 98-1015 (2004).</li><li>Althoff, R. R., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eye-movement-based+memory+effect:+a+re-processing+effect+in+face+perception.">Eye-movement-based memory effect: a re-processing effect in face perception.</a> J. Exp. Psychol. Learn Mem. Cog. 25 (4), 997-1010 (1999).</li><li>Heisz, J. J., Shore, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=More+efficient+scanning+for+familiar+faces.">More efficient scanning for familiar faces.</a> J. Vis. 8 (1), 1-10 (2008).</li><li>Parker, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Picture+processing+during+recognition.">Picture processing during recognition.</a> J. Exp. Psych. Hum. Percept. Perfor. 4, 284-293 (1978).</li><li>Hollingworth, A., Williams, C. C., Henderson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=To+see+and+remember:+Visually+specific+information+is+retained+in+memory+from+previously+attended+objects+in+natural+scenes.">To see and remember: Visually specific information is retained in memory from previously attended objects in natural scenes.</a> Psychon Bull. Rev. 8, 761-768 (2001).</li><li>Ryan, J. D., Leung, G., Turk-Browne, N. B., Hasher, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+age-related+changes+in+inhibition+and+binding+using+eye+movement+monitoring.">Assessment of age-related changes in inhibition and binding using eye movement monitoring.</a> Psychol. Aging. 22 (2), 239-250 (2007).</li><li>Hannula, D. E., Ryan, J. D., Tranel, D., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+onset+relational+memory+effects+are+evident+in+eye+movement+behavior,+but+not+in+hippocampal+amnesia.">Rapid onset relational memory effects are evident in eye movement behavior, but not in hippocampal amnesia.</a> J. Cog. Neuro. 19 (10), 1690-1705 (2007).</li><li>Bate, S., Haslam, C., Tree, J. J., Hodgson, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+of+an+eye+movement-based+memory+effect+in+congenital+prosopsagnosia.">Evidence of an eye movement-based memory effect in congenital prosopsagnosia.</a> Cortex. 44 (7), 806-819 (2008).</li><li>Riggs, L., McQuiggan, D., Chan, J., Anderson, A. K., Ryan, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emotion-+modulated+viewing+of+faces+by+association.">Emotion- modulated viewing of faces by association.</a> , .</li><li>Kramer, A. F., McCarley, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oculomotor+behaviour+as+a+reflection+of+attention+and+memory+processes:+Neural+mechanisms+and+applications+to+human+factors.">Oculomotor behaviour as a reflection of attention and memory processes: Neural mechanisms and applications to human factors.</a> Theor. Issues Ergon. Sci. 4 (1), 21-55 (2003).</li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il monitoraggio dei movimenti degli occhi è un efficiente, utile strumento con cui valutare la funzione della memoria in una varietà di popolazioni. Questo protocollo descrive l&#39;uso di un casco dotato di video-based Eye Tracker, ma il protocollo può essere facilmente adattato per l&#39;utilizzo di dispositivi di monitoraggio a distanza degli occhi, come trackers occhio a distanza rimuovere la necessità di aggiustare casco e semplificare le regolazioni della fotocamera. Tuttavia, con un tracker occhio a distanza,...

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Douglas A. McQuiggan
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Doug McQuiggan

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		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Eye Tracker</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>SR Research Ltd.</td>
<td>Eyelink II</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Experimental Control Software</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>SR Research Ltd.</td>
<td>Experiment Builder</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Eye Movement Analysis Program</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>SR Research Ltd.</td>
<td>Data Viewer</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

eye movement monitoring of memory

Esplicito (spesso verbale) i rapporti sono tipicamente utilizzati per studiare la memoria (ad esempio &quot;Dimmi cosa ti ricordi della persona che avete visto in banca ieri.&quot;), Tuttavia tali rapporti possono essere spesso inaffidabili o sensibili ai pregiudizi risposta<sup&gt; 1</sup&gt;, E può essere introvabile in alcune popolazioni partecipante. Inoltre, i rapporti espliciti rivelano solo quando l&#39;informazione ha raggiunto la coscienza e non può commentare quando i ricordi si accedeva durante l&#39;elaborazione, indipendentemente dal fatto che le informazioni saranno accessibili in maniera consapevole. Il monitoraggio dei movimenti degli occhi (eye tracking) fornisce uno strumento attraverso il quale la memoria può essere sondato senza chiedere ai partecipanti di commentare i contenuti delle loro memorie, e l&#39;accesso di tali memorie possono essere rivelati on-line<sup&gt; 2,3</sup&gt;. Video-based inseguitori occhio (sia montato la testa o remoto) utilizzare un sistema di telecamere ad infrarossi e marker per esaminare la pupilla e la riflessione della cornea in ciascun occhio del partecipante vista di un monitor. Per la testa montati inseguitori occhio, marcatori a raggi infrarossi sono usati anche per determinare la posizione della testa per permettere il movimento della testa e la localizzazione più precisa della posizione dell&#39;occhio. Qui, dimostrare l&#39;uso di un casco dotato di sistema di eye tracking per studiare le prestazioni della memoria negli adulti neurologicamente-intatta e neurologicamente ridotta. Occhio procedure di monitoraggio movimento inizia con il posizionamento del tracker occhio del partecipante, e la configurazione della testa e degli occhi telecamere. Le procedure di calibrazione e validazione sono condotte per garantire l&#39;accuratezza della registrazione occhio posizione. In tempo reale registrazioni di X, Y coordinata posizioni sul monitor vengono poi convertiti e usato per descrivere periodi di tempo in cui l&#39;occhio è statico (cioè fissazioni) contro in movimento (ad esempio, saccadi). Fissazioni e saccadi sono tempo-locked rispetto alla comparsa / offset di un display visivo o un altro evento esterno (ad esempio il pulsante di stampa). Manipolazioni sperimentali sono costruiti per esaminare come e quando i modelli delle fissazioni e le saccadi sono alterati attraverso diversi tipi di esperienze precedenti. L&#39;influenza della memoria si rivela nella misura in cui la scansione modelli per nuove immagini differiscono dalla scansione modelli per le immagini che sono stati precedentemente studiati<sup&gt; 2, 4-5</sup&gt;. La memoria può anche essere interrogato per la sua specificità, per esempio, i modelli di movimento degli occhi che si differenziano tra un identico e una versione modificata di un&#39;immagine precedentemente studiato rivelare la conservazione del dettaglio alterato in memoria<sup&gt; 2-3, 6-8</sup&gt;. Questi indici di memoria possono essere confrontati attraverso le popolazioni dei partecipanti, fornendo così un potente strumento con cui analizzare l&#39;organizzazione della memoria in individui sani, ed i cambiamenti specifici che si verificano a memoria con insulti neurologici o declino<sup&gt; 2-3, 8-10</sup&gt;.

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Eye Movement Monitoring of Memory

Il monitoraggio dei movimenti degli occhi (o eye tracking) rivela nello spazio in cui gli occhi indugiano, quando e per quanto tempo. Qui, ci dimostrano come eye-tracking può essere utilizzato per indagare l&#39;integrità della memoria nelle popolazioni più partecipanti, senza la necessità di relazioni verbali, o in altro modo esplicito.

Eye Movement Monitoraggio della Memoria

Explicit (often verbal) reports are typically used to investigate memory (e.g. "Tell me what you remember about the person you saw at the bank ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.5K Views.  Rotman Research Institute. Il monitoraggio dei movimenti degli occhi (o eye tracking) rivela nello spazio in cui gli occhi indugiano, quando e per quanto tempo. Qui, ci dimostrano come eye-tracking può essere utilizzato per indagare l'integrità della memoria nelle popolazioni più partecipanti, senza la necessità di relazioni verbali, o in altro modo esplicito.

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Brain Imaging Investigation of the Memory-Enhancing Effect of Emotion

Emotional events tend to be better remembered than non-emotional events1,2. One goal of cognitive and affective neuroscientists is 
to understand the neural mechanisms underlying this enhancing effect of emotion on memory. A method that has proven particularly influential in the 
investigation of the memory-enhancing effect of emotion is the so-called subsequent memory paradigm (SMP). This method was originally used to investigate the 
neural correlates of non-emotional memories3, and more recently we and others also applied it successfully to studies of emotional memory (reviewed in4, 5-7). 
Here, we describe a protocol that allows investigation of the neural correlates of the memory-enhancing effect of emotion using the SMP in conjunction with 
event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI). An important feature of the SMP is that it allows separation of brain activity specifically 
associated with memory from more general activity associated with perception. Moreover, in the context of investigating the impact of emotional stimuli, 
SMP allows identification of brain regions whose activity is susceptible to emotional modulation of both general/perceptual and memory-specific processing. 
This protocol can be used in healthy subjects8-15, as well as in clinical patients where there are alterations in the neural correlates of emotion perception 
and biases in remembering emotional events, such as those suffering from depression and post-traumatic stress disorder (PTSD)16, 17.

We present a protocol that uses functional magnetic resonance imaging to investigate the neural correlates of the memory-enhancing effect of emotion. This protocol allows identification of brain activity specifically linked to memory-related processing, contrary to more general perceptual processing, and can be used with healthy and clinical populations.

Indagine Imaging cerebrale della memoria effetto di intensificazione delle emozioni

Emotional events tend to be better remembered than non-emotional events1,2. One goal of cognitive and affective neuroscientists is 
to understand the ...

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Neuroscienze

Physiological, Morphological and Neurochemical Characterization of Neurons Modulated by Movement

The role of individual neurons and their function in neuronal circuits is fundamental to understanding the neuronal mechanisms of sensory and motor functions. Most investigations of sensorimotor mechanisms rely on either examination of neurons while an animal is static1,2 or record extracellular neuronal activity during a movement.3,4 While these studies have provided the fundamental background for sensorimotor function, they either do not evaluate functional information which occurs during a movement or are limited in their ability to fully characterize the anatomy, physiology and neurochemical phenotype of the neuron. A technique is shown here which allows extensive characterization of individual neurons during an in vivo movement. This technique can be used not only to study primary afferent neurons but also to characterize motoneurons and sensorimotor interneurons. Initially the response of a single neuron is recorded using electrophysiological methods during various movements of the mandible followed by determination of the receptive field for the neuron. A neuronal tracer is then intracellularly injected into the neuron and the brain is processed so that the neuron can be visualized with light, electron or confocal microscopy (Fig. 1). The detailed morphology of the characterized neuron is then reconstructed so that neuronal morphology can be correlated with the physiological response of the neuron (Figs. 2,3). In this communication important key details and tips for successful implementation of this technique are provided. Valuable additional information can be determined for the neuron under study by combining this method with other techniques. Retrograde neuronal labeling can be used to determine neurons with which the labeled neuron synapses; thus allowing detailed determination of neuronal circuitry. Immunocytochemistry can be combined with this method to examine neurotransmitters within the labeled neuron and to determine the chemical phenotypes of neurons with which the labeled neuron synapses. The labeled neuron can also be processed for electron microscopy to determine the ultrastructural features and microcircuitry of the labeled neuron. Overall this technique is a powerful method to thoroughly characterize neurons during in vivo movement thus allowing substantial insight into the role of the neuron in sensorimotor function.

A technique is described to quantify the in vivo physiological response of mammalian neurons during movement and correlate the physiology of the neuron with neuronal morphology, neurochemical phenotype and synaptic microcircuitry.

Fisiologici, caratterizzazione morfologica e neurochimica dei neuroni modulati Movimenti

The role of individual neurons and their function in neuronal circuits is fundamental to understanding the neuronal mechanisms of sensory and motor ...

Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and focused on psychological aspects. Until now, objective observation of neurophysiological parameters has not been carried out - undoubtedly because the technical and methodological means have not been available -, investigations into the neurophysiological effects of weightlessness are in their infancy (Schneider et al. 2008).
While imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI) would be hardly applicable in space, the non-invasive near-infrared spectroscopy (NIRS) technique represents a method of mapping hemodynamic processes in the brain in real time that is both relatively inexpensive and that can be employed even under extreme conditions. The combination with electroencephalography (EEG) opens up the possibility of following the electrocortical processes under changing gravity conditions with a finer temporal resolution as well as with deeper localization, for instance with electrotomography (LORETA).
Previous studies showed an increase of beta frequency activity under normal gravity conditions and a decrease under weightlessness conditions during a parabolic flight (Schneider et al. 2008a+b). Tilt studies revealed different changes in brain function, which let suggest, that changes in parabolic flight might reflect emotional processes rather than hemodynamic changes. However, it is still unclear whether these are effects of changed gravity or hemodynamic changes within the brain. Combining EEG/LORETA and NIRS should for the first time make it possible to map the effect of weightlessness and reduced gravity on both hemodynamic and electrophysiological processes in the brain. Initially, this is to be done as part of a feasibility study during a parabolic flight. Afterwards, it is also planned to use both techniques during medium- and long-term space flight.
It can be assumed that the long-term redistribution of the blood volume and the associated increase in the supply of oxygen to the brain will lead to changes in the central nervous system that are also responsible for anaemic processes, and which can in turn reduce performance (De Santo et al. 2005), which means that they could be crucial for the success and safety of a mission (Genik et al. 2005, Ellis 2000).
Depending on these results, it will be necessary to develop and employ extensive countermeasures. Initial results for the MARS500 study suggest that, in addition to their significance in the context of the cardiovascular and locomotor systems, sport and physical activity can play a part in improving neurocognitive parameters. Before this can be fully established, however, it seems necessary to learn more about the influence of changing gravity conditions on neurophysiological processes and associated neurocognitive impairment.

The effect of weightlessness and hypergravity on both hemodynamic and electrophysiological processes in the brain is going to be followed during parabolic flight by EEG and NIRS techniques. 
A feasibility study of a more complex experiment, which is planned to carry out during medium- and long-term space flight.

Coerenza tra funzione cerebrale corticale e prestazioni neurocognitive durante condizioni di gravità Cambiato

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and ...

Using Affordable LED Arrays for Photo-Stimulation of Neurons

Standard slice electrophysiology has allowed researchers to probe individual components of neural circuitry by recording electrical responses of single cells in response to electrical or pharmacological manipulations1,2. With the invention of methods to optically control genetically targeted neurons (optogenetics), researchers now have an unprecedented level of control over specific groups of neurons in the standard slice preparation. In particular, photosensitive channelrhodopsin-2 (ChR2) allows researchers to activate neurons with light3,4. By combining careful calibration of LED-based photostimulation of ChR2 with standard slice electrophysiology, we are able to probe with greater detail the role of adult-born interneurons in the olfactory bulb, the first central relay of the olfactory system. Using viral expression of ChR2-YFP specifically in adult-born neurons, we can selectively control young adult-born neurons in a milieu of older and mature neurons. Our optical control uses a simple and inexpensive LED system, and we show how this system can be calibrated to understand how much light is needed to evoke spiking activity in single neurons. Hence, brief flashes of blue light can remotely control the firing pattern of ChR2-transduced newborn cells.

Adult-born neurons expressing ChR2 can be manipulated in slice electrophysiological preparations in order to examine their contribution towards the function of olfactory neural circuits.

Utilizzando conveniente array LED per la foto-stimolazione dei neuroni

Standard slice electrophysiology has allowed researchers to probe individual components of neural circuitry by recording electrical responses of single ...

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Local interneurons are continuously regenerated in the olfactory bulb of adult rodents1-3. In this process, called adult neurogenesis, neural stem cells in the walls of the lateral ventricle give rise to neuroblasts that migrate for several millimeters along the rostral migratory stream (RMS) to reach and incorporate into the olfactory bulb. To study the different steps and the impact of adult-born neuron integration into preexisting olfactory circuits, it is necessary to selectively label and manipulate the activity of this specific population of neurons. The recent development of optogenetic technologies offers the opportunity to use light to precisely activate this specific cohort of neurons without affecting surrounding neurons4,5. Here, we present a series of procedures to virally express Channelrhodopsin2(ChR2)-YFP in a temporally restricted cohort of neuroblasts in the RMS before they reach the olfactory bulb and become adult-born neurons. In addition, we show how to implant and calibrate a miniature LED for chronic in vivo stimulation of ChR2-expressing neurons.

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Adult-born neurons of the olfactory bulb can be optogenetically controlled using Channelrhodopsin2-expressing lentiviral injection in the rostral migratory stream and chronic photostimulation with an implanted miniature LED.

Selettiva trasduzione virale di neuroni olfattivi per adulti nati per cronica In vivo Optogenetic Stimolazione

Local interneurons are continuously regenerated in the olfactory bulb of adult rodents1-3. In this process, called adult neurogenesis, neural stem cells ...

Rapid Determination of the Thermal Nociceptive Threshold in Diabetic Rats

Painful diabetic neuropathy (PDN) is characterized by hyperalgesia i.e., increased sensitivity to noxious stimulus, and allodynia i.e., hypersensitivity to normally innocuous stimuli1. Hyperalgesia and allodynia have been studied in many different rodent models of diabetes mellitus2. However, as stated by B&ouml;lcskei et al, determination of "pain" in animal models is challenging due to its subjective nature3. Moreover, the traditional methods used to determine behavioral responses to noxious thermal stimuli usually lack reproducibility and pharmacological sensitivity3. For instance, by using the hot-plate method of Ankier4, flinch, withdrawal and/or licking of either hind- and/or fore-paws is quantified as reflex latencies at constant high thermal stimuli (52-55 &deg;C). However, animals that are hyperalgesic to thermal stimulus do not reproducibly show differences in reflex latencies using those supra-threshold temperatures3,5. As the recently described method of B&ouml;lcskei et al.6, the procedures described here allows for the rapid, sensitive and reproducible determination of thermal nociceptive thresholds (TNTs) in mice and rats. The method uses slowly increasing thermal stimulus applied mostly to the skin of mouse/rat plantar surface. The method is particularly sensitive to study anti-nociception during hyperalgesic states such as PDN. The procedures described bellow are based on the ones published in detail by Alm&aacute;si et al 5 and B&ouml;lcskei et al 3. The procedures described here have been approved the Laboratory Animal Care and Use Committee (LACUC), Wright State University.

Here, we describe a rapid reliable and simple procedure to determine the lowest temperature at which rats or mice show nocifensive behavior, i.e. the thermal nociceptive threshold (TNT). This method applies a slowly increasing thermal stimulus allowing precise and reproducible estimation of TNTs with minimum, if any, stress to the animals.

Rapida determinazione della soglia termica nocicettivo in ratti diabetici

Painful diabetic neuropathy (PDN) is characterized by hyperalgesia i.e., increased sensitivity to noxious stimulus, and allodynia i.e., hypersensitivity ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

Registrazione ottica di attività neurale suprathreshold con risoluzione singola cellula e single-picco

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Observation of the Ciliary Movement of Choroid Plexus Epithelial Cells Ex Vivo

The choroid plexus is located in the ventricular wall of the brain, the main function of which is believed to be production of cerebrospinal fluid. Choroid plexus epithelial cells (CPECs) covering the surface of choroid plexus tissue harbor multiple unique cilia, but most of the functions of these cilia remain to be investigated. To uncover the function of CPEC cilia with particular reference to their motility, an ex vivo observation system was developed to monitor ciliary motility during embryonic, perinatal and postnatal periods. The choroid plexus was dissected out of the brain ventricle and observed under a video-enhanced contrast microscope equipped with differential interference contrast optics. Under this condition, a simple and quantitative method was developed to analyze the motile profiles of CPEC cilia for several hours ex vivo. Next, the morphological changes of cilia during development were observed by scanning electron microscopy to elucidate the relationship between the morphological maturity of cilia and motility. Interestingly, this method could delineate changes in the number and length of cilia, which peaked at postnatal day (P) 2, while the beating frequency reached a maximum at P10, followed by abrupt cessation at P14. These techniques will enable elucidation of the functions of cilia in various tissues. While related techniques have been published in a previous report1, the current study focuses on detailed techniques to observe the motility and morphology of CPEC cilia ex vivo.

Observation of the Ciliary Movement of Choroid Plexus Epithelial Cells Ex Vivo

In this study, a detailed light microscopic technique was optimized for real-time observation and analysis of the motion of CPEC cilia ex vivo together with an electron microscopic method for ultrastructural analysis.

L&#39;osservazione del movimento ciliare delle cellule epiteliali del plesso coroide<em&gt; Ex Vivo</em

The choroid plexus is located in the ventricular wall of the brain, the main function of which is believed to be production of cerebrospinal fluid. ...

Characterizing the Relationship Between Eye Movement Parameters and Cognitive Functions in Non-demented Parkinson's Disease Patients with Eye Tracking

Cognitive impairment is a common phenomenon in Parkinson&#8217;s disease that has implications on the prognosis. A simple, noninvasive and objective proxy measurement of cognitive function in Parkinson&#8217;s disease will be helpful in detecting early cognitive decline. As a physiological metric, eye movement parameter is not confounded by the subject&#39;s attributes and intelligence and can function as a proxy marker if it correlates with cognitive functions. To this end, this study explored the relationship between the eye movement parameters and performance in cognitive tests in multiple domains. In the experiment, a visual search task with eye tracking was set up, where subjects were asked to look for a number embedded in an array of alphabets scattered randomly on a computer screen. The differentiation between the number and the alphabet is an overlearned task such that the confounding effect of cognitive ability on the eye movement parameters is minimized. The average saccadic amplitude and fixation duration were captured and calculated during the visual search task. The cognitive assessment battery covered domains of frontal-executive functions, attention, verbal and visual memory. It was found that prolonged fixation duration was associated with poorer performance in verbal fluency, visual and verbal memory, allowing further exploration on the use of eye movement parameters as proxy markers for cognitive function in Parkinson&#8217;s disease patients. The experimental paradigm has been found to be highly tolerable in our group of Parkinson&#39;s disease patients and could be applied transdiagnostically to other disease entities for similar research questions.

Characterizing the Relationship Between Eye Movement Parameters and Cognitive Functions in Non-demented Parkinson&#039;s Disease Patients with Eye Tracking

Here, we present a protocol to study the relationship between the eye movement parameters and cognitive functions in non-demented Parkinson&#39;s disease patients. The experiment used an eye tracker to measure the saccadic amplitude and fixation duration in a visual search task. The correlation with performance in multi-domain cognitive tasks was subsequently measured.

Caratterizzare la relazione tra i parametri del movimento degli occhi e le funzioni cognitive nei pazienti con malattia di Parkinson non demente con tracciamento degli occhi

Cognitive impairment is a common phenomenon in Parkinson&#8217;s disease that has implications on the prognosis. A simple, noninvasive and objective proxy ...

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

Inferior olive (IO), a nucleus in the ventral medulla, is the only source of climbing fibers that form one of the two input pathways entering the cerebellum. IO has long been proposed to be crucial for motor control and its activity is currently considered to be at the center of many hypotheses of both motor and cognitive functions of the cerebellum. While its physiology and function have been relatively well studied on single-cell level in vitro, presently there are no reports on the organization of the IO network activity in living animals. This is largely due to the extremely challenging anatomical location of the IO, making it difficult to subject to conventional fluorescent imaging methods, where an optic path must be created through the entire brain located dorsally to the region of interest.
Here we describe an alternative method for obtaining state-of-the-art -level calcium imaging data from the IO network. The method takes advantage of the extreme ventral location of the IO and involves a surgical procedure for inserting a gradient-refractive index (GRIN) lens through the neck viscera to come into contact with the ventral surface of the calcium sensor GCaMP6s-expressing IO in anesthetized mice. A representative calcium imaging recording is shown to demonstrate the feasibility to record IO neuron activity after the surgery. While this is a non-survival surgery and the recordings must be conducted under anesthesia, it avoids damage to life-critical brainstem nuclei and allows conducting large variety of experiments investigating spatiotemporal activity patterns and input integration in the IO. This procedure with modifications could be used for recordings in other, adjacent regions of the ventral brainstem.

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

We present a protocol to expose the brainstem of adult mouse from the ventral side. By using a gradient-refractive index lens with a miniature microscope, calcium imaging can be used to examine the activity of inferior olive neural somata in vivo.