Name: investigating object representations in the macaque dorsal visual stream using single-unit recordings
Uploaded: 2018-08-01T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Investigating Object Representations in the Macaque Dorsal Visual Stream Using Single-unit Recordings at JoVE.com

Nous remercions Inez Puttemans, Marc De Paep, Sara De Pril, Wouter Depuydt, Astrid Hermans, Piet Kayenbergh, Gerrit Meulemans, Christophe Ulens et Stijn Verstraeten pour assistance technique et administrative.

Toutes les procédures techniques ont été réalisés conformément au Guide de l’Institut National de santé pour le soin et l’Use of Laboratory Animals et la Directive européenne 2010/63/UE et ont été approuvés par le Comité éthique de la KU Leuven.
1. Généralités les méthodes d’enregistrements extracellulaires dans singes éveillés se comporter
<ol><li>Former les animaux pour effectuer les tâches visuelles et motrices requises pour répondre à votre question spécifiqu...

<ol>
	<li>Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., Rizzolatti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Action+recognition+in+the+premotor+cortex.">Action recognition in the premotor cortex.</a> Brain. 119 (2), 593-609 (1996).</li><li>Fogassi, L., Gallese, V., Buccino, G., Craighero, L., Fadiga, L., Rizzolatti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+mechanism+for+the+visual+guidance+of+hand+grasping+movements+in+the+monkey:+a+reversible+inactivation+study.">Cortical mechanism for the visual guidance of hand grasping movements in the monkey: a reversible inactivation study.</a> Brain. 124 (3), 571-586 (2001).</li><li>Rizzolatti, G., Camarda, R., Fogassi, L., Gentilucci, M., Luppino, G., Matelli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+organization+of+inferior+area+6+in+the+macaque+monkey.+II.+Area+F5+and+the+control+of+distal+movements.">Functional organization of inferior area 6 in the macaque monkey. II. Area F5 and the control of distal movements.</a> Exp. Brain Res. 71 (3), 491-507 (1988).</li><li>Mishkin, M., Ungerleider, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+striate+inputs+to+the+visuospatial+functions+of+parieto-preoccipital+cortex+in+monkeys.">Contribution of striate inputs to the visuospatial functions of parieto-preoccipital cortex in monkeys.</a> Behav. Brain Res. 6 (1), 57-77 (1982).</li><li>Goodale, M. A., Milner, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separate+visual+pathways+for+perception+and+action.">Separate visual pathways for perception and action.</a> Trends Neurosci. 15 (1), 20-25 (1992).</li><li>Baumann, M. A., Fluet, M. C., Scherberger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Context-specific+grasp+movement+representation+in+the+macaque+anterior+intraparietal+area.">Context-specific grasp movement representation in the macaque anterior intraparietal area.</a> J. Neurosci. 29 (20), 6436-6438 (2009).</li><li>Murata, A., Gallese, V., Luppino, G., Kaseda, M., Sakata, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+for+the+shape,+size,+and+orientation+of+objects+for+grasping+neurons+of+monkey+parietal+area+AIP.">Selectivity for the shape, size, and orientation of objects for grasping neurons of monkey parietal area AIP.</a> J. Neurophysiol. 83 (5), 2580-2601 (2000).</li><li>Romero, M. C., Pani, P., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coding+of+shape+features+in+the+macaque+anterior+intraparietal+area.">Coding of shape features in the macaque anterior intraparietal area.</a> J. Neurosci. 34 (11), 4006-4021 (2014).</li><li>Sakata, H., Taira, M., Kusonoki, M., Murata, A., Tanaka, Y., Tsutsui, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+coding+of+3D+features+of+objects+for+hand+action+in+the+parietal+cortex+of+the+monkey.">Neural coding of 3D features of objects for hand action in the parietal cortex of the monkey.</a> Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 353 (1373), 1363-1373 (1998).</li><li>Taira, M., Mine, S., Georgopoulos, A. P., Murata, A., Sakata, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parietal+cortex+neurons+of+the+monkey+related+to+the+visual+guidance+of+the+hand+movement.">Parietal cortex neurons of the monkey related to the visual guidance of the hand movement.</a> Exp Brain Res. 83 (1), 29-36 (1990).</li><li>Janssen, P., Scherberger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+guidance+in+control+of+grasping.">Visual guidance in control of grasping.</a> Annu. Rev. Neurosci. 8 (38), 69-86 (2015).</li><li>Theys, T., Pani, P., van Loon, J., Goffin, J., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+for+three-dimensional+contours+and+surfaces+in+the+anterior+intraparietal+area.">Selectivity for three-dimensional contours and surfaces in the anterior intraparietal area.</a> J. Neurophysiol. 107 (3), 995-1008 (2012).</li><li>Goffin, J., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+shape+coding+in+grasping+circuits:+a+comparison+between+the+anterior+intraparietal+area+and+ventral+premotor+area+F5a.">Three-dimensional shape coding in grasping circuits: a comparison between the anterior intraparietal area and ventral premotor area F5a.</a> J. Cogn. Neurosci. 25 (3), 352-364 (2013).</li><li>Raos, V., Umilt&#225;, M. A., Murata, A., Fogassi, L., Gallese, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+properties+of+grasping-related+neurons+in+the+ventral+premotor+area+F5+of+the+macaque+monkey.">Functional properties of grasping-related neurons in the ventral premotor area F5 of the macaque monkey.</a> J. Neurophysiol. 95 (2), 709-729 (2006).</li><li>Umilta, M. A., Brochier, T., Spinks, R. L., Lemon, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+recording+of+macaque+premotor+and+primary+motor+cortex+neuronal+populations+reveals+different+functional+contributions+to+visuomotor+grasp.">Simultaneous recording of macaque premotor and primary motor cortex neuronal populations reveals different functional contributions to visuomotor grasp.</a> J. Neurophysiol. 98 (1), 488-501 (2007).</li><li>Denys, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+processing+of+visual+shape+in+the+cerebral+cortex+of+human+and+nonhuman+primates:+a+functional+magnetic+resonance+imaging+study.">The processing of visual shape in the cerebral cortex of human and nonhuman primates: a functional magnetic resonance imaging study.</a> J. Neurosci. 24 (10), 2551-2565 (2004).</li><li>Theys, T., Pani, P., van Loon, J., Goffin, J., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+for+three-dimensional+shape+and+grasping-related+activity+in+the+macaque+ventral+premotor+cortex.">Selectivity for three-dimensional shape and grasping-related activity in the macaque ventral premotor cortex.</a> J.Neurosci. 32 (35), 12038-12050 (2012).</li><li>Nelissen, K., Luppino, G., Vanduffel, W., Rizzolatti, G., Orban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observing+others:+multiple+action+representation+in+the+frontal+lobe.">Observing others: multiple action representation in the frontal lobe.</a> Science. 310 (5746), 332-336 (2005).</li><li>Janssen, P., Srivastava, S., Ombelet, S., Orban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coding+of+shape+and+position+in+macaque+lateral+intraparietal+area.">Coding of shape and position in macaque lateral intraparietal area.</a> J. Neurosci. 28 (26), 6679-6690 (2008).</li><li>Romero, M. C., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Receptive+field+properties+of+neurons+in+the+macaque+anterior+intraparietal+area.">Receptive field properties of neurons in the macaque anterior intraparietal area.</a> J. Neurophysiol. 115 (3), 1542-1555 (2016).</li><li>Decramer, T., Premereur, E., Theys, T., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-electrode+recordings+in+the+macaque+frontal+cortex+reveal+common+processing+of+eye-,+arm-+and+hand+movements.+Program+No.+495.15/GG14.">Multi-electrode recordings in the macaque frontal cortex reveal common processing of eye-, arm- and hand movements. Program No. 495.15/GG14.</a> Neuroscience Meeting Planner. , (2017).</li><li>Pani, P., Theys, T., Romero, M. C., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grasping+execution+and+grasping+observation+activity+of+single+neurons+in+macaque+anterior+intraparietal+area.">Grasping execution and grasping observation activity of single neurons in macaque anterior intraparietal area.</a> J. Cogn. Neurosci. 26 (10), 2342-2355 (2014).</li><li>Turriziani, P., Smirni, D., Oliveri, M., Semenza, C., Cipolotti, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+prefrontal+cortex+in+familiarity+and+recollection+processes+during+verbal+and+non-verbal+recognition+memory.">The role of the prefrontal cortex in familiarity and recollection processes during verbal and non-verbal recognition memory.</a> Neuroimage. 52 (1), 469-480 (2008).</li><li>Tsao, D. Y., Schweers, N., Moeller, S., Freiwald, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patches+of+faces-selective+cortex+in+the+macaque+frontal+lobe.">Patches of faces-selective cortex in the macaque frontal lobe.</a> Nat. Neurosci. 11 (8), 877-879 (2008).</li></ol>

Une approche globale de l’étude du flux de données dorsale nécessite une sélection rigoureuse des tâches comportementales et tests visuels : paradigmes visuels et préhension peuvent être employées ensemble ou séparément selon les propriétés spécifiques de la région.
Dans cet article, nous fournissons les exemples de l’activité neuronale enregistrée aux formats AIP et F5p en réponse à un sous-ensemble de tâches visuelles et motrices, mais des réponses très similaires p...

Les primates humains et non-humains partagent la capacité d’effectuer des actions complexes de moteurs y compris objet saisissant. Pour ces tâches avec succès, notre cerveau a besoin compléter la transformation des propriétés de l’objet intrinsèque en commandes de moteur. Cette transformation s’appuie sur un réseau sophistiqué d’aires corticales dorsales, située dans le cortex prémoteur pariétal et ventrale1,2,3 (Figure 1).
D’études de la lésion dans les singes et les humains4,5, nous savons que le flux visuel dorsal - originaires du cortex visuel primaire et orientée vers le cortex pariétal postérieur - est impliqué dans la vision spatiale et de la planification du moteur actions. Cependant, la majorité des zones de flux dorsale n'est pas consacrée à un type unique de traitement. Par exemple, la zone intraparietal antérieure (AIP), une des zones scène de fin dans le flux visuel dorsal, contient une variété de neurones qui le feu non seulement au cours de saisir6,7,8, mais aussi pendant le visuel inspection de l’objet7,8,9,10.
Semblable à l’AIP, neurones dans la zone F5, situé dans le cortex prémoteur ventral (PMv), répondent également au cours de la fixation visuelle et objet saisissant, qui est susceptible d’être important pour la transformation des informations visuelles en actions moteur11. La partie antérieure de cette région (sous-secteur F5a) contient des neurones répond sélectivement à trois dimensions (3D, définie par l’écart) images12,13, tandis que le sous-secteur situé dans la convexité (F5c) contient des neurones caractérisé par miroir propriétés1,3, tir à la fois quand un animal effectue ou observe une action. Enfin, la région postérieure de F5 (F5p) est un domaine lié à main, avec une forte proportion de visuomotrices neurones sensibles à l’observation et la saisie des objets 3D14,15. À côté de F5, superficie 45 b, situé dans la branche inférieure du sillon arqué, peuvent également être impliqués en forme traitement16,17 et préhension18.
Test de sélectivité de l’objet dans le cortex pariétal et frontal est difficile, parce qu’il est difficile de déterminer quelles fonctions ces neurones répondent à et quels sont les champs récepteurs de ces neurones. Par exemple, si un neurone répond à une plaque, mais pas à un cône, qui présentent de ces objets est de conduire cette sélectivité : le contour 2D, la structure 3D, l’orientation en profondeur ou une combinaison de nombreuses caractéristiques différentes ? Pour déterminer les caractéristiques de l’objet critique pour les neurones qui répondent au cours de la fixation de l’objet et la saisie, il est nécessaire de recourir à divers tests visuels, à l’aide d’images d’objets et des versions réduites des mêmes images.
Une fraction non négligeable des neurones de l’AIP et F5 pas ne répond qu’à la présentation visuelle d’un objet, mais aussi lorsque l’animal saisit cet objet dans l’obscurité (c'est-à-dire, en l’absence d’informations visuelles). Ces neurones ne répondent pas à une image d’un objet qui ne peut être saisi. Par conséquent, des composantes visuelles et motrices de la réponse sont intimement liées, ce qui rend difficile d’enquêter sur la représentation d’objet neuronale dans ces régions. Étant donné que les neurones visuomotrices peuvent uniquement être testés avec des objets du monde réel, il faut un système souple pour présentation d’objets différents à différentes positions dans le champ visuel et à des orientations différentes si l'on veut déterminer quelles caractéristiques sont importantes pour ces neurones. Ce dernier n’est possible au moyen d’un robot capable de présenter des objets différents à différents endroits dans l’espace visuel.
Cet article se propose de fournir un guide expérimental pour les chercheurs intéressés par l’étude des neurones pariéto-frontal. Dans les sections suivantes, nous fournirons le protocole général utilisé dans notre laboratoire pour l’analyse des réponses d’objet de préhension et visuelle chez le macaque éveillé (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/&#8224;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&#39;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

Des études antérieures ont montré que les neurones dans les régions pariéto-frontal du cerveau macaque peuvent être hautement sélectifs pour des objets réels, définie par l’écart des surfaces courbes et des images d’objets réels (avec et sans disparité) de manière similaire comme décrites dans le flux visuel ventral. Les régions pariéto-frontal sont estime en outre, pour convertir les informations de l’objet visuel en extrants moteurs appropriés, tel que la pré mise en forme de la main au cours de la saisir. Afin de mieux caractériser sélectivité d’objet dans le réseau cortical impliqué dans les transformations visuomoteur, nous fournissons une batterie de tests visant à analyser la sélectivité de l’objet visuel des neurones dans les régions pariéto-frontal.

Figure 5 parcelles les réponses d’un neurone exemple enregistré de domaine F5p testé avec quatre objets : deux différentes formes - une sphère et une plaque-montré dans deux tailles différentes (6 et 3 cm). Ce neurone particulier répond non seulement à la grande sphère (stimulation optimale, panneau gauche supérieur), mais aussi à la grande assiette (panneau inférieur gauche). En comparaison, la réponse aux plus petits objets a été plus fai...

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

Un protocole détaillé pour analyser la sélectivité objet de pariéto-frontal neurones impliqués dans les transformations visuomotrices est présenté.

Enquête sur les représentations d’objet dans le flux de Visual dorsale Macaque en utilisant des enregistrements unitaires

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

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