眼動儀在研究靈長類動物上丘腦在感知決策中的證據(jù)的應(yīng)用

本文介紹發(fā)表在nature neuroscience期刊，2年影響因子24.884分的靈長類被試的眼動追蹤的文章。本文介紹了受訓(xùn)練的猴在感知覺決策中的上丘的作用。
本文能為使用眼動追蹤技術(shù)的研究領(lǐng)域提供新的研究證據(jù)，拓展研究發(fā)展。
 

摘要：
經(jīng)過訓(xùn)練的猴子執(zhí)行了兩種選擇的感知決策任務(wù)，并報(bào)告了在參與眼動的腦干區(qū)域（上丘）進(jìn)行單側(cè)可逆失活前后動態(tài)玻璃圖案刺激的感知方向。我們發(fā)現(xiàn)，單側(cè)SC失活會產(chǎn)生顯著的決策偏差和反應(yīng)時(shí)間變化，這與靈長類SC在感知決策中的因果關(guān)系一致。將信號檢測理論和序列采樣模型與數(shù)據(jù)擬合表明，SC失活導(dǎo)致對側(cè)決策的相對證據(jù)減少，但為同側(cè)選擇的時(shí)變證據(jù)信號增加了一個(gè)恒定的偏移量。研究結(jié)果為感知決策的具體認(rèn)知模型提供了因果證據(jù)，證明了靈長類的SC（腦干結(jié)構(gòu)）在如何計(jì)算決策證據(jù)方面發(fā)揮了因果作用。

實(shí)驗(yàn)被試與儀器
三只成年雄性恒河猴，體重在9到11公斤之間（猴S 15歲，猴B 11歲和猴J 11歲）

我們使用了磁感應(yīng)技術(shù)（Riverbend儀器）和EyeLink 1000 眼動追蹤系統(tǒng)（SR Research Ontario）測量與水平和垂直分量成比例的電壓信號和眼動位置（單眼模式；2 kHz）。
 

實(shí)驗(yàn)任務(wù)：

兩只經(jīng)過訓(xùn)練的猴子（猴子B和猴子S）執(zhí)行了三項(xiàng)行為任務(wù)：（1）視覺引導(dǎo)的掃視任務(wù)，在注射毒蕈堿藥物之前和之后的掃視速度的變化；（2）在注射毒蕈堿藥物前后測量掃視運(yùn)動準(zhǔn)備和偏差的選擇任務(wù)；（3）在注射毒蕈堿藥物前后評估知覺決策表現(xiàn)的任務(wù)。第三只猴子（猴子J）執(zhí)行了記錄SC神經(jīng)元活動的決策任務(wù)，如圖所示。

圖1：單側(cè)SC失活前后的決策和選擇任務(wù)
 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

SC失活會使感知決策產(chǎn)生偏差

單側(cè)向SC注射毒蕈堿藥物（n=23）能產(chǎn)生可靠的同側(cè)反應(yīng)。在所有23次注射中，延遲和RT任務(wù)中兩只猴子都存在決策偏差（圖2a）。單側(cè)向SC注射生理鹽水（n=6）對決策性能（圖2b），參數(shù)估計(jì)擬合模型與毒蕈堿注射對照有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2：SC偏差的單側(cè)失活會影響感知決策

SC失活改變了決策證據(jù)的計(jì)算

在DDM框架，進(jìn)行決策過程和非決策過程的模型參數(shù)，例如作為視覺處理和生成所需的時(shí)間用于報(bào)告決策的操作。在DDM中，證據(jù)是時(shí)變的。在SDT框架中，兩個(gè)分布之間的距離反映了感知靈敏度（圖4a）

圖4:SDT和DDM方面的比較。
 

代碼可用性

MATLAB、Python、R 和 JAGS 分析代碼可在https://gitlab.com/fuster-lab-cognitive-neuroscience/sc-inactivation-project獲得。
 

參考文獻(xiàn)：

Jun, E.J., Bautista, A.R., Nunez, M.D. et al. Causal role for the primate superior colliculus in the computation of evidence for perceptual decisions. Nat Neurosci 24, 1121–1131 (2021). https://doi.org/10.1038/s41593-021-00878-6

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