眼動儀在研究靈長類動物上丘腦在感知決策中的證據的應用

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的研究領域提供新的研究證據，拓展研究發(fā)展。
 

摘要：
經過訓練的猴子執(zhí)行了兩種選擇的感知決策任務，并報告了在參與眼動的腦干區(qū)域（上丘）進行單側可逆失活前后動態(tài)玻璃圖案刺激的感知方向。我們發(fā)現(xiàn)，單側SC失活會產生顯著的決策偏差和反應時間變化，這與靈長類SC在感知決策中的因果關系一致。將信號檢測理論和序列采樣模型與數(shù)據擬合表明，SC失活導致對側決策的相對證據減少，但為同側選擇的時變證據信號增加了一個恒定的偏移量。研究結果為感知決策的具體認知模型提供了因果證據，證明了靈長類的SC（腦干結構）在如何計算決策證據方面發(fā)揮了因果作用。

實驗被試與儀器
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）

我們使用了磁感應技術（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）。
 

實驗任務：

兩只經過訓練的猴子（猴子B和猴子S）執(zhí)行了三項行為任務：（1）視覺引導的掃視任務，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動準備和偏差的選擇任務；（3）在注射毒蕈堿藥物前后評估知覺決策表現(xiàn)的任務。第三只猴子（猴子J）執(zhí)行了記錄SC神經元活動的決策任務，如圖所示。

圖1：單側SC失活前后的決策和選擇任務
 

實驗結果：

SC失活會使感知決策產生偏差

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

圖2：SC偏差的單側失活會影響感知決策

SC失活改變了決策證據的計算

在DDM框架，進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間用于報告決策的操作。在DDM中，證據是時變的。在SDT框架中，兩個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：

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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