使用電生理神經信號采集系統研究獼猴自發運動過程中的神經認知信號
靈長類動物認知加工的單神經元基礎主要在運動受到嚴重限制的實驗室環境中進行研究。因此，目前尚不清楚自然運動如何影響大腦中認知的神經特征。此外，對小鼠的研究表明，在測量身體運動時，身體運動占了皮層神經動力學的大部分。
為了研究這些問題，本文使用Cereplex Direct 在體多通道神經信號采集系統和Cereplex E放大器（Blackrock Microsystems）記錄了執行認知任務的移動猴子前額葉皮層中的單神經元活動，并使用視頻跟蹤表征了眼睛、頭部和身體的運動。
首先研究員們訓練三只雄性獼猴執行一種計算機化的視覺條件關聯任務，以證明前額葉區域對任務表現的因果必要性，而不是鄰近的前額葉區域。
圖1：任務設計和電極。在開始記錄之前，猴子被訓練到專業水平。記錄時長很短，以保持在整個任務執行過程中的參與水平不變。在任務執行期間，使用眼動跟蹤系統記錄了眼睛位置、頭部位置和瞳孔擴張。
圖2：行為表現和運動跟蹤。為了評估自由運動和注視期間認知處理的單個神經元活動，研究員們對每個記錄單元應用了標準選擇性分析。鑒于任務所需認知過程，在延遲階段特別關注神經元的選擇性。在延遲期間有選擇性地代表相關目標的單位被命名為“目標選擇性”。
圖3：單個神經元和群體分析。為了了解記錄單元在自由運動期間短時間內動態改變選擇性的程度，研究員們使用200毫秒的小滑動窗口進行選擇性分析，并在每個試驗的100毫秒步長內尋找上述三種類型的相同選擇性(指令提示、目標、位置)。
圖4：單個神經元和群體分析。雖然多次試驗的平均值是有用的，但大腦在逐時逐刻生成自然行為時無法從這種降噪方法中受益。因此，基于單次試驗的神經編碼的信息內容是一個更現實的指標。研究員們使用單次解碼方法，僅選擇同時記錄的神經元的神經集合，以評估自由凝視和運動期間的神經編碼的信息內容。
圖5：神經集成的解碼分析。雖然認知處理可以從自由運動期間的神經集合活動中解碼，但未經指導的運動可能與任務變量對齊和關聯，這可能是一個重要的混淆信息來源。在猴子K中，研究員們觀察到這樣一個刻板運動，即在延遲階段期間的凝視和頭部位置偏差揭示了被選擇的選項。為了評估這種運動偏差對神經活動的貢獻，他們進行了三項控制任務。
圖6：通過修改后的任務操作未指令的動作。對于猴子K的偏倚任務，一種刻板運動被減少，而對于猴子L，這種運動被創造。在比較兩只猴子的頭部自由和頭部固定會話時，研究員們沒有觀察到對指令提示、目標或位置變量的神經元比例有顯著增加或減少，盡管頭部運動大幅減少。
圖7：修改后的任務對神經群體調優沒有影響。最后研究員們建立了一個線性編碼模型，該模型使用大量任務和運動變量來預測同時記錄的神經元集合的神經活動。模型設計矩陣包括離散事件變量以及連續的模擬變量。
圖8：任務、指令和非指令動作的神經編碼。盡管試驗中運動存在相當大的差異，但可以在單次試驗的基礎上精確測量單神經元信號并準確解碼決策信號。這些結果表明，皮層中的認知信號對自然運動是穩健的，但未測量的運動在認知神經生理學實驗中也是潛在的影響因素。
