使用电生理神经信号采集系统研究猕猴自发运动过程中的神经认知信号
灵长类动物认知加工的单神经元基础主要在运动受到严重限制的实验室环境中进行研究。因此，目前尚不清楚自然运动如何影响大脑中认知的神经特征。此外，对小鼠的研究表明，在测量身体运动时，身体运动占了皮层神经动力学的大部分。
为了研究这些问题，本文使用Cereplex Direct 在体多通道神经信号采集系统和Cereplex E放大器（Blackrock Microsystems）记录了执行认知任务的移动猴子前额叶皮层中的单神经元活动，并使用视频跟踪表征了眼睛、头部和身体的运动。
首先研究员们训练三只雄性猕猴执行一种计算机化的视觉条件关联任务，以证明前额叶区域对任务表现的因果必要性，而不是邻近的前额叶区域。
图1：任务设计和电极。在开始记录之前，猴子被训练到专业水平。记录时长很短，以保持在整个任务执行过程中的参与水平不变。在任务执行期间，使用眼动跟踪系统记录了眼睛位置、头部位置和瞳孔扩张。
图2：行为表现和运动跟踪。为了评估自由运动和注视期间认知处理的单个神经元活动，研究员们对每个记录单元应用了标准选择性分析。鉴于任务所需认知过程，在延迟阶段特别关注神经元的选择性。在延迟期间有选择性地代表相关目标的单位被命名为“目标选择性”。
图3：单个神经元和群体分析。为了了解记录单元在自由运动期间短时间内动态改变选择性的程度，研究员们使用200毫秒的小滑动窗口进行选择性分析，并在每个试验的100毫秒步长内寻找上述三种类型的相同选择性(指令提示、目标、位置)。
图4：单个神经元和群体分析。虽然多次试验的平均值是有用的，但大脑在逐时逐刻生成自然行为时无法从这种降噪方法中受益。因此，基于单次试验的神经编码的信息内容是一个更现实的指标。研究员们使用单次解码方法，仅选择同时记录的神经元的神经集合，以评估自由凝视和运动期间的神经编码的信息内容。
图5：神经集成的解码分析。虽然认知处理可以从自由运动期间的神经集合活动中解码，但未经指导的运动可能与任务变量对齐和关联，这可能是一个重要的混淆信息来源。在猴子K中，研究员们观察到这样一个刻板运动，即在延迟阶段期间的凝视和头部位置偏差揭示了被选择的选项。为了评估这种运动偏差对神经活动的贡献，他们进行了三项控制任务。
图6：通过修改后的任务操作未指令的动作。对于猴子K的偏倚任务，一种刻板运动被减少，而对于猴子L，这种运动被创造。在比较两只猴子的头部自由和头部固定会话时，研究员们没有观察到对指令提示、目标或位置变量的神经元比例有显著增加或减少，尽管头部运动大幅减少。
图7：修改后的任务对神经群体调优没有影响。最后研究员们建立了一个线性编码模型，该模型使用大量任务和运动变量来预测同时记录的神经元集合的神经活动。模型设计矩阵包括离散事件变量以及连续的模拟变量。
图8：任务、指令和非指令动作的神经编码。尽管试验中运动存在相当大的差异，但可以在单次试验的基础上精确测量单神经元信号并准确解码决策信号。这些结果表明，皮层中的认知信号对自然运动是稳健的，但未测量的运动在认知神经生理学实验中也是潜在的影响因素。
