Chronische implantatie van geheel-corticale Electrocorticographic Array in de gemeenschappelijke Hapalomys
Summary
Wij hebben een geheel-corticale electrocorticographic array voor de gemeenschappelijke Hapalomys die voortdurend bijna het gehele laterale oppervlak van de cortex, van de occipital pool op de stoffelijke en frontale Polen bestrijkt ontwikkeld. Dit protocol wordt een chronische implantatie van de matrix in de epidurale ruimte van de hersenen Hapalomys beschreven.
Abstract
Electrocorticography (ECoG) zorgt voor de de opvolging van het elektrische veld potentieel van de hersenschors met hoge Spatio resolutie. Recente ontwikkeling van dunne, flexibele ECoG elektroden heeft ingeschakeld geleiding van stabiele opnamen van grootschalige corticale activiteit. Wij hebben een geheel-corticale ECoG array voor de gemeenschappelijke Hapalomys ontwikkeld. De matrix voortdurend bestrijkt bijna het gehele laterale oppervlak van corticale halfrond, uit de occipital pool op de stoffelijke en frontale palen, en het vangt geheel-corticale neurale activiteit in een schot. Dit protocol wordt een chronische implantatie van de matrix in de epidurale ruimte van de hersenen Hapalomys beschreven. Zijdeaapjes hebben twee voordelen met betrekking tot de ECoG opnamen, namelijk de homologe organisatie van anatomische structuren in de mens en makaken, met inbegrip van frontale, pariëtale en temporele complexen. Het andere voordeel is dat de hersenen Hapalomys lissencephalic en bevat een groot aantal complexen, die moeilijker toegang tot Makaken met ECoG, die zijn blootgesteld aan de oppervlakte van de hersenen. Deze functies kunnen directe toegang tot de meeste corticale gebieden onder de oppervlakte van de hersenen. Dit systeem biedt de mogelijkheid te onderzoeken van wereldwijde corticale informatieverwerking met hoge resoluties op een Sub millisecond tijdig en millimeter orde in de ruimte.
Introduction
Cognitie vereist de coördinatie van de neurale ensembles over wijdverbreide hersenen netwerken, met name de neocortex die is goed ontwikkeld bij de mens en geloofde betrokken te worden bij hogere cognitieve gedrag. Hoe de neocortex behaalt deze cognitieve gedrag is echter een onopgeloste kwestie op het gebied van de neurowetenschappen. Recente ontwikkeling van dunne, flexibele electrocorticographic (ECoG) elektroden kunt geleiding van stabiele opnamen van grootschalige corticale activiteit1. Fujii en collega’s hebben ontwikkeld een geheel-corticale ECoG array voor makaak apen2,3. De matrix wordt voortdurend bestrijkt bijna het gehele laterale cortex, vanaf de occipital pole naar de temporele en frontale stokken, en vangt geheel-corticale neurale activiteit in een schot. Wij hebben dit systeem voor toepassing in de gemeenschappelijke Hapalomys4,5, een kleine, nieuwe-wereld aap met genetische oorlogsmachinerie6,7verder ontwikkeld. Dit dier heeft verschillende voordelen ten opzichte van andere soorten. De visuele, auditieve, motorische, en somatosensorische en frontale corticale gebieden van deze soorten zijn eerder toegewezen en gemeld aan fundamentele homologe organisatie moet dezelfde gebieden in mens en makaken8,,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. hun hersenen zijn glad en meest laterale corticale gebieden worden blootgesteld aan de oppervlakte van de cortex, die moeilijker te toegang met ECoG in Makaken is. Op basis van deze functies, is de Hapalomys geschikt voor electrocorticographic studies. Anderzijds zijdeaapjes vertonen sociaal gedrag en hebben voorgesteld om te dienen als een kandidaat-model van menselijke sociaal gedrag17.
Dit protocol beschrijft een epidurale implantatie procedure van de ECoG matrix op het hele laterale oppervlak van de cortex in een gemeenschappelijk Hapalomys. Het biedt een kans om het bewaken van grootschalige corticale activiteit voor primate corticale neurowetenschappen, met inbegrip van sensorische, motorische, hogere cognitieve en sociale domeinen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voor succesvolle implantatie, moeten dieren worden voorzien van voldoende voeding vóór en na de operatie. Korte gebruiksduur is ook belangrijk voor het optimaliseren van herstel van het dier. Voorbereidingen moeten ten minste één dag voor de operatie worden afgewerkt. Verklein de werkingsduur en wordt voorafgaande craniotomy opleiding met elektrode matrix inlassing in beëindigd dieren voor andere experimentele doeleinden aanbevolen. Tabel 1 toont een voorbeeld van het tijdsverloop voor dit protocol…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Yuri Shinomoto voor het verstrekken van dierenverzorgers opleiding en wakker opnames. De ECoG arrays werden vervaardigd door Cir-Tech (www.cir-tech.co.jp). Bovendien zouden we graag bedanken Editage (www.editage.jp) voor het bewerken van de Engelse taal. Dit werk werd gesteund door de Brain Mapping door geïntegreerde Neurotechnologies voor ziekte Studies (hersenen/geest), de Japan Agency voor medisch onderzoek en ontwikkeling (AMED) (JP18dm0207001), het Project van de wetenschap van het brein van het Center for roman wetenschap initiatieven ( CNSI), de National Institutes of Natural Sciences (NINS) (BS291004, M.K.), en door de vereniging van Japan voor de bevordering van de wetenschap (JSPS) KAKENHI (JP17H06034, M.K.).
Materials
| Beaker (100 cc) | Outocrave | ||
| Cotton ball | Outocrave | ||
| Absorption triangles | Fine Science Tools Inc. | 18105-03 | Outocrave |
| Cotton swab with fine tip | Clean Cross Co., Ltd. | HUBY340 BB-013 | Outocrave |
| Gauze | Outocrave | ||
| Towel forceps | Outocrave | ||
| Scalpel handle | Outocrave | ||
| Needle Holder | Outocrave | ||
| Iris Scissor | Outocrave | ||
| Micro-Mosquito Forceps | Outocrave | ||
| Adson, 1×2 teeth | Outocrave | ||
| Bone Curette | Outocrave | ||
| Micro spatura | Fine Science Tools Inc. | 10091-12 | Outocrave |
| Needle Holders, 12.5cm, Curved, Smooth Jaws | World Precision Instruments | 14132 | Outocrave |
| Vessel Dilator, 12cm, 0.1mm tip | Fine Science Tools Inc. | 18131-12 | Outocrave |
| Vessel Dilator, 12cm, 0.2 mm tip | Fine Science Tools Inc. | 18132-12 | Outocrave |
| Fine-tipped rongeur | Fine Science Tools Inc. | 16221-14 | Outocrave |
| Manipurator of a stereotaxic frame | Gas sterilization | ||
| Wrench for the manipurator | Gas sterilization | ||
| Hand-made fixture for the connector | Gas sterilization | ||
| Silicon cup for dental acril | Gas sterilization | ||
| Silicon cup hlder | Gas sterilization | ||
| Paintbrush | Gas sterilization | ||
| Pencil | Gas sterilization | ||
| Micro screw, 1.4 mm x 2.0 mm | Nippon Chemical Screw Co., Ltd. | PEEK/MPH-M1.4-L2 | Gas sterilization |
| Screw driver for the micro screw | Gas sterilization | ||
| Micromotor handpiece of a drill | Gas sterilization | ||
| Stainless steel burr, 1.4 mm | Gas sterilization | ||
| Stainless steel burr, 1.0 mm | Gas sterilization | ||
| Drill bit, 1.2 mm | Gas sterilization | ||
| Rubber air blower | Gas sterilization |
References
- Fukushima, M., Chao, Z. C., Fujii, N. Studying brain functions with mesoscopic measurements: Advances in electrocorticography for non-human primates. Current Opinion in Neurobiology. 32, 124-131 (2015).
- Nagasaka, Y., Shimoda, K., Fujii, N. Multidimensional recording (MDR) and data sharing: an ecological open research and educational platform for neuroscience. PLoS One. 6 (7), e22561 (2011).
- Fukushima, M., et al. An electrocorticographic electrode array for simultaneous recording from medial, lateral, and intrasulcal surface of the cortex in macaque monkeys. Journal of Neuroscience Methods. 233, 155-165 (2014).
- Komatsu, M., Sugano, E., Tomita, H., Fujii, N. A Chronically Implantable Bidirectional Neural Interface for Non-human Primates. Frontiers in Neuroscience. 11, 514 (2017).
- Komatsu, M., Takaura, K., Fujii, N. Mismatch negativity in common marmosets: Whole-cortical recordings with multi-channel electrocorticograms. Scientific Reports. 5, 15006 (2015).
- Sasaki, E., et al. Generation of transgenic non-human primates with germline transmission. Nature. 459 (7246), 523-527 (2009).
- Okano, H., et al. Brain/MINDS: A Japanese National Brain Project for Marmoset Neuroscience. Neuron. 92 (3), 582-590 (2016).
- de la Mothe, L. A., Blumell, S., Kajikawa, Y., Hackett, T. A. Cortical connections of auditory cortex in marmoset monkeys: lateral belt and parabelt regions. Anatomical Record. 295 (5), 800-821 (2012).
- Kaas, J. H., Hackett, T. A. Subdivisions of auditory cortex and processing streams in primates. Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (22), 11793-11799 (2000).
- Ghahremani, M., Hutchison, R. M., Menon, R. S., Everling, S. Frontoparietal Functional Connectivity in the Common Marmoset. Cerebral Cortex. , (2016).
- Belcher, A. M., et al. Functional Connectivity Hubs and Networks in the Awake Marmoset Brain. Frontiers in Integrative Neuroscience. 10, 9 (2016).
- Mitchell, J. F., Leopold, D. A. The marmoset monkey as a model for visual neuroscience. Neuroscience Research. 93, 20-46 (2015).
- Solomon, S. G., Rosa, M. G. A simpler primate brain: the visual system of the marmoset monkey. Frontiers in Neural Circuits. 8, 96 (2014).
- Burman, K. J., Palmer, S. M., Gamberini, M., Rosa, M. G. Cytoarchitectonic subdivisions of the dorsolateral frontal cortex of the marmoset monkey (Callithrix jacchus), and their projections to dorsal visual areas. Journals of Comparative Neurology. 495 (2), 149-172 (2006).
- Bakola, S., Burman, K. J., Rosa, M. G. The cortical motor system of the marmoset monkey (Callithrix jacchus). Neuroscience Research. 93, 72-81 (2015).
- Krubitzer, L. A., Kaas, J. H. The organization and connections of somatosensory cortex in marmosets. Journal of Neuroscience. 10 (3), 952-974 (1990).
- Miller, C. T., et al. Marmosets: A Neuroscientific Model of Human Social Behavior. Neuron. 90 (2), 219-233 (2016).
- Cox, R. W. AFNI: software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages. Computers and Biomedical Research. 29 (3), 162-173 (1996).
- Avants, B. B., et al. A reproducible evaluation of ANTs similarity metric performance in brain image registration. Neuroimage. 54 (3), 2033-2044 (2011).
- Hashikawa, T., Nakatomi, R., Iriki, A. Current models of the marmoset brain. Neuroscience Research. 93, 116-127 (2015).
