Kronisk Implantation af hele-kortikale Electrocorticographic Array i den fælles silkeabe
Summary
Vi har udviklet en helhed-kortikale electrocorticographic array for den fælles silkeabe, der løbende dækker næsten hele laterale overflade af cortex, fra occipital pole til det timelige og frontal polakker. Denne protokol beskriver en kronisk implantation procedure af array i epiduralrummet af silkeabe hjernen.
Abstract
Electrocorticography (ECoG) giver mulighed for overvågning af elektrisk felt potentialer fra hjernebarken med høj spatiotemporelle opløsning. Seneste udvikling af tynde, fleksible ECoG elektroder har aktiveret overledning af stabile optagelser af storstilet kortikale aktivitet. Vi har udviklet en helhed-kortikale ECoG array for den fælles silkeabe. Matrixen dækker løbende næsten hele laterale overflade af kortikale halvkugle fra occipital pole til det timelige og frontal polakker, og det fanger hele-kortikale neurale aktivitet i ét skud. Denne protokol beskriver en kronisk implantation procedure af array i epiduralrummet af silkeabe hjernen. Silkeaber har to fordele med hensyn til ECoG optagelser, nemlig den homologe organisation af anatomiske strukturer i mennesker og makakaber, herunder frontal-, parietal, og tidsmæssige komplekser. Anden fordelen er at silkeabe hjernen er lissencephalic og indeholder et stort antal komplekser, som er vanskeligere at få adgang til i makakaber med ECoG, der udsættes for hjernen overflade. Disse funktioner giver mulighed for direkte adgang til de fleste kortikale områder under overfladen af hjernen. Dette system giver mulighed for at undersøge globale kortikale information behandling med høje opløsninger på en sub millisekund rækkefølge i tid og millimeter orden i rummet.
Introduction
Kognition kræver koordinering af neurale ensembler på tværs af udbredt hjernens netværk, især neocortex, der er veludviklet hos mennesker og menes for at være involveret i højere kognitive adfærd. Men hvordan neocortex opnår denne kognitive adfærd er et uløst problem i feltet neurovidenskab. Seneste udvikling af tynde, fleksible electrocorticographic (ECoG) elektroder muliggør overledning af stabile optagelser fra storstilet kortikale aktivitet1. Fujii og kolleger har udviklet en helhed-kortikale ECoG array for makak aber2,3. Matrixen løbende dækker næsten den hele laterale cortex, fra den occipital pole de tidsmæssige og frontal polakker, og indfanger hele-kortikale neurale aktivitet i ét skud. Vi har yderligere udviklet dette system for anvendelse i det fælles silkeabe4,5, en lille, ny-world abe med genetiske manipulability6,7. Dette dyr har flere fordele sammenlignet med andre arter. Visuelle, auditive, somatosensoriske, motor, og frontale kortikale områder af denne art har tidligere været kortlagt og rapporteret at have grundlæggende homolog organisation til de samme områder i mennesker og Makakker8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. deres hjerner er glat, og mest laterale kortikale områder er udsat på overfladen af cortex, som er sværere at adgang med ECoG i makakaber. Baseret på disse funktioner, er silkeabe egnet for electrocorticographic undersøgelser. Derudover silkeaber udviser social adfærd og er blevet foreslået til at tjene som en kandidat model af menneskelig social adfærd17.
Denne protokol beskriver en epidural implantation procedure af matrixen ECoG på cortex i en fælles silkeabe hele laterale overflade. Det giver mulighed for at overvåge storstilede kortikale aktivitet for primat kortikale neurovidenskab, herunder sensorisk, motor, højere kognitive og sociale domæner.
Protocol
Representative Results
Discussion
For vellykket implantation, bør dyr være forsynet med tilstrækkelig ernæring før og efter operation. Kort driftstid er også vigtigt at optimere dyrets opsving. Præparater skal være afsluttet mindst én dag før operationen. For at reducere driftstid, anbefales tidligere kraniotomi uddannelse med elektrode array indsættelse i afsluttede dyr til andre eksperimentelle formål. Tabel 1 viser et eksempel på tid kurset for denne protokol.
Vi ændrede anæstesi procedure o…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Yuri Shinomoto for dyrs pleje, uddannelse og vågen optagelser. ECoG arrays blev fremstillet af Cir-Tech (www.cir-tech.co.jp). Desuden vil vi gerne takke Editage (www.editage.jp) til Dansk sprog redigering. Dette arbejde blev støttet af Brain Mapping af integreret Neurotechnologies for sygdom undersøgelser (hjerne/sind), Japan Agency for medicinalforskning og udvikling (AMED) (JP18dm0207001), hjernen videnskab projekt for Center for roman Science initiativer ( CNSI), de nationale kontorer Natural Sciences (NINS) (BS291004, M.K.) og ved Japan samfundet til fremme af videnskab (JSP’ER) 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).
