Kronisk implantering av hele-kortikale Electrocorticographic matrise i den vanlige Marmoset
Summary
Vi har utviklet en hel-kortikale electrocorticographic matrise for den vanlige marmoset som kontinuerlig dekker nesten hele laterale overflaten av cortex, fra occipital pole timelige og frontal polakker. Denne protokollen beskriver en kronisk implantasjon fremgangsmåte for tabellen i epidural plass i marmoset hjernen.
Abstract
Electrocorticography (ECoG) lar overvåking av elektriske feltet potensialer fra hjernebarken med høy spatiotemporal oppløsning. Siste utviklingen av tynt, fleksibelt ECoG elektroder har aktivert gjennomføring av stabil opptak av storskala kortikale aktivitet. Vi har utviklet en hel-kortikale ECoG matrise for den vanlige marmoset. Matrisen dekker kontinuerlig nesten hele laterale overflaten av kortikale halvkule, fra occipital pole timelige og frontal polakker, og den fanger opp hele-kortikale nevrale aktivitet i ett skudd. Denne protokollen beskriver en kronisk implantasjon fremgangsmåte for tabellen i epidural plass i marmoset hjernen. Silkeaper har to fordeler om ECoG innspillinger, en homologe organiseringen av anatomiske strukturer hos mennesker og aper, inkludert frontal parietal og tidsmessige komplekser. Den andre fordelen er at marmoset hjernen er lissencephalic og inneholder et stort antall komplekser, som er vanskelige å adgang i aper med ECoG, som er utsatt for hjernen overflaten. Disse funksjonene gir direkte tilgang til de fleste kortikale områder under overflaten av hjernen. Dette systemet gir en mulighet til å undersøke globale kortikale informasjonsbehandling med høy oppløsning sub millisekund rekkefølgen tid og millimeter rekkefølgen plass.
Introduction
Kognisjon krever koordinering av nevrale ensembler over utbredt hjernen nettverk, spesielt neocortex som er godt utviklet hos mennesker og antatt for å være involvert i høyere Kognitiv atferd. Men er hvordan neocortex oppnår dette kognitive et uløst problem i feltet nevrovitenskap. Siste utviklingen av tynt, fleksibelt electrocorticographic (ECoG) elektroder kan gjennomføring av stabil opptak fra store kortikale aktivitet1. Fujii og kolleger har utviklet en hel-kortikale ECoG matrise for macaque apekatter2,3. Matrisen kontinuerlig dekker nesten hele laterale cortex, occipital Pole til timelige og frontal polene, og fanger hele-kortikale nevrale aktivitet i ett skudd. Videre har vi utviklet dette systemet for programmet i vanlige marmoset4,5, en liten, nye-verden ape med genetisk manipulability6,7. Dette dyret har flere fordeler sammenlignet med andre arter. Visuell, auditiv, somatosensory, motor, og frontal kortikale områder av denne arten er tidligere kartlagt og rapportert grunnleggende homologe organisasjon på samme områder i mennesker og aper8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. hjernen er glatt, og mest lateral kortikale områder er utsatt på overflaten av cortex, som er vanskeligere å adgang med ECoG i aper. Basert på disse funksjonene, er marmoset egnet for electrocorticographic studier. Videre silkeaper exhibit atferd og foreslått som en kandidat modell av menneskelig atferd17.
Denne protokollen beskriver en epidural implantasjon prosedyre av ECoG array på hele laterale overflaten av cortex i en felles marmoset. Det gir en mulighet til å overvåke store kortikale aktivitet for primas kortikale nevrovitenskap, inkludert sensoriske, motor, høyere kognitive og sosiale domener.
Protocol
Representative Results
Discussion
For vellykkede implantasjon, bør dyr være utstyrt med tilstrekkelig ernæring før og etter operasjonen. Kort Driftstid er også viktig å optimalisere dyrets utvinningen. Forberedelser skal være ferdig minst en dag før operasjonen. For å redusere driftstid, anbefales tidligere craniotomy trening med elektroden matrise innsetting i avsluttede dyr for andre eksperimentelle formål. Tabell 1 viser et eksempel på time course for denne protokollen.
Vi endret bedøvelse pros…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Yuri Shinomoto for å gi dyr omsorg opplæring og våken innspillinger. ECoG-matriser ble produsert av Cir-Tech (www.cir-tech.co.jp). Videre vil vi gjerne takke Editage (www.editage.jp) for engelsk redigering. Dette arbeidet ble støttet av hjerne kartlegging av integrert Neurotechnologies for sykdom studier (hjernen/sinn), Japan byrået for medisinsk forskning og utvikling (AMED) (JP18dm0207001), hjernen vitenskap prosjektet av Center for roman Science initiativer ( CNSI), de nasjonale instituttene naturvitenskap (NINS) (BS291004, MK), og av Japan Society for fremme av vitenskap (JSPER) KAKENHI (JP17H06034, MK).
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 |
Riferimenti
- 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).
