Chronische Implantation des gesamten kortikalen Electrocorticographic Arrays in der Weißbüschelaffe
Summary
Wir haben eine ganze kortikale Electrocorticographic-Array für die Weißbüschelaffe entwickelt, die kontinuierlich fast die gesamte Mantelfläche des Kortex, aus dem okzipitalen Pol an die zeitlichen und frontal Pole abdeckt. Dieses Protokoll beschreibt eine chronische Implantationsverfahren des Arrays in den Epiduralraum des Gehirns Marmoset.
Abstract
Electrocorticography (ECoG) ermöglicht die Überwachung des elektrischen Feldes Potentiale aus der Großhirnrinde mit hoher räumlich-zeitliche Auflösung. Jüngste Entwicklung von dünnen und flexiblen ECoG-Elektroden hat Wärmeleitung stabile Aufnahmen von großen kortikale Aktivität ermöglicht. Wir haben eine ganze kortikalen ECoG-Array für die Weißbüschelaffe entwickelt. Das Array kontinuierlich deckt fast die gesamte Mantelfläche der kortikalen Hemisphäre aus dem okzipitalen Pol an die zeitlichen und frontal Pole, und es fängt ganz kortikale neuronale Aktivität auf einen Schlag. Dieses Protokoll beschreibt eine chronische Implantationsverfahren des Arrays in den Epiduralraum des Gehirns Marmoset. Krallenaffen haben zwei Vorteile bezüglich ECoG Aufnahmen, wobei die homologen Organisation der anatomischen Strukturen im Menschen und Makaken, einschließlich zeitliche frontalen und parietalen komplexe. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Marmoset Gehirn Lissencephalic und enthält eine große Anzahl von komplexen, die sind schwieriger zu Makaken mit ECoG, zugreifen, die das Gehirn Oberfläche ausgesetzt sind. Diese Features ermöglichen direkten Zugang zu den meisten kortikalen Gebieten unter der Oberfläche des Gehirns. Dieses System bietet die Möglichkeit, globale kortikale Informationsverarbeitung mit hohen Auflösungen zu einem Sub Millisekunde Bestellung rechtzeitig und Millimeter-Auftrag im Raum zu untersuchen.
Introduction
Kognition erfordert die Koordination der neuronalen Ensembles in weit verbreiteten Gehirnnetzwerke, besonders der Großhirnrinde, die ist gut ausgebaut, beim Menschen und glaubten an höheren kognitiven Verhaltensweisen zu beteiligen. Wie der Neocortex dieses kognitive Verhalten erreicht, ist jedoch ein ungelöstes Problem im Bereich Neurowissenschaften. Jüngste Entwicklung von dünnen, flexiblen Electrocorticographic (ECoG) Elektroden ermöglicht Wärmeleitung stabile Aufnahmen von großen kortikale Aktivität1. Fujii und Kollegen entwickelten eine ganze kortikalen ECoG-Array für Makaken-Affen-2,–3. Das Array kontinuierlich deckt fast die gesamte seitliche Kortex, vom okzipitalen Pol um die zeitliche und frontal Pole, und fängt ganz kortikale neuronale Aktivität auf einen Schlag. Wir haben dieses System zur Anwendung in der gemeinsamen Marmoset4,5, eine kleine, neue Welt Affe mit genetischen Manipulierbarkeit6,7weiterentwickelt. Dieses Tier hat mehrere Vorteile im Vergleich zu anderen Arten. Die visuelle, auditive, somatosensorische, motor, und frontalen kortikalen Bereiche dieser Art wurden bisher zugeordnet und berichtet, dass homologe Grundorganisation in Menschen und Makaken8,9, die gleichen Gebiete 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. ihre Gehirne sind glatt, und die meisten seitlichen kortikalen Bereiche an der Oberfläche der Hirnrinde, die schwieriger ist, Zugang mit ECoG in Makaken ausgesetzt sind. Die Marmoset eignet basierend auf diese Funktionen, sich für Electrocorticographic Studien. Darüber hinaus Krallenaffen soziale Verhaltensweisen und dienen als Modell für menschliche Sozialverhalten17Kandidaten vorgeschlagen wurden.
Dieses Protokoll beschreibt eine epidurale Implantationsverfahren ECoG-Arrays auf die gesamten Mantelfläche des Kortex in ein Weißbüschelaffe. Es bietet die Möglichkeit, großflächige kortikale Aktivität für kortikale Neurowissenschaften Primaten, einschließlich der sensorischen, motorischen, überwachen höheren kognitiven und sozialen Bereiche.
Protocol
Representative Results
Discussion
Für eine erfolgreiche Implantation sollte Tiere mit adäquater Ernährung vor und nach der Operation erfolgen. Kurzer Betriebszeit ist auch wichtig, das Tier Erholung zu optimieren. Die Vorbereitungen sollten mindestens einen Tag vor der Operation beendet werden. Um die Betriebszeit zu verringern, empfiehlt Kraniotomie Vorbildung mit Elektrode Array einfügen bei gekündigten Tieren für andere experimentelle Zwecke. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf für dieses Protokoll.
<p…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken für die Bereitstellung, Tierpflege, Training und wach-Aufnahmen Yuri Shinomoto. Das ECoG-Arrays wurden von Cir-Tech (www.cir-tech.co.jp) hergestellt. Darüber hinaus möchten wir Editage (www.editage.jp) für die englische Sprache Bearbeitung zu danken. Diese Arbeit wurde von der Brain Mapping durch integrierte Neurotechnologien für Krankheit Studien (Gehirn/Geist), der Japan-Agentur für medizinische Forschung und Entwicklung (AMED) (JP18dm0207001), Gehirn-Science-Projekt des Zentrums für Roman Science Initiativen (unterstützt. CNSI), National Institute of Natural Sciences (NINS) (BS291004, m.k.) und von der Japan Society for the Promotion of Science (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).
