Kronisk Implantation av hela-kortikala Electrocorticographic matris i Marmosettapa
Summary
Vi har utvecklat en hela-kortikala electrocorticographic matris för den Marmosettapa som kontinuerligt täcker nästan hela laterala ytan av cortex, från occipital pole till den temporal och frontal polacker. Detta protokoll beskrivs hur kronisk implantation av matrisen i epiduralrummet Goeldisapa hjärnans.
Abstract
Electrocorticography (ECoG) tillåter övervakning av elektriskt fält potentialer från hjärnbarken spatiotemporal med hög upplösning. Senaste utvecklingen av tunn, flexibel ECoG elektroder har aktiverat överledning av stabil inspelningar av storskaliga kortikal aktivitet. Vi har utvecklat en hela-kortikala ECoG-matris för Marmosettapa. Matrisen täcker kontinuerligt nästan hela laterala ytan av kortikala halvklotet, från occipital pole till den temporal och frontal polacker, och det fångar hela-kortikala neural aktivitet i ett skott. Detta protokoll beskrivs hur kronisk implantation av matrisen i epiduralrummet Goeldisapa hjärnans. Silkesapor har två fördelar angående ECoG inspelningar, ena är homologa organisationen av anatomiska strukturer hos människor och makaker, inklusive frontal, parietala och temporala komplex. Den andra fördelen är att Goeldisapa hjärnan är lissencephalic och innehåller ett stort antal komplex, som är svårare att komma åt i makaker med ECoG, som utsätts för hjärnan ytan. Dessa funktioner kan direkt tillgång till de flesta kortikala områden under ytan av hjärnan. Detta system ger en möjlighet att undersöka globala kortikala informationsbehandling med hög upplösning på en sub millisekund i tid och millimeter orderraden i rymden.
Introduction
Kognition kräver samordning av neurala ensembler över utbredda hjärnans nätverk, särskilt hjärnbarken som är väl utvecklat hos människor och tros vara inblandade i högre kognitiva beteenden. Men är hur neocortex uppnår detta kognitiv beteende ett olöst problem i fältet neurovetenskap. Senaste utvecklingen av tunn, flexibel electrocorticographic (ECoG) elektroder gör överledning av stabil inspelningar från storskaliga kortikal aktivitet1. Fujii och kollegor har utvecklat en hela-kortikala ECoG-matris för Makaker apor2,3. Matrisen kontinuerligt täcker nästan hela laterala cortex, från occipital Polen till temporal och frontal polackerna, och fångar hela-kortikala neural aktivitet i ett skott. Vi har vidareutvecklat detta system för tillämpning i den vanliga Goeldisapa4,5, en liten, nya-världen apa med genetiska manipulability6,7. Detta djur har flera fördelar jämfört med andra arter. Den visuella, auditiva, somatosensoriska, motor, och frontala kortikala områden av denna art har tidigare kartlagt och rapporteras ha grundläggande homologa organisation till samma områden i människor och makaker8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. deras hjärnor är släta och mest laterala kortikala områden utsätts för ytan av cortex, som är svårare att komma åt med ECoG i makaker. Baserat på dessa funktioner, är Goeldisapa lämplig för electrocorticographic studier. Dessutom silkesapor uppvisar sociala beteenden och har föreslagits som en kandidat modell av människans sociala beteenden17.
Det här protokollet beskriver en epidural implantation tillvägagångssättet av ECoG matrisen på hela laterala ytan av cortex i en Marmosettapa. Det ger en möjlighet att övervaka storskaliga kortikal aktivitet för primate kortikala neurovetenskap, inklusive sensoriska, motoriska, högre kognitiva och sociala domäner.
Protocol
Representative Results
Discussion
För lyckad implantation förses djur med tillräcklig näring före och efter operation. Kort drifttid är också viktigt att optimera djurets återhämtning. Preparat bör vara klar minst en dag innan operation. För att minska drifttiden, rekommenderas tidigare kraniotomi utbildning med elektrod array införande i avslutade djur för andra experimentella syften. Tabell 1 visar ett exempel på tidsförloppet för detta protokoll.
Vi ändrade anestesi förfarande och postope…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Yuri Shinomoto för att ge djurens vård, utbildning och vaken inspelningar. De ECoG arrayer tillverkades av Cir-Tech (www.cir-tech.co.jp). Dessutom vill vi tacka Editage (www.editage.jp) för engelska språket redigering. Detta arbete stöds av den Brain Mapping av integrerade Neurotechnologies för sjukdom studier (hjärnan/sinnen), Japan byrån för medicinsk forskning och utveckling (AMED) (JP18dm0207001), Brain Science projektet för centrum för romanen vetenskap initiativ ( CNSI), de nationella instituten för naturvetenskap (NINS) (BS291004, M.K.), och genom Japan Society för främjande av vetenskap (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).
