Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

כדי לחקור את האבולוציה של השפה, חשוב להשוות מנגנונים מוחיים בבני אדם לאלה של פרימטים לא אנושיים. פיתחנו שיטה למדידה לא פולשנית של אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) של חיות ערות. זה מאפשר לנו להשוות ישירות נתוני EEG בין בני אדם לבעלי חיים לטווח ארוך מבלי לפגוע בהם.

Abstract

תקשורת קולית ממלאת תפקיד מכריע באינטראקציות החברתיות של פרימטים, במיוחד בהישרדות ובארגון חברתי. בני האדם פיתחו אסטרטגיית תקשורת קולית ייחודית ומתקדמת בצורת שפה. כדי לחקור את האבולוציה של השפה האנושית, יש צורך לחקור את המנגנונים העצביים העומדים בבסיס עיבוד הקול בבני אדם, כמו גם להבין כיצד מנגנוני המוח התפתחו על-ידי השוואתם לאלה של פרימטים לא אנושיים. כאן פיתחנו שיטה למדידה לא פולשנית של אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) של פרימטים לא אנושיים ערים. שיטת הקלטה זו מאפשרת מחקרים ארוכי טווח מבלי לפגוע בבעלי החיים, וחשוב מכך, מאפשרת לנו להשוות ישירות נתוני EEG של פרימטים לא אנושיים עם נתונים אנושיים, ולספק תובנות על האבולוציה של השפה האנושית. במחקר הנוכחי השתמשנו בשיטת רישום EEG בקרקפת כדי לחקור פעילות מוחית בתגובה לקולות ספציפיים למין במרמוסטים. מחקר זה מספק תובנות חדשות על ידי שימוש ב- EEG בקרקפת כדי ללכוד ייצוגים עצביים נפוצים במרמוסטים במהלך תפיסה קולית, ולמלא פערים בידע קיים.

Introduction

פרימטים משתמשים בקולות ספציפיים למין כדי להעביר מידע חשוב מבחינה ביולוגית, כגון מצבו הרגשי של המתקשר או כוונתו לשמור על קשרים חברתיים, נוכחותם של טורפים או מצבים מסוכנים אחרים. חקירת המנגנונים העצביים העומדים בבסיס תפיסת הקול אצל פרימטים לא-אנושיים עתירי קול עשויה לספק לנו רמזים קריטיים להבנה טובה יותר של המקורות האבולוציוניים של השפה האנושית.

מרמוסטים נפוצים הם פרימטים קטנים שמקורם בדרום אמריקה. בשנים האחרונות, מרמוסטים משמשים יותר ויותר כחיות מודל, לצד קופי מקוק, בגלל הפרודוקטיביות הגבוהה שלהם, קלות השימוש בשל גודלם הקטן, ופיתוח טכניקות טרנסגניות שימושיות 1,2,3. בנוסף לתועלתם כמודלים למחלות, תקשורת קולית עשירה בתוך קבוצות היא מאפיין ייחודי נוסף של מין זה 4,5,6,7. מרמוסטים מחליפים באופן שגרתי אותות קוליים כדי לתקשר עם פרטים בלתי נראים ביער. על-ידי בחינת הפעילות המוחית המעורבת בתפיסה קולית ובהפקה של מרמוסטים, אנו יכולים לקבוע כיצד הם מעבדים את המידע השמיעתי שלהם עצמם או קריאות ספציפיות במוח, ולזהות אילו מעגלים עצביים מעורבים. מחקרים קודמים הדגימו פעילות עצבית בקליפת המוח השמיעתית הראשונית 8,9,10,11,12 ובקליפת המוח הקדמית 13,14 המעורבת בהפקת קול במרמוסטים. יתר על כן, תגובות עצביות מעוררות ומודחקות אלה היו מווסתות על ידי אינטראקציות שמיעתיות-קוליות בקליפת המוח השמיעתית הראשונית 8,10. מחקרים אלה סיפקו נתוני פעילות עצבית מפורטים ברמת תא העצב הבודד באמצעות שיטות רישום פולשניות. מחקרים רבים בחנו עוד יותר את הפעילות העצבית המעורבת בהפקת קול מרמוסט; עם זאת, התפיסה הקולית נותרה מובנת היטב15,16.

מספר מחקרי דימות מוח לא פולשניים הבהירו את המנגנונים העצביים של עיבוד קול במרמוסטים 17,18,19; הרזולוציה המרחבית הגבוהה שלהם מהווה יתרון, עם זאת, שמירה על בעלי חיים במצב ער במהלך סריקה דורשת טכניקות מתקדמות. עם זאת, לאחרונה, Jafari et al. זיהו אזורים פרונטו-טמפורליים המעורבים בתפיסה קולית במרמוסטים ערים באמצעות דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI)19. כמעט כל הניסויים להבהרת תפקודי המוח המעורבים בתפיסה קולית ובייצור קול בבני אדם נערכו בשיטות לא פולשניות, כגון אלקטרואנצפלוגרפיה של הקרקפת (EEG), מגנטואנצפלוגרפיה (MEG)20,21 ו-fMRI 22,23,24. מחקרים רבים בבני אדם חקרו פעילות מוחית הקשורה לתפיסה קולית באמצעות EEG. רוב המחקרים הללו התמקדו במידע רגשי 25,26,27 ובניכור של מילים רגשיות 28, כאשר התוצאות חשפו שינויים בפוטנציאלים הקשורים לאירועים במהלך תפיסה קולית29. אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECoG) ורישומי נוירון יחיד באמצעות אלקטרודות המושתלות תוך גולגולתית בבני אדם נערכו רק במספר מצומצם של ניסויים בחולים שעברו טיפול נוירוכירורגי30,31.

נקודת מבט אבולוציונית המשווה בין בני אדם לקופים חשובה להבנת המנגנונים העצביים הייחודיים העומדים בבסיס התפיסה והייצור הקוליים שהתפתחו אצל בני אדם. כדי להשוות ישירות את המנגנונים העצביים המעורבים בתפיסת דיבור ובקול אצל פרימטים לא אנושיים עתירי קול, כמו המרמוסט, עם בני אדם, חשוב להשוות נתונים בין שני המינים באותה שיטה. MRI תפקודי מאפשר הדמיה של המוח כולו ובעל רזולוציה מרחבית גבוהה. יש לו את היתרון של הקלטת פעילות בניצב לגולגולת או באזורים עמוקים שקשה להקליט עם EEG או MEG. עם זאת, מכשיר ה- MRI יקר להתקנה ותחזוקה, וישנן מגבלות רבות על הגירויים שניתן להציג בשל אופי המכשיר. לשם השוואה, EEG, פוטנציאלים הקשורים לאירועים (ERP) ו-MEG הם בעלי רזולוציה טמפורלית גבוהה, מה שהופך אותם לשימושיים לניתוח עיבוד קולי של סדרות זמן. בפרט, EEG יש את היתרונות של ניידות גבוהה ואת היכולת לשמש במגוון של הגדרות ניסיוניות, עלות נמוכה יחסית, ואת הדרישה רק מפעיל אחד.

מכיוון שכמות גדולה של נתוני EEG כבר הושגה בבני אדם, שיטות מדידת EEG המשתמשות בפרדיגמות לא פולשניות נדרשות עבור פרימטים שאינם אנושיים. קבוצת המחקר שלנו פיתחה שיטת רישום EEG ייחודית ולא פולשנית באמצעות צינורות32 עבור קופי מקוק ומרמוסטים. כאן, אנו מדווחים על מספר ממצאים חדשים בנוגע לעיבוד שמיעתי בפרימטים לא אנושיים 33,34,35,36,37. כדי לאפיין את פעילות המוח בתגובה לקולות ספציפיים למין במרמוסטים, בנינו מערכת ניסיונית לרישום לא פולשני של פעילות מוחית באמצעות אלקטרודות הממוקמות על הקרקפת. במחקר זה אנו מתארים את שיטת מדידת EEG עבור מרמוסטים.

Protocol

כל הניסויים אושרו על ידי הוועדה לניסויים בבעלי חיים של EHUB (מס' 2022-003, 2023-104) ונערכו בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בפרימטים במעבדה שפורסם על ידי EHUB. תשעה מרמוסטים נפוצים (Callithrix jacchus, שישה זכרים ושלוש נקבות, בני 2-12, במשקל 330-490 גרם) שימשו לניסוי.

1. בעלי חיים

  1. אכסנו את המרמוסטים בכלובים בודדים המצוידים בתיבות קינון, מוטות עץ ומתקני העשרה אחרים.
  2. שמרו על החדרים תחת מחזור אור-חושך של 12 שעות, עם טמפרטורה ולחות שנשמרות ב-28 ± 2 מעלות צלזיוס ו-40 ± 20%, בהתאמה.
  3. להאכיל את החיות 14 גרם של כדורי קוף העולם החדש פעמיים ביום, בתוספת מזון כגון מסטיק ערבי ותולעי ארוחה. לספק מים עד ליביטום.
  4. בצע את כל הניסויים בתיבה מוחלשת קול בחדר ניסויים.

2. ציוד (איור 1B וטבלת חומרים)

  1. השתמש אלקטרודות כסף 4 מ"מ. ציפוי AgCl על משטח האלקטרודה מונע קיטוב ומבטיח רישום יציב.
  2. השתמש במגבר כדי להקליט את אותות ה- EEG. מסנן פסים (0.016-250 הרץ) ודגום את הנתונים ב- 1,000 הרץ.
  3. חבר תיבת קלט אלקטרודה בת 64 ערוצים למגבר, והצב אותה לפני הנושא.
  4. הניחו את הרמקול במרחק של 30 ס"מ מראש המרמוסט ושלטו בעוצמת הצליל ב-65-75 dB, כפי שנמדדה בתנוחת האוזן. העבירו את הגירויים השמיעתיים באמצעות רמקול זה.
  5. הניחו את המצלמה מול המצולם כדי לעקוב אחר מצבו במהלך הקלטת ה-EEG.
  6. כיסא הפרימטים בנוי מלוחות אקריליים ועמודי שרף סינתטיים. לצורך הניסויים, בקשו מהחוקר להחזיק את בעלי החיים כשהם יושבים על לוחית הרגל; בשלב זה, הכניסו צוואר והדקו אותו ללוח הצוואר, והכניסו והדקו את פיסת המותניים לפאנל המותניים. ודא שכל הגוף של כל מרמוסט מאובטח באופן רופף.

3. הרדמה

  1. מרדימים את בעלי החיים בהזרקה תוך שרירית של אלפקסאלון (6-8 מ"ג/ק"ג) ואטרופין (0.05 מ"ג/ק"ג). פרוטוקול זה מאפשר לשמור על ההרדמה למשך כ-20 דקות. מתן מנות נוספות של alfaxalone כדי להאריך את משך ההרדמה אם ההליך ארוך יותר. כמו כן לתת חומרים אנטימטיים (Maropitant 1 מ"ג / ק"ג, הזרקה תת עורית) מראש כדי להתמודד עם בחילות, שהיא תופעת לוואי של alfaxalone.
    הערה: מרמוסטים חייבים להיות תחת הזרקה או הרדמה באינהלציה במהלך ההליכים ויש לאפשר להם להתאושש מיד לאחר גילוח השיער.
  2. יש לנטר את הרכיבים החיוניים באמצעות מד דופק אוקסימטר ולתת תערובת חמצן-אוויר (O2 0.5 ליטר/דקה, אוויר 0.5 ליטר/דקה) במידת הצורך.
  3. לשמור על טמפרטורת החדר מעל 27 °C, ולעטוף מטלית חימום סביב הגוף של מרמוסט כדי למנוע היפותרמיה.

4. הסרת שיער

  1. מגלחים את כל הראש (כולל מאחורי האוריקולריה) עם מכונת גילוח חשמלית.
  2. יש למרוח קרם להסרת שיער על עור רגיש. נגבו את הקרם עם גזה רטובה לאחר 5 דקות.

5. הכנת מסכה

  1. הכינו מראש מסכה תרמופלסטית שתתאים לגודל כיסא הקוף. באופן ספציפי, קדח את החלק של הגב הבולט מהאורך האנכי של הכיסא עם ארבעה חורי בורג כך שניתן יהיה לקבע אותו לצלחת הצוואר של הכיסא.
    הערה: מסכות תרמופלסטיות בטוחות וניתן להשתמש בהן כדי לשתק את הראש במהלך טיפול קרינתי בחולים. השתמשנו במסכה קטנה המיועדת לילדים וגזרנו אותה כך שתתאים לגודל המרמוסטים. מסכה זו מתרככת כאשר היא מונחת במים חמים בטמפרטורה של 75°C ומתקשה ככל שהטמפרטורה יורדת כאשר מוציאים אותה מהמים.
  2. לצורך הניסויים, הניחו את החיות על כיסא פרימטים. תמכו בבעל החיים המורדם באמצעות צלחות צוואר ומותניים והצמידו את בעל החיים ואת הצלחות הללו לכיסא.
  3. חממו את המסכה במים חמים ולאחר מכן עצבו אותה כך שתתאים לראש המרמוסט. לאחר הסרת המסכה מהמים החמים, המתינו עד שהטמפרטורה תרד (בערך בטווח של 50 מעלות צלזיוס) כדי למנוע כוויות, ולאחר מכן הניחו אותה על ראשו של הנבדק כדי לעצב את המסכה.
  4. לאחר קירור והתקשות, נתקו את המסכה מהחיה וחתכו את החלק העליון של חלקי הראש והאוזן של המסכה כדי לחשוף את האזור להגדרת האלקטרודות.
    הערה: לאחר יצירת מסכה זו, ניתן היה להשתמש בה על אנשים אחרים.

6. התאמת כיסא ומסכה (30 דקות ליום למשך 3 ימים)

  1. הרגילו את בעל החיים לכיסא בתנאי ערות על ידי הנחתו על כיסא ותגמלו אותו למשך כ-30 דקות. חזור על הליך זה במשך 3 ימים.
  2. להרגיל את החיה קיבוע ראש באמצעות המסכה במשך 2 ימים.
    הערה: תהליך הסתגלות זה הותאם אישית למצבו של האדם. לאחר ההסתגלות, בעלי החיים עשויים להתנגד באופן זמני במהלך לכידה והגדרת מסכת ראש, אך ברגע שהם יושבים בכיסא וראשם קבוע, הם נעשים רגועים.
  3. במהלך הסתגלות הכיסא, העריכו את הפרמטרים ההתנהגותיים הבאים: i) פליטת רעשים חרדים או מדאיגים, ii) דחייה של הפרס המוצע, ו-iii) תנועות אלימות. אם אחת מההתנהגויות הללו נצפית, סיים את הפגישה לאותו יום, ומאפשר למרמוסט להסתגל בהדרגה לסביבת הניסוי.

7. הקלטת EEG (שעתיים ביום)

  1. הכנת הנושא
    1. מחברים כלוב העברה לחלון קטן בכלוב הביתי ומעבירים את המרמוסט מכלוב הבית לכלוב ההעברה, בדרך כלל בפני עצמו. מכסים את כלוב הנשיאה בבד ומעבירים אותו לחדר הניסויים.
    2. קיבוע ראש
      1. לכדו את המרמוסט באמצעות כפפות מגן והניחו אותו על הכיסא המיוחד.
      2. מניחים את המסכה המוכנה על ראש המרמוסט. העבירו את גוף הבורג המחובר לכיסא דרך החור במסכה וקבעו אותו באמצעות ברגי אגודל.
      3. הדקו את הראש ומסכו קלות עם רצועה ממש מתחת לאף.
        הערה: ראשו של הנבדק לא היה צריך להיות קבוע לחלוטין כל עוד האלקטרודות לא הוסרו על ידי תנועה. לכן, השתמשנו באותה מסכה בכל הנבדקים.
    3. הגדרת מיקום האלקטרודות
      1. השתמש באף, באיניון ובתנוכי האוזן כציוני דרך אנטומיים כדי לקבוע את מיקום האלקטרודות על פי שיטת International 10-20 32,33,34,35,36,37. מדוד את המרחק בין האף לאינון בקו האמצע בעזרת סרט מדידה. הגדר את המיקום של Cz באמצע המרחק. מקם את האלקטרודות האחרות (Fz, Pz, Oz, F3 או F4) עם 20% מאורך האיניון-ניון כמרווח האלקטרודות. סמן את מיקומי האלקטרודות על הקרקפת באמצעות דרמטוגרף על בסיס שמן.
    4. הכנת העור
      1. שפשפו את האזור המסומן במקלון צמר גפן דק טבול באלכוהול להסרת לכלוך וחלב מהקרקפת.
  2. הגדרות אלקטרודה
    הערה: בצע את שלבים 7.2.1-7.2.3 בכל מיקומי האלקטרודות כדי למקם אלקטרודות ב- Fz, Cz, C3, C4, Pz, A1, A2 ו- F3 (או F4).
    1. בעזרת חותך צינורות, חותכים חתיכת צינור סיליקון בקוטר פנימי של 4 מ"מ וקוטר חיצוני של 7 מ"מ לאורך של כ-20 מ"מ.
    2. יש למרוח דבק על שולי הצינור החתוך ולהדביק אותו לקרקפת.
    3. מלא את החלק הפנימי של הצינור בג'ל EEG באמצעות מזרק ומחט מזרק לא מחודדת.
    4. חברו את אלקטרודת הייחוס ל-Pz ואת אלקטרודות הארקה ל-F3 או F4 (איור 1C).
    5. הכנס אלקטרודות לצינור וחבר את כבל האלקטרודה לתיבת הקלט.
    6. הפעל את היישום להקלטות EEG למדידת עכבת האלקטרודות, והתאם את הפרמטרים כדי להבטיח שכל האלקטרודות יהיו מתחת ל- 5 kΩ.
    7. צרור את כבלי האלקטרודות כדי להפחית רעש.
  3. תן תגמולים במהלך הליך אימוביליזציה של הראש ובין הפעלות משימה על ידי מתן ידני של 1-3 מ"ל של התגמול הנוזלי (מסטיק או תזונה) באמצעות מזרק.
  4. ציין את הקובץ שיישמר בתוכנת ההקלטה EEG ולחץ על התחל להקליט לחצן. הפעל את הסקריפט עבור מצגת גירוי מיד לאחר הפעלת הקלטת EEG. לחץ על לחצן העצירה בהקלטת EEG כאשר ביצוע סקריפט מצגת הגירוי הושלם כדי לסיים את כל ההקלטות. לאחר השלמת ההקלטה, הסר את האלקטרודות ואת מסיכת הראש.
  5. לכדו את בעלי החיים והחזירו אותם לכלובי הנשיאה שלהם. השאירו את הצינורות על הקרקפת; כל הצינורות נפלו באופן טבעי תוך יום אחד בערך.
    הערה: בתקופות המוקדמות השתמשנו באצטון כדי להמיס את דבק הדבק ולהסיר את הצינור לאחר מפגשי ההקלטה; עם זאת, היו מקרים של פגיעה בעור; לכן, לאחר מכן החזרנו את בעלי החיים לכלובי הבית שלהם מבלי להוציא את הצינור. בעשרות הניסויים שערכנו עד כה, המרמוסטים לא הראו כל עניין בצינורות שהוסרו, ומעולם לא התרחשה בליעה מקרית.
  6. גירוי
    1. הקלט שיחות טבעיות, פשוטות ומורכבות בחדר השבוי או הניסוי ממרמוסטים שאינם משמשים בהקלטות EEG עוקבות. חלץ שלוש קריאות פשוטות ומורכבות ספציפיות למין (Phee, Tsik-Ek ו- Tsik-String5 ) מהקבצים המוקלטים.
    2. בנוסף לגירויי השיחה, צור רעש לבן באמצעות פונקציה בתוכנת התכנות והשתמש בה כגירוי.
    3. כדי לעקוב אחר פרוטוקול זה, השתמש בשלושה קבצי שמיעה (16 סיביות, 48 קילוהרץ) של קריאות מרמוסט בניסוי. שלוט במשימה באמצעות קובץ Script מותאם אישית.
      הערה: כל בלוק מכיל 50 קריאות לכל גירוי, ובסך הכל 200 שיחות. כל קטע הקלטה יימשך כ-10 דקות. כל משתתף חייב לבצע שני בלוקים. מרווח השיחות הוא 3 שניות. מבין ארבעת קבצי גירוי השמע (ראה קובץ משלים 1), גירוי קריאת Phee היה באורך של כ-2 שניות, בעוד ששלושת האחרים היו באורך של כ-1 שניות. הסיבה לכך היא שקריאת פי אחת היא עדיין קריאה ארוכת טווח (איור 1D).
    4. בכל קובץ גירוי צליל, הערוץ הימני מכיל את קריאת המרמוסט או נתוני הרעש, והערוץ השמאלי מכיל את אות ההדק לתחילת הגירוי. שלח אות טריגר זה למערכת הקלטת EEG באמצעות מכשיר סנכרון והקלט אותו כזמן אירוע.

8. ניתוח נתונים

הערה: הקוד המקורי שנכתב בתוכנת התכנות ובארגז הכלים שימש לעיבוד מאוחר של נתוני EEG, כמפורט להלן (קובץ משלים 2)37.

  1. עיבוד מקדים
    1. הפניה חוזרת להפניה לאוזן המקושרת.
    2. מסנן במעבר גבוה ב- 2 הרץ.
    3. תקופה מ- 100 אלפיות השנייה לפני עד 1000 מילישניות לאחר תחילת הגירוי.
    4. תיקון בסיסי לממוצע של תקופת הגירוי של 100 אלפיות השנייה. דחה ממצאים באמצעות קריטריון של ±150 μV.
  2. תכנון פוטנציאל הקשור לאירועים (ERP)
    1. ממוצע כל נתוני הניסיון עבור כל נושא.
    2. קבל צורות גל בעלות ממוצע קבוצתי על-ידי ממוצע כל הנושאים.
    3. כדי להשוות את ממוצע ה- ERP בין סוגי שיחות וגירויי רעש, החל ניתוח חד-כיווני של שונות (ANOVA) עם גירויים כגורם בין הנבדקים בתגובת Cz.
    4. החל ניתוח השוואה מרובה פוסט הוק עם השיטה של Tukey.
  3. התוויית הפרעה ספקטרלית הקשורה לאירועים (ERSP)
    1. חשב את ה- ERSP כדי להמחיש את השינוי הממוצע הקשור לאירוע בעוצמה ספקטרלית לאורך זמן בטווח תדרים רחב באמצעות משוואה (1). Fk (f,t) הוא האומדן הספקטרלי של משפט k בתדירות f ובזמן t:
      figure-protocol-10041(1)
    2. החל פירוק זמן-תדר על הפעילויות באמצעות התמרות גל סינוסואידליות, עם שלושה מחזורי אורך בתדר הנמוך ביותר (10 הרץ), עלייה ליניארית עם תדר עד 32 מחזורים בתדר הגבוה ביותר (120 הרץ).
    3. הגדר את התגובות הראשוניות והחולפות בתקופה של 150 מילישניות לאחר תחילת הגירוי ב-2-30 הרץ, ואת התגובות המתמשכות בתקופה של 800 מילישניות בין 151 ל-950 מילישניות לאחר תחילת הגירוי ב-40-100 שעות.
    4. כדי לבדוק את ההבדלים בתגובות הראשוניות והמתמשכות ב- Fz וב- Cz בין גילאי הנושא וסוגי השיחות, בצע ANOVA דו-כיווני תוך שימוש בסוג שיחה כגורם בתוך הנושא ובגילאים כגורם בין נושאים.

תוצאות

ראשית, שרטטנו את הפוטנציאלים הממוצעים הקשורים לאירועים (ERPs) עבור כל גירוי שמיעתי במרמוסטים (איור 2). הפוטנציאל השמיעתי המעורר (AEP) היה בולט בתנאי הרעש , ושיקף את ההתחלה הברורה של הגירויים (ראו איור 1D). כדי להשוות את ממוצע מערכות ה-ERP בין סוגי שיחות לגירויי ר...

Discussion

נקודות לציון לגבי הרדמה
הן קטמין והן מתן קסילזין נוסו, ובעוד אלה משככי כאבים ולכן מתאימים למשימות כואבות ארוכות, מרמוסטים נוטים לחוות ירידה ברמות החמצן בדם ללא שאיפת חמצן44. בקיצור, alfaxalon הוא כנראה המתאים ביותר עבור משימות ללא כאב כגון גילוח או הכנת מסכה. בנוסף, עבור ?...

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי פרויקט Hakubi של אוניברסיטת קיוטו, Grant-in-Aid for Challenge Research (Pioneering) (No.22K18644), Grant-in-Aid for Scientific Research (C) (No. 22K12745), Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (No. 21H02851) ו-Grant-in-Aid for Scientific Research (A) (No. 19H01039). ברצוננו להודות ל-Editage (www.editage.jp) על העריכה בשפה האנגלית.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AlfaxaloneMeiji Animal HealthAlfaxan
AmplifierBrain ProductsBrainAmp
AtropineFuso Pharmaceutical IndustriesAtropine Sulfate Injection
Audio editorAdobeAdobe Audition
Data processing softwareMathWorksMATLABversion R2023a
Data processing toolboxUniversity of California-SanDiegoEEGLAB
Data processing toolboxUniversity of California-DavisERPLAB
Electric shaverPanasonicER803PPA
ElectrodeUnique MedicalUL-3010AgCl coated (custom)
Electrode gelNeurospec AGV16 SuperVisc
Electrode input boxBrain ProductsEIB64-DUO64ch
Glue3MScotch 7005S
Hair removering creamKracieepilat for sensitive skin
IsofluraneBussan Animal Healthds isoflurane
Liquid gumSan-ei Yakuhin BoekiArabic Call SSGum arabic+water
Liquid nutritionNestlé Health Science CompanyIsocal 1.0 JuniorPolymeric formula
MaropitantZoetis Cerenia injectable solution
Monitor CameraIntelRealSense LiDAR Camera L515
Monkey pelletsOriental YeastSPS
Primate chairNatsume SeisakushoOrder made
Pulse oximetersCovidentNellcorPM10N
Skin prepping pasta Mammendorfer Institut für Physik und MedizinNeuPrep
Slicon tubeAsONEΦ4 x 7mm
SpeakerFostexPM0.3
Synchronization deviceBrain VisionStimTrak
Thermoplastic maskCIVCOMTAPU Type Uniframe Thermoplastic Mask 2.4mm

References

  1. Miller, C. T., et al. Marmosets: A neuroscientific model of human social behavior. Neuron. 90 (2), 219-233 (2016).
  2. Okano, H., Hikishima, K., Iriki, A., Sasaki, E. The common marmoset as a novel animal model system for biomedical and neuroscience research applications. Semin Fetal Neonatal Med. 17 (6), 336-340 (2012).
  3. t'Hart, B. A., Abbott, D. H., Nakamura, K., Fuchs, E. The marmoset monkey: a multi-purpose preclinical and translational model of human biology and disease. Drug Discov Today. 17 (21-22), 1160-1165 (2012).
  4. Bezerra, B. M., Souto, A. Structure and usage of the vocal repertoire of Callithrix jacchus. Int J Primatol. 29 (3), 671-701 (2008).
  5. Agamaite, J. A., Chang, C. J., Osmanski, M. S., Wang, X. A quantitative acoustic analysis of the vocal repertoire of the common marmoset (Callithrix jacchus). J Acoust Soc Am. 138 (5), 2906-2928 (2015).
  6. Pistorio, A. L., Vintch, B., Wang, X. Acoustic analysis of vocal development in a New World primate, the common marmoset (Callithrix jacchus). J Acoust Soc Am. 120 (3), 1655-1670 (2006).
  7. Grijseels, D. M., Prendergast, B. J., Gorman, J. C., Miller, C. T. The neurobiology of vocal communication in marmosets. Ann N. Y. Acad Sci. 1528 (1), 13-28 (2023).
  8. Eliades, S. J., Wang, X. Neural substrates of vocalization feedback monitoring in primate auditory cortex. Nature. 453 (7198), 1102-1106 (2008).
  9. Eliades, S. J., Wang, X. Comparison of auditory-vocal interactions across multiple types of vocalizations in marmoset auditory cortex. J Neurophysiol. 109 (6), 1638-1657 (2013).
  10. Eliades, S. J., Wang, X. Contributions of sensory tuning to auditory-vocal interactions in marmoset auditory cortex. Hear Res. 348, 98-111 (2017).
  11. Eliades, S. J., Wang, X. Neural correlates of the lombard effect in primate auditory cortex. J Neurosci. 32 (31), 10737-10748 (2012).
  12. Tsunada, J., Wang, X., Eliades, S. J. Multiple processes of vocal sensory-motor interaction in primate auditory cortex. Nat Commun. 15 (1), 3093 (2024).
  13. Miller, C. T., Thomas, A. W., Nummela, S. U., de la Mothe, L. A. Responses of primate frontal cortex neurons during natural vocal communication. J Neurophysiol. 114 (2), 1158-1171 (2015).
  14. Roy, S., Zhao, L., Wang, X. Distinct neural activities in premotor cortex during natural vocal behaviors in a New World Primate, the common marmoset (Callithrix jacchus). J Neurosci. 36 (48), 12168-12179 (2016).
  15. Wang, X., Merzenich, M. M., Beitel, R., Schreiner, C. E. Representation of a species-specific vocalization in the primary auditory cortex of the common marmoset: temporal and spectral characteristics. J Neurophysiol. 74 (6), 2685-2706 (1995).
  16. Zeng, H. -. h., et al. Distinct neuron populations for simple and compound calls in the primary auditory cortex of awake marmosets. National Science Review. 8 (11), nwab126 (2021).
  17. Sadagopan, S., Temiz-Karayol, N. Z., Voss, H. U. High-field functional magnetic resonance imaging of vocalization processing in marmosets. Sci Rep. 5, 10950 (2015).
  18. Kato, M., et al. Individual identity and affective valence in marmoset calls: in vivo brain imaging with vocal sound playback. Anim Cogn. 21 (3), 331-343 (2018).
  19. Jafari, A., et al. A vocalization-processing network in marmosets. Cell Rep. 42 (5), 112526 (2023).
  20. Papanicolaou, A. C., et al. Differential brain activation patterns during perception of voice and tone onset time series: a MEG study. Neuroimage. 18 (2), 448-459 (2003).
  21. Capilla, A., Belin, P., Gross, J. The early spatio-temporal correlates and task independence of cerebral voice processing studied with MEG. Cereb Cortex. 23 (6), 1388-1395 (2012).
  22. Belin, P., Zatorre, R. J., Lafaille, P., Ahad, P., Pike, B. Voice-selective areas in human auditory cortex. Nature. 403 (6767), 309-312 (2000).
  23. Perrodin, C., Kayser, C., Abel, T. J., Logothetis, N. K., Petkov, C. I. Who is that? Brain networks and mechanisms for identifying individuals. Trends Cogn Sci. 19 (12), 783-796 (2015).
  24. Pernet, C. R., et al. The human voice areas: Spatial organization and inter-individual variability in temporal and extra-temporal cortices. Neuroimage. 119, 164-174 (2015).
  25. Chen, X., Pan, Z., Wang, P., Zhang, L., Yuan, J. EEG oscillations reflect task effects for the change detection in vocal emotion. Cogn Neurodyn. 9 (3), 351-358 (2015).
  26. Hiyoshi-Taniguchi, K., et al. EEG correlates of voice and face emotional judgments in the human brain. Cogn Comput. 7 (1), 11-19 (2015).
  27. Lévêque, Y., Schön, D. Listening to the human voice alters sensorimotor brain rhythms. PloS One. 8, e80659 (2013).
  28. Liu, T., et al. Electrophysiological insights into processing nonverbal emotional vocalizations. NeuroReport. 23, 108-112 (2012).
  29. Bruneau, N., et al. Early neurophysiological correlates of vocal versus non-vocal sound processing in adults. Brain Res. 1528, 20-27 (2013).
  30. Flinker, A., et al. Single-Trial speech suppression of auditory cortex activity in humans. J Neurosci. 30, 16643-16650 (2010).
  31. Greenlee, J. D. W., et al. Human auditory cortical activation during self-vocalization. PloS One. 6 (3), e14744 (2011).
  32. Itoh, K., Konoike, N., Iwaoki, H., Igarashi, H., Nakamura, K. A novel "dip-in electrode" method for electrode application to record noninvasive scalp electroencephalograms and evoked potentials in an awake common marmoset. Neuroimage: Reports. 2 (3), 100116 (2022).
  33. Itoh, K., et al. Cerebral cortical processing time is elongated in human brain evolution. Sci Rep. 12 (1), 1103 (2022).
  34. Itoh, K., Nejime, M., Konoike, N., Nakamura, K., Nakada, T. Evolutionary elongation of the time window of integration in auditory cortex: macaque vs. human comparison of the effects of sound duration on auditory evoked potentials. Front Neurosci. 13, 630 (2019).
  35. Itoh, K., Iwaoki, H., Konoike, N., Igarashi, H., Nakamura, K. Noninvasive scalp recording of the middle latency responses and cortical auditory evoked potentials in the alert common marmoset. Hear Res. 405, 108229 (2021).
  36. Itoh, K., Nejime, M., Konoike, N., Nakada, T., Nakamura, K. Noninvasive scalp recording of cortical auditory evoked potentials in the alert macaque monkey. Hear Res. 327, 117-125 (2015).
  37. Konoike, N., et al. Comparison of noninvasive, scalp-recorded auditory steady-state responses in humans, rhesus monkeys, and common marmosets. Sci Rep. 12 (1), 9210 (2022).
  38. Eliades, S. J., Miller, C. T. Marmoset vocal communication: Behavior and neurobiology. Dev Neurobiol. 77 (3), 286-299 (2017).
  39. Ray, S., Hsiao, S. S., Crone, N. E., Franaszczuk, P. J., Niebur, E. Effect of stimulus intensity on the spike-local field potential relationship in the secondary somatosensory cortex. J Neurosci. 28 (29), 7334-7343 (2008).
  40. Leonard, M. K., et al. Large-scale single-neuron speech sound encoding across the depth of human cortex. Nature. 626 (7999), 593-602 (2024).
  41. Dubey, A., Ray, S. Comparison of tuning properties of gamma and high-gamma power in local field potential (LFP) versus electrocorticogram (ECoG) in visual cortex. Sci Rep. 10 (1), 5422 (2020).
  42. Ray, S., Crone, N. E., Niebur, E., Franaszczuk, P. J., Hsiao, S. S. Neural correlates of high-gamma oscillations (60-200 Hz) in Macaque local field potentials and their potential implications in electrocorticography. Journal Neurosci. 28 (45), 11526-11536 (2008).
  43. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents--EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
  44. Konoike, N., Miwa, M., Ishigami, A., Nakamura, K. Hypoxemia after single-shot anesthesia in common marmosets. J Med Primatol. 46 (3), 70-74 (2017).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE209

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved