Questo lavoro è stato sostenuto dal Progetto Hakubi dell'Università di Kyoto, Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering) (No.22K18644), Grant-in-Aid for Scientific Research (C) (No. 22K12745), Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (No. 21H02851) e Grant-in-Aid for Scientific Research (A) (No. 19H01039). Vorremmo ringraziare Editage (www.editage.jp) per l'editing in lingua inglese.

Tutti gli esperimenti sono stati approvati dal Comitato per la sperimentazione animale dell'EHUB (n. 2022-003, 2023-104) e condotti in conformità con la Guida per la cura e l'uso dei primati da laboratorio pubblicata dall'EHUB. Per l'esperimento sono stati utilizzati nove uistitì comuni (Callithrix jacchus, sei maschi e tre femmine, di età compresa tra 2 e 12 anni, del peso di 330-490 g).
1. Animali
<ol><li>Alloggia gli uistitì in gabbie singole dotate di cassette nido, posatoi in legno e altri dispositivi di arricchimento.</li>
	<li>Mantenere gli ambienti sotto un ciclo luce-buio di 12 ore, con temperatura e umidità mantenute rispettivamente a 28 ± 2 °C e 40 ± 20%.</li>
	<li>Nutri gli animali con 14 g di pellet di scimmia del Nuovo Mondo due volte al giorno, integrati con cibo come gomma arabica e vermi della farina. Fornire acqua ad libitum.</li>
	<li>Esegui tutti gli esperimenti in una scatola insonorizzata in una stanza sperimentale.</li>
</ol>2. Attrezzatura (Figura 1B e Tabella dei materiali)
<ol><li>Utilizzare elettrodi d'argento da 4 mm. Il rivestimento AgCl sulla superficie dell'elettrodo impedisce la polarizzazione e garantisce una registrazione stabile.</li>
	<li>Utilizzare un amplificatore per registrare i segnali EEG. Filtro passa-banda (0,016-250 Hz) e campiona i dati a 1.000 Hz.</li>
	<li>Collegare una scatola di ingresso elettrodi a 64 canali all'amplificatore, posizionandolo di fronte al soggetto.</li>
	<li>Posizionare l'altoparlante a 30 cm dalla testa dell'uistitì e controllare il livello sonoro a 65-75 dB, misurato nella posizione dell'orecchio. Fornisci gli stimoli uditivi tramite questo altoparlante.</li>
	<li>Posizionare la telecamera di fronte al soggetto per monitorare le sue condizioni durante la registrazione EEG.</li>
	<li>La sedia per primati è costruita con lastre acriliche e montanti in resina sintetica. Per gli esperimenti, chiedi al ricercatore di tenere gli animali mentre si siedono sulla pedana; A questo punto, inserire un collare e fissarlo al pannello del collo, quindi inserire e fissare il girovita al pannello della vita. Assicurarsi che l'intero corpo di ogni uistitì sia fissato in modo lasco.</li>
</ol>3. Anestesia
<ol><li>Anestetizzare gli animali con un'iniezione intramuscolare di alfaxsolo (6-8 mg/kg) e atropina (0,05 mg/kg). Questo protocollo consente di mantenere l'anestesia per circa 20 minuti. Somministrare dosi aggiuntive di alfaxalone per prolungare la durata dell'anestesia se la procedura è più lunga. Somministrare preventivamente anche agenti antiemetici (Maropitant 1 mg/kg, iniezione sottocutanea) per contrastare la nausea, che è un effetto collaterale dell'alfaxalone. NOTA: Gli uistitì devono essere sottoposti ad anestesia per iniezione o inalazione durante le procedure e devono essere lasciati guarire immediatamente dopo la rasatura dei peli.</li>
	<li>Monitorare i parametri vitali con un pulsossimetro e somministrare una miscela ossigeno-aria (O2 0,5 L/min, aria 0,5 L/min) se necessario.</li>
	<li>Mantenere la temperatura ambiente al di sopra dei 27 °C e avvolgere un panno riscaldante intorno al corpo dell'uistitì per prevenire l'ipotermia.</li>
</ol>4. Depilazione
<ol><li>Radere l'intera testina (anche dietro l'auricolare) con un rasoio elettrico.</li>
	<li>Applicare la crema depilatoria per pelli sensibili. Asciugare la crema con una garza bagnata dopo 5 minuti.</li>
</ol>5. Preparazione della maschera
<ol><li>Elabora in anticipo una maschera termoplastica per adattarla alle dimensioni della sedia della scimmia. Nello specifico, forare la parte dello schienale che sporge dalla lunghezza verticale della sedia con quattro fori per le viti in modo che possa essere fissata alla piastra del collo della sedia. NOTA: Le maschere termoplastiche sono sicure e possono essere utilizzate per immobilizzare la testa durante la radioterapia nei pazienti. Abbiamo usato una piccola maschera pensata per i bambini e l'abbiamo tagliata per adattarla alle dimensioni degli uistitì. Questa maschera si ammorbidisce se posta in acqua tiepida a 75 °C e si indurisce quando la temperatura si riduce quando viene rimossa dall'acqua.</li>
	<li>Per gli esperimenti, posiziona gli animali su una sedia per primati. Sostieni l'animale anestetizzato usando le piastre per il collo e la vita e fissa l'animale e queste piastre alla sedia.</li>
	<li>Scaldare la maschera in acqua calda e poi modellarla per adattarla alla testa dell'uistitì. Dopo aver rimosso la maschera dall'acqua calda, attendere che la temperatura scenda (approssimativamente nell'intervallo di 50 °C) per evitare ustioni, quindi posizionarla sulla testa del soggetto per modellare la maschera.</li>
	<li>Dopo il raffreddamento e l'indurimento, staccare la maschera dall'animale e ritagliare la parte superiore della testa e le parti dell'orecchio della maschera per esporre l'area per l'impostazione dell'elettrodo. NOTA: Una volta realizzata questa maschera, potrebbe essere utilizzata su altri individui.</li>
</ol>6. Adattamento della sedia e della maschera (30 min/giorno per 3 giorni)
<ol><li>Abituare l'animale alla sedia in condizioni di veglia mettendolo su una sedia e premiandolo per circa 30 minuti. Ripetere questa procedura per 3 giorni.</li>
	<li>Abituare l'animale alla fissazione della testa utilizzando la maschera per 2 giorni. NOTA: Questo processo di adattamento è stato personalizzato in base alle condizioni dell'individuo. Dopo l'adattamento, gli animali possono resistere temporaneamente durante la cattura e l'impostazione della maschera, ma una volta che si sono seduti sulla sedia e la loro testa è fissa, si calmano.</li>
	<li>Durante l'adattamento alla sedia, valutare i seguenti parametri comportamentali: i) emissione di rumori ansiosi o allarmanti, ii) rifiuto della ricompensa offerta e iii) movimenti violenti. Se si osserva uno di questi comportamenti, terminare la sessione per quel giorno, consentendo all'uistitì di adattarsi gradualmente all'ambiente sperimentale.</li>
</ol>7. Registrazione EEG (2 ore al giorno)
<ol><li>Preparazione della materia<ol><li>Attacca una gabbia di trasferimento a una piccola finestra della gabbia di casa e sposta l'uistitì dalla gabbia di casa alla gabbia di trasferimento, di solito da solo. Coprire la gabbia di trasporto con un panno e trasferirla nella sala sperimentale.</li>
		<li>Fissaggio della testa<ol><li>Cattura l'uistitì usando guanti protettivi e posizionalo sull'apposita sedia.</li>
			<li>Posiziona la maschera preparata sulla testa dell'uistitì. Far passare il corpo della vite fissato alla sedia attraverso il foro della maschera e fissarlo utilizzando le viti a testa zigrinata.</li>
			<li>Fissare leggermente la testa e la maschera con una fascia appena sotto la nasione. NOTA: Non è stato necessario fissare completamente la testa del soggetto finché gli elettrodi non sono stati rimossi con il movimento. Pertanto, abbiamo utilizzato la stessa maschera per tutti i soggetti.</li>
		</ol></li>
		<li>Definizione della posizione degli elettrodi<ol><li>Utilizzare la nasion, l'inione e i lobi delle orecchie come punti di riferimento anatomici per determinare la posizione degli elettrodi secondo il metodo internazionale 10-20 32,33,34,35,36,37. Misurare la distanza tra la nasion e l'inion nella linea mediana con un metro a nastro. Definisce la posizione di Cz al centro della distanza. Posizionare gli altri elettrodi (Fz, Pz, Oz, F3 o F4) con il 20% della lunghezza inion-neion come spaziatura degli elettrodi. Segnare le posizioni degli elettrodi sul cuoio capelluto utilizzando un dermatografo a base di olio.</li>
		</ol></li>
		<li>Preparazione della pelle<ol><li>Strofina l'area contrassegnata con un batuffolo di cotone sottile imbevuto di alcol denaturato per rimuovere lo sporco e il sebo dal cuoio capelluto.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Impostazioni degli elettrodi NOTA: Eseguire i passaggi 7.2.1-7.2.3 in tutte le posizioni degli elettrodi per posizionare gli elettrodi su Fz, Cz, C3, C4, Pz, A1, A2 e F3 (o F4).<ol><li>Utilizzando un tagliatubi, tagliare un pezzo di tubo in silicone con un diametro interno di 4 mm e un diametro esterno di 7 mm in una lunghezza di circa 20 mm.</li>
		<li>Applicare l'adesivo sui bordi del tubo tagliato e farlo aderire al cuoio capelluto.</li>
		<li>Riempire l'interno del tubo con gel EEG utilizzando una siringa e un ago per siringa non appuntito.</li>
		<li>Collegare l'elettrodo di riferimento a Pz e gli elettrodi di terra a F3 o F4 (Figura 1C).</li>
		<li>Inserire gli elettrodi nel tubo e collegare il cavo dell'elettrodo alla scatola di ingresso.</li>
		<li>Avvia l'applicazione per le registrazioni EEG per misurare l'impedenza degli elettrodi e regola i parametri per assicurarti che tutti gli elettrodi siano inferiori a 5 kΩ.</li>
		<li>Raggruppare i cavi degli elettrodi per ridurre il rumore.</li>
	</ol></li>
	<li>Premia durante la procedura di immobilizzazione della testa e tra le sessioni di attività somministrando manualmente 1-3 ml di ricompensa liquida (gomma o nutrizione) utilizzando una siringa.</li>
	<li>Specificare il file da salvare sul software di registrazione EEG e premere il pulsante Avvia registrazione . Eseguire lo script per la presentazione dello stimolo subito dopo l'avvio della registrazione EEG. Premere il pulsante di arresto sulla registrazione EEG quando l'esecuzione dello script di presentazione dello stimolo è completa per terminare tutte le registrazioni. Al termine della registrazione, rimuovere gli elettrodi e la maschera per la testa.</li>
	<li>Cattura gli animali e riportali nelle loro gabbie. Lasciare i tubi sul cuoio capelluto; Tutti i tubi sono caduti naturalmente in circa 1 giorno. NOTA: Nei primi periodi, abbiamo usato l'acetone per sciogliere la colla adesiva e rimuovere il tubo dopo le sessioni di registrazione; tuttavia, ci sono stati casi di lesioni cutanee; Pertanto, abbiamo successivamente riportato gli animali nelle loro gabbie domestiche senza rimuovere il tubo. Nelle decine di esperimenti che abbiamo condotto finora, gli uistitì non hanno mostrato alcun interesse per le tube rimosse, e non si è mai verificata alcuna ingestione accidentale.</li>
	<li>Stimolo<ol><li>Registra i richiami naturali, semplici e composti nella stanza in cattività o sperimentale dagli uistitì che non vengono utilizzati nelle successive registrazioni EEG. Estrai tre richiami semplici e composti specie-specifici (Phee, Tsik-Ek e Tsik-String5 ) dai file registrati.</li>
		<li>Oltre agli stimoli di chiamata, crea rumore bianco utilizzando una funzione nel software di programmazione e usala come stimolo.</li>
		<li>Per seguire questo protocollo, utilizzare tre file uditivi (16 bit, 48 kHz) di richiami di uistitì nell'esperimento. Controllare l'attività utilizzando uno script personalizzato. NOTA: Ogni blocco contiene 50 chiamate per ogni stimolo, per un totale di 200 chiamate. Ogni blocco di registrazione durerà circa 10 minuti. Ogni partecipante deve eseguire due blocchi. L'intervallo tra le chiamate è di 3 s. Dei quattro file di stimolo audio (vedi File supplementare 1), lo stimolo di chiamata Phee era lungo circa 2 secondi, mentre gli altri tre erano lunghi circa 1 secondo. Ciò è dovuto al fatto che un singolo richiamo di Phee è ancora un richiamo di lunga durata (Figura 1D).</li>
		<li>In ogni file di stimolo sonoro, il canale destro contiene i dati relativi al richiamo dell'uistitì o al rumore e il canale sinistro contiene il segnale di attivazione per l'inizio dello stimolo. Inviare questo segnale di attivazione al sistema di registrazione EEG tramite un dispositivo di sincronizzazione e registrarlo come ora dell'evento.</li>
	</ol></li>
</ol>8. Analisi dei dati
NOTA: Il codice originale scritto nel software di programmazione e nella cassetta degli attrezzi è stato utilizzato per la post-elaborazione dei dati EEG, come descritto di seguito (File supplementare 2)37.
<ol><li>Preelaborazione<ol><li>Rifare riferimento al riferimento dell'orecchio collegato.</li>
		<li>Filtro passa-alto a 2 Hz.</li>
		<li>Epoca da 100 ms prima a 1000 ms dopo l'insorgenza dello stimolo.</li>
		<li>Basale corretto rispetto alla media del periodo di prestimolo di 100 ms. Scartare gli artefatti utilizzando un criterio di ±150 μV.</li>
	</ol></li>
	<li>Rappresentazione grafica del potenziale evento-correlato (ERP)<ol><li>Calcola la media di tutti i dati dello studio per ciascun soggetto.</li>
		<li>Ottieni forme d'onda medie di gruppo calcolando la media di tutti i soggetti.</li>
		<li>Per confrontare gli ERP medi tra i tipi di chiamata e gli stimoli di rumore, applicare un'analisi della varianza unidirezionale (ANOVA) con gli stimoli come fattore tra i soggetti nella risposta Cz.</li>
		<li>Applicare l'analisi di confronto multiplo post hoc con il metodo di Tukey.</li>
	</ol></li>
	<li>Rappresentazione grafica della perturbazione spettrale correlata agli eventi (ERSP)<ol><li>Calcolare l'ERSP per visualizzare la variazione media correlata all'evento della potenza spettrale nel tempo in un'ampia gamma di frequenze utilizzando l'equazione (1). Fk (f,t) è la stima spettrale della prova k alla frequenza f e al tempo t: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66869/66869eq01.jpg" style="margin: auto;">(1)</li>
		<li>Applicare la scomposizione tempo-frequenza alle attività utilizzando trasformate wavelet sinusoidali, con tre cicli di lunghezza alla frequenza più bassa (10 Hz), aumentando linearmente con la frequenza fino a 32 cicli alla frequenza più alta (120 Hz).</li>
		<li>Definire le risposte iniziali e transitorie in un periodo di 150 ms dopo l'insorgenza dello stimolo a 2-30 Hz e le risposte sostenute in un periodo di 800 ms da 151 a 950 ms dopo l'insorgenza dello stimolo a 40-100 H.</li>
		<li>Per testare le differenze nelle risposte iniziali e sostenute in Fz e Cz tra l'età del soggetto e i tipi di chiamata, eseguire un'ANOVA bidirezionale utilizzando il tipo di chiamata come fattore all'interno del soggetto e l'età come fattore tra i soggetti.</li>
	</ol></li>
</ol>

EEG non invasivo per studi comparativi sulla percezione vocale negli uistitì

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Punti da notare sull'anestesia Sono state tentate sia la somministrazione di ketamina che quella di xilazina e, sebbene queste siano analgesiche e quindi adatte a compiti lunghi e dolorosi, gli uistitì tendono a sperimentare diminuzioni dei livelli di ossigeno nel sangue senza inalazione di ossigeno44. In breve, l'alfaxalon è probabilmente più adatto per attività indolori come la rasatura o la creazione di maschere. Inoltre, per la rasatura, che richiede solo 10-15 minuti, ...

I primati usano vocalizzazioni specie-specifiche per trasmettere informazioni biologicamente importanti, come lo stato emotivo del chiamante o l'intenzione di mantenere legami sociali, la presenza di predatori o altre situazioni pericolose. L'indagine sui meccanismi neurali alla base della percezione della vocalizzazione nei primati non umani ricchi di voce può fornirci indizi critici per comprendere meglio le origini evolutive del linguaggio umano.
Gli uistitì comuni sono piccoli primati originari del Sud America. Negli ultimi anni, gli uistitì sono stati sempre più utilizzati come animali modello, insieme ai macachi, a causa della loro elevata riproduttività, della facilità d'uso dovuta alle loro piccole dimensioni e dello sviluppo di utili tecniche transgeniche 1,2,3. Oltre alla loro utilità come modelli di malattia, la ricca comunicazione vocale all'interno dei gruppi è un'altra caratteristica unica di questa specie 4,5,6,7. Gli uistitì si scambiano abitualmente segnali vocali per comunicare con i conspecifici invisibili nella foresta. Esaminando l'attività cerebrale coinvolta nella percezione e nella produzione vocale negli uistitì, possiamo determinare come elaborano le informazioni uditive dei loro richiami o conspecifici nel cervello e identificare quali circuiti neurali sono coinvolti. Studi precedenti hanno dimostrato l'attività neurale nella corteccia uditiva primaria 8,9,10,11,12 e nella corteccia frontale13,14 coinvolta nella produzione vocale negli uistitì. Inoltre, queste risposte neuronali eccitate e soppresse sono state modulate dalle interazioni uditivo-vocali nella corteccia uditiva primaria 8,10. Questi studi hanno fornito dati dettagliati sull'attività neurale a livello di singolo neurone utilizzando metodi di registrazione invasivi. Numerosi studi hanno ulteriormente esaminato l'attività neurale coinvolta nella produzione vocale dell'uistitì; Tuttavia, la percezione vocale rimane poco compresa 15,16.
Diversi studi di imaging cerebrale non invasivi hanno chiarito i meccanismi neurali dell'elaborazione vocale negli uistitì 17,18,19; La loro elevata risoluzione spaziale è un vantaggio, tuttavia, mantenere gli animali in stato di veglia durante la scansione richiede tecniche avanzate. Tuttavia, più recentemente, Jafari et al. hanno identificato le regioni frontotemporali coinvolte nella percezione vocale negli uistitì svegli utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI)19. Quasi tutti gli esperimenti per chiarire le funzioni cerebrali coinvolte nella percezione e nella produzione vocale negli esseri umani sono stati condotti utilizzando metodi non invasivi, come l'elettroencefalografia del cuoio capelluto (EEG), la magnetoencefalografia (MEG)20,21 e la fMRI 22,23,24. Numerosi studi sull'uomo hanno studiato l'attività cerebrale correlata alla percezione vocale utilizzando l'EEG. La maggior parte di questi studi si è concentrata sulle informazioni emotive 25,26,27 e sulla salienza delle parole emotive 28, con i risultati che rivelano cambiamenti nei potenziali correlati agli eventi durante la percezione vocale29. L'elettrocorticografia (ECoG) e le registrazioni di singoli neuroni utilizzando elettrodi impiantati per via intracranica nell'uomo sono state condotte solo in un numero limitato di esperimenti in pazienti sottoposti a trattamento neurochirurgico30,31.
Una prospettiva evolutiva che confronta gli esseri umani con le scimmie è importante per comprendere i meccanismi neurali unici alla base della percezione e della produzione vocale che si sono sviluppati negli esseri umani. Per confrontare direttamente i meccanismi neurali coinvolti nella percezione del parlato e nella vocalizzazione nei primati non umani ricchi di voce, come l'uistitì, con gli esseri umani, è importante confrontare i dati tra le due specie utilizzando lo stesso metodo. La risonanza magnetica funzionale consente l'imaging dell'intero cervello e ha un'alta risoluzione spaziale. Ha il vantaggio di registrare l'attività perpendicolarmente al cranio o in regioni profonde che sono difficili da registrare con EEG o MEG. Tuttavia, la macchina per la risonanza magnetica è costosa da installare e mantenere e ci sono molte restrizioni sugli stimoli che possono essere presentati a causa della natura del dispositivo. In confronto, l'EEG, i potenziali evento-correlati (ERP) e il MEG hanno un'alta risoluzione temporale, il che li rende utili per analizzare l'elaborazione vocale delle serie temporali. In particolare, l'EEG presenta i vantaggi di un'elevata mobilità e della capacità di essere utilizzato in una varietà di contesti sperimentali, di un costo relativamente basso e della necessità di un solo operatore.
Poiché una grande quantità di dati EEG è già stata ottenuta nell'uomo, per i primati non umani sono necessari metodi di misurazione EEG che utilizzano paradigmi non invasivi. Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato un metodo di registrazione EEG non invasivo unico nel suo genere utilizzando i tubi32 per macachi e uistitì. Qui, riportiamo diverse nuove scoperte riguardanti l'elaborazione uditiva nei primati non umani 33,34,35,36,37. Per caratterizzare l'attività cerebrale in risposta alle vocalizzazioni specie-specifiche negli uistitì, abbiamo costruito un sistema sperimentale per registrare in modo non invasivo l'attività cerebrale utilizzando elettrodi posizionati sul cuoio capelluto. In questo studio, descriviamo il metodo di misurazione EEG per gli uistitì.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alfaxalone</td>
			<td>Meiji Animal Health</td>
			<td>Alfaxan</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier</td>
			<td>Brain Products</td>
			<td>BrainAmp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atropine</td>
			<td>Fuso Pharmaceutical Industries</td>
			<td>Atropine Sulfate Injection</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Audio editor</td>
			<td>Adobe</td>
			<td>Adobe Audition</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data processing software</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>MATLAB</td>
			<td>version R2023a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data processing toolbox</td>
			<td>University of California-SanDiego</td>
			<td>EEGLAB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data processing toolbox</td>
			<td>University of California-Davis</td>
			<td>ERPLAB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric shaver</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>ER803PPA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode</td>
			<td>Unique Medical</td>
			<td>UL-3010</td>
			<td>AgCl coated (custom)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode gel</td>
			<td>Neurospec AG</td>
			<td>V16 SuperVisc</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode input box</td>
			<td>Brain Products</td>
			<td>EIB64-DUO</td>
			<td>64ch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glue</td>
			<td>3M</td>
			<td>Scotch 7005S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair removering cream</td>
			<td>Kracie</td>
			<td>epilat for sensitive skin</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Bussan Animal Health</td>
			<td>ds isoflurane</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid gum</td>
			<td>San-ei Yakuhin Boeki</td>
			<td>Arabic Call SS</td>
			<td>Gum arabic+water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid nutrition</td>
			<td>Nestl&#233; Health Science Company</td>
			<td>Isocal 1.0 Junior</td>
			<td>Polymeric formula</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maropitant</td>
			<td>Zoetis&#160;</td>
			<td>Cerenia injectable solution</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitor Camera</td>
			<td>Intel</td>
			<td>RealSense LiDAR Camera L515</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monkey pellets</td>
			<td>Oriental Yeast</td>
			<td>SPS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primate chair</td>
			<td>Natsume Seisakusho</td>
			<td>Order made</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse oximeters</td>
			<td>Covident</td>
			<td>Nellcor</td>
			<td>PM10N</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Skin prepping pasta&#160;</td>
			<td>Mammendorfer Institut f&#252;r Physik und Medizin</td>
			<td>NeuPrep</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slicon tube</td>
			<td>AsONE</td>
			<td>&#934;4 x 7mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Speaker</td>
			<td>Fostex</td>
			<td>PM0.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synchronization device</td>
			<td>Brain Vision</td>
			<td>StimTrak</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoplastic mask</td>
			<td>CIVCO</td>
			<td>MTAPU Type Uniframe Thermoplastic Mask 2.4mm</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electroencephalography measurements in awake marmosets listening to conspecific vocalizations 

La comunicazione vocale svolge un ruolo cruciale nelle interazioni sociali dei primati, in particolare nella sopravvivenza e nell'organizzazione sociale. Gli esseri umani hanno sviluppato una strategia di comunicazione vocale unica e avanzata sotto forma di linguaggio. Per studiare l'evoluzione del linguaggio umano, è necessario indagare i meccanismi neurali alla base dell'elaborazione vocale negli esseri umani, nonché capire come si sono evoluti i meccanismi cerebrali confrontandoli con quelli dei primati non umani. In questo articolo, abbiamo sviluppato un metodo per misurare in modo non invasivo l'elettroencefalografia (EEG) di primati non umani svegli. Questo metodo di registrazione consente studi a lungo termine senza danneggiare gli animali e, soprattutto, ci consente di confrontare direttamente i dati EEG dei primati non umani con i dati umani, fornendo informazioni sull'evoluzione del linguaggio umano. Nel presente studio, abbiamo utilizzato il metodo di registrazione EEG del cuoio capelluto per studiare l'attività cerebrale in risposta alle vocalizzazioni specie-specifiche negli uistitì. Questo studio fornisce nuove intuizioni utilizzando l'EEG del cuoio capelluto per catturare rappresentazioni neurali diffuse negli uistitì durante la percezione vocale, colmando le lacune nelle conoscenze esistenti.

In primo luogo, abbiamo tracciato i potenziali medi correlati agli eventi (ERP) per ogni stimolo uditivo negli uistitì (Figura 2). Il potenziale evocato uditivo (AEP) era prominente nella condizione di rumore , riflettendo la chiara insorgenza degli stimoli (vedi Figura 1D). Per confrontare gli ERP medi tra i tipi di chiamata e gli stimoli di rumore, abbiamo applicato un'analisi unidirezionale della varianza (ANOVA) con gli stimoli come fattore tra i s...

Autore in primo piano: Indagine sulla rappresentazione delle informazioni vocali nei piccoli primati e la sua alterazione da parte di disturbi psichiatrici utilizzando l'EEG non invasivo

Per studiare l'evoluzione del linguaggio, è importante confrontare i meccanismi cerebrali negli esseri umani con quelli dei primati non umani. Abbiamo sviluppato un metodo per misurare in modo non invasivo l'elettroencefalografia (EEG) degli animali svegli. Ci consente di confrontare direttamente i dati EEG tra esseri umani e animali a lungo termine senza danneggiarli.

Misurazioni dell'elettroencefalografia in uistitì svegli che ascoltano vocalizzazioni conspecifiche 

Vocal communication plays a crucial role in the social interactions of primates, particularly in survival and social organization. Humans have developed a ...

electroencephalography-measurements-awake-marmosets-listening-to

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electroencephalography Measurements in Awake Marmosets Listening to Conspecific Vocalizations 

484 Views.  Kyoto University. Vorremmo sapere come vengono rappresentate le informazioni vocali nel cervello dei piccoli primati, che sono ricchi di comunicazioni vocali. Vorremmo illustrare come la rappresentazione sarà alterata da disturbi psichiatrici come la schizofrenia in futuro. Abbiamo confrontato gli EEG non invasivi in quattro specie di primati e abbiamo scoperto che la latenza della corteccia uditiva per rispondere ai suoni è più lunga negli esseri umani che in altri primati...

Video: Autore in primo piano: Indagine sulla rappresentazione delle informazioni vocali nei piccoli primati e la sua alterazione da parte di disturbi psichiatrici utilizzando l'EEG non invasivo

Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and relapse. Various types of behavioral activity are commonly utilized as measures of drug motivation in animals. However, a crucial component of drug abuse relapse in abstinent cocaine users is "drug craving", which is difficult to model in animals, as it often occurs in the absence of overt behaviors. Yet, it is possible that a class of ultrasonic vocalizations (USVs) in rats may be a useful marker for affective responses to drug administration, drug anticipation and even drug craving. Rats vocalize in ultrasonic frequencies that serve as a communicatory function and express subjective emotional states. Several studies have shown that different call frequency ranges are associated with negative and positive emotional states. For instance, high frequency calls ("50-kHz") are associated with positive affect, whereas low frequency calls ("22-kHz") represent a negative emotional state. This article describes a procedure to assess rat USVs associated with daily cocaine self-administration. For this procedure, we utilized standard single-lever operant chambers housed within sound-attenuating boxes for cocaine self-administration sessions and utilized ultrasonic microphones, multi-channel recording hardware and specialized software programs to detect and analyze USVs. USVs measurements reflect emotionality of rats before, during and after drug availability and can be correlated with commonly assessed drug self-administration behavioral data such lever responses, inter-response intervals and locomotor activity. Since USVs can be assessed during intervals prior to drug availability (e.g., anticipatory USVs) and during drug extinction trials, changes in affect associated with drug anticipation and drug abstinence can also be determined. In addition, determining USV changes over the course of short- and long-term drug exposure can provide a more detailed interpretation of drug exposure effects on affective functioning.

Drug self-administration and ultrasonic vocalizations (USV) are used as behavioral assessments in animal research, but rarely in combination. The purpose of this article is to describe the advantages of recording USVs during drug self-administration procedures to assess affective responses to drug experience.

Valutazione di vocalizzazioni ultrasoniche Durante Drug autosomministrazione in topi

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and ...

Ricerca

Neuroscienze

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography (dEEG)

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any other current brain imaging technology1,2, is being used increasingly in the study of social cognitive functioning in infants and adults. While dEEG is enabling researchers to examine brain activity patterns with unprecedented levels of sensitivity, conventional EEG recording systems continue to face certain limitations, including 1) poor spatial resolution and source localization3,4,2) the physical discomfort for test subjects of enduring the individual application of numerous electrodes to the surface of the scalp, and 3) the complexity for researchers of learning to use multiple software packages to collect and process data. Here we present an overview of an established methodology that represents a significant improvement on conventional methodologies for studying EEG in infants and adults. Although several analytical software techniques can be used to establish indirect indices of source localization to improve the spatial resolution of dEEG, the HydroCel Geodesic Sensor Net (HCGSN) by Electrical Geodesics, Inc. (EGI), a dense sensory array that maintains equal distances among adjacent recording electrodes on all surfaces of the scalp, further enhances spatial resolution4,5,6 compared to standard dEEG systems. The sponge-based HCGSN can be applied rapidly and without scalp abrasion, making it ideal for use with adults7,8, children9,10,11, and infants12, in both research and clinical4,5,6,13,14,15 settings. This feature allows for considerable cost and time savings by decreasing the average net application time compared to other dEEG systems. Moreover, the HCGSN includes unified, seamless software applications for all phases of data, greatly simplifying the collection, processing, and analysis of dEEG data.
The HCGSN features a low-profile electrode pedestal, which, when filled with electrolyte solution, creates a sealed microenvironment and an electrode-scalp interface. In all Geodesic dEEG systems, EEG sensors detect changes in voltage originating from the participant's scalp, along with a small amount of electrical noise originating from the room environment. Electrical signals from all sensors of the Geodesic sensor net are received simultaneously by the amplifier, where they are automatically processed, packaged, and sent to the data-acquisition computer (DAC). Once received by the DAC, scalp electrical activity can be isolated from artifacts for analysis using the filtering and artifact detection tools included in the EGI software. Typically, the HCGSN can be used continuously for only up to two hours because the electrolyte solution dries out over time, gradually decreasing the quality of the scalp-electrode interface.
In the Parent-Infant Research Lab at the University of Toronto, we are using dEEG to study social cognitive processes including memory, emotion, goals, intentionality, anticipation, and executive functioning in both adult and infant participants.

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography dEEG

Dense array electroencephalography is being used increasingly to study social cognitive functions in infants and adults. Here we present an established methodology that represents a significant improvement on conventional methodologies for studying EEG in infants and adults.

Indagare Cognizione sociale nei neonati e adulti Utilizzando Elettroencefalografia Dense Array ( D EEG)

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any ...

Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Voice deficits are a common complication of both Parkinson disease (PD) and aging; they can significantly diminish quality of life by impacting communication abilities. 1, 2 Targeted training (speech/voice therapy) can improve specific voice deficits,3, 4 although the underlying mechanisms of behavioral interventions are not well understood. Systematic investigation of voice deficits and therapy should consider many factors that are difficult to control in humans, such as age, home environment, age post-onset of disease, severity of disease, and medications. The method presented here uses an animal model of vocalization that allows for systematic study of how underlying sensorimotor mechanisms change with targeted voice training. The ultrasonic recording and analysis procedures outlined in this protocol are applicable to any investigation of rodent ultrasonic vocalizations.
The ultrasonic vocalizations of rodents are emerging as a valuable model to investigate the neural substrates of behavior.5-8 Both rodent and human vocalizations carry semiotic value and are produced by modifying an egressive airflow with a laryngeal constriction.9, 10 Thus, rodent vocalizations may be a useful model to study voice deficits in a sensorimotor context. Further, rat models allow us to study the neurobiological underpinnings of recovery from deficits with targeted training.
To model PD we use Long-Evans rats (Charles River Laboratories International, Inc.) and induce parkinsonism by a unilateral infusion of 7 &mu;g of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the medial forebrain bundle which causes moderate to severe degeneration of presynaptic striatal neurons (for details see Ciucci, 2010).11, 12 For our aging model we use the Fischer 344/Brown Norway F1 (National Institute on Aging).
Our primary method for eliciting vocalizations is to expose sexually-experienced male rats to sexually receptive female rats. When the male becomes interested in the female, the female is removed and the male continues to vocalize. By rewarding complex vocalizations with food or water, both the number of complex vocalizations and the rate of vocalizations can be increased (Figure 1).
An ultrasonic microphone mounted above the male's home cage records the vocalizations. Recording begins after the female rat is removed to isolate the male calls. Vocalizations can be viewed in real time for training or recorded and analyzed offline. By recording and acoustically analyzing vocalizations before and after vocal training, the effects of disease and restoration of normal function with training can be assessed. This model also allows us to relate the observed behavioral (vocal) improvements to changes in the brain and neuromuscular system.

Voice disorders are debilitating in aging and Parkinson disease. The ultrasonic vocalizations of rats, also affected by these conditions, can be used to study these voice disorders, their neural substrates, and the nature of functional recovery with behavioral intervention.

Formazione mirata delle vocalizzazioni ultrasoniche in ratti anziani e Parkinson

Voice deficits are a common complication of both Parkinson disease (PD) and aging; they can significantly diminish quality of life by impacting ...

Preparation of an Awake Mouse for Recording Neural Responses and Injecting Tracers

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13. In the auditory system, fundamental response properties of brainstem neurons including threshold, frequency specificity, and inhibitory sidebands are altered in significant ways under anesthesia1-2. These observations prompted physiologists to seek ways to record from single neurons without the contaminating effects of anesthesia. One result was a decerebrate preparation, where the brainstem was completely transected at the level of the midbrain4. The drawbacks of this preparation are a formidable surgery, the elimination of descending projections from the forebrain, and an inability to use sensory stimulation to examine structures above the midbrain. A different strategy has been to implant electrode arrays chronically to record from single neurons and multiunit clusters while the animal is awake and/or behaving5,6. These techniques however are not compatible with injecting tracer dyes after first electrophysiologically characterizing a brain structure. To avoid altering neural response properties with anesthetics while recording electrophysiological response properties from single neurons, we have adapted a head restraint technique long used in bats7-9 to mouse10-12. Using this method, we are able to conduct electrophysiological recordings over several days in the unanesthetized mouse. At the end of the recording sessions, we can then inject a dye to reconstruct electrode positions and recording sites or inject a tracer so that pathways to and from the recording loci can be determined. This method allows for well isolated single neuron recordings over multiple days without the use anesthetics.

Electrophysiological characterization of neuronal responses is important for understanding brain function and for guiding the placement of dyes for pathway tracing. However, many studies are performed in anesthetized animals. To understand brain function without anesthetics, we developed a method to record neuronal response properties and inject dyes in awake mouse.

Preparazione di un mouse Awake per la registrazione di risposte neurali e iniezione Tracers

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13.  In the auditory system, fundamental response ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the neurogenesis of EEG is still very limited. Local field potentials (LFPs) recorded via a multi-laminar microelectrode can provide a more detailed account of simultaneous neural activity across different cortical layers in the neocortex, but the technique is invasive. Combining EEG and LFP measurements in a pre-clinical model can greatly enhance understanding of the neural mechanisms involved in the generation of EEG signals, and facilitate the derivation of a more realistic and biologically accurate mathematical model of EEG. A simple procedure for acquiring concurrent and co-localized EEG and multi-laminar LFP signals in the anesthetized rodent is presented here. We also investigated whether EEG signals were significantly affected by a burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode. Our results suggest that the burr hole has a negligible impact on EEG recordings.

This protocol describes a simple method for concurrent recording of co-localized electroencephalography (EEG) and multi-laminar local field potential in an anesthetized rat. A burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode is shown to produce negligible distortion of the EEG signal.

Registrazione simultanea di co-localizzato elettroencefalografia e potenziali di campo locale nel roditore

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG (good temporal resolution) and fMRI (good spatial resolution) to measure neuronal activity during an electrographic event, through hemodynamic responses known as blood-oxygen-level-dependent (BOLD) changes. It is a non-invasive research tool that is utilized in neuroscience research and is highly beneficial to the clinical community, especially for the management of neurological diseases, provided that proper equipment and protocols are administered during data acquisition. Although recording EEG-fMRI is apparently straightforward, the correct preparation, especially in placing and securing the electrodes, is not only important for safety but is also critical in ensuring the reliability and analyzability of the EEG data obtained. This is also the most experience-demanding part of the preparation. To address these issues, a straightforward protocol that ensures data quality was developed. This article provides a step-by-step guide for acquiring reliable EEG data during EEG-fMRI using this protocol that utilizes readily available medical products. The presented protocol can be adapted to different applications of EEG-fMRI in research and clinical settings, and may be beneficial to both inexperienced and expert operators.

This article provides a straightforward protocol for acquiring good quality electroencephalography (EEG) data during simultaneous EEG and functional magnetic resonance imaging by utilizing readily available medical products.

Acquisizione affidabile dei dati di elettroencefalografia durante l'elettroencefalografia simultanea e la risonanza magnetica funzionale

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...

Injections of AAV Vectors for Optogenetics in Anesthetized and Awake Behaving Non-Human Primate Brain

Optogenetic techniques have revolutionized neuroscience research and are poised to do the same for neurological gene therapy. The clinical use of optogenetics, however, requires that safety and efficacy be demonstrated in animal models, ideally in non-human primates (NHPs), because of their neurological similarity to humans. The number of candidate vectors that are potentially useful for neuroscience and medicine is vast, and no high-throughput means to test these vectors yet exists. Thus, there is a need for techniques to make multiple spatially and volumetrically accurate injections of viral vectors into NHP brain that can be identified unambiguously through postmortem histology. Described herein is such a method. Injection cannulas are constructed from coupled polytetrafluoroethylene and stainless-steel tubes. These cannulas are autoclavable, disposable, and have low minimal-loading volumes, making them ideal for the injection of expensive, highly concentrated viral vector solutions. An inert, red-dyed mineral oil fills the dead space and forms a visible meniscus with the vector solution, allowing instantaneous and accurate measurement of injection rates and volumes. The oil is loaded into the rear of the cannula, reducing the risk of co-injection with the vector. Cannulas can be loaded in 10 min, and injections can be made in 20 min. This procedure is well suited for injections into awake or anesthetized animals. When used to deliver high-quality viral vectors, this procedure can produce robust expression of optogenetic proteins, allowing optical control of neural activity and behavior in NHPs.

As currently implemented, optogenetics in non-human primates requires injection of viral vectors into the brain. An optimal injection method should be reliable and, for many applications, capable of targeting individual sites of arbitrary depth that are readily and unambiguously identified in postmortem histology. An injection method with these properties is presented.

Iniezioni di vettori AAV per l'optogenetica in cervello di primati non umani anestetizzati e svegli

Optogenetic techniques have revolutionized neuroscience research and are poised to do the same for neurological gene therapy. The clinical use of ...

Implantation of a Cranial Window for Repeated In Vivo Imaging in Awake Mice

To fully understand the cellular physiology of neurons and glia in behaving animals, it is necessary to visualize their morphology and record their activity in vivo in behaving mice. This paper describes a method for the implantation of a chronic cranial window to allow for the longitudinal imaging of brain cells in awake, head-restrained mice. In combination with genetic strategies and viral injections, it is possible to label specific cells and regions of interest with structural or physiological markers. This protocol demonstrates how to combine viral injections to label neurons in the vicinity of GCaMP6-expressing astrocytes in the cortex for simultaneous imaging of both cells through a cranial window. Multiphoton imaging of the same cells can be performed for days, weeks, or months in awake, behaving animals. This approach provides researchers with a method for viewing cellular dynamics in real time and can be applied to answer a number of questions in neuroscience.

Implantation of a Cranial Window for Repeated In Vivo Imaging in Awake Mice

Presented here is a protocol for the implantation of a chronic cranial window for the longitudinal imaging of brain cells in awake, head-restrained mice.

Impianto di una finestra cranica per l'imaging ripetuto in vivo in topi svegli

To fully understand the cellular physiology of neurons and glia in behaving animals, it is necessary to visualize their morphology and record their ...

Simultaneous Imaging of Microglial Dynamics and Neuronal Activity in Awake Mice

Since brain functions are under the continuous influence of the signals derived from peripheral tissues, it is critical to elucidate how glial cells in the brain sense various biological conditions in the periphery and transmit the signals to neurons. Microglia, immune cells in the brain, are involved in synaptic development and plasticity. Therefore, the contribution of microglia to neural circuit construction in response to the internal state of the body should be tested critically by intravital imaging of the relationship between microglial dynamics and neuronal activity.
Here, we describe a technique for the simultaneous imaging of microglial dynamics and neuronal activity in awake mice. Adeno-associated virus encoding R-CaMP, a gene-encoded calcium indicator of red fluorescence protein, was injected into layer 2/3 of the primary visual cortex in CX3CR1-EGFP transgenic mice expressing EGFP in microglia. After viral injection, a cranial window was installed onto the brain surface of the injected region. In vivo two-photon imaging in awake mice 4 weeks after the surgery demonstrated that neural activity and microglial dynamics could be recorded simultaneously at the sub-second temporal resolution. This technique can uncover the coordination between microglial dynamics and neuronal activity, with the former responding to peripheral immunological states and the latter encoding the internal brain states.

Here, we describe a protocol combining adeno-associated virus injection with cranial window implantation for simultaneous imaging of microglial dynamics and neuronal activity in awake mice.

Imaging simultaneo delle dinamiche microgliali e dell'attività neuronale in topi svegli

Since brain functions are under the continuous influence of the signals derived from peripheral tissues, it is critical to elucidate how glial cells in ...

Head Implants for the Neuroimaging of Awake, Head-Fixed Rats

Anesthetics, commonly used in preclinical and fundamental scientific research, have a depressive influence on the metabolic, neuronal, and vascular functions of the brain and can adversely influence neurophysiological results. The use of awake animals for research studies is advantageous but poses the major challenge of keeping the animals calm and stationary to minimize motion artifacts throughout data acquisition. Awake imaging in smaller-sized rodents (e.g., mice) is very common but remains scant in rats as rats are bigger, stronger, and have a greater tendency to oppose movement restraints and head fixation over the long durations required for imaging. A new model of neuroimaging of awake, head-fixed rats using customized hand-sewn slings, 3D-printed head implants, head caps, and a headframe is described. The results acquired following a single trial of single-whisker stimulation suggest an increase in the intensity of the evoked functional response. The acquisition of the evoked functional response from awake, head-fixed rats is faster than that from anesthetized rats, reliable, reproducible, and can be used for repeated longitudinal studies.

A detailed new procedure for functional imaging of awake, head-fixed rats is described.

Protesi alla testa per il neuroimaging di ratti svegli e fissati con la testa

Anesthetics, commonly used in preclinical and fundamental scientific research, have a depressive influence on the metabolic, neuronal, and vascular ...