Bu çalışma, Kyoto Üniversitesi'nin Hakubi Projesi, Zorlu Araştırmalar için Yardım Hibesi (Öncülük) (No.22K18644), Bilimsel Araştırma Hibesi (C) (No. 22K12745), Bilimsel Araştırma Hibesi (B) (No. 21H02851) ve Bilimsel Araştırma için Yardım Hibesi (A) (No. 19H01039) tarafından desteklenmiştir. İngilizce dil düzenlemesi için Editage'a (www.editage.jp) teşekkür ederiz.

Tüm deneyler EHUB Hayvan Deneyleri Komitesi (No.2022-003, 2023-104) tarafından onaylanmış ve EHUB tarafından yayınlanan Laboratuvar Primatlarının Bakım ve Kullanım Kılavuzu'na uygun olarak yürütülmüştür. Deney için dokuz yaygın marmoset (Callithrix jacchus, altı erkek ve üç dişi, 2-12 yaş, 330-490 g ağırlığında) kullanıldı.
1. Hayvanlar
<ol><li>Marmosetleri yuva kutuları, ahşap tünekler ve diğer zenginleştirme cihazlarıyla donat?...

Marmosetlerde Vokal Algının Karşılaştırmalı Çalışmaları için Noninvaziv EEG

Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Anestezi ile ilgili dikkat edilmesi gereken noktalar Hem ketamin hem de ksilazin uygulaması denenmiştir ve bunlar analjezik iken ve bu nedenle uzun ağrılı görevler için uygun olsa da, marmosetler oksijen solunması olmadan kan oksijen seviyelerinde azalma yaşama eğilimindedir44. Kısacası, alfaxalon muhtemelen tıraş veya maske yapımı gibi ağrısız görevler için en uygun olanıdır. Ayrıca sadece 10-15 dakika süren tıraş için inhalasyon anestezisi en uygun...

Primatlar, arayanın duygusal durumu veya sosyal bağları sürdürme niyeti, yırtıcıların varlığı veya diğer tehlikeli durumlar gibi biyolojik olarak önemli bilgileri iletmek için türe özgü seslendirmeler kullanır. Ses bakımından zengin insan olmayan primatlarda seslendirme algısının altında yatan sinirsel mekanizmaların araştırılması, insan dilinin evrimsel kökenlerini daha iyi anlamak için bize kritik ipuçları sağlayabilir.
Ortak marmosetler, Güney Amerika'ya özgü küçük primatlardır. Son yıllarda, marmosetler, yüksek üremeleri, küçük boyutları nedeniyle kullanım kolaylığı ve yararlı transgenik tekniklerin geliştirilmesi nedeniyle makak maymunlarının yanı sıra model hayvanlar olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır 1,2,3. Hastalık modelleri olarak faydalarına ek olarak, gruplar içindeki zengin sesli iletişim, bu türün bir başka benzersiz özelliğidir 4,5,6,7. Marmosetler, ormandaki görünmez türdeşlerle iletişim kurmak için rutin olarak ses sinyalleri alışverişinde bulunurlar. Marmosetlerde ses algısı ve üretiminde yer alan beyin aktivitesini inceleyerek, beyindeki kendi veya türdeş çağrılarının işitsel bilgilerini nasıl işlediklerini belirleyebilir ve hangi nöral devrelerin dahil olduğunu belirleyebiliriz. Önceki çalışmalar, marmosetlerde vokal üretiminde yer alan birincil işitsel korteks 8,9,10,11,12 ve frontal korteks 13,14'te nöral aktivite göstermiştir. Ayrıca, bu uyarılmış ve bastırılmış nöronal tepkiler, birincil işitsel korteksteki işitsel-vokal etkileşimler tarafından modüle edildi 8,10. Bu çalışmalar, invaziv kayıt yöntemleri kullanılarak tek nöron düzeyinde ayrıntılı nöral aktivite verileri sağlamıştır. Çok sayıda çalışma, marmoset ses üretiminde yer alan nöral aktiviteyi daha fazla incelemiştir; Bununla birlikte, ses algısı tam olarak anlaşılamamıştır15,16.
Birkaç noninvaziv beyin görüntüleme çalışması, marmosetlerde vokal işlemenin nöral mekanizmalarını aydınlatmıştır 17,18,19; Yüksek uzamsal çözünürlükleri bir avantajdır, ancak tarama sırasında hayvanları uyanık durumda tutmak ileri teknikler gerektirir. Bununla birlikte, daha yakın zamanlarda, Jafari ve ark. fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanarak uyanık marmosetlerde vokal algıda yer alan frontotemporal bölgeleri tanımladılar19. İnsanlarda ses algısı ve üretiminde yer alan beyin fonksiyonlarını aydınlatmaya yönelik hemen hemen tüm deneyler, kafa derisi elektroensefalografisi (EEG), manyetoensefalografi (MEG)20,21 ve fMRI 22,23,24 gibi invaziv olmayan yöntemler kullanılarak yapılmıştır. İnsanlarda yapılan çok sayıda çalışma, EEG kullanarak ses algısı ile ilgili beyin aktivitesini araştırmıştır. Bu çalışmaların çoğu duygusal bilgi25,26,27 ve duygusal kelimelerin belirginliği28 üzerine odaklanmıştır ve sonuçlar ses algısı29 sırasında olayla ilgili potansiyellerdeki değişiklikleri ortaya koymuştur. İnsanlarda intrakraniyal olarak implante edilmiş elektrotlar kullanılarak yapılan elektrokortikografi (ECoG) ve tek nöron kayıtları, nöroşirürji tedavisi gören hastalarda yalnızca sınırlı sayıda deneyde gerçekleştirilmiştir30,31.
İnsanları maymunlarla karşılaştıran evrimsel bir bakış açısı, insanlarda gelişen ses algısı ve üretiminin altında yatan benzersiz sinirsel mekanizmaları anlamak için önemlidir. Marmoset gibi ses açısından zengin insan olmayan primatlarda konuşma algısı ve seslendirme ile ilgili sinirsel mekanizmaları insanlarla doğrudan karşılaştırmak için, aynı yöntemi kullanarak iki tür arasındaki verileri karşılaştırmak önemlidir. Fonksiyonel MRG, tüm beyin görüntülemesine izin verir ve yüksek uzamsal çözünürlüğe sahiptir. Kafatasına dik olarak veya EEG veya MEG ile kaydedilmesi zor olan derin bölgelerde aktivite kaydetme avantajına sahiptir. Bununla birlikte, MRI makinesinin kurulumu ve bakımı pahalıdır ve cihazın doğası gereği sunulabilecek uyaranlar üzerinde birçok kısıtlama vardır. Karşılaştırıldığında, EEG, olayla ilgili potansiyeller (ERP'ler) ve MEG, yüksek bir zamansal çözünürlüğe sahiptir, bu da onları zaman serisi vokal işlemeyi analiz etmek için kullanışlı kılar. Özellikle, EEG, yüksek mobilite ve çeşitli deneysel ortamlarda kullanılabilme yeteneği, nispeten düşük maliyet ve sadece tek bir operatör gereksinimi gibi avantajlara sahiptir.
İnsanlarda zaten büyük miktarda EEG verisi elde edildiğinden, insan olmayan primatlar için non-invaziv paradigmaları kullanan EEG ölçüm yöntemlerine ihtiyaç vardır. Araştırma grubumuz, makaklar ve marmosetler için tüpler32'yi kullanarak benzersiz bir noninvaziv EEG kayıt yöntemi geliştirdi. Burada, insan olmayan primatlarda işitsel işleme ile ilgili birkaç yeni bulgu bildiriyoruz 33,34,35,36,37. Marmosetlerdeki türe özgü seslendirmelere yanıt olarak beyin aktivitesini karakterize etmek için, kafa derisine yerleştirilen elektrotları kullanarak beyin aktivitesini noninvaziv olarak kaydetmek için deneysel bir sistem oluşturduk. Bu çalışmada marmosetler için EEG ölçüm yöntemi anlatılmıştır.

<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 

Sesli iletişim, primatların sosyal etkileşimlerinde, özellikle hayatta kalma ve sosyal organizasyonda çok önemli bir rol oynar. İnsanlar, dil biçiminde benzersiz ve gelişmiş bir sesli iletişim stratejisi geliştirdiler. İnsan dilinin evrimini incelemek için, insanlarda ses işlemenin altında yatan sinirsel mekanizmaları araştırmak ve beyin mekanizmalarının insan olmayan primatlardaki mekanizmalarla karşılaştırarak nasıl evrimleştiğini anlamak gerekir. Burada, uyanık insan olmayan primatların elektroensefalografisini (EEG) noninvaziv olarak ölçmek için bir yöntem geliştirdik. Bu kayıt yöntemi, hayvanlara zarar vermeden uzun vadeli çalışmalara izin verir ve daha da önemlisi, insan olmayan primat EEG verilerini insan verileriyle doğrudan karşılaştırmamıza olanak tanır ve insan dilinin evrimi hakkında fikir verir. Bu çalışmada, marmosetlerde türe özgü seslendirmelere yanıt olarak beyin aktivitesini araştırmak için kafa derisi EEG kayıt yöntemini kullandık. Bu çalışma, vokal algı sırasında marmosetlerde yaygın nöral temsilleri yakalamak ve mevcut bilgilerdeki boşlukları doldurmak için kafa derisi EEG'sini kullanarak yeni bilgiler sağlar.

Primates use species-specific vocalizations to convey biologically important information, such as the caller&#39;s emotional state or intention to maintain social bonds, the presence of predators, or other dangerous situations. Investigation of the neural mechanisms underlying the perception of vocalization in vocal-rich nonhuman primates may provide us with critical clues to better understand the evolutionary origins of human language.
Common marmosets are small primates native to South America. In recent years, marmosets have been increasingly used as model animals, alongside macaque monkeys, because of their high reproductivity, ease of use owing to their small size, and the development of useful transgenic techniques1,2,3. In addition to their utility as disease models, rich vocal communication within groups is another unique characteristic of this species4,5,6,7. Marmosets routinely exchange vocal signals to communicate with invisible conspecifics in the forest. By examining the brain activity involved in vocal perception and production in marmosets, we can determine how they process the auditory information of their own or conspecific calls in the brain and identify which neural circuits are involved. Previous studies have demonstrated neural activity in the primary auditory cortex8,9,10,11,12 and frontal cortex13,14 involved in vocal production in marmosets. Furthermore, these excited and suppressed neuronal responses were modulated by auditory-vocal interactions in the primary auditory cortex8,10. These studies provided detailed neural activity data at the single-neuron level using invasive recording methods. Numerous studies have further examined the neural activity involved in marmoset vocal production; however, vocal perception remains poorly understood15,16.
Several noninvasive brain imaging studies have elucidated the neural mechanisms of vocal processing in marmosets17,18,19; their high spatial resolution is an advantage, however, keeping animals in the awake state during scanning requires advanced techniques. However, more recently, Jafari et al. identified frontotemporal regions involved in vocal perception in awake marmosets using functional magnetic resonance imaging (fMRI)19. Almost all experiments to elucidate the brain functions involved in vocal perception and production in humans have been conducted using noninvasive methods, such as scalp electroencephalography (EEG), magnetoencephalography (MEG)20,21, and fMRI22,23,24. Numerous studies in humans have investigated brain activity related to vocal perception using EEG. Most of these studies have focused on emotional information25,26,27 and the saliency of emotional words28, with the results revealing changes in event-related potentials during vocal perception29. Electrocorticography (ECoG) and single-neuron recordings using intracranially implanted electrodes in humans have only been conducted in a limited number of experiments in patients undergoing neurosurgical treatment30,31.
An evolutionary perspective comparing humans with monkeys is important when understanding the unique neural mechanisms underlying vocal perception and production that have developed in humans. To directly compare the neural mechanisms involved in speech perception and vocalization in vocal-rich nonhuman primates, such as the marmoset, with humans, it is important to compare data between the two species using the same method. Functional MRI allows whole-brain imaging and has a high spatial resolution. It has the advantage of recording activity perpendicular to the skull or in deep regions that are difficult to record with EEG or MEG. However, the MRI machine is expensive to install and maintain, and there are many restrictions on the stimuli that can be presented due to the nature of the device. In comparison, EEG, event-related potentials (ERPs), and MEG have a high temporal resolution, making them useful for analyzing time-series vocal processing. In particular, EEG has the advantages of high mobility and the ability to be used in a variety of experimental settings, relatively low cost, and the requirement for just a single operator.
Since a large amount of EEG data has already been obtained in humans, EEG measurement methods using non-invasive paradigms are needed for non-human primates. Our research group developed a unique noninvasive EEG recording method using tubes32 for macaques and marmosets. Here, we report several novel findings regarding auditory processing in nonhuman primates33,34,35,36,37. To characterize brain activity in response to species-specific vocalizations in marmosets, we constructed an experimental system to noninvasively record brain activity using electrodes placed on the scalp. In this study, we describe the EEG measurement method for marmosets.

Yazar Gündemi: Küçük Primatlarda Vokal Bilgi Temsilinin ve Noninvaziv EEG Kullanılarak Psikiyatrik Bozukluklarla Değiştirilmesinin İncelenmesi

Uyanık Marmosetlerde Elektroensefalografi Ölçümleri: Türgül Seslendirmelerin Dinlenmesi 

We would like to know how vocal information is represented in the brain of small primates which are rich in vocal communications. We would like to illustrate how the representation will be altered by psychiatric disorders such as schizophrenia in the future. We compared non-invasive EEGs across four primate species, and found that the latency of auditory cortex to respond to sounds is longer in humans than in other primates.This would have a significant impact on the perception of complex sounds, such as calls and speech sounds. Few experimental methods allow direct comparison of brain activity obtained from human and animals. We hope to quantify the process of human language evolution by direct comparison, or directly comparing data among various animal species using the non-invasive measurement method.We hope to address this challenge with our protocol.

İlk olarak, marmosetlerdeki her bir işitsel uyaran için ortalama olayla ilgili potansiyelleri (ERP'ler) çizdik (Şekil 2). İşitsel uyarılmış potansiyel (AEP), uyaranların net başlangıcını yansıtan Gürültü durumunda belirgindi. Çağrı türleri ve gürültü uyaranları arasındaki ortalama ERP'leri karşılaştırmak için, Cz yanıtında denekler arası faktör olarak uyaranlarla tek yönlü bir varyans analizi (ANOVA) uyguladık. Uy...

Dilin evrimini incelemek için, insanlardaki beyin mekanizmalarını insan olmayan primatlardaki mekanizmalarla karşılaştırmak önemlidir. Uyanık hayvanların elektroensefalografisini (EEG) noninvaziv olarak ölçmek için bir yöntem geliştirdik. İnsanlar ve hayvanlar arasındaki EEG verilerini, onlara zarar vermeden uzun vadede doğrudan karşılaştırmamızı sağlar.

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 

310 Views.  Kyoto University. We would like to know how vocal information is represented in the brain of small primates which are rich in vocal communications. We would like to illustrate how the representation will be altered by psychiatric disorders such as schizophrenia in the future. We compared non-invasive EEGs across four primate species, and found that the latency of auditory cortex to respond to sounds is longer in humans than in other primates.This would have a significant impact on the perception of comp...

Video: Author Spotlight: Investigating Vocal Information Representation in Small Primates and Its Alteration by Psychiatric Disorders Using Noninvasive EEG