Novel freely moving monkey framework for the study of naturalistic behaviors

用于研究自然行为的新型自由移动猴子框架

基本信息

  • 批准号:
    10665292
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Animals live in dynamic, ever-changing environments. As such, survival requires them to explore their environment and process the barrage of sensory signals to form predictions about what to expect and how to respond to incoming sensory information. The requisite neural processing for naturalistic behaviors is highly complex, requiring the coordination of multiple brain functions including multisensory processing, sensorimotor integration, cognitive functions, and motor planning and execution. Thus, to understand the neural basis for naturalistic behaviors, it is essential to simultaneously study the behavioral and neural activity of animal models under relatively unrestrained conditions. A paragon example of such work is the neuronal basis of navigation in rodents and bats. However, the cognitive capacities, dexterous hands, and front-facing visual systems of human and non-human primates (NHPs) make them uniquely capable of predicting and influencing their environments. For this reason, NHPs are an ideal animal model for investigating human-relevant brain functions during complex, naturalistic behaviors. Thus, the goal of the current proposal is to develop and vet a novel research platform for conducting naturalistic studies with NHPs using navigation as the model system. To date, significant technical barriers have precluded the development of a robust freely moving monkey (FMM) framework. Here, we propose to implement fully wireless behavioral and multichannel neuronal data acquisition with female and male rhesus monkeys (Maccaca mulatta) during the free exploration of an open-field FMM arena. We will use 3D motion capture technology to record head, body, and upper limb movements. A novel facemask that is custom-designed and individualized for each animal will be used to perform binocular eye tracking. In addition, a novel microdrive system that is magnetic resonance imaging compatible will be used to safely and simultaneously introduce electrodes into multiple deep brain regions of the limbic system, as well as precisely verify the recording locations without histology. The microdrive system and a mobile neurologger will be contained within the cranial implant, enabling tether-less recordings while the animal is within the FMM arena as well as the home enclosure. To vet the FMM framework, we propose to use a free foraging paradigm. We will specifically test if well-established navigational properties found in rodents and bats are conserved in NHPs. Importantly, we will explore whether the neural circuitry is also elaborated in the primate brain to leverage the binocular, front-facing visual system. In particular, we will study the gaze-related properties of neurons during naturalistic behavior. We highly anticipate that behavioral and neuronal data acquired through this novel research platform will be unprecedented, enabling a more complete understanding of naturalistic primate brain functions including spatial navigation, visual and vestibular sensory processing, and motor control. Critically, this proposal sets the stage for the FMM framework to become an unparalleled research platform for investigating primate brain function in normal and diseased states with high human translational value.
项目摘要/摘要 动物生活在动态,不断变化的环境中。因此,生存要求他们探索自己的 环境和处理感官信号的屏障,以形成有关期望和如何的预测 响应传入的感官信息。自然行为的必要神经处理是高度的 复杂的,需要多个大脑功能的协调,包括多感觉处理,感觉运动 集成,认知功能以及运动计划和执行。因此,了解神经基础 自然行为,同时研究动物模型的行为和神经活动至关重要 在相对不受限制的条件下。此类工作的典范例子是导航的神经元基础 啮齿动物和蝙蝠。但是,人类的认知能力,灵巧的手和面向前视觉系统 非人类灵长类动物(NHP)使它们具有独特的能力预测和影响其环境。 因此,NHP是研究复合物过程中与人相关的大脑功能的理想动物模型, 自然行为。因此,当前建议的目的是开发和审查一个新的研究平台 使用导航作为模型系统进行NHP进行自然研究。迄今为止,重要的技术 障碍排除了一个自由移动的猴子(FMM)框架的发展。在这里,我们建议 用女性和男性恒河校实施完全无线行为和多通道神经元数据获取 在免费探索开放场FMM竞技场期间,猴子(Maccaca Mulatta)。我们将使用3D运动 捕获技术以记录头部,身体和上肢运动。一种定制设计的新颖的面罩 每只动物的个性化将用于执行双眼眼睛跟踪。另外,一种新颖的微型训练 磁共振成像兼容的系统将用于安全,同时引入 电极进入边缘系统的多个深脑区域,并精确验证记录位置 没有组织学。微训练系统和移动神经学将包含在颅内植入物中, 在动物在FMM竞技场内以及房屋围墙内,可以实现无束缚的录音。兽医 FMM框架,我们建议使用免费的觅食范式。我们将专门测试是否已建立 在啮齿动物和蝙蝠中发现的导航特性在NHP中是保守的。重要的是,我们将探讨是否 在灵长类动物的大脑中还阐述了神经回路,以利用双眼的前面视觉系统。 特别是,我们将研究自然主义行为期间神经元的目光相关特性。我们很高 预计通过这个新颖的研究平台获得的行为和神经元数据将是前所未有的, 能够对自然主义灵长类动物的大脑功能有更全面的了解,包括空间导航, 视觉和前庭感觉处理以及电动机控制。至关重要的是,该提案为FMM设定了舞台 成为一个无与伦比的研究平台的框架,用于调查正常和 人类翻译价值高的病态。

项目成果

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