Optical imaging of functional domains in the cortex of the awake and behaving monkey

As demonstrated by anatomical and physiological studies, the cerebral cortex consists of groups of cortical modules, each comprising populations of neurons with similar functional properties. This functional modularity exists in both sensory and association neocortices. However, the role of such cortical modules in perceptual and cognitive behavior is unknown. To aid in the examination of this issue we have applied the high spatial resolution optical imaging methodology to the study of awake, behaving animals. In this paper, we report the optical imaging of orientation domains and blob structures, approximately 100–200 μm in size, in visual cortex of the awake and behaving monkey. By overcoming the spatial limitations of other existing imaging methods, optical imaging will permit the study of a wide variety of cortical functions at the columnar level, including motor and cognitive functions traditionally studied with positron-emission tomography or functional MRI techniques.

Origins and antiquity of X-linked triallelic color vision systems in New World monkeys

It is known that the squirrel monkey, marmoset, and other related New World (NW) monkeys possess three high-frequency alleles at the single X-linked photopigment locus, and that the spectral sensitivity peaks of these alleles are within those delimited by the human red and green pigment genes. The three alleles in the squirrel monkey and marmoset have been sequenced previously. In this study, the three alleles were found and sequenced in the saki monkey, capuchin, and tamarin. Although the capuchin and tamarin belong to the same family as the squirrel monkey and marmoset, the saki monkey belongs to a different family and is one of the species that is most divergent from the squirrel monkey and marmoset, suggesting the presence of the triallelic system in many NW monkeys. The nucleotide sequences of these alleles from the five species studied indicate that gene conversion occurs frequently and has partially or completely homogenized intronic and exonic regions of the alleles in each species, making it appear that a triallelic system arose independently in each of the five species studied. Nevertheless, a detailed analysis suggests that the triallelic system arose only once in the NW monkey lineage, from a middle wavelength (green) opsin gene, and that the amino acid differences at functionally critical sites among alleles have been maintained by natural selection in NW monkeys for >20 million years. Moreover, the two X-linked opsin genes of howler monkeys (a NW monkey genus) were evidently derived from the incorporation of a middle (green) and a long wavelength (red) allele into one chromosome; these two genes together with the (autosomal) blue opsin gene would immediately enable even a male monkey to have trichromatic vision.

Ultrastructural localization of zinc transporter-3 (ZnT-3) to synaptic vesicle membranes within mossy fiber boutons in the hippocampus of mouse and monkey

Zinc transporter-3 (ZnT-3), a member of a growing family of mammalian zinc transporters, is expressed in regions of the brain that are rich in histochemically reactive zinc (as revealed by the Timm’s stain), including entorhinal cortex, amygdala, and hippocampus. ZnT-3 protein is most abundant in the zinc-enriched mossy fibers that project from the dentate granule cells to hilar and CA3 pyramidal neurons. We show here by electron microscopy that ZnT-3 decorates the membranes of all clear, small, round synaptic vesicles (SVs) in the mossy fiber boutons of both mouse and monkey. Furthermore, up to 60–80% of these SVs contain Timm’s-stainable zinc. The coincidence of ZnT-3 on the membranes of SVs that accumulate zinc, and its homology with known zinc transporters, suggest that ZnT-3 is responsible for the transport of zinc into SVs, and hence for the ability of these neurons to release zinc upon excitation.

Spatial processing in the auditory cortex of the macaque monkey

The patterns of cortico-cortical and cortico-thalamic connections of auditory cortical areas in the rhesus monkey have led to the hypothesis that acoustic information is processed in series and in parallel in the primate auditory cortex. Recent physiological experiments in the behaving monkey indicate that the response properties of neurons in different cortical areas are both functionally distinct from each other, which is indicative of parallel processing, and functionally similar to each other, which is indicative of serial processing. Thus, auditory cortical processing may be similar to the serial and parallel “what” and “where” processing by the primate visual cortex. If “where” information is serially processed in the primate auditory cortex, neurons in cortical areas along this pathway should have progressively better spatial tuning properties. This prediction is supported by recent experiments that have shown that neurons in the caudomedial field have better spatial tuning properties than neurons in the primary auditory cortex. Neurons in the caudomedial field are also better than primary auditory cortex neurons at predicting the sound localization ability across different stimulus frequencies and bandwidths in both azimuth and elevation. These data support the hypothesis that the primate auditory cortex processes acoustic information in a serial and parallel manner and suggest that this may be a general cortical mechanism for sensory perception.

Fumonisins and Alternaria alternata lycopersici toxins: sphinganine analog mycotoxins induce apoptosis in monkey kidney cells.

Fusarium moniliforme toxins (fumonisins) and Alternaria alternata lycopersici (AAL) toxins are members of a new class of sphinganine analog mycotoxins that occur widely in the food chain. These mycotoxins represent a serious threat to human and animal health, inducing both cell death and neoplastic events in mammals. The mechanisms by which this family of chemical congeners induce changes in cell homeostasis were investigated in African green monkey kidney cells (CV-1) by assessing the appearance of apoptosis, cell cycle regulation, and putative components of signal transduction pathways involved in apoptosis. Structurally, these mycotoxins resemble the sphingoid bases, sphingosine and sphinganine, that are reported to play critical roles in cell communication and signal transduction. The addition of fumonisin B1 or AAL toxin, TA, to CV-1 cells induced the stereotypical hallmarks of apoptosis, including the formation of DNA ladders, compaction of nuclear DNA, and the subsequent appearance of apoptotic bodies. Neither mycotoxin induced cell death, DNA ladders, or apoptotic bodies in CV-1 cells expressing simian virus 40 large T antigen (COS-7) at toxin concentrations that readily killed CV-1 cells. Fumonisin B1 induced cell cycle arrest in the G1 phase in CV-1 cells but not in COS-7 cells. AAL toxin TA did not arrest cell cycle progression in either cell line. The induction of apoptosis combined with the widespread presence of these compounds in food crops and animal feed identifies a previously unrecognized health risk to humans and livestock. These molecules also represent a new class of natural toxicants that can be used as model compounds to further characterize the molecular and biochemical pathways leading to apoptosis.

Estradiol and the inhibition of hypothalamic gonadotropin-releasing hormone pulse generator activity in the rhesus monkey.

In mammals, gonadal function is controlled by a hypothalamic signal generator that directs the pulsatile release of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) and the consequent pulsatile secretion of luteinizing hormone. In female rhesus monkeys, the electrophysiological correlates of GnRH pulse generator activity are abrupt, rhythmic increases in hypothalamic multiunit activity (MUA volleys), which represent the simultaneous increase in firing rate of individual neurons. MUA volleys are arrested by estradiol, either spontaneously at midcycle or after the administration of the steroid. Multiunit recordings, however, provide only a measure of total neuronal activity, leaving the behavior of the individual cells obscure. This study was conducted to determine the mode of action of estradiol at the level of single neurons associated with the GnRH pulse generator. Twenty-three such single units were identified by cluster analysis of multiunit recordings obtained from a total of six electrodes implanted in the mediobasal hypothalamus of three ovariectomized rhesus monkeys, and their activity was monitored before and after estradiol administration. The bursting of all 23 units was arrested within 4 h of estradiol administration although their baseline activity was maintained. The bursts of most units reappeared at the same time as the MUA volleys, the recovery of some was delayed, and one remained inhibited for the duration of the study (43 days). The results indicate that estradiol does not desynchronize the bursting of single units associated with the GnRH pulse generator but that it inhibits this phenomenon. The site and mechanism of action of estradiol in this regard remain to be determined.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Role of the monkey ventrolateral prefrontal cortex in the integration of contextual information for the selection and understanding of goal-directed actions

Action selection and organization are very complex processes that need to exploit contextual information and the retrieval of previously memorized information, as well as the integration of these different types of data. On the basis of anatomical connection with premotor and parietal areas involved in action goal coding, and on the data about the literature it seems appropriate to suppose that one of the most candidate involved in the selection of neuronal pools for the selection and organization of intentional actions is the prefrontal cortex. We recorded single ventrolateral prefrontal (VLPF) neurons activity while monkeys performed simple and complex manipulative actions aimed at distinct final goals, by employing a modified and more strictly controlled version of the grasp-to-eat(a food pellet)/grasp-to-place(an object) paradigm used in previous studies on parietal (Fogassi et al., 2005) and premotor neurons (Bonini et al., 2010). With this task we have been able both to evaluate the processing and integration of distinct (visual and auditory) contextual sequentially presented information in order to select the forthcoming action to perform and to examine the possible presence of goal-related activity in this portion of cortex. Moreover, we performed an observation task to clarify the possible contribution of VLPF neurons to the understanding of others’ goal-directed actions. Simple Visuo Motor Task (sVMT). We found four main types of neurons: unimodal sensory-driven, motor-related, unimodal sensory-and-motor, and multisensory neurons. We found a substantial number of VLPF neurons showing both a motor-related discharge and a visual presentation response (sensory-and-motor neurons), with remarkable visuo-motor congruence for the preferred target. Interestingly the discharge of multisensory neurons reflected a behavioural decision independently from the sensory modality of the stimulus allowing the monkey to make it: some encoded a decision to act/refraining from acting (the majority), while others specified one among the four behavioural alternatives. Complex Visuo Motor Task (cVMT). The cVMT was similar to the sVMT, but included a further grasping motor act (grasping a lid in order to remove it, before grasping the target) and was run in two modalities: randomized and in blocks. Substantially, motor-related and sensory-and-motor neurons tested in the cVMTrandomized were activated already during the first grasping motor act, but the selectivity for one of the two graspable targets emerged only during the execution of the second grasping. In contrast, when the cVMT was run in block, almost all these neurons not only discharged during the first grasping motor act, but also displayed the same target selectivity showed in correspondence of the hand contact with the target. Observation Task (OT). A great part of the neurons active during the OT showed a firing rate modulation in correspondence with the action performed by the experimenter. Among them, we found neurons significantly activated during the observation of the experimenter’s action (action observation-related neurons) and neurons responding not only to the action observation, but also to the presented cue stimuli (sensory-and-action observation-related neurons. Among the neurons of the first set, almost the half displayed a target selectivity, with a not clear difference between the two presented targets; Concerning to the second neuronal set, sensory-and-action related neurons, we found a low target selectivity and a not strictly congruence between the selectivity exhibited in the visual response and in the action observation.

The cannon ball tree : the monkey pots.

no.6(1924)

True monkey stories /

Illustrated lining-papers.

The image of his father; or, One boy is more trouble than a dozen girls. Being a tale of a "young monkey."

Added t.-p., illus.

His grey eminence, the true "Friar Joseph" of Bulwer Lytton's "Richelieu"; a historical study of the Capuchin, Pere Joseph Francois Le Clerc du Temblay,

Mode of access: Internet.