Name: concurrent recording of co-localized electroencephalography and local field potential in rodent
Uploaded: 2017-11-30T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 31 s
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Wir möchten danken Andrew Cripps und BioResource Einheit an der University of Reading. Diese Forschung wurde finanziert durch die BBSRC (Anzahl zu gewähren: BB/K010123/1). Daten im Zusammenhang mit diesem Werk ist frei von Y.Z (ying.zheng@reading.ac.uk) verfügbar.

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Wir haben ein experimentelles Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von Co lokalisierte EEG und LFP-Signale ein Isofluran narkotisierten Ratte in Reaktion auf die Whisker Pad Stimulation beschrieben. Eine Mikroelektrode wurde in der Großhirnrinde durch eine Öffnung in der EEG-Spinne-Elektrode eingefügt, die mit einem Grat-Loch in den Schädel gebohrt ausgerichtet war. Die Elektrode wurde an den Schädel durch eine leitfähige gesichert und Klebstoff EEG einfügen23. Die Bugnase für die Verwaltung von Isofluran verwendet wurde geändert, so dass stimulierende Elektroden in die Whisker-Pad mit Leichtigkeit eingesetzt werden könnte.
Die EEG-Paste war effektiv bei der Montage der Spider Elektrode fest mit dem Schädel und bietet hervorragende elektrischen Leitfähigkeit experimentelle tagsüber ohne die Notwendigkeit für zusätzliche Anwendung der Paste. Es ersetzt die unerwünschte Verwendung von Leim, die Peripherie der Spider Elektrode an den Schädel zu beheben, wie Kleber nicht leitend ist und die Impedanz der Elektrode zu erhöhen kann, wenn es zwischen dem Schädel und der Elektrode läuft. EEG-Paste hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber EEG-Gel, das ist schwierig, Form um des Bohrlochs und im Experiment, was zu schlechten EEG-Signale austrocknen kann.
Da die Ratte in einem Faraday-Käfig platziert wurde, war elektrisches Rauschen aufgrund der Umgebung stark gedämpft. Allerdings war der neuronalen Signal manchmal immer noch ziemlich laut. In den meisten Fällen war dies durch die Bezugselektrode nicht richtig positioniert und musste daher neu eingestellt werden oder mehr EEG verursacht Paste verwendet. Ein weiteres häufiges Problem war, dass die evozierte LFP kleine Amplitude. Dies könnte aufgrund der Mikroelektrode nicht in der Mitte der kortikalen Region aktiviert durch die stimulierenden Elektroden positioniert sein. Statt neu einfügen der Mikroelektrode, die mehr die lokalen Nervenzellen schädigen könnte, haben wir in der Regel die Position der stimulierenden Elektroden in die Whisker-Pad bis eine vernünftige Amplitude von der LFP angepasst (> 3 mV) konnten beobachtet werden.
Eine der Beschränkungen der Technik ist die schlechte räumliche Auflösung von der Spinne-Elektrode, die einen Durchmesser von 6 mm hat. Verglichen mit der Größe des Schädels die Ratte ist groß. Leider ist die Spinne Elektrode verwendet hier den kleinsten zur Verfügung zu erwerben. Es werden wünschenswert, den Durchmesser der Spider Elektrode auf 2-4 mm zu reduzieren, wodurch sich die räumlichen Besonderheiten der EEG-Ableitungen, der Vergleich zwischen das EEG-Signal und die Supragranular LFP signal weniger zweideutig.
Mehrere wichtige Schritte im Protokoll bedürfen besonderer Aufmerksamkeit. Die erste ist die Einfügung der Mikroelektrode durch des Bohrlochs. Wie die Dura ansonsten intakt ist, ist die Genauigkeit der Einfügung entscheidend. Ein leichter Widerstand an der Spitze der Elektrode bedeutet normalerweise, dass die Elektrode nicht korrekt positioniert ist. Es muss angehoben werden, Lage angepasst und wieder eingefügt. Die zweite ist die Position des Kegels Nase auf die Ratte. Es darf nicht zu locker, wie Isoflurane aus dem Konus entweicht. Es muss auch nicht zu eng sein, da dies die Nasenlöcher der Ratte behindern und Atembeschwerden verursachen. Besondere Aufmerksamkeit ist auch erforderlich, um sicherzustellen, dass die Amplitude der EEG-Aufzeichnung viel kleiner ist (in der Regel 5 bis 10 Mal kleiner) als die LFP-Top-Channel-Aufnahme. Wenn sie ähnlich sind, ist es ein Hinweis darauf, dass die EEG-Sonde in direktem oder indirektem Kontakt mit der Mikroelektrode getreten ist. Ein indirekten Kontakt wird in der Regel durch die zerebralen spinalen Flüssigkeit (CSF), die manchmal das Loch füllt in den Schädel gebohrt. Die Leitfähigkeit des CSF ist in der Regel 100 Mal, dass der Schädel24,25. Daher, wenn das Niveau der CSF innerhalb des Bohrlochs hoch genug ist, kann es machen Kontakt mit der Spinne-Elektrode. Um dies zu vermeiden, sollte das Loch mit super saugfähige Baumwolle Schwämme wie Absorption Spears häufig gereinigt werden.
Die Wirkung eines Bohrlochs (Durchmesser < 2 mm) in den Schädel auf das EEG Aufnahmen rund um das Loch wurde untersucht, indem eine andere Spinne-Elektrode auf der intakten Schädel auf Ipsi-Lateral Barrel Cortex damit bilateralen EEG-Ableitungen verglichen werden könnte. Die Ergebnisse in Abbildung 9 und Abbildung 10, schlagen die Wirkung auf das Signifikanzniveau 0,05 unbedeutend sein. Andere Faktoren, die die Amplitude des EEG gehören wie auch die EEG-Paste war in Kontakt mit den Schädel, wie fest die Elektrode, die Paste gedrückt wurde und die räumliche Ausdehnung der EEG-Paste auf dem Schädel.
Es lohnt sich auch zu beachten, dass das Protokoll hier beschriebenen Schädel EEG aufgezeichnet die unterscheidet sich von Scalp EEG in menschlichen EEG-Studien verwendet. Die Kopfhaut wirkt wie ein Widerstand oder ein Tiefpass-Filter, der das Signal-Rausch-Verhältnis des EEG Aufnahme weiter reduzieren wird.
Zu guter Letzt die zeitliche Dynamik des ERP und derjenigen der evozierten LFP über die kortikalen Schichten im Vergleich zufolge somatosensiblen evozierten Potentiale besser widerspiegelt die LFP in der Supragranular Schicht der Rinde als in das Granulat und Infragranular Schichten. Dies ist in Übereinstimmung mit unserer früheren Arbeit6, zeigen, dass das erste Segment (P1) des ERP-im Zusammenhang mit der Rückkehr aktuelle infolge des Zuflusses der erregenden synaptischen aktuelle auftretenden in der Körnerschicht während der anschließenden abnimmt) N1) in ERP kann auf die verspätete Ankunft der Thalamische afferenten zu kortikalen Schichten II/III und/oder Feedforward Signale aus tieferen kortikalen Schichten bezogen werden. Zusammenfassend, gleichzeitige Aufnahmen des EEG/LFP Verständnis der neuronalen Genese des EEG, erleichtern und verbessern die mathematische Modellierung des EEG in Bezug auf neuronale Signale über die kortikalen Schichten.

Es ist allgemein anerkannt, dass drängendere erfasst in erster Linie über Mikroelektroden die gewichtete Summe der synchronisierten exzitatorischen und inhibitorischen synaptischen Aktivitäten von lokalen pyramidale neuronalen Populationen1,2,3 widerspiegeln , 4. unsere neuere Forschungen gezeigt, dass das Profil des LFP-Signals in Komponenten von Hemmung und Erregung5,6getrennt werden könnte. Jedoch wie LFP normalerweise über ein invasives Verfahren gemessen wird, ist es nicht geeignet für die meisten Studien des menschlichen Gehirns.
EEG ist auf der anderen Seite eine nicht-invasive Technik zur Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Es ist ein Diagnosewerkzeug für bestimmte Arten von neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie sowie als Recherche-Tool in menschliche kognitive Studien verbreitet. Trotz seiner Popularität ist eine große Einschränkung des EEG die Unfähigkeit, seine zeitliche Profile genau in Bezug auf die zugrunde liegende neuronale Signale7,8,9zu interpretieren.
Zunehmend werden mathematische Modelle des EEG entwickelt Verständnis vom Gehirn Funktion10,11,12,13,14,15. Die meisten bestehenden EEG-Modelle sind basierend auf passende Domain Frequenzeigenschaften des Modells vorhergesagt Ausgabe auf die EEG-Daten-Bandbreite während der spontanen Aktivität entwickelt, und sehr wenige EEG Modelle erzeugen realistische sensorische evozierte Potentiale. In diesem Zusammenhang bieten gleichzeitige Aufnahmen von EEG und LFP wichtige Erkenntnisse und Einschränkungen, für genauere mathematische Modelle des EEG zu entwickeln.
Um dieses Bedarfs für gleichzeitige Aufnahmen den neuronalen Ursprung des EEG weiter zu erkunden, entwickelten wir eine Methode um EEG und Multi-laminar LFP-Signale gleichzeitig im Neocortex der narkotisierten Ratte zu erfassen. Die Einrichtung ist ähnlich wie bei früheren gleichzeitige EEG/LFP-Studien in Primaten16,17. Wir untersucht die Wirkung eines Bohrlochs gebohrt in den Schädel auf EEG-Ableitungen, die rund um das Loch durch einen bilateralen EEG-Ableitungen (d. h., eine Halbkugel mit einem Grat Loch, die andere Hemisphäre intakt) in Ermangelung von sensorischen Vergleich die Stimulation. Unsere Ergebnisse zeigen, dass gleichzeitige EEG/LFP-Aufnahmen einfach und effektiv mit wenig EEG Signalverzerrung aus dem Grat Loch in den Schädel durchgeführt werden können.

<table><tbody><tr><td>Female Lister Hood rats</td><td>Charles Rivers</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spider electrode</td><td>Unimed Electrode Supplies Ltd</td><td>SCS24-426</td><td></td></tr><tr><td>EEG paste: Ten20</td><td>Unimed Electrode Supplies Ltd</td><td>10-20-S</td><td></td></tr><tr><td>Stereotaxic holder with dual micromanipulator arms: Dual Manipulator Stereotaxic Frame with 18&amp;deg; Ear Bars</td><td>WPI (World Precision Instruments)</td><td>502603</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>National Vet Services Limited</td><td>50878</td><td></td></tr><tr><td>Hard plastic nose cone: Anasthesia Gas Mask for Rat</td><td>WPI</td><td>502054</td><td></td></tr><tr><td>Small animal isoflurane anaesthetic system</td><td>WPI</td><td>EZ-B800A</td><td></td></tr><tr><td>Thermostatic heating pad: Rat Blanket System 230V</td><td>Harvard Apparatus UK</td><td>50-7221-F</td><td></td></tr><tr><td>Ophthalmic ointment: Optixcare eye lube</td><td>Viovet</td><td>203865</td><td></td></tr><tr><td>Lidocaine Hydrochloride (Injection 2%)</td><td>Larkmead Vets</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Jacquette Scaler #1SSE, 18cm, Hollow</td><td>WPI</td><td>503421</td><td></td></tr><tr><td>Serrated and curved dissecting forceps</td><td>WPI</td><td>15915</td><td></td></tr><tr><td>Braided silk, non-absorbable suture: Mersilk Suture W502H</td><td>National Vet Services Limited</td><td>153746</td><td></td></tr><tr><td>Dental drill: BONE MICRO DRILL SYST 230 VAC</td><td>Harvard Apparatus UK</td><td>72-4860</td><td></td></tr><tr><td>Sterile Saline: Sodium chloride 0.9%</td><td>Animalcare Ltd</td><td>14K26BT</td><td></td></tr><tr><td>Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #4</td><td>Harvard Apparatus UK</td><td>72-4958</td><td></td></tr><tr><td>Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #1/4</td><td>Harvard Apparatus UK</td><td>72-4962</td><td></td></tr><tr><td>Faraday cage</td><td>Newport Corporation</td><td>VIS-FDC-3600</td><td></td></tr><tr><td>Vibration isolation workstation: Vision IsoStation</td><td>Newport Corporation</td><td>M-VIS3660-RG4-325A</td><td></td></tr><tr><td>Oximeter Control Unit and sensor: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp.</td><td>WPI</td><td>O15001</td><td></td></tr><tr><td>Transparent soft nose cone: Microflex Non-Rebreathing Unit with a Rat Nosecone</td><td>WPI</td><td>EZ-103A</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel stimulating electrodes</td><td>PlasticsOne</td><td>E363/1/SPC</td><td></td></tr><tr><td>Isolated current stimulator</td><td>Made in House</td><td></td><td></td></tr><tr><td>16-channel micro-electrode, 100 &amp;mu;m spacing, area of each site 177 &amp;mu;m&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td><td>NeuroNexus</td><td>A1x16-10mm-100-177-A16</td><td></td></tr><tr><td>16-channel acute headstage</td><td>Tucker David Technologies Inc., TDT</td><td>RA16AC-Z</td><td></td></tr><tr><td>Pre-Amplifier: Z-Series 64-Channel Neuro-Digitizing Preamp</td><td>TDT</td><td>PZ5-64</td><td></td></tr><tr><td>Passive signal splitter: 32-Channel Splitter Box for PZ5</td><td>TDT</td><td>S-BOX_PZ5</td><td></td></tr><tr><td>Data acquisition unit: RZ2 BioAmp Processor. Z-Series 4-DSP ultra high performance processor</td><td>TDT</td><td>RZ2-4</td><td></td></tr><tr><td>Software for Neurophysiology: OpenEX</td><td>TDT</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Absorption spears</td><td>Fine Sicence Tools</td><td>18105-01</td><td></td></tr></tbody></table>

concurrent recording of co-localized electroencephalography and local field potential in rodent

Obwohl Elektroenzephalographie (EEG) häufig als nicht-invasive Technik zur Erfassung von neuronalen Aktivitäten des Gehirns verwendet wird, ist unser Verständnis von der Neurogenese des EEG noch sehr begrenzt. Lokales Feld Potentiale (drängendere) über eine Multi-laminar Mikroelektrode aufgezeichnet bieten eine detailliertere Darstellung der gleichzeitigen neuronale Aktivität in verschiedenen kortikalen Schichten in der Großhirnrinde, aber die Technik ist invasiv. Kombination von EEG- und LFP-Messungen in einem präklinischen Modell stark Verständnis der neuronalen Mechanismen in der Generation der EEG-Signale, erleichtern und verbessern die Ableitung eines realistischeren und biologisch korrekt mathematischen Modells des EEG. Ein einfaches Verfahren für den Erwerb der gleichzeitigen und Co lokalisierte EEG und Multi-laminar LFP-Signale in den narkotisierten Nager wird hier vorgestellt. Außerdem untersuchten wir, ob EEG-Signale eines Bohrlochs gebohrt in den Schädel für das Einfügen von einer Mikroelektrode erheblich betroffen waren. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Bohrlochs einen vernachlässigbaren Einfluss auf EEG-Ableitungen hat.

Daten von 4 Ratten wurden gemittelt, um meine Zeitreihen gegebenenfalls zu erhalten. Die Amplitude der evozierten EEG-Reaktion, auch bekannt als das Ereignis im Zusammenhang mit Potenzial (ERP), ist in der Regel viel kleiner als die von der LFP. Abbildung 6 zeigt die durchschnittliche ERP und LFP in Supragranular, körnig, und Infragranular Schichten des Cortex Fass bzw.. Die Fehler-Band in jeder Parzelle ist der entsprechende Standardfehler. Es ist ersichtlich, dass ERP ca. 10 Mal kleiner als die evozierten LFP ist.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig6.jpg"> Abbildung 6: bedeuten (n = 4) neuronale Signale von ERP, Supragranular, körnig, und Infragranular LFP. Schatten zeigt Standardfehler. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Vergleiche die zeitliche Dynamik des ERP- und LFP sind in Abbildung 7gezeigt. Direkte Überlagerung von ERP- und Supragranular LFP in Abbildung 7A zeigt die Reihenfolge der Amplitude Unterschiede zwischen diesen beiden Arten der neuralen Signale. Um die zeitliche Dynamik zu vergleichen, sind ERP- und LFP in Bezug auf ihre negativen Höhepunkt Amplitude normiert. Abbildung 7 b und 7 C zeigen, dass die normalisierten ERP die normalisierte Supragranular LFP und normalisierte granulare LFP, bzw. überlagert.
Es ist aus Abbildung 7 b erkennbar, dass die Gipfel der P1 und N1 für ERP als die entsprechenden Gipfel der LFP in der Supragranular Schicht mehr verzögerte sind. Die zeitliche Profile dieser zwei neuronale Signale sind jedoch ähnlich, mit P1 N1 vor. Auf der anderen Seite, dem zeitlichen Verlauf des ERP unterscheidet sich deutlich von derjenigen der (Körnerschicht IV des Fasses Kortex) LFP (Abbildung 7). Vor allem sind sie keine Spiegelbilder von einander, mit körnigen LFP dominiert durch einen einzigen negativen Spitzenwert (widerspiegelt eine große Waschbecken im kortikalen Schicht IV), während ERP in erster Linie aus zwei Spitzen mit entgegengesetzter Polarität bestand.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig7.jpg"> Abbildung 7: Vergleich der zeitlichen Dynamik des ERP- und LFP. (A) ERP (durchgezogene Linie) mit Supragranular LFP (gestrichelte Linie) überlagert. Schatten zeigt Standardfehler. (B) normalisiert ERP (durchgezogene Linie) überlagert mit normalisierten Supragranular LFP (gestrichelte Linie). (C) normalisiert ERP (durchgezogene Linie) überlagert mit normalisierten granulare LFP (gestrichelte Linie). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Das ERP-Signal wurde über eine Spinne Elektrode platziert auf den Schädel mit einem Grat Bohrung hinein gemessen. Um die Wirkung des Lochs auf EEG-Ableitungen zu untersuchen, wurde eine weitere Spinne Elektrode auf den intakten Schädel oben Ipsi-Lateral Barrel Cortex platziert. Darauf wurde geachtet, um sicherzustellen, dass die Impedanzen der beiden Spider Elektroden in der Größenordnung vergleichbar waren, durch Anpassung der Höhe der EEG-Paste verwendet. Daten aus vier Ratten (die nicht die gleichen Ratten verwendet wurden oben) werden hier vorgestellt.
Abbildung 8 zeigt die gleichzeitige ruhenden Zustand EEG-Ableitungen von beiden Elektroden eine Ratte mit 100 s in Abbildung 8Aangezeigten Daten und die Daten in den rechteckigen Rahmen (20 s) sind in Abbildung 8 berweitert. Die zwei EEG-Signale variieren Co weitgehend ähnliche Reichweite der Amplitude. Abbildung 9 zeigt die PSD der vier Ratten, mit der oberen Zeile mit einer linearen Skala auf der Frequenzachse und die untere Zeile mit einer logarithmischen Skala auf der Frequenzachse um eine erweiterte Ansicht im unteren Frequenzbereich zu bieten. Aus Abbildung 9scheinen es nicht zu konsistenten Bias in der PSD über Themen. Dies wurde bestätigt durch eine Probe t-Tests auf die normalisierten Unterschiede in der gemittelten PSD in den fünf Frequenzbändern in Abbildung 10dargestellt. Keiner der normalisierten PSD Unterschiede in dieser Frequenzbänder unterschieden sich signifikant von Null (p = 0,32, 0,46 0,85, 0,69 und 0,97, beziehungsweise).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig8.jpg"> Abbildung 8: bilateralen EEG-Ableitungen. (A) Schädel EEG Aufnahme während der Ruhezustand mit einem Grat-Loch in den Schädel (schwarz) und eine simultane EEG-Aufzeichnung auf der gegenüberliegenden Hemisphäre mit intakten Schädel (grau). (B) erweiterte Anzeigen der Wellenformen innerhalb des rechteckigen Rahmens in (A). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig9.jpg"> Abbildung 9: spektrale Leistungsdichte (PSD) die Contra-(blau) und das EEG Ipsi-Lateral (rot). Jede Spalte zeigt die PSD für eine Ratte. Die oberen Platten verwenden lineare Frequenzskala, während die unteren Verkleidungen logarithmischen Frequenzskala verwenden, damit die PSD im unteren Frequenzbereich visualisiert werden. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig10.jpg"> Abbildung 10: Gruppe Analyse. Unterschied zwischen der Contra- und Ipsi-Lateral PSD mit fünf Frequenzbänder normalisiert: Delta, Theta, Alpha, Beta und Gamma. Jeder Balken zeigt die mittlere normalisierte Unterschiede innerhalb des Frequenzbandes mit der Standardfehler der Fehlerbalken dargestellt. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig10large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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

Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode zur gleichzeitigen Erfassung von Co lokalisierte Elektroenzephalographie (EEG) und Multi-laminar lokales Feld bei einem anästhesierten Ratte. Eine Grat-Bohrung im Schädel für das Einfügen von einer Mikroelektrode erweist sich vernachlässigbar Verzerrung des EEG Signals zu produzieren.

Gleichzeitige Aufnahme von Co lokalisierte Elektroenzephalographie und lokales Feld Potential in Nagetier

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

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.2K Aufrufe.  University of Reading. Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode zur gleichzeitigen Erfassung von Co lokalisierte Elektroenzephalographie (EEG) und Multi-laminar lokales Feld bei einem anästhesierten Ratte. Eine Grat-Bohrung im Schädel für das Einfügen von einer Mikroelektrode erweist sich vernachlässigbar Verzerrung des EEG Signals zu produzieren.

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

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

Gleichzeitige fMRI und Elektrophysiologie in der Nager Gehirn

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

Forschung

Neurowissenschaften

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials and Electrocorticograms in Response to Nociceptive Laser Stimuli from Freely Moving Rats

Electrocortical responses, elicited by laser heat pulses that selectively activate nociceptive free nerve endings, are widely used in many animal and human studies to investigate the cortical processing of nociceptive information. These laser-evoked brain potentials (LEPs) consist of several transient responses that are time-locked to the onset of laser stimuli. However, the functional properties of the LEP responses are still largely unknown, due to the lack of a sampling technique that can simultaneously record neural activities at the surface of the cortex (i.e., electrocorticogram [ECoG] and scalp electroencephalogram [scalp EEG]) and inside the brain (i.e., local field potential [LFP]). To address this issue, we present here an animal protocol using freely moving rats. This protocol is composed of three main procedures: (1) animal preparation and surgical procedures, (2) a simultaneous recording of ECoG and LFP in response to nociceptive laser stimuli, and (3) data analysis and feature extraction. Specifically, with the help of a 3D-printed protective shell, both ECoG and LFP electrodes implanted on the rat&#39;s skull were securely held together. During data collection, laser pulses were delivered on the rat&#39;s forepaws through gaps in the bottom of the chamber when the animal was in spontaneous stillness. Ongoing white noise was played to avoid the activation of the auditory system by the laser-generated ultrasounds. As a consequence, only nociceptive responses were selectively recorded. Using the standard analytical procedures (e.g., band-pass filtering, epoch extraction, and baseline correction) to extract stimulus-related brain responses, we obtained results showing that LEPs with a high signal-to-noise ratio were simultaneously recorded from ECoG and LFP electrodes. This methodology makes the simultaneous recording of ECoG and LFP activities possible, which provides a bridge of electrocortical signals at the mesoscopic and macroscopic levels, thereby facilitating the investigation of nociceptive information processing in the brain.

We developed a technique that simultaneously records both electrocorticography and local field potentials in response to nociceptive laser stimuli from freely moving rats. This technique helps establish a direct relationship of electrocortical signals at the mesoscopic and macroscopic levels, which facilitates the investigation of nociceptive information processing in the brain.

Gleichzeitige Aufnahmen von kortikalen lokales Feld Potentialen und Electrocorticograms in Reaktion auf Reize der nozizeptiven Laser von frei beweglichen Ratten

Electrocortical responses, elicited by laser heat pulses that selectively activate nociceptive free nerve endings, are widely used in many animal and ...

Verhalten

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

Gleichzeitige Aufnahmen der kortikalen lokales Feld Potentiale, Elektrokardiogramm, Elektromyogramm und Atemrhythmus aus einem frei beweglichen Ratte

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed electrical field of a large volume of brain tissue, extracting information about local activity is challenging. Studying neuronal microcircuits, however, requires a reliable distinction between truly local events and volume-conducted signals originating in distant brain areas. Current source density (CSD) analysis offers a solution for this problem by providing information about current sinks and sources in the vicinity of the electrodes. In brain areas with laminar cytoarchitecture such as the hippocampus, one-dimensional CSD can be obtained by estimating the second spatial derivative of the LFP. Here, we describe a method to record multilaminar LFPs using linear silicon probes implanted into the dorsal hippocampus. CSD traces are computed along individual shanks of the probe. This protocol thus describes a procedure to resolve spatially restricted neuronal network oscillations in the hippocampus of freely moving mice.

This protocol describes the recording of local field potentials with multi-shank linear silicon probes. Conversion of the signals using current source density analysis allows the reconstruction of local electrical activity in the mouse hippocampus. With this technique, spatially restricted brain oscillations can be studied in freely moving mice.

Aufzeichnung von räumlich eingeschränkt Schwingungen im Hippocampus Verhalten der Mäuse

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice

This article demonstrates complete, detailed procedures for both in vivo bilateral recording and analysis of local field potential (LFP) in the cortical areas of mice, which are useful for evaluating possible laterality deficits, as well as for assessing brain connectivity and coupling of neural network activities in rodents. The pathological mechanisms underlying Alzheimer&#39;s disease (AD), a common neurodegenerative disease, remain largely unknown. Altered brain laterality has been demonstrated in aging people, but whether or not abnormal lateralization is one of the early signs of AD has not been determined. To investigate this, we recorded bilateral LFPs in 3-5-month-old AD model mice, APP/PS1, together with littermate wild type (WT) controls. The LFPs of the left and right secondary motor cortex (M2), specifically in the gamma band, were more synchronized in APP/PS1 mice than in WT controls, suggesting a declined hemispheric asymmetry of bilateral M2 in this AD mouse model. Notably, the recording and data analysis processes are flexible and easy to carry out, and can also be applied to other brain pathways when conducting experiments that focus on neuronal circuits.

We present in vivo electrophysiological recording of the local field potential (LFP) in bilateral secondary motor cortex (M2) of mice, which can be applied to evaluate hemisphere lateralization. The study revealed altered levels of synchronization between the left and right M2 in APP/PS1 mice compared to WT controls.

Bewertung der Hemisphärenlateralisierung mit bilateraler lokaler Feldpotentialaufzeichnung im sekundären Motorcortex von Mäusen

This article demonstrates complete, detailed procedures for both in vivo bilateral recording and analysis of local field potential (LFP) in the cortical ...

Extrazelluläre elektrophysiologische Aufzeichnung im motorischen Kortex von Mäusen

Multichannel Extracellular Recording in Freely Moving Mice

The protocol aims to uncover the properties of neuronal firing and network local field potentials (LFPs) in behaving mice carrying out specific tasks by correlating the electrophysiological signals with spontaneous and/or specific behavior. This technique represents a valuable tool in studying the neuronal network activity underlying these behaviors. The article provides a detailed and complete procedure for electrode implantation and consequent extracellular recording in free-moving conscious mice. The study includes a detailed method for implanting the microelectrode arrays, capturing the LFP and neuronal spiking signals in the motor cortex (MC) using a multichannel system, and the subsequent offline data analysis. The advantage of multichannel recording in conscious animals is that a greater number of spiking neurons and neuronal subtypes can be obtained and compared, which allows the evaluation of the relationship between a specific behavior and the associated electrophysiological signals. Notably, the multichannel extracellular recording technique and the data analysis procedure described in the present study can be applied to other brain areas when conducting experiments in behaving mice.

Autor im Rampenlicht: Fortschritte in der extrazellulären Mehrkanalaufzeichnung zur Untersuchung der neuronalen Aktivität bei frei beweglichen Mäusen 

The protocol describes the methodology of extracellular recording in the motor cortex (MC) to reveal extracellular electrophysiological properties in freely moving conscious mice, as well as the data analysis of local field potentials (LFPs) and spikes, which is useful for evaluating the network neural activity underlying behaviors of interest.

Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

The protocol aims to uncover the properties of neuronal firing and network local field potentials (LFPs) in behaving mice carrying out specific tasks by ...

LFP-Aufzeichnung im Gehirn von Mäusen für die Kognitionsforschung und Wirkstoffanalytik

Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex

The technique of recording local field potentials (LFPs) is an electrophysiological method used to measure the electrical activity of localized neuronal populations. It serves as a crucial tool in cognitive research, particularly in brain regions like the hippocampus and prefrontal cortex. Dual LFP recordings between these areas are of particular interest as they allow the exploration of interregional signal communication. However, methods for performing these recordings are rarely described, and most commercial recording devices are either expensive or lack adaptability to accommodate specific experimental designs. This study presents a comprehensive protocol for performing dual-electrode LFP recordings in the mouse hippocampus and the prefrontal cortex to investigate the effects of antipsychotic drugs and potassium channel modulators on LFP properties in these areas. The technique enables the measurement of LFP properties, including power spectra within each brain region and coherence between the two. Additionally, a low-cost, custom-designed recording device has been developed for these experiments. In summary, this protocol provides a means to record signals with high signal-to-noise ratios in different brain regions, facilitating the investigation of interregional information communication within the brain.

Autor im Rampenlicht: Untersuchung der Auswirkungen von Medikamenten auf Gehirnsignale unter Verwendung des dualen LFP-Aufzeichnungsprotokolls bei Mäusen

This protocol outlines the use of a custom-designed recording device and electrodes to record local field potentials and investigate information flow in the mouse hippocampus and prefrontal cortex.

Duale extrazelluläre Aufzeichnungen im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex

The technique of recording local field potentials (LFPs) is an electrophysiological method used to measure the electrical activity of localized neuronal ...

Gleichzeitige Aufnahme von Co lokalisierte Elektroenzephalographie und lokales Feld Potential in Nagetier

Zusammenfassung

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Kapitel in diesem Video

Gleichzeitige fMRI und Elektrophysiologie in der Nager Gehirn

Gleichzeitige Aufnahmen von kortikalen lokales Feld Potentialen und Electrocorticograms in Reaktion auf Reize der nozizeptiven Laser von frei beweglichen Ratten

Gleichzeitige Aufnahmen der kortikalen lokales Feld Potentiale, Elektrokardiogramm, Elektromyogramm und Atemrhythmus aus einem frei beweglichen Ratte

Aufzeichnung von räumlich eingeschränkt Schwingungen im Hippocampus Verhalten der Mäuse

Bewertung der Hemisphärenlateralisierung mit bilateraler lokaler Feldpotentialaufzeichnung im sekundären Motorcortex von Mäusen

Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Duale extrazelluläre Aufzeichnungen im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex

Duale extrazelluläre Aufzeichnungen im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex