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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent at JoVE.com

Nos gustaría agradecer a Andrew Cripps y la unidad de BioResource de la Universidad de Reading. Esta investigación fue financiada por el BBSRC (número: K010123/BB/1). Datos relacionados con este trabajo están disponibles de Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk).

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	<li>Mitzdorf, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+source-density+method+and+application+in+cat+cerebral+cortex:+investigation+of+evoked+potentials+and+EEG+phenomena.">Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena.</a> Physiol Rev. 65 (1), 37-100 (1985).</li><li>Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Underpinnings+of+the+BOLD+Functional+Magnetic+Resonance+Imaging+Signal.">The Underpinnings of the BOLD Functional Magnetic Resonance Imaging Signal.</a> J Neurosci. 23 (10), 3963-3971 (2003).</li><li>Buzs&#225;ki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+of+extracellular+fields+and+currents+—+EEG,+ECoG,+LFP+and+spikes.">The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP and spikes.</a> Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).</li><li>Einevoll, G. T., Kayser, C., Logothetis, N. K., Panzeri, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+and+analysis+of+local+field+potentials+for+studying+the+function+of+cortical+circuits.">Modelling and analysis of local field potentials for studying the function of cortical circuits.</a> Nat Rev Neurosci. 14 (11), 770-785 (2013).</li><li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Balanced+excitation+and+inhibition:+Model+based+analysis+of+local+field+potentials.">Balanced excitation and inhibition: Model based analysis of local field potentials.</a> Neuroimage. 63 (1), 81-94 (2012).</li><li>Bruyns-Haylett, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neurogenesis+of+P1+and+N1:+A+concurrent+EEG/LFP+study.">The neurogenesis of P1 and N1: A concurrent EEG/LFP study.</a> Neuroimage. 146, 575-588 (2017).</li><li>Nunez, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electric Fields of the Brain: The Neurophysics of EEG. , (1981).</li><li>Jackson, A. F., Bolger, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neurophysiological+bases+of+EEG+and+EEG+measurement:+A+review+for+the+rest+of+us.">The neurophysiological bases of EEG and EEG measurement: A review for the rest of us.</a> Psychophysiology. 51 (11), 1061-1071 (2014).</li><li>Cohen, M. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Where+Does+EEG+Come+From+and+What+Does+It+Mean?.">Where Does EEG Come From and What Does It Mean?.</a> Trends Neurosci. 40 (4), 208-218 (2017).</li><li>Bojak, I., Oostendorp, T., Reid, A., K&#246;tter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connecting+Mean+Field+Models+of+Neural+Activity+to+EEG+and+fMRI+Data.">Connecting Mean Field Models of Neural Activity to EEG and fMRI Data.</a> Brain Topogr. 23 (2), 139-149 (2010).</li><li>Coombes, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+neural+dynamics:+Simple+and+complex.">Large-scale neural dynamics: Simple and complex.</a> Neuroimage. 52 (3), 731-739 (2010).</li><li>Deco, G., Jirsa, V. K., Robinson, P. A., Breakspear, M., Friston, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dynamic+brain:+from+spiking+neurons+to+neural-masses+and+cortical+fields.">The dynamic brain: from spiking neurons to neural-masses and cortical fields.</a> PLoS Comput. Biol. 4 (8), e1000092 (2008).</li><li>Pinotsis, D. A., Friston, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+fields,+spectral+responses+and+lateral+connections.">Neural fields, spectral responses and lateral connections.</a> Neuroimage. 55 (1), 39-48 (2011).</li><li>Riera, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pitfalls+in+the+dipolar+model+for+the+neocortical+EEG+sources.">Pitfalls in the dipolar model for the neocortical EEG sources.</a> J Neurophysiol. 108 (4), 956-975 (2012).</li><li>Valdes, P. A., Jimenez, J. C., Riera, J., Biscay, R., Ozaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+EEG+analysis+based+on+a+neural+mass+model.">Nonlinear EEG analysis based on a neural mass model.</a> Biol Cybern. 81 (5), 415-424 (1999).</li><li>Musall, S., von Pf&#246;stl, V., Rauch, A., Logothetis, N. K., Whittingstall, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Neural+Synchrony+on+Surface+EEG.">Effects of Neural Synchrony on Surface EEG.</a> Cereb Cortex. 24 (4), 1045-1053 (2014).</li><li>Snyder, A. C., Morais, M. J., Willis, C. M., Smith, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+network+influences+on+local+functional+connectivity.">Global network influences on local functional connectivity.</a> Nat Neurosci. 18 (5), 736-743 (2015).</li><li>Mayhew, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+analysis+of+neural+activity+in+brain:+Increased+oxygen+consumption+following+activation+of+barrel+cortex.">Spectroscopic analysis of neural activity in brain: Increased oxygen consumption following activation of barrel cortex.</a> Neuroimage. 12 (6), 664-675 (2000).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2005).</li><li>Martindale, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hemodynamic+impulse+response+to+a+single+neural+event.">The hemodynamic impulse response to a single neural event.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 23 (5), 546-555 (2003).</li><li>Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current-source+density+estimation+based+on+inversion+of+electrostatic+forward+solution:+Effects+of+finite+extent+of+neuronal+activity+and+conductivity+discontinuities.">Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: Effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities.</a> J Neurosci Methods. 154 (1-2), 116-133 (2006).</li><li>Thomson, D. J., et al., Fitzgerald, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multitaper+analysis+of+nonstationary+and+nonlinear+time+series+data.">Multitaper analysis of nonstationary and nonlinear time series data.</a> Nonlinear and Nonstationary Signal Processing. , 317-394 (2000).</li><li>Bae, J., Deshmukh, A., Song, Y., Riera, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+Source+Imaging+in+Preclinical+Rat+Models+of+Focal+Epilepsy+using+High-Resolution+EEG+Recordings.">Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52700 (2015).</li><li>Baumann, S. B., Wozny, D. R., Kelly, S. K., Meno, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+electrical+conductivity+of+human+cerebrospinal+fluid+at+body+temperature.">The electrical conductivity of human cerebrospinal fluid at body temperature.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 44 (3), 220-223 (1997).</li><li>Wendel, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Influence+of+Age+and+Skull+Conductivity+on+Surface+and+Subdermal+Bipolar+EEG+Leads.">The Influence of Age and Skull Conductivity on Surface and Subdermal Bipolar EEG Leads.</a> Computational Intelligence and Neuroscience. 2010, (2010).</li><li>Flemming, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+distortion+of+EEG+signals+caused+by+a+hole+in+the+skull+mimicking+the+fontanel+in+the+skull+of+human+neonates.">Evaluation of the distortion of EEG signals caused by a hole in the skull mimicking the fontanel in the skull of human neonates.</a> Clin Neurophysiol. 116 (5), 1141-1152 (2005).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Hemos descrito un procedimiento experimental para la grabación simultánea de señales EEG y LFP Co localizadas de una rata anestesia isoflurano en respuesta a la estimulación de almohadilla de barba. Un microelectrodo fue insertado en la neocorteza a través de una abertura en el electrodo de la araña de EEG que estaba alineada con un orificio de trépano perforado en el cráneo. El electrodo fue asegurado en el cráneo por un conductor y adhesivo EEG pasta23. El cono de nariz utilizado para la administración de isoflurano fue modificado para que estimular los electrodos podría insertarse en la almohadilla de los bigotes con facilidad.
La pasta de EEG fue eficaz en el montaje del electrodo de araña en el cráneo, mientras que proporciona excelente conductividad eléctrica durante todo el día experimental sin necesidad de solicitud adicional de pasta. Substituyó el indeseable uso de pegamento para fijar la periferia del electrodo spider en el cráneo, como pegamento es no conductor y puede aumentar la impedancia del electrodo si se ejecuta entre el cráneo y el electrodo. Pasta EEG tiene un número de ventajas sobre el gel de EEG, que es difícil de forma alrededor del agujero de las rebabas y puede resecar durante el experimento, dando por resultado pobres señales de EEG.
Como la rata se colocó dentro de una jaula de Faraday, interferencias eléctricas debido al ambiente grandemente fue atenuada. Sin embargo, a veces la señal neuronal todavía era bastante ruidosa. En la mayoría de los casos, esto fue causado por el electrodo de referencia no está bien posicionada y por lo tanto es necesario volver a ajustar o EEG más pasta utilizado. Otro problema común fue que la LFP evocada pequeña amplitud. Esto puede ser debido el microelectrodo no colocado en el centro de la región cortical activada por los electrodos estimulantes. En lugar de volver a insertar el microelectrodo, que podría causar más daño a las neuronas locales, generalmente nos ajusta la posición de los electrodos de estimulación en la almohadilla de los bigotes hasta una amplitud razonable de la LFP (> 3 mV) se pudo observar.
Una de las limitaciones de la técnica es la resolución espacial pobre del electrodo de la araña, que tiene un diámetro de 6 mm. Esto es grande en comparación con el tamaño del cráneo de la rata. Lamentablemente, el electrodo spider usado aquí es el más pequeño disponible para la compra. Será conveniente reducir el diámetro del electrodo spider a 2-4 mm, aumentando así la especificidad espacial de las grabaciones de EEG, haciendo la comparación entre la señal de EEG y la supragranular de la LFP señal menos ambiguo.
Varios pasos críticos en el protocolo necesitan una atención especial. La primera es la inserción de los microelectrodos a través del agujero de las rebabas. Como la duramadre es de otra manera intacta, la precisión de la inserción es crucial. Una resistencia ligera en la punta del electrodo generalmente significa que el electrodo no está bien posicionado. Debe ser levantado, posición ajustada y volver a insertar. La segunda es la posición del cono de nariz en la rata. No debe ser demasiado flojo, como isoflurano se escapará del cono. También no debe ser demasiado apretado, ya que esto puede obstruir las fosas nasales de la rata y causar dificultad para respirar. Especial atención es necesaria también para asegurarse de que la amplitud de la grabación de EEG es mucho más pequeña (generalmente 5 a 10 veces más pequeño) que la grabación de canal superior de la LFP. Si son similares, es un indicio de que la sonda de EEG ha entrado en contacto directo o indirecto con el microelectrodo. Un contacto indirecto es generalmente a través del líquido cefalorraquídeo (LCR) que a veces llena el agujero perforado en el cráneo. La conductividad de la CFS es típicamente 100 veces del cráneo24,25. Así, si el nivel de LCR en el agujero de las rebabas es suficientemente alto, puede hacer contacto con el electrodo de la araña. Para evitar esto, el agujero debe limpiarse frecuentemente con las esponjas de algodón súper absorbente como la spears de absorción.
El efecto de un orificio de trépano (diámetro < 2 mm) en el cráneo en el EEG se estudió grabación que rodea el agujero colocando otro electrodo de araña sobre el cráneo intacto encima de la corteza ipsi-lateral barril por lo que podrían compararse con las grabaciones de EEG bilaterales. Los resultados se muestra en la figura 9 y figura 10, sugieren el efecto insignificante en el nivel de significancia 0.05. Otros factores que afectan la amplitud del EEG incluyen qué tan bien la pasta EEG estaba en contacto con el cráneo, cómo firma el electrodo presionó a la pasta y la extensión espacial de la pasta del EEG en el cráneo.
También vale la pena tener en cuenta que el protocolo descrito aquí grabado calavera EEG, que es diferente del cuero cabelludo EEG en humanos estudios de EEG. El cuero cabelludo actúa como un resistor o un filtro de paso bajo, que reduce el cociente signal-to-noise del EEG más de grabación.
Finalmente, comparación de la dinámica temporal de la ERP y el de la LFP evocada a través de capas corticales sugieren que el potencial evocado somáticosensorial refleja mejor la LFP en la capa supragranular de la corteza que el granular y las capas infragranular. Esto está de acuerdo con nuestro anterior trabajo6, demostrando que el segmento inicial (P1) de la ERP se relaciona con el retorno actual derivados la entrada de la excitatoria sináptica actual que ocurre en la capa granular, mientras que la posterior disminución) N1) en ERP puede estar relacionada con la llegada retrasada de capas a corticales aferentes talámicos II/III o feedforward las señales de las capas corticales más profundas. En conclusión, grabaciones simultáneas de EEG/LFP pueden mejorar la comprensión de la génesis neuronal de EEG y facilitar la modelación matemática de EEG en términos de señales neuronales a través de capas corticales.

Está generalmente aceptado que LFPs grabados mediante microelectrodos sobre todo reflejan la suma ponderada de sincronizado inhibitorias y excitatorias sináptica las actividades de las poblaciones neuronales piramidales1,2,3 , 4. nuestra investigación reciente demostró que el perfil de la señal de la LFP podría ser separado en componentes de excitación e inhibición de la5,6. Sin embargo, como LFP se mide normalmente a través de un procedimiento invasivo, no es adecuado para la mayoría de los estudios del cerebro humano.
Por el contrario, el EEG es una técnica no invasiva para medir la actividad eléctrica del cerebro. Es ampliamente utilizado como una herramienta de diagnóstico para ciertos tipos de enfermedades neurológicas como la epilepsia y como herramienta de investigación en estudios cognitivos en humanos. A pesar de su popularidad, una limitación importante de EEG es la incapacidad para interpretar sus perfiles temporales precisamente en cuanto a las señales neuronales subyacentes7,8,9.
Cada vez más, se desarrollan modelos matemáticos de EEG para mejorar la comprensión del cerebro función10,11,12,13,14,15. La mayoría de los modelos existentes de EEG está desarrollada en base a conexión frecuencia dominio las características del modelo predicho de la salida a la gama de datos de EEG durante la actividad espontánea, y muy pocos modelos de EEG pueden generar potenciales evocados sensoriales realista. En este contexto, grabaciones simultáneas de EEG y LFP proporcionará penetración importante y limitaciones para el desarrollo de modelos matemáticos más precisos de EEG.
Para abordar esta necesidad para grabaciones simultáneas explorar más a fondo el origen neural de EEG, hemos desarrollado una metodología para grabar de manera simultánea señales LFP multi-laminar y EEG en el neocortex de la rata anestesiado. La configuración es similar a anteriores estudios EEG/LFP concurrentes en primates16,17. Además investigamos el efecto de un orificio de trépano perforado en el cráneo en las grabaciones de EEG que rodea el agujero mediante la comparación de grabaciones de EEG bilaterales (es decir, un hemisferio con un orificio de trépano, el otro hemisferio intacto) en ausencia de sensorial estimulación. Nuestros resultados demuestran que grabaciones de EEG/LFP concurrentes pueden llevarse a cabo simplemente y con eficacia, con poca distorsión de la señal de EEG desde el orificio de trépano en el cráneo.

<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

Aunque electroencefalografía (EEG) es ampliamente utilizada como una técnica no invasiva para la grabación de actividades neuronales del cerebro, nuestra comprensión de la neurogénesis de EEG es todavía muy limitada. Potenciales de campo local (LFPs) registrados por medio de un microelectrodo multi-laminar pueden proporcionar una cuenta más detallada de la actividad simultánea de los nervios a través de diversas capas corticales en la corteza, pero la técnica es invasiva. Combinando las mediciones de EEG y de la LFP en un modelo preclínico mucho puede mejorar la comprensión de los mecanismos neuronales implicados en la generación de señales de EEG y facilitar la derivación de un modelo matemático más realista y biológicamente exacto de EEG. Aquí se presenta un procedimiento sencillo para la adquisición de EEG concurrente y co localizada y LFP multi-laminar en el roedor anestesiado. También investigamos si las señales de EEG fueron afectadas significativamente por un orificio de trépano en el cráneo para la introducción de un microelectrodo. Nuestros resultados sugieren que el agujero de las rebabas tiene un impacto insignificante en las grabaciones de EEG.

Datos de 4 ratas fueron promediados para obtener series de tiempo en su caso. La amplitud de la respuesta evocada del EEG, también conocido como el potencial relacionado del acontecimiento (ERP), es típicamente mucho más pequeño que el de la LFP. La figura 6 muestra el promedio ERP y LFP en el supragranular, granular y infragranular capas de la corteza de barril, respectivamente. La banda de error en cada parcela es el correspondiente error estándar. Puede verse que el ERP es aproximadamente 10 veces más pequeño que la LFP evocada.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig6.jpg"> Figura 6: media (n = 4) las señales neuronales de ERP, supragranular, granular y infragranular LFP. Sombra indica error estándar. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Las comparaciones de la dinámica temporal de la ERP y la LFP se muestran en la figura 7. La superposición directa de ERP y supragranular LFP en la Figura 7A muestra el orden de las diferencias de amplitud entre estos dos tipos de señales neuronales. Para comparar la dinámica temporal, ERP y LFP se normalizan con respecto a su amplitud de pico negativo. Figura 7B y 7C muestran que el ERP normalizado superpuestos con supragranular normalizado LFP y LFP granular normalizado, respectivamente.
Se aprecia de la figura 7B y los picos de P1 y N1 de ERP que más retrasados de los correspondientes picos de LFP en la capa supragranular. Sin embargo, los perfiles temporales de estas dos señales neuronales son similares, con P1 anterior N1. Por otro lado, el perfil temporal de ERP es marcadamente diferente de la de la granular (capa IV de la corteza del cañón) LFP (figura 7). Lo importante es que no son imágenes de espejo uno del otro, con LFP granular dominado por un solo pico negativo (reflejando un sumidero importante en capas corticales IV), mientras que ERP consistió principalmente de dos picos con polaridad opuesta.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig7.jpg"> Figura 7: comparación de la dinámica temporal de la ERP y LFP. (A) ERP (línea sólida) superpuesto con supragranular LFP (línea discontinua). Sombra indica error estándar. (B) normalizado ERP (línea sólida) superpuestos con normalizado supragranular LFP (línea discontinua). (C) normalizado ERP (línea sólida) superpuestos con LFP granular normalizado (línea discontinua). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig7large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
La señal ERP se midió a través de un electrodo de araña colocado en el cráneo con un orificio de trépano perforado en él. Para investigar el efecto del agujero en las grabaciones de EEG, electrodo de araña otro fue colocado en el cráneo intacto sobre la corteza ipsi-lateral barril. Se tuvo cuidado para asegurar que las impedancias de los electrodos de la dos araña eran comparables en magnitud ajustando la cantidad de EEG pasta utilizado. Datos de cuatro de las ratas (que no las mismas ratas se utilizaron anteriormente) se presentan aquí.
La figura 8 muestra las simultánea reposo estado las grabaciones de EEG de ambos electrodos de una rata, con 100 datos mostrados en la figura 8Ay los datos en el marco rectangular (20 s) se expanden en la figura 8B. Las dos señales de EEG en gran medida Co varían dentro de una gama similar de amplitud. La figura 9 muestra el PSD de las cuatro ratas, con la fila superior usando una escala lineal en el eje de frecuencia y la fila inferior utilizando una escala logarítmica en el eje de frecuencia para proporcionar una vista ampliada en la gama de frecuencia más baja. De la figura 9, no parece haber sesgo consistente en el PSD en materias. Esto fue confirmado al realizar pruebas t de una muestra de las diferencias normalizadas en lo PSD promedio en las cinco bandas, que se muestra en la figura 10. Ninguna de las diferencias normalizadas de PSD en estas bandas de frecuencia fueron significativamente diferente de cero (p = 0.32, 0.46, 0.85, 0.69 y 0.97, respectivamente).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig8.jpg"> Figura 8: las grabaciones de EEG bilaterales. EEG de cráneo (A) de grabación durante la reclinación estado con un orificio de trépano en el cráneo (negro) y un registro simultáneo del EEG en el hemisferio opuesto con el cráneo intacto (gris). Ampliado (B) vista de las formas de onda en el marco rectangular (A). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig9.jpg"> Figura 9: potencia de densidad espectral (PSD) de la contra-(azul) y el EEG ipsi-lateral (rojo). Cada columna muestra el PSD para una rata. Los paneles superiores usan escala de frecuencia lineal, mientras que los paneles de fondo usan escala de frecuencia logarítmica para permitir que el PSD en la gama de frecuencia más baja a visualizarse. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig9large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig10.jpg"> Figura 10: análisis del grupo. Normalizado de la diferencia entre la contra y el PSD ipsi-lateral con las bandas de frecuencia de cinco: Delta, Theta, alfa, Beta y Gamma. Cada barra muestra las diferencias de medias normalizadas dentro de la banda de frecuencia, con el error estándar que se muestra en la barra de error. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig10large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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

Este protocolo describe un método sencillo para grabación simultánea de co localizada electroencefalografía (EEG) y campo local multi-laminar en una rata anestesiado. Un orificio de trépano en el cráneo para la introducción de un microelectrodo se muestra para producir distorsión insignificante de la señal de EEG.

Grabación concurrente de electroencefalografía Co localizada y potencial de campo Local en roedores

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

concurrent-recording-co-localized-electroencephalography-local-field

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.2K vistas.  University of Reading. Este protocolo describe un método sencillo para grabación simultánea de co localizada electroencefalografía (EEG) y campo local multi-laminar en una rata anestesiado. Un orificio de trépano en el cráneo para la introducción de un microelectrodo se muestra para producir distorsión insignificante de la señal de EEG.

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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.

FMRI simultánea y electrofisiología en el cerebro de roedores

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

Investigación

Neurociencias

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.

Grabaciones simultáneas de los potenciales de campo Local Cortical y Electrocorticograms en respuesta a estímulos nociceptivos Laser se mueva libremente las ratas

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

Comportamiento

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.

Grabaciones simultáneas de potenciales de campo Local Cortical, Electrocardiograma, electromiograma y respirar a ritmo de una rata libremente móvil

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.

Grabación espacial restringido a oscilaciones en el hipocampo de ratones de comportarse

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.

Evaluación de la lateralización del hemisferio con registro de potencial de campo local bilateral en corteza motora secundaria de ratones

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

Registro electrofisiológico extracelular en la corteza motora de ratones

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 destacado: Avances en la grabación extracelular multicanal para estudiar la actividad neuronal en ratones que se mueven libremente 

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.

Grabación extracelular multicanal en ratones que se mueven libremente

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

Registro de LFP en cerebro de ratón para investigación cognitiva y análisis de fármacos

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 destacado: Estudio de los impactos de los fármacos en las señales cerebrales utilizando el protocolo de registro LFP dual en ratones

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.

Registros extracelulares duales en el hipocampo y la corteza prefrontal del ratón

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

Grabación concurrente de electroencefalografía Co localizada y potencial de campo Local en roedores

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FMRI simultánea y electrofisiología en el cerebro de roedores

Grabaciones simultáneas de los potenciales de campo Local Cortical y Electrocorticograms en respuesta a estímulos nociceptivos Laser se mueva libremente las ratas

Grabaciones simultáneas de potenciales de campo Local Cortical, Electrocardiograma, electromiograma y respirar a ritmo de una rata libremente móvil

Grabación espacial restringido a oscilaciones en el hipocampo de ratones de comportarse

Evaluación de la lateralización del hemisferio con registro de potencial de campo local bilateral en corteza motora secundaria de ratones

Grabación extracelular multicanal en ratones que se mueven libremente

Grabación extracelular multicanal en ratones que se mueven libremente

Grabación extracelular multicanal en ratones que se mueven libremente

Registros extracelulares duales en el hipocampo y la corteza prefrontal del ratón

Registros extracelulares duales en el hipocampo y la corteza prefrontal del ratón