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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우리는 앤드류 Cripps과 유관 단위 독서 대학에 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 BBSRC에 의해 투자 되었다 (번호 부여: BB/K010123/1). 이 작업과 관련 된 데이터는 Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk)에서 자유롭게 사용할 수 있습니다.

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저자는 공개 없다.

우리는 isoflurane 마 취 쥐 수염 패드 자극에 대 한 응답에서의 공동 화 된 뇌 파 및 LFP 신호 동시 녹음에 대 한 실험 절차를 설명 했습니다. microelectrode는 두개골을 드릴 버 구멍 정렬 된 뇌 파 거미 전극에는 개방을 통해 피 질에 삽입 되었다. 전극에 전도성에 의해 두개골을 확보 했다 및 접착제 EEG 붙여넣기23. 전극 자극 수 삽입할 수염 패드에 쉽게 isoflurane의 관리에 사용 하는 코 콘을 수정 했다.
뇌 파 붙여넣기 붙여넣기의 추가 응용 프로그램에 대 한 필요 없이 실험 하루 전반에 걸쳐 우수한 전기 전도도 제공 하면서 안전 하 게 두개골, 거미 전극 장착에 효과적 이었습니다. 비 전도성 접착제 이며 두개골 전극 사이 실행 되 면 전극의 임피던스를 높일 수로 해골, 거미 전극의 주변을 해결 하기 위해 접착제의 바람직하지 않은 사용 대체. 뇌 파 붙여넣기 다양 한 뇌 파 젤 모양 버 구멍 주위에 어려운 이며 실험, 불 쌍 한 뇌 파 신호 인 동안 건조 수 있는 장점이 있다.
쥐 패러데이 새 장 안에 배치 했다, 환경으로 인해 전기 잡음 감쇠 크게 되었다. 그러나, 때로는 신경 신호가 했다 아직도 꽤 시끄러운. 대부분의 경우에서이 참조 전극 하지 안전 하 게 배치 하 고 따라서 다시 조정 필요 하거나 더 많은 뇌 파에 의해 발생 했다 붙여넣기 사용. 또 다른 일반적인 문제는 이었다 갖는 LFP 작은 진폭에서. 이것은 대뇌 피 질의 자극 전극에 의해 활성화의 중앙에 위치 하지 microelectrode 때문일 수 있었다. 다시 로컬 신경에 더 많은 손상을 일으킬 수, microelectrode를 삽입 하는 대신 우리가 일반적으로 조정 수염 패드에 자극 전극의 위치는 LFP의 합리적인 진폭까지 (> 3 mV) 관찰 될 수 있었다.
기술의 한계 중 하나는 6 m m의 직경을가지고 거미 전극의 빈약한 공간적 해상도입니다. 이것은 쥐의 두개골의 크기와 비교 된 큰 이다. 불행히도, 여기 사용 거미 전극은 작은 구입 가능. 그것은 2-4 m m 거미 전극의 직경을 감소 하는 것, 따라서 증가 하는 뇌 파 기록, EEG 신호는 supragranular 사이 비교를 만들기의 공간 특이성 LFP 덜 모호한 신호 것입니다.
프로토콜에 몇 가지 중요 한 단계는 특별 한 주의가 필요합니다. 첫 번째 버는 구멍을 통해 microelectrode의 삽입 이다. 경질 그대로 달리는, 삽입의 정밀도 중요 하다. 전극의 끝에 약간의 저항을 일반적으로 전극 제대로 배치 되지 의미 합니다. 그것은 발생 합니다, 위치를 조정 하 고 다시 삽입. 두 번째는 쥐에 코 콘의 위치입니다. 그것은 해야 되지 너무 느슨한 isoflurane 원뿔에서 탈출 한다. 그것은 또한 안 됩니다 너무 꽉이 쥐의 콧구멍을 방해 하 고 호흡 곤란을 일으킬 수 있습니다. 뇌 파 기록의 진폭은 훨씬 더 작은 수 있도록 특별 한 주의 필요 또한 (일반적으로 5 ~ 10 배 더 작은) LFP 최고 채널 녹음 보다. 그들은 유사한 경우에, 그것은 뇌 파 조사는 microelectrode와 직접 또는 간접 접촉으로 왔다 표시입니다. 간접 접촉은 일반적으로 뇌 척추 액체 (CSF) 때때로 구멍을 채우는 통해 뚫고 두개골에. CSF의 전도도 일반적으로 100 배 두개골24,25의. 따라서, 버 구멍 안에 CSF의 수준을 충분히 높은 경우에, 그것은 만들 수 있습니다 거미 전극과 접촉. 이 방지 하려면 구멍 슈퍼 흡수 성 목화 스폰지 같은 흡수 스피어스와 자주 청소 되어야 한다.
버 구멍의 효과 (직경 < 2 mm) 뇌 파에 두개골에 구멍을 둘러싼 기록 양측 뇌 파 기록을 비교할 수 있도록 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 다른 거미 전극 배치 하 여 공부 했다. 그림 9 와 그림 10에 표시 된 결과 효과 0.05 수준의 의미에 중요 한 수를 제안 합니다. 뇌 파의 진폭에 영향을 미치는 다른 요인 포함 얼마나 잘 뇌 파 붙여넣기 두개골, 전극에 붙여넣기, 누른 어떻게 회사 및 두개골에 뇌 파 붙여넣기의 공간적 범위와 접촉 했다.
참고 여기에 설명 된 프로토콜에서 두 피 뇌 파 인간의 뇌 파 연구에 사용 된 다른 두개골 뇌 파 기록 보람 이기도 합니다. 두 피는 저항 또는 추가 기록 하는 뇌 파의 신호 대 잡음 비율을 줄일 것입니다 낮은 패스 필터 처럼 작동 합니다.
마지막으로, 대뇌 피 질의 레이어에서 갖는 LFP의 ERP의 일시적인 역동성의 비교 somatosensory evoked 가능성 반영 보다는 세분화 된에 피 supragranular 레이어 및 infragranular 레이어 LFP 더 나은 것이 좋습니다. 이것은 우리의 이전 작품6, ERP의 초기 세그먼트 (P1)에 대 한 반환 현재는 흥분 성의 시 냅 스 전류 발생의 세분화 된 계층에서 후속 (감소 하는 동안 유입에서 발생 관련 시연 계약 N1) ERP에 관련이 있을 수 있습니다 thalamic 성의 외피를 레이어 II/III/피드 포워드 또는 신호 지연된 도착 더 깊은 대뇌 피 질의 층에서. 결론적으로, 뇌 파/LFP의 동시 녹음의 뇌 파, 신경 창세기의 이해 하 고 대뇌 피 질의 레이어에서 신경 신호에서 뇌 파의 수학적 모델링을 촉진 수 있습니다.

그것은 일반적으로 LFPs microelectrodes 통해 주로 기록 동기화 흥분 성의 억제 시 냅 스 활동 지역의 피라미드 신경 인구1,2,3 의 가중치 합을 반영 허용 , 4. 우리의 최근 연구 보여준 LFP 신호의 프로필 흥분 및 억제5,6의 구성 요소로 분리 될 수 있었다. 그러나, LFP는 일반적으로 침략 적 절차를 통해 측정 됩니다, 그것은 적합 하지 인간 두뇌의 대부분의 연구.
다른 한편으로, 뇌 파 두뇌의 전기적 활동을 측정 하기 위한 비 침범 성 기술 이다. 간 질, 신경 질병의 특정 유형에 대 한 진단 도구와 인간의 인지 연구에 연구 도구로 널리 사용 됩니다. 그것의 인기에도 불구 하 고 뇌 파의 주요 한계 그것의 임시 프로필 기본 신경 신호7,,89의 관점에서 정확 하 게 해석 하는 무 능력 이다.
점점, 뇌 파의 수학적 모델은 뇌 기능10,11,12,13,,1415의 이해를 개발 된다. 대부분 기존 뇌 파 모델의 피팅 주파수 도메인 특성 예측 모델의 자발적인 활동 하는 동안 뇌 파 데이터 스펙트럼을 출력에 따라 개발 되 고 거의 뇌 파 모델 현실적인 감각 갖는 잠재력을 생성할 수 있습니다. 이러한 맥락에서 뇌 파 및 LFP 동시 녹음 뇌 파의 보다 정확한 수학적 모델을 개발 하기 위한 중요 한 통찰력 및 제약 조건을 제공할 것입니다.
더 탐험의 뇌 파 신경 기원 동시 녹음에 대 한이 필요를 해결 하기 위해 우리는 동시에 마 취 쥐의 피 질에서 뇌 파와 멀티-층 류 LFP 신호를 기록 하는 방법론을 개발 했다. 설치 이전 동시 뇌 파/LFP 연구 영장류16,17에서 비슷합니다. 우리 더욱더 EEG 레코딩 양측 뇌 파 기록 (즉, 버 구멍, 다른 반구 그대로 한 반구) 감각의 부재에 비교 하 여 구멍을 둘러싼 두개골을 드릴 버 구멍의 효과 조사 자극입니다. 우리의 결과 동시 뇌 파/LFP 녹음 지휘 될 수 있다 간단 하 고 효과적으로, 두개골에 버 구멍에서 작은 뇌 파 신호 왜곡 하는 방법을 보여 줍니다.

<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

Electroencephalography (뇌 파)는 뇌의 신경 활동을 기록에 대 한 비-침략 적 방법으로 널리 사용 된다, 뇌 파의 성체에 대 한 우리의 이해를 아직도 매우 제한 됩니다. 로컬 필드 전위 (LFPs) 멀티 박판 모양 microelectrode를 통해 기록 된 피 질, 다른 피 질 레이어에서 동시 신경 활동의 보다 자세한 계정을 제공할 수 있지만 기술은 이다 침략. 전 임상 모델에서 뇌 파 및 LFP 측정을 결합 하 여 뇌 파 신호의 생성에 관련 된 신경 메커니즘의 이해 및 뇌 파의 더 현실적이 고 생물학적으로 정확한 수학적 모델의 파생을 촉진 크게 수 있습니다. 동시와 공동 화 된 뇌 파와 마 취 설치류에 다중 층 류 LFP 신호 획득을 위한 간단한 절차는 여기에 제공 됩니다. 우리는 또한 뇌 파 신호는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 크게 영향 여부 조사. 우리의 결과 버 구멍 뇌 파 기록에 영향을 무시할 수 있다는 것이 좋습니다.

4 쥐에서 데이터는 해당 시간 시리즈를 평균 했다. 갖는 뇌 파 응답의 진폭 이라고 이벤트 관련 잠재력 (ERP)는 일반적으로 LFP 보다 훨씬 작은. 그림 6 평균 ERP 및 세분화, supragranular에 LFP 및 배럴 피 infragranular 층을 각각 보여 줍니다. 각 플롯에 오류 밴드는 해당 표준 오류입니다. ERP는 10 번 갖는 LFP 보다 작은 약을 볼 수 있습니다.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig6.jpg"> 그림 6: 뜻 (n = 4) ERP, 세분화, supragranular 및 infragranular LFP 신경 신호. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교는 그림 7에 나와 있습니다. ERP와 supragranular 그림 7A 에 LFP 직접 중첩의 이러한 두 가지 유형의 신경 신호 진폭 차이의 순서를 보여 줍니다. 일시적인 역동성을 비교, ERP와 LFP 그들의 부정적인 피크 진폭에 대해 정규화 됩니다. 그림 7B 및 7 C 표준화 된 ERP 겹쳐 정규화 된 supragranular와 LFP와 정규화 된 세부적인 LFP, 각각 표시 됩니다.
그것은 볼 수 있습니다 그림 7B 에서 p 1과 ERP에 대 한 n 1의 봉우리는 supragranular 계층에 LFP의 해당 봉우리 보다 더 지연. 그러나,이 두 가지 신경 신호의 시간적 프로필 비슷합니다, p1 선행 하는 N1. 다른 한편으로, ERP의 임시 프로필은 세분화 (레이어 4 배럴 피)의 현저 하 게 다른 LFP (그림 ℃). 중요 한 것은 ERP 반대 극성으로 두 봉우리의 주로 구성 되어 반면 단일 부정적인 피크 (대뇌 피 질의 레이어 IV에 주요 싱크 반영)에 의해 지배 하는 세부적인 LFP와 다른 각각의 미러 이미지는 없습니다.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig7.jpg"> 그림 7: ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교. (A) ERP (실선) supragranular LFP (파선)으로 표시. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. (B) 표준화 ERP (실선) 정규화 된 supragranular LFP (파선)으로 표시. (C) 정규화 ERP (실선) 정규화 된 세부적인 LFP (파선)으로 표시. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
ERP 신호 그것으로 교 련된 버 구멍으로 두개골에 배치 하는 거미 전극을 통해 측정 했다. 뇌 파 기록에 구멍의 효과 조사, 다른 거미 전극 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 배치 했다. 두 거미 전극의 임피던스 EEG 붙여넣기 사용의 금액을 조정 하 여 크기에서 대 등 했다 되도록 주의 했다. 4 쥐에서 데이터 (어떤 되지 같은 쥐 사용한 위) 여기에 표시 됩니다.
그림 8 그림 8A에 표시 된 100 s 데이터와 사각형 프레임에 데이터 한 쥐의 두 전극에서 동시 휴식 상태 뇌 파 기록을 보여준다 (20 s) 그림 8B에서 확장 됩니다. 2 개의 뇌 파 신호 크게 공동 다 진폭의 비슷한 범위 내에서. 그림 9 는 주파수 축에서 선형 눈금을 사용 하 여 첫 행과 주파수 축에 로그 눈금을 사용 하 여 낮은 주파수 범위에서 확장 된 보기를 제공 하는 아래쪽 행 4 쥐의 PSD를 보여줍니다. 그림 9, 거기 나타나지 않습니다 할 일관 된 PSD에서 과목에 걸쳐. 이것은 그림 10에 표시 된 5 개의 주파수 대역에서 평균된 PSD에서 정규화 된 차이에 한 샘플 t-테스트를 수행 하 여 확인 되었다. 이 주파수 대역에서 정규화 된 PSD 차이의 없음 0에서 크게 달랐다 (p = 0.32, 0.46, 0.85, 0.69, 0.97, 각각).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig8.jpg"> 그림 8: 양측 뇌 파 기록. (A) 두개골 뇌 파 상태 (검정) 두개골과 그대로 두개골 (회색)는 반대 반구에 동시 뇌 파 기록에서 버는 구멍을 휴식 하는 동안 녹음 (B) 확장 (A) 사각형 프레임 내에서 파형의 볼. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig9.jpg"> 그림 9: 콘트라-(블루)와 ipsi 옆 (레드) 뇌 파의 스펙트럼 밀도 (PSD)를 전원. 각 열에 표시 한 쥐에 대 한의 PSD. 상위 패널 하단 패널 수를 낮은 주파수 범위에서 PSD를 허용 하도록 로그 주파수 규모를 사용 하는 동안 선형 주파수 규모를 사용 합니다. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig10.jpg"> 그림 10: 그룹 분석. 정규화와 콘트라-5 개의 주파수 대역으로 ipsi 옆 PSD: 델타, 쎄 타, 알파, 베타 및 감마. 각 막대 오차 막대로 표시 하는 표준 오차와 주파수 대역 내에서 비 정규화 된 차이 보여줍니다. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56447/56447fig10large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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

이 프로토콜의 공동 화 된 electroencephalography (뇌 파)와 멀티-층 류 지역 필드는 마 취 쥐에 잠재적인 동시 녹음에 대 한 간단한 방법을 설명합니다. EEG 신호의 무시할 수 왜곡을 생산 하는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 표시 됩니다.

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

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 조회수.  University of Reading. 이 프로토콜의 공동 화 된 electroencephalography (뇌 파)와 멀티-층 류 지역 필드는 마 취 쥐에 잠재적인 동시 녹음에 대 한 간단한 방법을 설명합니다. EEG 신호의 무시할 수 왜곡을 생산 하는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 표시 됩니다.

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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.

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

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

연구

신경과학

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.

대뇌 피 질의 로컬 필드 전위 및 응답 Nociceptive 레이저 자극으로 자유롭게 이동 하는 쥐에서 Electrocorticograms의 동시 녹음

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

행동분석학

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.

대뇌 피 질의 로컬 필드 전위, 심전도, 치십시오, 그리고 자유롭게 움직이는 쥐에서 리듬 호흡의 동시 녹음

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.

행동 하는 쥐의 해 마에서 진동 제한 공간 기록

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.

마우스의 보조 모터 피질에서 양측 지역 필드 전위 기록을 가진 반구 측면화의 평가

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

생쥐의 운동 피질에서 세포외 전기생리학적 기록

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.

저자 스포트라이트: 자유롭게 움직이는 마우스의 신경 활동을 연구하기 위한 다중 채널 세포외 기록의 발전 

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.

자유롭게 움직이는 마우스의 다채널 세포외 기록

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

인지 연구 및 약물 분석을 위한 쥐 뇌의 LFP 기록

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.

저자 스포트라이트: 생쥐에서 이중 LFP 기록 프로토콜을 사용하여 뇌 신호에 대한 약물 영향 연구

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.

Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex의 Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex(생쥐 해마와 전전두엽 피질의 이중 세포외 기록)

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

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

요약

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이 비디오의 챕터

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

대뇌 피 질의 로컬 필드 전위 및 응답 Nociceptive 레이저 자극으로 자유롭게 이동 하는 쥐에서 Electrocorticograms의 동시 녹음

대뇌 피 질의 로컬 필드 전위, 심전도, 치십시오, 그리고 자유롭게 움직이는 쥐에서 리듬 호흡의 동시 녹음

행동 하는 쥐의 해 마에서 진동 제한 공간 기록

마우스의 보조 모터 피질에서 양측 지역 필드 전위 기록을 가진 반구 측면화의 평가

자유롭게 움직이는 마우스의 다채널 세포외 기록

자유롭게 움직이는 마우스의 다채널 세포외 기록

자유롭게 움직이는 마우스의 다채널 세포외 기록

Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex의 Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex(생쥐 해마와 전전두엽 피질의 이중 세포외 기록)

Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex의 Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex(생쥐 해마와 전전두엽 피질의 이중 세포외 기록)