Bu çalışma Royal Melbourne Hastanesi Nörobilim Vakfı (A2087) tarafından desteklenmiştir.

Bu çalışma, Florey Hayvan Etik Komitesi (Melbourne Üniversitesi, No. 22-025UM) tarafından, hayvanların bilimsel amaçlarla bakımı ve kullanımı için Avustralya yasasına uygun olarak onaylanmıştır. Bu çalışma için Hayvan Kaynakları Merkezi'nden (Avustralya) elde edilen C57BL / 6 erkek fareler (8 hafta) kullanıldı.
1. Headstage tasarımı ve imalatı
NOT: Headstage PCB kartı, doğrudan hayvanın kafasına yerleştirilmek üzere tasarlanmış kompakt 14 mm x 12 mm dört katmanlı bir karttır. Ticari bir amplifikatör çipi kullanır (Malzeme Tablosuna bakın) ve tüm tasarım ve Gerber dosyaları çevrimiçi olarak mevcuttur (GitHub bağlantısı: https://github.com/dechuansun/Intan-headstage/tree/main/pcbway).
<ol><li>Üreticiye aşağıdaki özellikleri sağlayın: Levha kalınlığı: 0,6 mm; Minimum izleme/aralık: 4 mil; Minimum delik boyutu: 0,2 mm.</li>
	<li>PCB montaj işlemi sırasında, şu sırayı izleyin:<ol><li>350 °C'ye ayarlanmış bir sıcak hava tabancası kullanarak amplifikatör çipini karta lehimleyin.</li>
		<li>Pasif bileşenleri lehimleyin.</li>
		<li>SPI konektörünü ve elektrot konektörünü lehimleyin ( Malzeme Tablosuna bakın).</li>
	</ol></li>
	<li>Kalite güvencesi için lehimlemeyi mikroskop altında inceleyin. Daha fazla stabilite için SPI konektörünü epoksi kullanarak yerine sabitleyin.</li>
	<li>Sinyal alımı için üçüncü taraf kayıt yazılımı ve bir kontrol panosu ( Malzeme Tablosuna bakın) kullanın. Ayrıntılı talimatlar için yazılım kullanım kılavuzuna bakın.</li>
	<li>Tasarlanan headstage 8 kanalı destekler. Yazılımda, kayıt için 8, 9, 12, 13, 20, 21, 22 ve 23 kanallarını etkinleştirin.</li>
</ol>2. Elektrot imalatı
<ol><li>PFA kaplı tungsten telleri ( Malzeme Tablosuna bakınız) farklı elektrot tipleri için belirli uzunluklarda kesin: prefrontal korteks elektrot (12 mm), hipokampus elektrot (10 mm) ve toprak elektrodu (6 mm).</li>
	<li>Pirinç boruyu ( Malzeme Tablosuna bakın) 3 mm'lik parçalar halinde kesin.</li>
	<li>Bir çakmak kullanarak her telin ucundaki kaplamanın 2 mm'sini çıkarın, ardından elektrot telini pirinç boruya güvenli bir şekilde lehimleyin. Pirinç borunun iç çapı 0,45 mm ve dış çapı 0,60 mm'dir.</li>
	<li>Toprak elektrodu için, elektroda bir M1.2 paslanmaz çelik vida ( Malzeme Tablosuna bakın) lehimleyin. Lehimlemeyi geliştirmek için vidaya fosforik asit bazlı akı uygulayın. Lehimlemeden sonra vidayı alkol kullanarak temizleyin. NOT: Lehimleme işlemi sırasında koruma için eldiven giyin.</li>
</ol>3. Cerrahi prosedür
<ol><li>Fareyi %3 izofluran ve 1 L/dk oksijen akışı olan bir anestezi odasında uyuşturun.</li>
	<li>Anestezi uygulanmış fareyi bir ısıtma yastığına yerleştirin ve stereotaksik bir çerçeveye sabitleyin (bkz.</li>
	<li>İzofluranın bakım oranını% 2.5-3'e ayarlayın ve oksijen akışını 500 mL / dk'ya düşürün. Ayak parmağını sıkıştırarak hayvanın hala derin anestezi altında olup olmadığını doğrulayın.</li>
	<li>Deri altına 0.5 mg / kg'da carprofen enjekte edin ve göz koruması için göz merhemi uygulayın.</li>
	<li>Povidon-iyot ve% 80 etanol kullanarak farenin kafasını tıraş edin ve sterilize edin.</li>
	<li>Kafa derisinin orta hattı boyunca 8 mm'lik bir kesi yapın ve kesi alanındaki bağ dokusunu çıkarın.</li>
	<li>Kafatasının yüzeyini temizlemek için hidrojen peroksit uygulayın, çevredeki cilde dokunmamaya dikkat edin.</li>
	<li>Doğru elektrot yerleşimi için bregma ve lambda yer işaretlerini aynı seviyeye hizalayın (bregma ve lambda, sagital sütürün koronal ve lambdoid sütürlerle kesiştiği yerlerdir).</li>
	<li>Belirtilen koordinatlarda referans/topraklama elektrodu, ankraj vidaları (0,9 mm matkap çapağı) ve aktif elektrotlar (0,3 mm matkap çapağı) için delikler açın.</li>
	<li>Özel yapım elektrodu (adım 2) stereotaksik çerçeve koluna takın ve beyne dik olduğundan emin olun.</li>
	<li>Elektrodu hipokampal CA1 alanına implante edin (AP - 1.8 mm, ML - 1.3 mm, DV - 1.4 mm). NOT: AP, ön-arka; ML, mediolateral; DV, dorsoventral.</li>
	<li>Prefrontal kortekste elektrot implantasyonunu tekrarlayın (AP - 2.0 mm, ML - 0.3 mm, DV - 1.7 mm).</li>
	<li>Elektrotları piyasada bulunan güçlü bir yapıştırıcı ve diş çimentosu ile sabitleyin (bkz. Malzeme Tablosu).</li>
	<li>Hareketi önlemek için iki adet 1,2 mm ankraj vidası (AP - 1,8 mm, ML -1,6 mm) implante edin.</li>
	<li>Referans/topraklama elektrodunu, lambda yer işaretine 2 mm arka ve 2 mm tek taraflı dura mater ile doğrudan temas edecek şekilde konumlandırın.</li>
	<li>Elektrotların pirinç boru tarafını, toprak elektrodu ortada olacak şekilde çok kanallı bir soket konektörüne ( Malzeme Tablosuna bakın) bağlayın.</li>
	<li>İzolasyon için orta pimin dışında 0.8 mm ısıyla daralan makaron kullanın.</li>
	<li>Elektrotları, ankraj vidalarını ve konektörü yapıştırıcı ve diş çimentosu ile sabitleyin.</li>
</ol>4. Ameliyat sonrası bakım
<ol><li>Ameliyat sonrası ağrıyı hafifletmek için, üç günlük bir süre boyunca ağrı değerlendirmesine dayanarak her 12-24 saatte bir deri altına 5-10 mg / kg'lık bir dozda carprofen enjekte edin.</li>
	<li>Herhangi bir kayıt veya deneysel prosedüre başlamadan önce hayvana bir haftalık bir iyileşme süresi sağlayın.</li>
</ol>5. Kayıt prosedürü
<ol><li>Hayvanı art arda üç gün boyunca günde iki kez 15 dakika boyunca kullanın.</li>
	<li>Aşırı baskı uygulamadan elinizi etraflarına nazikçe kapatarak fareleri toplayın.</li>
	<li>Sahne tahtasını art arda üç gün boyunca günde bir kez 30 dakika boyunca hayvanın kafasına yerleştirin.</li>
	<li>Kayıt gününde, hayvanı 30 dakika boyunca kayıt odasına alıştırın.</li>
	<li>Harici elektriksel paraziti azaltmak için hayvanı bir Faraday kafesi içindeki küçük bir kayıt odasına yerleştirin. Kayıt için özel headstage'i ekleyin.</li>
	<li>Kayıt yazılımını açın ve 2,00 kHz'lik bir örnekleme hızı seçin. 13 ve 20 dışındaki tüm kanalları, her bir kanalı seçip boşluk çubuğuna basarak devre dışı bırakın.</li>
	<li>Donanım bant genişliği penceresinde, alt bant genişliğini 2 Hz ve üst bant genişliğini 100 Hz olarak ayarlayın.</li>
	<li>Yazılım filtreleme penceresinde, alçak geçiren filtreyi 100 Hz'e ve yüksek geçiren filtreyi 2 Hz'e ayarlayın.</li>
	<li>Dosya Adı Seç'e tıklayarak depolama yolunu seçin ve ardından Kaydet'e tıklayın.</li>
	<li>Her kayıt seansına 10 dakikalık bir alışma süresi ve ardından 15 dakikalık bir başlangıç EEG kaydı ile başlayın.</li>
	<li>Başlangıç kaydından sonra, ilacı intraperitoneal enjeksiyon yoluyla uygulayın ve gecikmeden 30 dakika daha kayda devam edin. NOT: Kullanılan ilaçlarla ilgili ayrıntılar için Sonuçlar bölümüne bakın.</li>
</ol>

Bilişsel Araştırma ve İlaç Analizi için Fare Beyninde LFP Kaydı

<ol>
	<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>Buzsaki, 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>Sigurdsson, T., Stark, K. L., Karayiorgou, M., Gogos, J. A., Gordon, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+hippocampal-prefrontal+synchrony+in+a+genetic+mouse+model+of+schizophrenia.">Impaired hippocampal-prefrontal synchrony in a genetic mouse model of schizophrenia.</a> Nature. 464 (7289), 763-767 (2010).</li><li>Witton, 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=Disrupted+hippocampal+sharp-wave+ripple-associated+spike+dynamics+in+a+transgenic+mouse+model+of+dementia.">Disrupted hippocampal sharp-wave ripple-associated spike dynamics in a transgenic mouse model of dementia.</a> J Physiol. 594 (16), 4615-4630 (2016).</li><li>Englot, D. J., Konrad, P. E., Morgan, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+and+global+connectivity+disturbances+in+focal+epilepsy,+related+neurocognitive+sequelae,+and+potential+mechanistic+underpinnings.">Regional and global connectivity disturbances in focal epilepsy, related neurocognitive sequelae, and potential mechanistic underpinnings.</a> Epilepsia. 57 (10), 1546-1557 (2016).</li><li>Pievani, M., De Haan, W., Wu, T., Seeley, W. W., Frisoni, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+network+disruption+in+the+degenerative+dementias.">Functional network disruption in the degenerative dementias.</a> Lancet Neurol. 10 (9), 829-843 (2011).</li><li>Sigurdsson, T., Duvarci, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hippocampal-prefrontal+interactions+in+cognition,+behavior+and+psychiatric+disease.">Hippocampal-prefrontal interactions in cognition, behavior and psychiatric disease.</a> Front Syst Neurosci. 9, 190 (2015).</li><li>Sun, D., 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=Effects+of+antipsychotic+drugs+and+potassium+channel+modulators+on+spectral+properties+of+local+field+potentials+in+mouse+hippocampus+and+pre-frontal+cortex.">Effects of antipsychotic drugs and potassium channel modulators on spectral properties of local field potentials in mouse hippocampus and pre-frontal cortex.</a> Neuropharmacology. 191, 108572 (2021).</li><li>Bokil, H., Andrews, P., Kulkarni, J. E., Mehta, S., Mitra, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronux:+A+platform+for+analyzing+neural+signals.">Chronux: A platform for analyzing neural signals.</a> J Neurosci Methods. 192 (1), 146-151 (2010).</li><li>Bozkurt, A., Lal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+flexible+printed+circuit+technology+based+microelectrode+array+for+extracellular+stimulation+of+the+invertebrate+locomotory+system.">Low-cost flexible printed circuit technology based microelectrode array for extracellular stimulation of the invertebrate locomotory system.</a> Sens Actuator A Phys. 169 (1), 89-97 (2011).</li><li>Du, P., 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=High-resolution+mapping+of+in+vivo+gastrointestinal+slow+wave+activity+using+flexible+printed+circuit+board+electrodes:+Methodology+and+validation.">High-resolution mapping of in vivo gastrointestinal slow wave activity using flexible printed circuit board electrodes: Methodology and validation.</a> Ann Biomed Eng. 37, 839-846 (2009).</li><li>JoVE Science Education Database. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroscience.+Histological+Staining+of+Neural+Tissue.">Neuroscience. Histological Staining of Neural Tissue.</a> JoVE. , (2023).</li></ol>

Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.

Burada sunulan protokol, hipokampus (HIP) ve prefrontal kortekste (PFC) ikili yerel alan potansiyellerinin (LFP'ler) eşzamanlı kaydı için özel olarak tasarlanmış özelleştirilmiş bir kafa aşaması oluşturma prosedürünü özetlemektedir. Bu protokolde sağlanan ayrıntılı adımlar, araştırmacıların hem her bölge içinde hem de HIP ile PFC arasındaki sinyal iletişimini kapsamlı bir şekilde incelemeleri için yeterli bilgi sunmaktadır.
Özel olarak tasarlanmış headstage...

Yerel alan potansiyelleri (LFP'ler), lokalize bir nöron grubunun kolektif aktivitesini yansıtan, hücre dışı boşluktan kaydedilen elektriksel aktiviteyi ifade eder. 1 Hz'deki yavaş dalgalardan 100 Hz veya 200 Hz'deki hızlı salınımlara kadar uzanan çok çeşitli frekanslar sergilerler. Belirli frekans bantları, öğrenme, hafıza ve karar verme gibi bilişsel işlevlerle ilişkilendirilmiştir 1,2. LFP özelliklerindeki değişiklikler, demans ve şizofreni dahil olmak üzere çeşitli nörolojik bozukluklar için biyobelirteç olarak kullanılmıştır 3,4. LFP kayıtlarını analiz etmek, bu koşullarla ilişkili altta yatan patolojik mekanizmalar ve potansiyel terapötik stratejiler hakkında değerli bilgiler sunabilir.
Çift LFP kaydı, iki spesifik beyin bölgesi içinde ve arasında lokalize elektriksel aktiviteyi ölçmek için kullanılan bir tekniktir. Bu teknik, farklı beyin bölgeleri içinde ve arasında meydana gelen karmaşık nöral dinamikleri ve sinyal iletişimini araştırmak için değerli bir fırsat sağlar. Önceki çalışmalar, bireysel beyin bölgelerinin nöronal özelliklerindeki değişikliklerin tespit edilmesinin karmaşık olabileceğini, ancak bölgeler arası kortikal iletişimdeki değişikliklerin gözlemlenebileceğini ortaya koymuştur 5,6. Bu nedenle, çift LFP kaydının kullanılması, bu sorunu çözmek için güçlü bir yol sunar.
Hipokampal-prefrontal bağlantı, bilişsel işlevlerin modüle edilmesinde çok önemli bir rol oynar ve işlev bozukluğu çeşitli nörolojik bozukluklarla ilişkilendirilmiştir 7,8. Bu bölgelerin çift elektrot kayıtları, bu etkileşimler hakkında bilgi sağlayabilir. Ne yazık ki, bu alanlar arasında çift elektrotlu LFP kayıtları gerçekleştirme yöntemleri hakkında sınırlı bilgi mevcuttur. Ayrıca, ticari olarak temin edilebilen kayıt cihazları genellikle pahalıdır ve belirli deneysel tasarımlara uyarlanabilirlikten yoksundur. LFP'leri kaydetmek için geleneksel yöntem, kayıt cihazını bir hayvanın beynine implante edilen elektrotlara bağlamak için korumalı bir kablo kullanmayı içerir. Ancak bu yaklaşım, kaydedilen sinyallerin kalitesini ve güvenilirliğini etkileyen hareket artefaktlarına ve çevresel gürültüye karşı hassastır.
Bu protokol, fare hipokampusunda ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtlarının gerçekleştirilmesi için, hayvanın kafasına yerleştirilebilen düşük maliyetli, özel olarak tasarlanmış bir kafa sahnesi kullanarak kapsamlı bir prosedürü açıklar. Bu yöntemler, araştırmacıların iki ayrı serebral bölge içinde bölgeye özgü salınım modellerini araştırmalarını ve bu alanlar arasındaki bölgeler arası bilgi alışverişini ve bağlantıyı keşfetmelerini sağlar.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Brass tube&#160;</td>
			<td>Albion Alloys, USA</td>
			<td>Inside diameter of 0.45 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carprofen&#160;</td>
			<td>Rimadyl, Pfizer Animal Health&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commercial amplifier chip</td>
			<td>Intantech</td>
			<td>RHD 2132</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Control board</td>
			<td>Intantech</td>
			<td>RHD recording system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental cement&#160;</td>
			<td>Paladur</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat shrinks</td>
			<td>Panduit</td>
			<td>0.8 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M1.2 stainless steel screw</td>
			<td>Watch tools</td>
			<td>Clock and watch screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multichannel socket connector&#160;</td>
			<td>Harwin, AU</td>
			<td>1.27 mm pitch, PCB socket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PFA-coated tungsten wires&#160;</td>
			<td>A-M SYSTEMS, USA</td>
			<td>Inside diameter of 150 &#181;m&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphoric acid-based flux</td>
			<td>Chip Quik</td>
			<td>CQ4LF-0.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recording software</td>
			<td>Intantech</td>
			<td>RHX recording software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotactic Frame</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>Mouse stereotactic instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super glue</td>
			<td>UHU</td>
			<td>Ultra fast</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dual extracellular recordings in the mouse hippocampus and prefrontal cortex

Yerel alan potansiyellerini (LFP'ler) kaydetme tekniği, lokalize nöronal popülasyonların elektriksel aktivitesini ölçmek için kullanılan elektrofizyolojik bir yöntemdir. Bilişsel araştırmalarda, özellikle hipokampus ve prefrontal korteks gibi beyin bölgelerinde çok önemli bir araç olarak hizmet eder. Bu alanlar arasındaki çift LFP kayıtları, bölgeler arası sinyal iletişiminin araştırılmasına izin verdikleri için özellikle ilgi çekicidir. Bununla birlikte, bu kayıtları gerçekleştirme yöntemleri nadiren tanımlanmıştır ve çoğu ticari kayıt cihazı ya pahalıdır ya da belirli deneysel tasarımları barındırmak için uyarlanabilirlikten yoksundur. Bu çalışma, antipsikotik ilaçların ve potasyum kanal modülatörlerinin bu alanlardaki LFP özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için fare hipokampusu ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtları yapmak için kapsamlı bir protokol sunmaktadır. Teknik, her bir beyin bölgesindeki güç spektrumları ve ikisi arasındaki tutarlılık dahil olmak üzere LFP özelliklerinin ölçülmesini sağlar. Ek olarak, bu deneyler için düşük maliyetli, özel olarak tasarlanmış bir kayıt cihazı geliştirilmiştir. Özetle, bu protokol, beynin farklı bölgelerinde yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip sinyalleri kaydetmek için bir araç sağlayarak, beyin içindeki bölgeler arası bilgi iletişiminin araştırılmasını kolaylaştırır.

Burada gösterilen sonuçlar, çeşitli ilaçların C57BL / 6 erkek farelerin dört kohortunda test edilen yerel alan potansiyelleri (LFP'ler) özellikleri üzerindeki etkilerini göstermektedir (her kohort için n = 8; yaş: 8 hafta; ağırlık: 24.0 ± 0.42 g). Test edilen ilaçlar arasında antipsikotik ilaç klozapin, potasyum kanal modülatörleri 4-Aminopiridin (4-AP) ve retigabin ile kontrol aracı salini vardı.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, fare küç?...

Watch this Scientific Journal Video about Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex at JoVE.com

Yazar Spotlight: Farelerde Çift LFP Kayıt Protokolü Kullanarak Beyin Sinyalleri Üzerindeki İlaç Etkilerinin İncelenmesi

Bu protokol, yerel alan potansiyellerini kaydetmek ve fare hipokampusu ve prefrontal korteksindeki bilgi akışını araştırmak için özel olarak tasarlanmış bir kayıt cihazının ve elektrotların kullanımını ana hatlarıyla belirtir.

Fare Hipokampusu ve Prefrontal korteksinde ikili hücre dışı kayıtlar

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

Bu çalışma, ilaçların bu alanlardaki LFP özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için fare hipokampusu ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtları yapmak için kapsamlı bir protokol sunmaktadır. Bu protokol, farelerde bilişsel araştırmalar için tamamen optimize edilmiş, düşük maliyetli ve ultra hafif bir beyin sinyali kayıt cihazı sağlar. Bu çalışma, beynin farklı bölgelerinde yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip sinyalleri kaydetmek için bir araç sağlayarak, beyindeki bölgeler arası bilgi iletişiminin araştırılmasını kolaylaştırmaktadır.

dual-extracellular-recordings-mouse-hippocampus-prefrontal

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex

1.3K Görüntüleme.  The University of Melbourne. Bu çalışma, ilaçların bu alanlardaki LFP özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için fare hipokampusu ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtları yapmak için kapsamlı bir protokol sunmaktadır. Bu protokol, farelerde bilişsel araştırmalar için tamamen optimize edilmiş, düşük maliyetli ve ultra hafif bir beyin sinyali kayıt cihazı sağlar. Bu çalışma, beynin farklı bölgelerinde yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip sinyalleri kaydetmek içi...

Video: Yazar Spotlight: Farelerde Çift LFP Kayıt Protokolü Kullanarak Beyin Sinyalleri Üzerindeki İlaç Etkilerinin İncelenmesi

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar tasks. Participants' behavior during task performance in an fMRI scanner can then be correlated to the brain activity using the blood-oxygen-level-dependent signal. We measure behavior to be able to sort correct trials, where the subject performed the task correctly and then be able to examine the brain signals related to correct performance. Conversely, if subjects do not perform the task correctly, and these trials are included in the same analysis with the correct trials we would introduce trials that were not only for correct performance. Thus, in many cases these errors can be used themselves to then correlate brain activity to them. We describe two complementary tasks that are used in our lab to examine the brain during suppression of an automatic responses: the stroop1 and anti-saccade tasks. The emotional stroop paradigm instructs participants to either report the superimposed emotional 'word' across the affective faces or the facial 'expressions' of the face stimuli1,2. When the word and the facial expression refer to different emotions, a conflict between what must be said and what is automatically read occurs. The participant has to resolve the conflict between two simultaneously competing processes of word reading and facial expression. Our urge to read out a word leads to strong 'stimulus-response (SR)' associations; hence inhibiting these strong SR's is difficult and participants are prone to making errors. Overcoming this conflict and directing attention away from the face or the word requires the subject to inhibit bottom up processes which typically directs attention to the more salient stimulus. Similarly, in the anti-saccade task3,4,5,6, where an instruction cue is used to direct only attention to a peripheral stimulus location but then the eye movement is made to the mirror opposite position. Yet again we measure behavior by recording the eye movements of participants which allows for the sorting of the behavioral responses into correct and error trials7 which then can be correlated to brain activity. Neuroimaging now allows researchers to measure different behaviors of correct and error trials that are indicative of different cognitive processes and pinpoint the different neural networks involved.

The goal of our research is to correlate behavior to brain activity. Accurate behavioral measures and imaging techniques allow us to elucidate brain-behavior relationships.

İnsan Prefrontal Korteks gelen fMRI Sinyallerine Davranışsal Tepkiler ilişkilendirilmesi: Görev Analizi Bilişsel Süreçler incelenmesi

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

Nörobilim

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date this tool has been widely used to study the regulation of cellular proliferation, differentiation and neuronal migration especially in the developing cerebral cortex 6-8. Here we detail our protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus and provide evidence that this approach can be used to study dendrites and spines in these two cerebral regions.
Visualization and manipulation of neurons in primary cultures have contributed to a better understanding of the processes involved in dendrite, spine and synapse development. However neurons growing in vitro are not exposed to all the physiological cues that can affect dendrite and/or spine formation and maintenance during normal development. Our knowledge of dendrite and spine structures in vivo in wild-type or mutant mice comes mostly from observations using the Golgi-Cox method 9. However, Golgi staining is considered to be unpredictable. Indeed, groups of nerve cells and fiber tracts are labeled randomly, with particular areas often appearing completely stained while adjacent areas are devoid of staining. Recent studies have shown that IUE of fluorescent constructs represents an attractive alternative method to study dendrites, spines as well as synapses in mutant / wild-type mice 10-11 (Figure 1A). Moreover in comparison to the generation of mouse knockouts, IUE represents a rapid approach to perform gain and loss of function studies in specific population of cells during a specific time window. In addition, IUE has been successfully used with inducible gene expression or inducible RNAi approaches to refine the temporal control over the expression of a gene or shRNA 12. These advantages of IUE have thus opened new dimensions to study the effect of gene expression/suppression on dendrites and spines not only in specific cerebral structures (Figure 1B) but also at a specific time point of development (Figure 1C).
Finally, IUE provides a useful tool to identify functional interactions between genes involved in dendrite, spine and/or synapse development. Indeed, in contrast to other gene transfer methods such as virus, it is straightforward to combine multiple RNAi or transgenes in the same population of cells. 
In summary, IUE is a powerful method that has already contributed to the characterization of molecular mechanisms underlying brain function and disease and it should also be useful in the study of dendrites and spines.

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

This article describes in detail a protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus at E14.5 in mice. We also show that this is a valuable method to study dendrites and spines in these two cerebral regions.

Kullanarak Fare Serebral Korteks ve Hippocampus Görselleştirme ve Dendritler ve Spine Genetik Manipülasyon<em&gt; Utero olarak</em&gt; Elektroporasyon

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

Akut Hipokampal Dilimler içinde Synaptically-uyarılmış astroglial ve Nöronal Cevaplarının İkili Elektrofizyolojik Kayıtlar

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Live Imaging of Mitosis in the Developing Mouse Embryonic Cortex

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the developing cerebral cortex, abnormal mitosis of neural progenitors can cause defects in brain size and function. Hence, there is a critical need for tools to understand the mechanisms of neural progenitor mitosis. Cortical development in rodents is an outstanding model for studying this process. Neural progenitor mitosis is commonly examined in fixed brain sections. This protocol will describe in detail an approach for live imaging of mitosis in ex vivo embryonic brain slices. We will describe the critical steps for this procedure, which include: brain extraction, brain embedding, vibratome sectioning of brain slices, staining and culturing of slices, and time-lapse imaging. We will then demonstrate and describe in detail how to perform post-acquisition analysis of mitosis. We include representative results from this assay using the vital dye Syto11, transgenic mice (histone H2B-EGFP and centrin-EGFP), and in utero electroporation (mCherry-&#945;-tubulin). We will discuss how this procedure can be best optimized and how it can be modified for study of genetic regulation of mitosis. Live imaging of mitosis in brain slices is a flexible approach to assess the impact of age, anatomy, and genetic perturbation in a controlled environment, and to generate a large amount of data with high temporal and spatial resolution. Hence this protocol will complement existing tools for analysis of neural progenitor mitosis.

Neural progenitor mitosis is a critical parameter of neurogenesis. Much of our understanding of neural progenitor mitosis is based on analysis of fixed tissue. Live imaging in embryonic brain slices is a versatile technique to assess mitosis with high temporal and spatial resolution in a controlled environment.

Gelişmekte Fare Embriyonik Cortex mitoz Canlı Görüntüleme

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the ...

Stereotaxic Infusion of Oligomeric Amyloid-beta into the Mouse Hippocampus

Alzheimer&#8217;s disease is a neurodegenerative disease affecting the aging population. A key neuropathological feature of the disease is the over-production of amyloid-beta and the deposition of amyloid-beta plaques in brain regions of the afflicted individuals. Throughout the years scientists have generated numerous Alzheimer&#8217;s disease mouse models that attempt to replicate the amyloid-beta pathology. Unfortunately, the mouse models only selectively mimic the disease features. Neuronal death, a prominent effect in the brains of Alzheimer&#8217;s disease patients, is noticeably lacking in these mice. Hence, we and others have employed a method of directly infusing soluble oligomeric species of amyloid-beta - forms of amyloid-beta that have been proven to be most toxic to neurons - stereotaxically into the brain. In this report we utilize male C57BL/6J mice to document this surgical technique of increasing amyloid-beta levels in a select brain region. The infusion target is the dentate gyrus of the hippocampus because this brain structure, along with the basal forebrain that is connected by the cholinergic circuit, represents one of the areas of degeneration in the disease. The results of elevating amyloid-beta in the dentate gyrus via stereotaxic infusion reveal increases in neuron loss in the dentate gyrus within 1 week, while there is a concomitant increase in cell death and cholinergic neuron loss in the vertical limb of the diagonal band of Broca of the basal forebrain. These effects are observed up to 2 weeks. Our data suggests that the current amyloid-beta infusion model provides an alternative mouse model to address region specific neuron death in a short-term basis. The advantage of this model is that amyloid-beta can be elevated in a spatial and temporal manner.

Here, we present a protocol for direct stereotaxic brain infusion of amyloid-beta. This methodology provides an alternative in vivo mouse model to address the short-term effects of amyloid-beta on brain neurons.

Fare Hippocampus içine Oligomerik Amiloid-beta Stereotaksik İnfüzyon

Alzheimer&#8217;s disease is a neurodegenerative disease affecting the aging population. A key neuropathological feature of the disease is the ...

Cortex-, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus-, Lateral Septal Nucleus- and Striatum-specific In Utero Electroporation in the C57BL/6 Mouse

In utero electroporation is a widely used technique for fast and efficient spatiotemporal manipulation of various genes in the rodent central nervous system. Overexpression of desired genes is just as possible as shRNA mediated loss-of-function studies. Therefore it offers a wide range of applications. The feasibility to target particular cells in a distinct area further increases the range of potential applications of this very useful method. For efficiently targeting specific regions knowledge about the subtleties, such as the embryonic stage, the voltage to apply and most importantly the position of the electrodes, is indispensable.
Here, we provide a detailed protocol that allows for specific and efficient in utero electroporation of several regions of the C57BL/6 mouse central nervous system. In particular it is shown how to transfect regions the develop into the retrosplenial cortex, the motor cortex, the somatosensory cortex, the piriform cortex, the cornu ammonis 1-3, the dentate gyrus, the striatum, the lateral septal nucleus, the thalamus and the hypothalamus. For this information about the appropriate embryonic stage, the appropriate voltage for the corresponding embryonic stage is provided. Most importantly an angle-map, which indicates the appropriate position of the positive pole, is depicted. This standardized protocol helps to facilitate efficient in utero electroporation, which might also lead to a reduced number of animals.

Cortex-, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus-, Lateral Septal Nucleus- and Striatum-specific In Utero Electroporation in the C57BL/6 Mouse

This protocol describes in detail how to specifically transfect different regions in the C57BL/6 central nervous system via in utero electroporation. Included in this protocol are detailed instructions for transfections of regions that develop into the cortex, hippocampus, thalamus, hypothalamus, lateral septal nucleus and striatum.

Korteks, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus-, Lateral Septal Nucleus- ve Striatum özgü<em&gt; In Utero</em&gt; C57BL / 6 Fare Elektroporasyon

In utero electroporation is a widely used technique for fast and efficient spatiotemporal manipulation of various genes in the rodent central nervous ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

Kombine Transkraniyal Manyetik stimülasyon ve elektroansefalografi Dorsolateral Prefrontal korteksin

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

A Model of Epileptogenesis in Rhinal Cortex-Hippocampus Organotypic Slice Cultures

Organotypic slice cultures have been widely used to model brain disorders and are considered excellent platforms for evaluating a drug&#8217;s neuroprotective and therapeutic potential. Organotypic slices are prepared from explanted tissue and represent a complex multicellular ex vivo environment. They preserve the three-dimensional cytoarchitecture and local environment of brain cells, maintain the neuronal connectivity and the neuron-glia reciprocal interaction. Hippocampal organotypic slices are considered suitable to explore the basic mechanisms of epileptogenesis, but clinical research and animal models of epilepsy have suggested that the rhinal cortex, composed of perirhinal and entorhinal cortices, play a relevant role in seizure generation.
Here, we describe the preparation of rhinal cortex-hippocampus organotypic slices. Recordings of spontaneous activity from the CA3 area under perfusion with complete growth medium, at physiological temperature and in the absence of pharmacological manipulations, showed that these slices depict evolving epileptic-like events throughout time in culture. Increased cell death, through propidium iodide uptake assay, and gliosis, assessed with fluorescence-coupled immunohistochemistry, was also observed. The experimental approach presented highlights the value of rhinal cortex-hippocampus organotypic slice cultures as a platform to study the dynamics and progression of epileptogenesis and to screen potential therapeutic targets for this brain pathology.

Here, we describe the preparation of rhinal cortex-hippocampus organotypic slices. Under a gradual and controlled deprivation of serum, these slices depict evolving epileptic-like events and can be considered an ex vivo model of epileptogenesis. This system represents an excellent tool for monitoring the dynamics of spontaneous activity, as well as for assessing the progression of neuroinflammatory features throughout the course of epileptogenesis.

Renal Korteks-Hipokampus Organotipik Dilim Kültürlerinde Epileptogenez Modeli

Organotypic slice cultures have been widely used to model brain disorders and are considered excellent platforms for evaluating a drug&#8217;s ...

Ex Vivo Optogenetic Interrogation of Long-Range Synaptic Transmission and Plasticity from Medial Prefrontal Cortex to Lateral Entorhinal Cortex

Studying the physiological properties of specific synapses in the brain, and how they undergo plastic changes, is a key challenge in modern neuroscience. Traditional in vitro electrophysiological techniques use electrical stimulation to evoke synaptic transmission. A major drawback of this method is its nonspecific nature; all axons in the region of the stimulating electrode will be activated, making it difficult to attribute an effect to a particular afferent connection. This issue can be overcome by replacing electrical stimulation with optogenetic-based stimulation. We describe a method for combining optogenetics with in vitro patch-clamp recordings. This is a powerful tool for the study of both basal synaptic transmission and synaptic plasticity of precise anatomically defined synaptic connections and is applicable to almost any pathway in the brain. Here, we describe the preparation and handling of a viral vector encoding channelrhodopsin protein for surgical injection into a pre-synaptic region of interest (medial prefrontal cortex) in the rodent brain and making of acute slices of downstream target regions (lateral entorhinal cortex). A detailed procedure for combining patch-clamp recordings with synaptic activation by light stimulation to study short- and long-term synaptic plasticity is also presented. We discuss examples of experiments that achieve pathway- and cell-specificity by combining optogenetics and Cre-dependent cell labeling. Finally, histological confirmation of the pre-synaptic region of interest is described along with biocytin labeling of the post-synaptic cell, to allow further identification of the precise location and cell type.

Ex Vivo Optogenetic Interrogation of Long-Range Synaptic Transmission and Plasticity from Medial Prefrontal Cortex to Lateral Entorhinal Cortex

Here we present a protocol describing viral transduction of discrete brain regions with optogenetic constructs to permit synapse-specific electrophysiological characterization in acute rodent brain slices.

Eski Vivo Medial Prefrontal Korteksten Lateral Entorinal Kortekse Uzun Menzilli Sinaptik İletim ve Plastisitenin Optogenetik Sorgulanması

Studying the physiological properties of specific synapses in the brain, and how they undergo plastic changes, is a key challenge in modern neuroscience. ...

Rapid Golgi Stain for Dendritic Spine Visualization in Hippocampus and Prefrontal Cortex

Golgi impregnation, using the Golgi staining kit with minor adaptations, is used to impregnate dendritic spines in the rat hippocampus and medial prefrontal cortex. This technique is a marked improvement over previous methods of Golgi impregnation because the premixed chemicals are safer to use, neurons are consistently well impregnated, there is far less background debris, and for a given region, there are extremely small deviations in spine density between experiments. Moreover, brains can be accumulated after a certain point and kept frozen until further processing. Using this method any brain region of interest can be studied. Once stained and cover slipped, dendritic spine density is determined by counting the number of spines for a length of dendrite and expressed as spine density per 10 &#181;m dendrite.

The protocol describes a modification of the rapid Golgi method, which can be adapted to any part of the nervous system, for staining neurons in the hippocampus and medial prefrontal cortex of the rat.