Name: Multichannel Recording in the Bilateral MC in Free-Moving Mice and Neurophysiological Data Analysis
Uploaded: 2023-05-26T12:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multichannel Recording in the Bilateral MC in Free-Moving Mice and Neurophysiological Data Analysis at JoVE.com

multichannel recording in the bilateral mc in free-moving mice and neurophysiological data analysis

Extracellulär elektrofysiologisk registrering i den motoriska cortex hos möss

The local field potential (LFP), an important component of extracellular signals, reflects the synaptic activity of large populations of neurons, which form the neural code for multiple behaviors1. Spikes generated by neuronal activity are considered to contribute to the LFP and are important for neural coding2. Alterations in spikes and LFPs have been proven to mediate several brain diseases, such as Alzheimer&#39;s disease, as well as emotions such as fear, etc.3,4. It is worth noting that many studies have highlighted that spike activity significantly differs between awake and anesthetized states in animals5. Although recordings in anesthetized animals offer an opportunity to assess LFPs with minimal artifacts in highly defined cortical synchronization states, the results differ to some extent from what can be found in awake subjects6,7,8. Thus, it is more meaningful to detect neural activity over long time scales and large spatial scales in various diseases in an awake brain state using electrodes implanted in the brain. This manuscript provides information for beginners on how to make the micro-drive system and set the parameters using common software for computing the spike and LFP signals in a fast and straightforward way in order to get the recording and analysis started.
Although the non-invasive recording of brain functions, such as by using electroencephalograms (EEGs) and event-related potentials (ERPs) recorded from the scalp, has been used extensively in human and rodent studies, EEG and ERP data have low spatial and temporal properties and, thus, cannot detect the precise signals produced by nearby dendritic synaptic activity within a specific brain area1. Currently, by taking advantage of multichannel recording in conscious animals, neural activity in the deeper layers of the brain can be recorded chronically and progressively by implanting a micro-drive system into the brains of primates or rodents during multiple behavioral tests1,2,3,4,5,6,7,8,9. Briefly, researchers can construct a micro-drive system that can be used for the independent positioning of the electrodes or tetrodes to target different parts of the brain10,11. For example, Chang et al. described techniques to record spikes and LFPs in mice by assembling a light and compact micro-drive12. In addition, micro-machined silicon probes with custom-made accessory components are commercially available for recording multiple single neurons and LFPs in rodents during behavioral tasks13. Although various designs have been used for assembling micro-drive systems, these still have limited success in terms of the complexity and weight of the whole micro-drive system. For example, Lansink et al. showed a multichannel micro-drive system with a complex structure for recording from a single brain region14. Sato et al. reported a multichannel micro-drive system displaying an automatic hydraulic positioning function15. The main disadvantages of these micro-drive systems are that they are too heavy for mice to move freely and are difficult to assemble for beginners. Although multichannel extracellular recording has been shown to be a suitable and efficient technology for measuring neural activity during behavioral tests, it is not easy for beginners to record and analyze the signals acquired by the complex micro-drive system. Given that it is difficult to get the entire operation process of the multichannel extracellular recording and data analysis started in freely moving mice16,17, this present article presents simplified guidelines to introduce the detailed process of making the micro-drive system using commonly available components and settings; the parameters in the common software for computing the spike and LFP signals in a fast and straightforward way are also provided. Additionally, in this protocol, the mouse can move freely due to the use of a helium balloon, which contributes to offsetting the weight of headstage and micro-drive system. Generally, in the present study, we describe how to easily build a micro-drive system and optimize the processes of recording and data analysis.

Författare i fokus: Framsteg inom flerkanalig extracellulär inspelning för att studera neuronal aktivitet hos möss som rör sig fritt 

Flerkanalig extracellulär inspelning i fritt rörliga möss

We aim to uncover the properties of neuronal firing and network local field potentials in behaving mice carrying out specific tasks by correlating the electrophysiological signal with behaviors. Multichannel extracellular recording by the micro-drive system has been shown to be a suitable and a efficient technology for neural activity during behavioral tests. Multichannel recording in free-moving mice has been deemed to be a useful technology in neuroscience studies, but it's still quite challenging for beginners to acquire and analyze the signals.We introduced how to perform the multichannel extracellular recording in freely-moving mice with a more steady and lightweight micro-drive system, and optimize the processes of recording and data analysis for the beginners. We are going to increase the number of channels and reduce the volume of micro-driver system in a new version.

Watch this Scientific Journal Video about Multichannel Recording in the Bilateral MC in Free-Moving Mice and Neurophysiological Data Analysis at JoVE.com

Multichannel Recording in the Bilateral MC in Free-Moving Mice and Neurophysiological Data Analysis  

Flerkanalig inspelning i bilateral MC hos frirörliga möss och neurofysiologisk dataanalys

För flerkanalsinspelning, flytta ner elektrodmatriserna genom att vrida skruven på den rörliga delen av mikrodrivsystemet en dag i förväg. Håll huvudet på en vaken mus lätt och försiktigt. Länka sedan mitten av huvudsteget och en heliumballong med en tråd för att kompensera vikten av huvudsteget och mikrodrivsystemet.Fånga råsignaler med hjälp av inspelningselektroder och flerkanalssystem genom att sampla vid 30 kilohertz i inspelningsprogramvaran. Digitalisera sedan med hjälp av en digital analog omvandlare från flerkanalssystemen. Extrahera den lokala fältpotentialen, eller LFP-signalerna, från rådata genom omsampling vid 10 kilohertz.Använd sedan ett notchfilter för att ta bort 50-hertzlinjebruset. För toppsortering och analys, i spiksorteringsprogrammet, klicka på Arkiv, sedan Öppna och nev filer för att öppna spikdata samplade vid 30 kilohertz. Klicka på Info för att välja den osorterade kanalen.Välj sedan Sortera, Ändra sorteringsmetod och Använd K-medelvärden. Tryck på knappen Valley Seeking Sort och sedan på K-Means Sorting för att få de sorterade enheterna. Öppna sedan den sorterade spikfilen i programvaran för neurofysiologisk dataanalys genom att klicka på Arkiv, Importera data och BlackRock-fil.För att få autocorrelogram för den valda enheten, klicka på Analys, sedan Autocorrelograms och ställ in parametrarna. Läs in sorterade toppdata. Klicka sedan på Analys och Histogram för interspikeintervall för att hämta histogrammet för interspikeintervall och ställ sedan in önskade parametrar.Klicka på Analys och sedan på Crosscorrelograms för att hämta crosscorrelogram mellan två sorterade enhetshändelser. Och ställ sedan in referenshändelserna och parametrarna. För LFP-analys, klicka på Arkiv, Importera data och BlackRock-fil för att öppna kontinuerliga signaldata samplade vid 10 kilohertz.Sedan, genom att klicka på Analys och spektrum för kontinuerlig, analysera effektspektrumet för LFP från den valda kanalen. Klicka sedan på Analys, sedan Koherens för kontinuerlig för att analysera koherensen för två LFP:er från vänster och höger sida av MC.Klicka sedan på Analys, följt av Korrelation med kontinuerliga variabler för att analysera korrelationen mellan två LFP:er från vänster och höger sida av MC.När du är klar klickar du på Resultat, sedan Numeriska resultat för att spara effektspektrumtätheten, Koherens och korrelation med ett xls-filnamnstillägg. Om du vill analysera korrelationer mellan toppen och LFP klickar du på Arkiv och sedan på Importera data och BlackRock-fil för att öppna kontinuerliga signaldata och spikdata.Klicka sedan på Analys och koherensanalys för att analysera samstämmigheten mellan topparna och LFP från den valda kanalen. Slutligen klickar du på Resultat och sedan på Numeriska resultat för att spara resultaten av spikfältets koherens med ett xls-filnamnstillägg. Dalbredden och vågformsvaraktigheten för enheterna i MC hos musen visade att både dalbredden och vågformsvaraktigheten för MC-förmodade pyramidala neuroner hos möss är högre än för de förmodade interneuronerna.Korrelogramet mellan förmodade pyramidala neuroner och interneuroner indikerade att de förmodade pyramidala neuronerna spikar före de förmodade interneuronerna med ett fönster på 18 millisekunder. I LFP-analysen var LFP:erna för vänster och höger MC hos normala möss likartade i effektspektrumet, vilket tyder på synkroniserade aktiviteter mellan vänster och höger MC.Vidare beräknades koherensen och korrelationen mellan vänster och höger MC. Kurvan för spikfältskoherens i MC hos en normal mus visade en starkare låg gammakoherens för de förmodade interneuronerna jämfört med de pyramidala neuronerna.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multichannel Recording in the Bilateral MC in Free-Moving Mice and Neurophysiological Data Analysis

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 ...