Name: تسليط الضوء على المؤلف: دراسة تأثيرات الأدوية على إشارات الدماغ باستخدام بروتوكول تسجيل LFP المزدوج في الفئران
Uploaded: 2024-02-16T13:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex at JoVE.com

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة علم الأعصاب في مستشفى ملبورن الملكي (A2087).

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة فلوري لأخلاقيات (جامعة ملبورن ، رقم 22-025UM) وفقا للقانون الأسترالي لرعاية واستخدام للأغراض العلمية. تم استخدام C57BL / 6 ذكور الفئران (8 أسابيع) ، التي تم الحصول عليها من مركز الموارد الحيوانية (أستراليا) ، في هذه الدراسة.
1. تصميم وتصنيع ا...

تسجيل LFP في دماغ الفأر للبحث المعرفي وتحليل المخدرات

<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>

يحدد البروتوكول المقدم هنا إجراءات بناء مرحلة رئيسية مخصصة مصممة خصيصا للتسجيل المتزامن لإمكانات المجال المحلي المزدوج (LFPs) في الحصين (HIP) وقشرة الفص الجبهي (PFC). توفر الخطوات التفصيلية الواردة في هذا البروتوكول معلومات كافية للباحثين لفحص اتصالات الإشارة بدقة داخل كل منطقة وبين HIP و PFC.
<p...

تشير إمكانات المجال المحلي (LFPs) إلى النشاط الكهربائي المسجل من الفضاء خارج الخلية ، مما يعكس النشاط الجماعي لمجموعة موضعية من الخلايا العصبية. وهي تظهر مجموعة متنوعة من الترددات ، تمتد من الموجات البطيئة عند 1 هرتز إلى التذبذبات السريعة عند 100 هرتز أو 200 هرتز. ارتبطت نطاقات تردد محددة بالوظائف المعرفية مثل التعلم والذاكرة واتخاذ القرار 1,2. تم استخدام التغييرات في خصائص LFP كمؤشرات حيوية لمختلف الاضطرابات العصبية ، بما في ذلك الخرف والفصام3،4. يمكن أن يقدم تحليل تسجيلات LFP رؤى قيمة حول الآليات المرضية الأساسية المرتبطة بهذه الحالات والاستراتيجيات العلاجية المحتملة.
تسجيل LFP المزدوج هو تقنية تستخدم لقياس النشاط الكهربائي الموضعي داخل وبين منطقتين محددتين من الدماغ. توفر هذه التقنية فرصة ثمينة للتحقيق في الديناميات العصبية المعقدة واتصالات الإشارات التي تحدث داخل وبين مناطق الدماغ المتميزة. كشفت الدراسات السابقة أن اكتشاف التغيرات في الخصائص العصبية لمناطق الدماغ الفردية يمكن أن يكون معقدا ، ولكن يمكن ملاحظة التغيرات في التواصل القشري بين الأقاليم 5,6. لذلك ، يوفر استخدام تسجيل LFP المزدوج وسيلة قوية لمعالجة هذه المشكلة.
يلعب اتصال الحصين والفص الجبهي دورا حاسما في تعديل الوظائف المعرفية ، وقد تم ربط الخلل الوظيفي باضطرابات عصبية مختلفة 7,8. يمكن أن توفر تسجيلات الأقطاب الكهربائية المزدوجة لهذه المناطق معلومات حول هذه التفاعلات. لسوء الحظ ، هناك معلومات محدودة متاحة حول طرق إجراء تسجيلات LFP ذات القطب المزدوج بين هذه المناطق. علاوة على ذلك ، فإن أجهزة التسجيل المتاحة تجاريا باهظة الثمن بشكل عام وتفتقر إلى القدرة على التكيف مع تصميمات تجريبية محددة. تتضمن الطريقة التقليدية لتسجيل LFPs استخدام كابل محمي لتوصيل جهاز التسجيل بأقطاب كهربائية مزروعة في دماغ. ومع ذلك ، فإن هذا النهج عرضة لآثار الحركة والضوضاء البيئية ، مما يؤثر على جودة وموثوقية الإشارات المسجلة.
يصف هذا البروتوكول إجراء شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي ، باستخدام مقدمة منخفضة التكلفة مصممة خصيصا يمكن وضعها على رأس. تمكن هذه الطرق الباحثين من التحقيق في أنماط التذبذب الخاصة بالمنطقة داخل منطقتين دماغيتين منفصلتين واستكشاف تبادل المعلومات بين الأقاليم والاتصال بين هذه المناطق.

<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

تقنية تسجيل إمكانات المجال المحلي (LFPs) هي طريقة فيزيولوجية كهربية تستخدم لقياس النشاط الكهربائي لمجموعات الخلايا العصبية الموضعية. إنه بمثابة أداة حاسمة في البحث المعرفي ، لا سيما في مناطق الدماغ مثل الحصين وقشرة الفص الجبهي. وتكتسي تسجيلات LFP المزدوجة بين هذه المناطق أهمية خاصة لأنها تسمح باستكشاف اتصالات الإشارات الأقاليمية. ومع ذلك ، نادرا ما يتم وصف طرق إجراء هذه التسجيلات ، ومعظم أجهزة التسجيل التجارية إما باهظة الثمن أو تفتقر إلى القدرة على التكيف لاستيعاب تصميمات تجريبية محددة. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي للتحقيق في آثار الأدوية المضادة للذهان ومعدلات قناة البوتاسيوم على خصائص LFP في هذه المناطق. تتيح هذه التقنية قياس خصائص LFP ، بما في ذلك أطياف الطاقة داخل كل منطقة دماغية والتماسك بين الاثنين. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير جهاز تسجيل منخفض التكلفة ومصمم خصيصا لهذه التجارب. باختصار ، يوفر هذا البروتوكول وسيلة لتسجيل الإشارات ذات نسب الإشارة إلى الضوضاء العالية في مناطق مختلفة من الدماغ ، مما يسهل التحقيق في اتصالات المعلومات بين الأقاليم داخل الدماغ.

Local field potentials (LFPs) refer to the electrical activity recorded from the extracellular space, reflecting the collective activity of a localized group of neurons. They exhibit a diverse range of frequencies, spanning from slow waves at 1 Hz to fast oscillations at 100 Hz or 200 Hz. Specific frequency bands have been associated with cognitive functions such as learning, memory, and decision making1,2. Changes in LFP properties have been used as biomarkers for various neurological disorders, including dementia and schizophrenia3,4. Analyzing LFP recordings can offer valuable insights into the underlying pathological mechanisms associated with these conditions and potential therapeutic strategies.
Dual LFP recording is a technique used to measure localized electrical activity within and between two specific brain regions. This technique provides a valuable opportunity to investigate the intricate neural dynamics and signal communication occurring within and between distinct brain regions. Prior studies have revealed that detecting alterations in the neuronal properties of individual brain regions can be complex, but changes in interregional cortical communication can be observed5,6. Therefore, the utilization of dual LFP recording offers a potent means to address this issue.
Hippocampal-prefrontal connectivity plays a crucial role in modulating cognitive functions, and dysfunction has been linked to various neurological disorders7,8. Dual electrode recordings of these regions can provide information about these interactions. Unfortunately, there is limited information available on methods for performing dual electrode LFP recordings between these areas. Moreover, commercially available recording devices are generally expensive and lack adaptability to specific experimental designs. The conventional method for recording LFPs involves using a shielded cable to connect the recording device to electrodes implanted in an animal's brain. However, this approach is susceptible to motion artifacts and environmental noise, impacting the quality and reliability of the recorded signals.
This protocol describes a comprehensive procedure for performing dual-electrode LFP recordings in the mouse hippocampus and prefrontal cortex, using a low-cost custom-designed headstage that can be placed on the animal's head. These methods enable researchers to investigate region-specific oscillatory patterns within two discrete cerebral regions and explore interregional information exchange and connectivity between these areas.

تسليط الضوء على المؤلف: دراسة تأثيرات الأدوية على إشارات الدماغ باستخدام بروتوكول تسجيل LFP المزدوج في الفئران

تسجيلات مزدوجة خارج الخلية في الحصين الفأر وقشرة الفص الجبهي

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 drugs on LFP properties in these areas. This protocol provides a low-cost and ultra-light brain signal recording device that is fully optimized for cognitive research in mice. This study provides a means to record signals with high signal-noise ratios in different brain regions, facilitating the investigation of interregional information communication within the brain.

توضح النتائج الموضحة هنا تأثيرات العديد من الأدوية على خصائص إمكانات المجال المحلي (LFPs) التي تم اختبارها في أربع مجموعات من الفئران الذكور C57BL / 6 (ن = 8 لكل مجموعة ؛ العمر: 8 أسابيع ؛ الوزن: 24.0 ± 0.42 جم). تضمنت الأدوية التي تم اختبارها عقار كلوزابين المضاد للذهان ، ومعدلات قناة البوتاسيوم 4-أمينو?...

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

يحدد هذا البروتوكول استخدام جهاز تسجيل وأقطاب كهربائية مصممة خصيصا لتسجيل إمكانات المجال المحلي والتحقيق في تدفق المعلومات في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي.

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

تقدم هذه الدراسة بروتوكولا شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي للتحقيق في آثار الأدوية على خصائص LFP في هذه المناطق. يوفر هذا البروتوكول جهاز تسجيل إشارات دماغية منخفض التكلفة وخفيف للغاية تم تحسينه بالكامل للبحث المعرفي في الفئران. توفر هذه الدراسة وسيلة لتسجيل الإشارات ذات نسب ضوضاء الإشارة العالية في مناطق مختلفة من الدماغ ، مما يسهل التحقيق في اتصالات المعلومات بين الأقاليم داخل الدماغ.

dual-extracellular-recordings-mouse-hippocampus-prefrontal

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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.

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.