Name: Forfatter Spotlight: Undersøgelse af lægemidlers indvirkning på hjernesignaler ved hjælp af dobbelt LFP-optagelsesprotokol hos mus
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

Dette arbejde blev støttet af Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (A2087).

Denne undersøgelse blev godkendt af Florey Animal Ethics Committee (University of Melbourne, nr. 22-025UM) i overensstemmelse med den australske kode for pleje og brug af dyr til videnskabelige formål. C57BL/6 hanmus (8 uger), opnået fra Animal Resources Centre (Australien), blev anvendt til denne undersøgelse.
1. Headstage design og fabrikation
BEMÆRK: PCB-kortet på hovedscenen er et kompakt 14 mm x 12 mm firelagsbræt designet til at blive pla...

LFP-optagelse i musehjerne til kognitiv forskning og lægemiddelanalyse

<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>

Protokollen, der præsenteres her, skitserer proceduren for konstruktion af et tilpasset headstage, der er specielt designet til samtidig registrering af dobbelte lokale feltpotentialer (LFP'er) i hippocampus (HIP) og præfrontale cortex (PFC). De detaljerede trin i denne protokol giver tilstrækkelig information til, at forskere grundigt kan undersøge signalkommunikation både inden for hver region og mellem HIP og PFC.
Den specialdesignede headstage bruger en kommerciel forstærkerchip. Men...

Lokale feltpotentialer (LFP'er) henviser til den elektriske aktivitet registreret fra det ekstracellulære rum, hvilket afspejler den kollektive aktivitet af en lokaliseret gruppe neuroner. De udviser en bred vifte af frekvenser, der spænder fra langsomme bølger ved 1 Hz til hurtige svingninger ved 100 Hz eller 200 Hz. Specifikke frekvensbånd er blevet forbundet med kognitive funktioner såsom læring, hukommelse og beslutningstagning 1,2. Ændringer i LFP-egenskaber er blevet anvendt som biomarkører for forskellige neurologiske lidelser, herunder demens og skizofreni 3,4. Analyse af LFP-optagelser kan give værdifuld indsigt i de underliggende patologiske mekanismer forbundet med disse tilstande og potentielle terapeutiske strategier.
Dobbelt LFP-optagelse er en teknik, der bruges til at måle lokaliseret elektrisk aktivitet inden for og mellem to specifikke hjerneområder. Denne teknik giver en værdifuld mulighed for at undersøge den indviklede neurale dynamik og signalkommunikation, der forekommer inden for og mellem forskellige hjerneområder. Tidligere undersøgelser har vist, at detektion af ændringer i neuronale egenskaber i individuelle hjerneområder kan være komplekst, men ændringer i interregional kortikal kommunikation kan observeres 5,6. Derfor tilbyder brugen af dobbelt LFP-optagelse et potent middel til at løse dette problem.
Hippocampal-præfrontal forbindelse spiller en afgørende rolle i modulering af kognitive funktioner, og dysfunktion har været forbundet med forskellige neurologiske lidelser 7,8. Dobbeltelektrodeoptagelser af disse regioner kan give information om disse interaktioner. Desværre er der begrænset information tilgængelig om metoder til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser mellem disse områder. Desuden er kommercielt tilgængelige optageapparater generelt dyre og mangler tilpasningsevne til specifikke eksperimentelle design. Den konventionelle metode til registrering af LFP'er indebærer at bruge et afskærmet kabel til at forbinde optageenheden til elektroder implanteret i et dyrs hjerne. Denne tilgang er imidlertid modtagelig for bevægelsesartefakter og miljøstøj, hvilket påvirker kvaliteten og pålideligheden af de optagede signaler.
Denne protokol beskriver en omfattende procedure til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser i musens hippocampus og præfrontale cortex ved hjælp af et billigt specialdesignet hovedscene, der kan placeres på dyrets hoved. Disse metoder gør det muligt for forskere at undersøge regionsspecifikke oscillerende mønstre inden for to diskrete cerebrale regioner og udforske interregional informationsudveksling og forbindelse mellem disse områder.

<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

Teknikken til registrering af lokale feltpotentialer (LFP'er) er en elektrofysiologisk metode, der anvendes til at måle den elektriske aktivitet af lokaliserede neuronale populationer. Det tjener som et afgørende redskab i kognitiv forskning, især i hjerneområder som hippocampus og præfrontale cortex. Dobbelte LFP-optagelser mellem disse områder er af særlig interesse, da de gør det muligt at udforske interregional signalkommunikation. Imidlertid beskrives metoder til udførelse af disse optagelser sjældent, og de fleste kommercielle optageenheder er enten dyre eller mangler tilpasningsevne til at imødekomme specifikke eksperimentelle designs. Denne undersøgelse præsenterer en omfattende protokol til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser i musens hippocampus og den præfrontale cortex for at undersøge virkningerne af antipsykotiske lægemidler og kaliumkanalmodulatorer på LFP-egenskaber i disse områder. Teknikken muliggør måling af LFP-egenskaber, herunder effektspektre inden for hvert hjerneområde og sammenhæng mellem de to. Derudover er der udviklet en billig, specialdesignet optageenhed til disse eksperimenter. Sammenfattende giver denne protokol et middel til at optage signaler med høje signal-støj-forhold i forskellige hjerneområder, hvilket letter undersøgelsen af interregional informationskommunikation i hjernen.

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.

Forfatter Spotlight: Undersøgelse af lægemidlers indvirkning på hjernesignaler ved hjælp af dobbelt LFP-optagelsesprotokol hos mus

Dobbelte ekstracellulære optagelser i musen, hippocampus og præfrontal cortex

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.

Resultaterne vist her viser virkningerne af flere lægemidler på lokale feltpotentialer (LFP'er) egenskaber testet i fire kohorter af C57BL/6 hanmus (n = 8 for hver kohorte; alder: 8 uger; vægt: 24,0 ± 0,42 g). De testede lægemidler omfattede det antipsykotiske lægemiddel clozapin, kaliumkanalmodulatorerne 4-aminopyridin (4-AP) og retigabin samt kontrolkøretøjets saltvand.
Som vist i figur 1 blev musen placeret i et lille optagekammer, og LFP'er blev indsam...

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

Denne protokol skitserer brugen af en specialdesignet optageenhed og elektroder til at registrere lokale feltpotentialer og undersøge informationsstrømmen i musens hippocampus og præfrontale cortex.

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

Denne undersøgelse præsenterer en omfattende protokol til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser i musens hippocampus og den præfrontale cortex for at undersøge virkningerne af lægemidler på LFP-egenskaber i disse områder. Denne protokol giver en billig og ultralet hjernesignaloptagelsesenhed, der er fuldt optimeret til kognitiv forskning i mus. Denne undersøgelse giver et middel til at registrere signaler med høje signal-støjforhold i forskellige hjerneområder, hvilket letter undersøgelsen af interregional informationskommunikation i hjernen.

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.