Name: Auteur in de schijnwerpers: het bestuderen van de effecten van geneesmiddelen op hersensignalen met behulp van een dubbel LFP-opnameprotocol bij muizen
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

Dit werk werd ondersteund door de Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (A2087).

Deze studie werd goedgekeurd door de Florey Animal Ethics Committee (The University of Melbourne, No. 22-025UM) in overeenstemming met de Australische code voor de verzorging en het gebruik van dieren voor wetenschappelijke doeleinden. Voor de huidige studie werden C57BL/6 mannelijke muizen (8 weken) gebruikt, verkregen van het Animal Resources Centre (Australië).
1. Headstage ontwerp en fabricage
NOTITIE: De printplaat van de headstage is een compac...

LFP-opname in muizenhersenen voor cognitief onderzoek en geneesmiddelenanalyse

<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>

Het hier gepresenteerde protocol schetst de procedure voor het construeren van een op maat gemaakte headstage die speciaal is ontworpen voor de gelijktijdige registratie van dubbele lokale veldpotentialen (LFP's) in de hippocampus (HIP) en de prefrontale cortex (PFC). De gedetailleerde stappen in dit protocol bieden voldoende informatie voor onderzoekers om de signaalcommunicatie zowel binnen elke regio als tussen de HIP en PFC grondig te onderzoeken.
De op maat ontworpen headstage maakt gebru...

Lokale veldpotentialen (LFP's) verwijzen naar de elektrische activiteit die wordt geregistreerd vanuit de extracellulaire ruimte, die de collectieve activiteit van een gelokaliseerde groep neuronen weerspiegelt. Ze vertonen een breed scala aan frequenties, variërend van langzame golven van 1 Hz tot snelle oscillaties van 100 Hz of 200 Hz. Specifieke frequentiebanden zijn in verband gebracht met cognitieve functies zoals leren, geheugen en besluitvorming 1,2. Veranderingen in LFP-eigenschappen zijn gebruikt als biomarkers voor verschillende neurologische aandoeningen, waaronder dementie en schizofrenie 3,4. Het analyseren van LFP-opnames kan waardevolle inzichten bieden in de onderliggende pathologische mechanismen die verband houden met deze aandoeningen en mogelijke therapeutische strategieën.
Dubbele LFP-registratie is een techniek die wordt gebruikt om gelokaliseerde elektrische activiteit binnen en tussen twee specifieke hersengebieden te meten. Deze techniek biedt een waardevolle mogelijkheid om de ingewikkelde neurale dynamiek en signaalcommunicatie te onderzoeken die plaatsvindt binnen en tussen verschillende hersengebieden. Eerdere studies hebben aangetoond dat het detecteren van veranderingen in de neuronale eigenschappen van individuele hersengebieden complex kan zijn, maar veranderingen in interregionale corticale communicatie kunnen worden waargenomen 5,6. Daarom biedt het gebruik van dubbele LFP-opname een krachtig middel om dit probleem aan te pakken.
Hippocampus-prefrontale connectiviteit speelt een cruciale rol bij het moduleren van cognitieve functies en disfunctie is in verband gebracht met verschillende neurologische aandoeningen 7,8. Opnames met dubbele elektroden van deze regio's kunnen informatie geven over deze interacties. Helaas is er beperkte informatie beschikbaar over methoden voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode tussen deze gebieden. Bovendien zijn in de handel verkrijgbare opnameapparatuur over het algemeen duur en kunnen ze niet worden aangepast aan specifieke experimentele ontwerpen. De conventionele methode voor het opnemen van LFP's omvat het gebruik van een afgeschermde kabel om het opnameapparaat aan te sluiten op elektroden die in de hersenen van een dier zijn geïmplanteerd. Deze aanpak is echter gevoelig voor bewegingsartefacten en omgevingsruis, wat van invloed is op de kwaliteit en betrouwbaarheid van de opgenomen signalen.
Dit protocol beschrijft een uitgebreide procedure voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode in de hippocampus en de prefrontale cortex van de muis, met behulp van een goedkope, op maat ontworpen hoofdtrap die op het hoofd van het dier kan worden geplaatst. Deze methoden stellen onderzoekers in staat om regiospecifieke oscillerende patronen binnen twee afzonderlijke cerebrale regio's te onderzoeken en interregionale informatie-uitwisseling en connectiviteit tussen deze gebieden te verkennen.

<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

De techniek voor het registreren van lokale veldpotentialen (LFP's) is een elektrofysiologische methode die wordt gebruikt om de elektrische activiteit van gelokaliseerde neuronale populaties te meten. Het dient als een cruciaal hulpmiddel in cognitief onderzoek, met name in hersengebieden zoals de hippocampus en de prefrontale cortex. Dubbele LFP-opnames tussen deze gebieden zijn van bijzonder belang omdat ze de verkenning van interregionale signaalcommunicatie mogelijk maken. Methoden voor het uitvoeren van deze opnames worden echter zelden beschreven, en de meeste commerciële opnameapparaten zijn duur of kunnen niet worden aangepast aan specifieke experimentele ontwerpen. Deze studie presenteert een uitgebreid protocol voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode in de hippocampus van de muis en de prefrontale cortex om de effecten van antipsychotica en kaliumkanaalmodulatoren op LFP-eigenschappen in deze gebieden te onderzoeken. De techniek maakt het mogelijk om LFP-eigenschappen te meten, waaronder vermogensspectra binnen elk hersengebied en de samenhang tussen de twee. Bovendien is voor deze experimenten een goedkoop, op maat ontworpen opnameapparaat ontwikkeld. Samenvattend biedt dit protocol een middel om signalen met hoge signaal-ruisverhoudingen in verschillende hersengebieden op te nemen, waardoor het onderzoek naar interregionale informatiecommunicatie binnen de hersenen wordt vergemakkelijkt.

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.

Auteur in de schijnwerpers: het bestuderen van de effecten van geneesmiddelen op hersensignalen met behulp van een dubbel LFP-opnameprotocol bij muizen

Dubbele extracellulaire opnames in de hippocampus en prefrontale cortex van de muis

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.

De hier getoonde resultaten tonen de effecten van verschillende geneesmiddelen op de eigenschappen van lokale veldpotentialen (LFP's) die zijn getest in vier cohorten van C57BL/6 mannelijke muizen (n = 8 voor elk cohort; leeftijd: 8 weken; gewicht: 24,0 ± 0,42 g). De geteste geneesmiddelen omvatten het antipsychoticum clozapine, de kaliumkanaalmodulatoren 4-aminopyridine (4-AP) en retigabine, evenals de zoutoplossing van het controlemedium.
Zoals te zien is in figuur 1</s...

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

Dit protocol schetst het gebruik van een op maat ontworpen opnameapparaat en elektroden om lokale veldpotentialen vast te leggen en de informatiestroom in de hippocampus en prefrontale cortex van de muis te onderzoeken.

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

Deze studie presenteert een uitgebreid protocol voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode in de hippocampus van muizen en de prefrontale cortex om de effecten van geneesmiddelen op LFP-eigenschappen in deze gebieden te onderzoeken. Dit protocol biedt een goedkoop en ultralicht apparaat voor het opnemen van hersensignalen dat volledig is geoptimaliseerd voor cognitief onderzoek bij muizen. Deze studie biedt een middel om signalen met hoge signaal-ruisverhoudingen in verschillende hersengebieden op te nemen, waardoor het onderzoek naar interregionale informatiecommunicatie binnen de hersenen wordt vergemakkelijkt.

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.