Name: Autor im Rampenlicht: Untersuchung der Auswirkungen von Medikamenten auf Gehirnsignale unter Verwendung des dualen LFP-Aufzeichnungsprotokolls bei Mäusen
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

Diese Arbeit wurde von der Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (A2087) unterstützt.

Diese Studie wurde von der Florey Animal Ethics Commission (The University of Melbourne, Nr. 22-025UM) in Übereinstimmung mit dem australischen Kodex für die Pflege und Verwendung von Tieren für wissenschaftliche Zwecke genehmigt. Für die vorliegende Studie wurden C57BL/6 männliche Mäuse (8 Wochen) verwendet, die vom Animal Resources Centre (Australien) gewonnen wurden.
1. Design und Herstellung von Headstage
HINWEIS: Die Headstage-Leiterplatte ...

LFP-Aufzeichnung im Gehirn von Mäusen für die Kognitionsforschung und Wirkstoffanalytik

<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>

Das hier vorgestellte Protokoll beschreibt das Verfahren zur Konstruktion eines maßgeschneiderten Kopftisches, der speziell für die gleichzeitige Aufzeichnung von dualen lokalen Feldpotentialen (LFPs) im Hippocampus (HIP) und im präfrontalen Kortex (PFC) entwickelt wurde. Die detaillierten Schritte in diesem Protokoll bieten den Forschern ausreichende Informationen, um die Signalkommunikation sowohl innerhalb jeder Region als auch zwischen HIP und PFC gründlich zu untersuchen.
Der speziell...

Lokale Feldpotentiale (LFPs) beziehen sich auf die elektrische Aktivität, die aus dem extrazellulären Raum aufgezeichnet wird und die kollektive Aktivität einer lokalisierten Gruppe von Neuronen widerspiegelt. Sie weisen einen vielfältigen Frequenzbereich auf, der von langsamen Wellen bei 1 Hz bis hin zu schnellen Schwingungen bei 100 Hz oder 200 Hz reicht. Spezifische Frequenzbänder wurden mit kognitiven Funktionen wie Lernen, Gedächtnisund Entscheidungsfindung in Verbindung gebracht 1,2. Veränderungen der LFP-Eigenschaften wurden als Biomarker für verschiedene neurologische Erkrankungen, einschließlich Demenz und Schizophrenie, verwendet 3,4. Die Analyse von LFP-Aufzeichnungen kann wertvolle Einblicke in die zugrunde liegenden pathologischen Mechanismen im Zusammenhang mit diesen Erkrankungen und mögliche therapeutische Strategien bieten.
Die Dual-LFP-Aufzeichnung ist eine Technik, mit der die lokalisierte elektrische Aktivität innerhalb und zwischen zwei bestimmten Gehirnregionen gemessen wird. Diese Technik bietet eine wertvolle Gelegenheit, die komplizierte neuronale Dynamik und Signalkommunikation zu untersuchen, die innerhalb und zwischen verschiedenen Gehirnregionen abläuft. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Erkennung von Veränderungen in den neuronalen Eigenschaften einzelner Hirnregionen komplex sein kann, aber Veränderungen in der interregionalen kortikalen Kommunikation können beobachtet werden 5,6. Daher bietet die Verwendung von Dual-LFP-Aufnahmen ein wirksames Mittel, um dieses Problem zu lösen.
Die hippokampal-präfrontale Konnektivität spielt eine entscheidende Rolle bei der Modulation der kognitiven Funktionen, und Dysfunktionen wurden mit verschiedenen neurologischen Störungen in Verbindung gebracht 7,8. Dual-Elektroden-Aufzeichnungen dieser Regionen können Aufschluss über diese Wechselwirkungen geben. Leider gibt es nur begrenzte Informationen über Methoden zur Durchführung von Doppelelektroden-LFP-Aufnahmen zwischen diesen Bereichen. Darüber hinaus sind kommerziell erhältliche Aufzeichnungsgeräte in der Regel teuer und nicht an spezifische Versuchsdesigns anpassbar. Bei der herkömmlichen Methode zur Aufzeichnung von LFPs wird das Aufzeichnungsgerät mit einem abgeschirmten Kabel an Elektroden angeschlossen, die in das Gehirn eines Tieres implantiert werden. Dieser Ansatz ist jedoch anfällig für Bewegungsartefakte und Umgebungsgeräusche, die sich auf die Qualität und Zuverlässigkeit der aufgezeichneten Signale auswirken.
Dieses Protokoll beschreibt ein umfassendes Verfahren zur Durchführung von LFP-Aufzeichnungen mit zwei Elektroden im Hippocampus und im präfrontalen Kortex der Maus unter Verwendung eines kostengünstigen, speziell entwickelten Kopftisches, der auf dem Kopf des Tieres platziert werden kann. Diese Methoden ermöglichen es den Forschern, regionsspezifische oszillatorische Muster innerhalb zweier diskreter Hirnregionen zu untersuchen und den interregionalen Informationsaustausch und die Konnektivität zwischen diesen Bereichen zu untersuchen.

<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

Die Technik der Aufzeichnung von lokalen Feldpotentialen (LFPs) ist eine elektrophysiologische Methode, mit der die elektrische Aktivität lokalisierter neuronaler Populationen gemessen wird. Es dient als wichtiges Werkzeug in der Kognitionsforschung, insbesondere in Gehirnregionen wie dem Hippocampus und dem präfrontalen Kortex. Duale LFP-Aufnahmen zwischen diesen Bereichen sind von besonderem Interesse, da sie die Erforschung der interregionalen Signalkommunikation ermöglichen. Die Methoden zur Durchführung dieser Aufnahmen werden jedoch selten beschrieben, und die meisten kommerziellen Aufnahmegeräte sind entweder teuer oder nicht anpassungsfähig, um spezifische experimentelle Designs aufzunehmen. Diese Studie stellt ein umfassendes Protokoll für die Durchführung von Doppelelektroden-LFP-Aufzeichnungen im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex vor, um die Auswirkungen von Antipsychotika und Kaliumkanalmodulatoren auf die LFP-Eigenschaften in diesen Bereichen zu untersuchen. Die Technik ermöglicht die Messung von LFP-Eigenschaften, einschließlich Leistungsspektren innerhalb jeder Gehirnregion und der Kohärenz zwischen den beiden. Zusätzlich wurde für diese Experimente ein kostengünstiges, speziell angefertigtes Aufzeichnungsgerät entwickelt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Protokoll die Möglichkeit bietet, Signale mit hohen Signal-Rausch-Verhältnissen in verschiedenen Hirnregionen aufzuzeichnen, was die Untersuchung der interregionalen Informationskommunikation innerhalb des Gehirns erleichtert.

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.

Autor im Rampenlicht: Untersuchung der Auswirkungen von Medikamenten auf Gehirnsignale unter Verwendung des dualen LFP-Aufzeichnungsprotokolls bei Mäusen

Duale extrazelluläre Aufzeichnungen im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex

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.

Die hier gezeigten Ergebnisse zeigen die Auswirkungen verschiedener Wirkstoffe auf die Eigenschaften lokaler Feldpotentiale (LFPs), die an vier Kohorten von männlichen C57BL/6-Mäusen getestet wurden (n = 8 für jede Kohorte; Alter: 8 Wochen; Gewicht: 24,0 ± 0,42 g). Zu den getesteten Medikamenten gehörten das Antipsychotikum Clozapin, die Kaliumkanalmodulatoren 4-Aminopyridin (4-AP) und Retigabin sowie die Kochsalzlösung des Kontrollvehikels.
Wie in Abbildung 1</stron...

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Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung eines speziell entwickelten Aufzeichnungsgeräts und von Elektroden zur Aufzeichnung lokaler Feldpotentiale und zur Untersuchung des Informationsflusses im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex.

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

Diese Studie stellt ein umfassendes Protokoll für die Durchführung von LFP-Aufzeichnungen mit zwei Elektroden im Hippocampus der Maus und im präfrontalen Kortex vor, um die Auswirkungen von Medikamenten auf die LFP-Eigenschaften in diesen Bereichen zu untersuchen. Dieses Protokoll bietet ein kostengünstiges und ultraleichtes Gerät zur Aufzeichnung von Gehirnsignalen, das vollständig für die kognitive Forschung an Mäusen optimiert ist. Diese Studie bietet die Möglichkeit, Signale mit hohen Signal-Rausch-Verhältnissen in verschiedenen Hirnregionen aufzuzeichnen, was die Untersuchung der interregionalen Informationskommunikation innerhalb des Gehirns erleichtert.

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.