Name: מחבר זרקור: חקר השפעות תרופות על אותות מוחיים באמצעות פרוטוקול רישום LFP כפול בעכברים
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

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן המלכותית למדעי המוח של בית החולים מלבורן (A2087).

מחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה של בעלי חיים פלורי (אוניברסיטת מלבורן, מס '22-025UM) בהתאם לקוד האוסטרלי לטיפול ושימוש בבעלי חיים למטרות מדעיות. C57BL/6 עכברים זכרים (8 שבועות), שהתקבלו ממרכז משאבי בעלי חיים (אוסטרליה), שימשו במחקר הנוכחי.
1. עיצוב וייצור במת ראש
...

רישום LFP במוח עכבר למחקר קוגניטיבי וניתוח תרופות

<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>

הפרוטוקול המוצג כאן מתאר את ההליך לבניית במת ראש מותאמת אישית שתוכננה במיוחד להקלטה סימולטנית של פוטנציאלי שדה מקומיים כפולים (LFPs) בהיפוקמפוס (HIP) ובקליפת המוח הקדם-מצחית (PFC). השלבים המפורטים המפורטים בפרוטוקול זה מציעים מידע מספיק לחוקרים כדי לבחון ביסודיות את תקשורת האותות הן בתוך כל אז?...

פוטנציאלי שדה מקומיים (LFPs) מתייחסים לפעילות החשמלית שנרשמה מהמרחב החוץ-תאי, ומשקפים את הפעילות הקולקטיבית של קבוצה מקומית של נוירונים. הם מציגים מגוון רחב של תדרים, החל מגלים איטיים ב-1 הרץ ועד תנודות מהירות ב-100 הרץ או 200 הרץ. פסי תדרים ספציפיים נקשרו לתפקודים קוגניטיביים כגון למידה, זיכרון וקבלת החלטות 1,2. שינויים בתכונות LFP שימשו כסמנים ביולוגיים להפרעות נוירולוגיות שונות, כולל דמנציה וסכיזופרניה 3,4. ניתוח הקלטות LFP יכול להציע תובנות חשובות לגבי המנגנונים הפתולוגיים הבסיסיים הקשורים למצבים אלה ואסטרטגיות טיפוליות פוטנציאליות.
רישום LFP כפול הוא טכניקה המשמשת למדידת פעילות חשמלית מקומית בתוך ובין שני אזורי מוח ספציפיים. טכניקה זו מספקת הזדמנות רבת ערך לחקור את הדינמיקה העצבית המורכבת ואת תקשורת האותות המתרחשת בתוך ובין אזורי מוח שונים. מחקרים קודמים גילו כי זיהוי שינויים בתכונות העצביות של אזורי מוח בודדים יכול להיות מורכב, אך שינויים בתקשורת קליפת המוח הבין-אזורית ניתן לראות 5,6. לכן, השימוש בהקלטת LFP כפולה מציע אמצעי רב עוצמה לטיפול בבעיה זו.
קישוריות היפוקמפוסית-קדם-מצחית ממלאת תפקיד מכריע בוויסות תפקודים קוגניטיביים, ותפקוד לקוי נקשר להפרעות נוירולוגיות שונות 7,8. הקלטות אלקטרודות כפולות של אזורים אלה יכולות לספק מידע על אינטראקציות אלה. למרבה הצער, קיים מידע מוגבל זמין על שיטות לביצוע רישומי אלקטרודה כפולה LFP בין אזורים אלה. יתר על כן, מכשירי הקלטה הזמינים מסחרית הם בדרך כלל יקרים וחסרי יכולת הסתגלות לעיצובים ניסיוניים ספציפיים. השיטה המקובלת להקלטת LFPs כוללת שימוש בכבל מסוכך לחיבור מכשיר ההקלטה לאלקטרודות שהושתלו במוחו של בעל חיים. עם זאת, גישה זו רגישה לתנועה ולרעשים סביבתיים, ומשפיעה על האיכות והאמינות של האותות המוקלטים.
פרוטוקול זה מתאר הליך מקיף לביצוע הקלטות LFP כפולות אלקטרודות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית, באמצעות במת ראש מותאמת אישית בעלות נמוכה שניתן להניח על ראשה של החיה. שיטות אלה מאפשרות לחוקרים לחקור דפוסי תנודה ספציפיים לאזור בתוך שני אזורים מוחיים נפרדים ולחקור חילופי מידע בין-אזוריים וקישוריות בין אזורים אלה.

<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

הטכניקה של רישום פוטנציאלי שדה מקומי (LFPs) היא שיטה אלקטרופיזיולוגית המשמשת למדידת הפעילות החשמלית של אוכלוסיות נוירונים מקומיות. הוא משמש ככלי חיוני במחקר קוגניטיבי, במיוחד באזורים במוח כמו ההיפוקמפוס וקליפת המוח הקדם-מצחית. הקלטות LFP כפולות בין אזורים אלה מעניינות במיוחד מכיוון שהן מאפשרות לחקור תקשורת אותות בין-אזורית. עם זאת, שיטות לביצוע הקלטות אלה מתוארות רק לעתים רחוקות, ורוב מכשירי ההקלטה המסחריים יקרים או חסרי יכולת הסתגלות כדי להתאים לעיצובים ניסיוניים ספציפיים. מחקר זה מציג פרוטוקול מקיף לביצוע רישומי LFP כפולי אלקטרודות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית כדי לחקור את ההשפעות של תרופות אנטי-פסיכוטיות ומודולטורים של תעלות אשלגן על תכונות LFP באזורים אלה. הטכניקה מאפשרת מדידה של תכונות LFP, כולל ספקטרום כוח בתוך כל אזור במוח וקוהרנטיות בין השניים. בנוסף, פותח מכשיר הקלטה בעלות נמוכה ומותאם אישית עבור ניסויים אלה. לסיכום, פרוטוקול זה מספק אמצעי להקליט אותות עם יחסי אות לרעש גבוהים באזורים שונים במוח, מה שמקל על חקירת תקשורת מידע בין-אזורית בתוך המוח.

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.

מחבר זרקור: חקר השפעות תרופות על אותות מוחיים באמצעות פרוטוקול רישום LFP כפול בעכברים

הקלטות חוץ-תאיות כפולות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית

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.

התוצאות המוצגות כאן מדגימות את ההשפעות של מספר תרופות על תכונות פוטנציאלי שדה מקומי (LFPs) שנבדקו בארבע קבוצות של עכברים זכרים C57BL/6 (n = 8 עבור כל עוקבה; גיל: 8 שבועות; משקל: 24.0 ± 0.42 גרם). התרופות שנבדקו כללו את התרופה האנטי פסיכוטית קלוזאפין, מודולטורים של תעלת אשלגן 4-אמינופירידין (4-AP) ורטיגבין, כ?...

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

פרוטוקול זה מתאר את השימוש במכשיר הקלטה מותאם אישית ובאלקטרודות כדי להקליט פוטנציאלים של שדות מקומיים ולחקור את זרימת המידע בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית.

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

מחקר זה מציג פרוטוקול מקיף לביצוע רישומי LFP של אלקטרודות כפולות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית כדי לחקור את ההשפעות של תרופות על תכונות LFP באזורים אלה. פרוטוקול זה מספק מכשיר להקלטת אותות מוח בעלות נמוכה וקל במיוחד הממוטב באופן מלא למחקר קוגניטיבי בעכברים. מחקר זה מספק אמצעי להקליט אותות עם יחסי אות-רעש גבוהים באזורים שונים במוח, ומקל על חקירת תקשורת מידע בין-אזורית בתוך המוח.

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.