Name: लेखक स्पॉटलाइट: चूहों में दोहरी LFP रिकॉर्डिंग प्रोटोकॉल का उपयोग कर मस्तिष्क संकेतों पर दवा प्रभाव का अध्ययन
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

इस काम को रॉयल मेलबर्न हॉस्पिटल न्यूरोसाइंस फाउंडेशन (A2087) द्वारा समर्थित किया गया था।

इस अध्ययन को वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए ऑस्ट्रेलियाई कोड के अनुसार फ्लोरे एनिमल एथिक्स कमेटी (मेलबर्न विश्वविद्यालय, नंबर 22-025UM) द्वारा अनुमोदित किया गया था। पशु संसा...

संज्ञानात्मक अनुसंधान और औषधि विश्लेषण के लिए माउस मस्तिष्क में LFP रिकॉर्डिंग

<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>

यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल विशेष रूप से हिप्पोकैम्पस (एचआईपी) और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (पीएफसी) में दोहरी स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) की एक साथ रिकॉर्डिंग के लिए डिज़ाइन किए गए एक अनुकूलित हेडस्टेज क?...

स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) बाह्य अंतरिक्ष से दर्ज की गई विद्युत गतिविधि को संदर्भित करती है, जो न्यूरॉन्स के एक स्थानीय समूह की सामूहिक गतिविधि को दर्शाती है। वे आवृत्तियों की एक विविध रेंज का प्रदर्शन, 1 हर्ट्ज पर धीमी तरंगों से 100 हर्ट्ज या 200 हर्ट्ज पर तेजी से दोलनों तक फैले. विशिष्ट आवृत्ति बैंड इस तरह के सीखने, स्मृति, और निर्णय लेने 1,2 के रूप में संज्ञानात्मक कार्यों के साथ जुड़े किया गया है. एलएफपी गुणों में परिवर्तन मनोभ्रंश और एक प्रकार का पागलपन 3,4 सहित विभिन्न न्यूरोलॉजिकल विकारों के लिए बायोमार्कर के रूप में इस्तेमाल किया गया है. एलएफपी रिकॉर्डिंग का विश्लेषण इन स्थितियों और संभावित चिकित्सीय रणनीतियों से जुड़े अंतर्निहित रोग तंत्र में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है।
दोहरी LFP रिकॉर्डिंग एक तकनीक के भीतर और दो विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच स्थानीयकृत विद्युत गतिविधि को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है. यह तकनीक जटिल तंत्रिका गतिशीलता और अलग-अलग मस्तिष्क क्षेत्रों के भीतर और बीच होने वाले संकेत संचार की जांच करने का एक मूल्यवान अवसर प्रदान करती है। पहले के अध्ययनों से पता चला है कि व्यक्तिगत मस्तिष्क क्षेत्रों के न्यूरोनल गुणों में परिवर्तन का पता लगाना जटिल हो सकता है, लेकिन अंतर-क्षेत्रीय कॉर्टिकल संचार में परिवर्तन 5,6 मनाया जा सकता है। इसलिए, दोहरी एलएफपी रिकॉर्डिंग का उपयोग इस मुद्दे को हल करने के लिए एक शक्तिशाली साधन प्रदान करता है।
हिप्पोकैम्पस-प्रीफ्रंटल कनेक्टिविटी संज्ञानात्मक कार्यों को संशोधित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, और शिथिलता को विभिन्न न्यूरोलॉजिकल विकारों 7,8से जोड़ा गया है। इन क्षेत्रों की दोहरी इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग इन इंटरैक्शन के बारे में जानकारी प्रदान कर सकती है। दुर्भाग्य से, इन क्षेत्रों के बीच दोहरी इलेक्ट्रोड LFP रिकॉर्डिंग प्रदर्शन करने के तरीकों पर सीमित जानकारी उपलब्ध है. इसके अलावा, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रिकॉर्डिंग डिवाइस आम तौर पर महंगे होते हैं और विशिष्ट प्रयोगात्मक डिजाइनों के लिए अनुकूलन क्षमता की कमी होती है। एलएफपी रिकॉर्डिंग के लिए पारंपरिक विधि में रिकॉर्डिंग डिवाइस को किसी जानवर के मस्तिष्क में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड से जोड़ने के लिए एक परिरक्षित केबल का उपयोग करना शामिल है। हालांकि, यह दृष्टिकोण गति कलाकृतियों और पर्यावरणीय शोर के लिए अतिसंवेदनशील है, जो रिकॉर्ड किए गए संकेतों की गुणवत्ता और विश्वसनीयता को प्रभावित करता है।
यह प्रोटोकॉल माउस हिप्पोकैम्पस और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में दोहरे इलेक्ट्रोड एलएफपी रिकॉर्डिंग करने के लिए एक व्यापक प्रक्रिया का वर्णन करता है, जो कम लागत वाले कस्टम-डिज़ाइन किए गए हेडस्टेज का उपयोग करता है जिसे जानवर के सिर पर रखा जा सकता है। ये विधियां शोधकर्ताओं को दो असतत मस्तिष्क क्षेत्रों के भीतर क्षेत्र-विशिष्ट दोलन पैटर्न की जांच करने और इन क्षेत्रों के बीच अंतर-सूचना विनिमय और कनेक्टिविटी का पता लगाने में सक्षम बनाती हैं।

<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

स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) को रिकॉर्ड करने की तकनीक एक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल विधि है जिसका उपयोग स्थानीयकृत न्यूरोनल आबादी की विद्युत गतिविधि को मापने के लिए किया जाता है। यह संज्ञानात्मक अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में कार्य करता है, विशेष रूप से हिप्पोकैम्पस और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स जैसे मस्तिष्क क्षेत्रों में। इन क्षेत्रों के बीच दोहरी एलएफपी रिकॉर्डिंग विशेष रुचि रखते हैं क्योंकि वे अंतर-क्षेत्रीय सिग्नल संचार की खोज की अनुमति देते हैं। हालांकि, इन रिकॉर्डिंग प्रदर्शन के लिए तरीकों शायद ही कभी वर्णित कर रहे हैं, और सबसे वाणिज्यिक रिकॉर्डिंग उपकरणों या तो महंगे हैं या विशिष्ट प्रयोगात्मक डिजाइन को समायोजित करने के लिए अनुकूलन क्षमता की कमी. यह अध्ययन माउस हिप्पोकैम्पस और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में दोहरे इलेक्ट्रोड एलएफपी रिकॉर्डिंग करने के लिए एक व्यापक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है ताकि इन क्षेत्रों में एलएफपी गुणों पर एंटीसाइकोटिक दवाओं और पोटेशियम चैनल मॉड्यूलेटर के प्रभावों की जांच की जा सके। तकनीक एलएफपी गुणों के माप को सक्षम बनाती है, जिसमें प्रत्येक मस्तिष्क क्षेत्र के भीतर पावर स्पेक्ट्रा और दोनों के बीच सामंजस्य शामिल है। इसके अतिरिक्त, इन प्रयोगों के लिए एक कम लागत वाली, कस्टम-डिज़ाइन रिकॉर्डिंग डिवाइस विकसित की गई है। सारांश में, इस प्रोटोकॉल मस्तिष्क के भीतर अंतर-क्षेत्रीय सूचना संचार की जांच की सुविधा के लिए, विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों में उच्च संकेत करने के लिए शोर अनुपात के साथ संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए एक साधन प्रदान करता है.

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.

लेखक स्पॉटलाइट: चूहों में दोहरी LFP रिकॉर्डिंग प्रोटोकॉल का उपयोग कर मस्तिष्क संकेतों पर दवा प्रभाव का अध्ययन

माउस हिप्पोकैम्पस और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में दोहरी बाह्य रिकॉर्डिंग

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.

यहां दिखाए गए परिणाम C57BL/6 पुरुष चूहों के चार समूहों में परीक्षण किए गए स्थानीय क्षेत्र क्षमता (LFPs) गुणों पर कई दवाओं के प्रभाव को प्रदर्शित करते हैं (प्रत्येक समूह के लिए n = 8; आयु: 8 सप्ताह; वजन: 24.0 ± 0.42 ग्राम)। पर...

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यह प्रोटोकॉल स्थानीय क्षेत्र की क्षमता को रिकॉर्ड करने और माउस हिप्पोकैम्पस और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में सूचना प्रवाह की जांच करने के लिए कस्टम-डिज़ाइन किए गए रिकॉर्डिंग डिवाइस और इलेक्ट्रोड के उपयोग की रूपरेखा तैयार करता है।

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

यह अध्ययन माउस हिप्पोकैम्पस और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में दोहरे इलेक्ट्रोड एलएफपी रिकॉर्डिंग करने के लिए इन क्षेत्रों में एलएफपी गुणों पर दवाओं के प्रभावों की जांच के लिए एक व्यापक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। यह प्रोटोकॉल एक कम लागत और अल्ट्रा प्रकाश मस्तिष्क संकेत रिकॉर्डिंग डिवाइस है कि पूरी तरह से चूहों में संज्ञानात्मक अनुसंधान के लिए अनुकूलित है प्रदान करता है. यह अध्ययन मस्तिष्क के भीतर अंतर-सूचना संचार की जांच की सुविधा प्रदान करते हुए, विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों में उच्च सिग्नल-शोर अनुपात के साथ संकेतों को रिकॉर्ड करने का एक साधन प्रदान करता है।

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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.