Name: 저자 스포트라이트: 생쥐에서 이중 LFP 기록 프로토콜을 사용하여 뇌 신호에 대한 약물 영향 연구
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

이 연구는 Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation(A2087)의 지원을 받았습니다.

이 연구는 과학적 목적을 위한 동물 관리 및 사용에 대한 호주 규정에 따라 Florey Animal Ethics Committee(The University of Melbourne, No. 22-025UM)의 승인을 받았습니다. 본 연구에는 호주 동물자원센터(Animal Resources Centre)에서 얻은 C57BL/6마리의 수컷 마우스(8주)가 사용되었다.
1. 헤드스테이지 설계 및 제작
알림: 헤드스테이지 PCB 보드는 동물의 머리에 직접 ?...

인지 연구 및 약물 분석을 위한 쥐 뇌의 LFP 기록

<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>

여기에 제시된 프로토콜은 해마(HIP)와 전전두엽 피질(PFC)에서 이중 국소자기전위(LFP)를 동시에 기록하기 위해 특별히 설계된 맞춤형 헤드스테이지를 구성하는 절차를 간략하게 설명합니다. 이 프로토콜에 제공된 자세한 단계는 연구원이 각 영역 내 및 HIP와 PFC 간의 신호 통신을 철저히 조사할 수 있는 충분한 정보를 제공합니다.
맞춤형으로 설계된 헤드스테이지는 상업용 앰?...

국소자기전위(LFP)는 세포외 공간에서 기록된 전기적 활동을 말하며, 국소적인 뉴런 그룹의 집합적 활동을 반영합니다. 1Hz의 느린 파동에서 100Hz 또는 200Hz의 빠른 진동에 이르기까지 다양한 범위의 주파수를 나타냅니다. 특정 주파수 대역은 학습, 기억 및 의사 결정과 같은 인지 기능과 관련이 있습니다 1,2. LFP 특성의 변화는 치매 및 정신 분열증을 포함한 다양한 신경 장애의 바이오마커로 사용되었습니다 3,4. LFP 기록을 분석하면 이러한 상태 및 잠재적인 치료 전략과 관련된 근본적인 병리학적 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
이중 LFP 기록은 두 개의 특정 뇌 영역 내부 및 두 영역 사이의 국부적인 전기 활동을 측정하는 데 사용되는 기술입니다. 이 기술은 서로 다른 뇌 영역 내에서 그리고 서로 다른 뇌 영역 사이에서 발생하는 복잡한 신경 역학 및 신호 통신을 조사할 수 있는 귀중한 기회를 제공합니다. 이전 연구에 따르면 개별 뇌 영역의 신경 세포 특성의 변화를 감지하는 것은 복잡할 수 있지만 지역 간 대뇌 피질 통신의 변화는 관찰할 수 있습니다 5,6. 따라서 듀얼 LFP 녹음을 사용하면 이 문제를 해결할 수 있는 강력한 수단을 제공할 수 있습니다.
해마-전전두엽 연결성은 인지 기능을 조절하는 데 중요한 역할을 하며, 기능 장애는 다양한 신경 장애와 관련이 있습니다 7,8. 이러한 영역의 이중 전극 기록은 이러한 상호 작용에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 불행히도, 이러한 영역 사이에서 이중 전극 LFP 기록을 수행하는 방법에 대해 사용할 수 있는 정보는 제한적입니다. 더욱이, 상업적으로 이용 가능한 기록 장치는 일반적으로 비싸고 특정 실험 설계에 대한 적응성이 부족합니다. LFP를 기록하는 기존의 방법은 차폐 케이블을 사용하여 기록 장치를 동물의 뇌에 이식된 전극에 연결하는 것입니다. 그러나 이 접근 방식은 모션 아티팩트 및 환경 노이즈에 취약하여 기록된 신호의 품질과 신뢰성에 영향을 미칩니다.
이 프로토콜은 동물의 머리에 배치할 수 있는 저비용 맞춤형 설계 헤드스테이지를 사용하여 쥐 해마와 전전두엽 피질에서 이중 전극 LFP 기록을 수행하는 포괄적인 절차를 설명합니다. 이러한 방법을 통해 연구자들은 두 개의 분리된 대뇌 영역 내에서 영역별 진동 패턴을 조사하고 이러한 영역 간의 지역 간 정보 교환 및 연결성을 탐구할 수 있습니다.

<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

국소 전위(LFP)를 기록하는 기술은 국소화된 신경 세포 집단의 전기적 활동을 측정하는 데 사용되는 전기생리학적 방법입니다. 이는 인지 연구, 특히 해마와 전전두엽 피질과 같은 뇌 영역에서 중요한 도구 역할을 합니다. 이러한 영역 간의 이중 LFP 기록은 지역 간 신호 통신을 탐색할 수 있게 해주기 때문에 특히 흥미롭습니다. 그러나, 이러한 녹음을 수행하는 방법은 거의 설명되지 않으며, 대부분의 상용 기록 장치는 비싸거나 특정 실험 설계를 수용하기에 적응성이 부족합니다. 이 연구는 항정신병 약물 및 칼륨 채널 조절제가 이러한 영역의 LFP 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 마우스 해마와 전전두엽 피질에서 이중 전극 LFP 기록을 수행하기 위한 포괄적인 프로토콜을 제시합니다. 이 기술을 사용하면 각 뇌 영역 내의 전력 스펙트럼 및 둘 사이의 일관성을 포함한 LFP 특성을 측정할 수 있습니다. 또한 이러한 실험을 위해 저비용의 맞춤형 녹음 장치가 개발되었습니다. 요약하면, 이 프로토콜은 서로 다른 뇌 영역에서 높은 신호 대 잡음비로 신호를 기록하는 수단을 제공하여 뇌 내 지역 간 정보 통신의 조사를 용이하게 합니다.

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.

저자 스포트라이트: 생쥐에서 이중 LFP 기록 프로토콜을 사용하여 뇌 신호에 대한 약물 영향 연구

Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex의 Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex(생쥐 해마와 전전두엽 피질의 이중 세포외 기록)

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.

여기에 표시된 결과는 C57BL/6 수컷 마우스의 4개 코호트(각 코호트에 대해 n = 8, 연령: 8주, 체중: 24.0 ± 0.42g)에서 테스트한 국소 자기장 전위(LFP) 특성에 대한 여러 약물의 효과를 보여줍니다. 검사된 약물에는 항정신병 약물인 클로자핀, 칼륨 채널 조절제인 4-아미노피리딘(4-AP), 레티가빈, 대조군 생리식염수가 포함되었습니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이 마?...

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이 프로토콜은 국소 자기장 전위를 기록하고 쥐 해마와 전전두엽 피질의 정보 흐름을 조사하기 위해 맞춤형으로 설계된 기록 장치와 전극의 사용을 간략하게 설명합니다.

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

이 연구는 쥐 해마와 전전두엽 피질에서 이중 전극 LFP 기록을 수행하여 이러한 영역의 LFP 특성에 대한 약물의 영향을 조사하기 위한 포괄적인 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 생쥐의 인지 연구에 완전히 최적화된 저가형 초경량 뇌 신호 기록 장치를 제공합니다. 이 연구는 서로 다른 뇌 영역에서 높은 신호-잡음 비율로 신호를 기록하는 수단을 제공하여 뇌 내 지역 간 정보 통신에 대한 연구를 용이하게 합니다.

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.