Name: Forfatter Spotlight: Studerer medikamentpåvirkning på hjernesignaler ved bruk av dobbel LFP-opptaksprotokoll hos mus
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

Dette arbeidet ble støttet av Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (A2087).

Denne studien ble godkjent av Florey Animal Ethics Committee (University of Melbourne, nr. 22-025UM) i samsvar med den australske koden for omsorg og bruk av dyr til vitenskapelige formål. C57BL/6 hannmus (8 uker), hentet fra Animal Resources Centre (Australia), ble brukt i denne studien.
1. Headstage design og fabrikasjon
NOTAT: PCB-kortet på hovedscenen er et kompakt 14 mm x 12 mm firelags brett designet for å plasseres direkte på dyrets hode. D...

LFP-opptak i musehjerne for kognitiv forskning og medikamentanalyse

<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>

Protokollen som presenteres her skisserer prosedyren for å konstruere et tilpasset headstage spesielt designet for samtidig opptak av doble lokale feltpotensialer (LFP) i hippocampus (HIP) og prefrontal cortex (PFC). De detaljerte trinnene i denne protokollen gir tilstrekkelig informasjon for forskere å grundig undersøke signalkommunikasjon både innenfor hver region og mellom HIP og PFC.
Den spesialdesignede headstagen benytter en kommersiell forsterkerbrikke. Mens den nåværende konfigur...

Lokale feltpotensialer (LFP) refererer til den elektriske aktiviteten som er registrert fra det ekstracellulære rommet, noe som gjenspeiler den kollektive aktiviteten til en lokalisert gruppe nevroner. De viser et variert utvalg av frekvenser, som spenner fra langsomme bølger ved 1 Hz til raske svingninger ved 100 Hz eller 200 Hz. Spesifikke frekvensbånd har vært assosiert med kognitive funksjoner som læring, hukommelse og beslutningstaking 1,2. Endringer i LFP-egenskaper har blitt brukt som biomarkører for ulike nevrologiske lidelser, inkludert demens og schizofreni 3,4. Analyse av LFP-opptak kan gi verdifull innsikt i de underliggende patologiske mekanismene forbundet med disse tilstandene og potensielle terapeutiske strategier.
Dobbel LFP-opptak er en teknikk som brukes til å måle lokalisert elektrisk aktivitet innenfor og mellom to spesifikke hjernegrupper. Denne teknikken gir en verdifull mulighet til å undersøke den intrikate nevrale dynamikken og signalkommunikasjonen som forekommer i og mellom forskjellige hjernegrupper. Tidligere studier har vist at detektering av endringer i nevronegenskapene til individuelle hjernegrupper kan være komplisert, men endringer i interregional kortikal kommunikasjon kan observeres 5,6. Derfor tilbyr bruken av dobbelt LFP-opptak et kraftig middel for å løse dette problemet.
Hippocampus-prefrontal tilkobling spiller en avgjørende rolle i modulering av kognitive funksjoner, og dysfunksjon har vært knyttet til ulike nevrologiske lidelser 7,8. Opptak med to elektroder i disse områdene kan gi informasjon om disse interaksjonene. Dessverre er det begrenset informasjon tilgjengelig om metoder for å utføre dual electrode LFP-opptak mellom disse områdene. Videre er kommersielt tilgjengelige opptaksenheter generelt dyre og mangler tilpasningsevne til spesifikke eksperimentelle design. Den konvensjonelle metoden for registrering av LFP-er innebærer å bruke en skjermet kabel for å koble opptaksenheten til elektroder implantert i et dyrs hjerne. Denne tilnærmingen er imidlertid utsatt for bevegelsesartefakter og omgivelsesstøy, noe som påvirker kvaliteten og påliteligheten til de innspilte signalene.
Denne protokollen beskriver en omfattende prosedyre for å utføre dual-electrode LFP-opptak i musens hippocampus og prefrontal cortex, ved hjelp av et billig spesialdesignet headstage som kan plasseres på dyrets hode. Disse metodene gjør det mulig for forskere å undersøke regionspesifikke oscillatoriske mønstre innenfor to diskrete cerebrale regioner og utforske interregional informasjonsutveksling og tilkobling mellom disse områdene.

<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

Teknikken for registrering av lokale feltpotensialer (LFP) er en elektrofysiologisk metode som brukes til å måle den elektriske aktiviteten til lokaliserte nevronpopulasjoner. Det fungerer som et viktig verktøy i kognitiv forskning, spesielt i hjernegrupper som hippocampus og prefrontal cortex. Doble LFP-opptak mellom disse områdene er av spesiell interesse da de tillater utforskning av interregional signalkommunikasjon. Imidlertid er metoder for å utføre disse opptakene sjelden beskrevet, og de fleste kommersielle opptaksenheter er enten dyre eller mangler tilpasningsevne for å imøtekomme spesifikke eksperimentelle design. Denne studien presenterer en omfattende protokoll for å utføre dual-electrode LFP-opptak i musehippocampus og prefrontal cortex for å undersøke effekten av antipsykotiske legemidler og kaliumkanalmodulatorer på LFP-egenskaper i disse områdene. Teknikken muliggjør måling av LFP-egenskaper, inkludert effektspektra i hver hjerneregion og sammenheng mellom de to. I tillegg er det utviklet en billig, spesialdesignet opptaksenhet for disse eksperimentene. Oppsummert gir denne protokollen et middel til å registrere signaler med høye signal-støy-forhold i forskjellige hjernegrupper, noe som letter undersøkelsen av interregional informasjonskommunikasjon i hjernen.

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.

Forfatter Spotlight: Studerer medikamentpåvirkning på hjernesignaler ved bruk av dobbel LFP-opptaksprotokoll hos mus

Dual ekstracellulære opptak i musen hippocampus og prefrontal cortex

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.

Resultatene vist her viser effekten av flere legemidler på lokale feltpotensialer (LFP) egenskaper testet i fire kohorter av C57BL/6 hannmus (n = 8 for hver kohort; alder: 8 uker; vekt: 24,0 ± 0,42 g). Legemidlene som ble testet inkluderte det antipsykotiske stoffet klozapin, kaliumkanalmodulatorene 4-aminopyridin (4-AP) og retigabin, samt kontrollkjøretøyets saltvann.
Som vist i figur 1 ble musen plassert i et lite opptakskammer og LFP-er ble samlet inn fra h...

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

Denne protokollen skisserer bruken av en spesialdesignet opptaksenhet og elektroder for å registrere lokale feltpotensialer og undersøke informasjonsflyt i musens hippocampus og prefrontale cortex.

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

Denne studien presenterer en omfattende protokoll for å utføre dual-electrode LFP-opptak i musehippocampus og prefrontal cortex for å undersøke effekten av legemidler på LFP-egenskaper i disse områdene. Denne protokollen gir en billig og ultralett hjernesignalopptaksenhet som er fullt optimalisert for kognitiv forskning hos mus. Denne studien gir et middel til å registrere signaler med høye signalstøyforhold i forskjellige hjernegrupper, noe som letter undersøkelsen av interregional informasjonskommunikasjon i hjernen.

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.