Name: Autor em destaque: Estudando os impactos das drogas nos sinais cerebrais usando o protocolo de gravação LFP duplo em camundongos
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

Este trabalho foi apoiado pela Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (A2087).

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética Animal Florey (Universidade de Melbourne, nº 22-025UM) de acordo com o código australiano para o cuidado e uso de animais para fins científicos. Camundongos machos C57BL/6 (8 semanas), obtidos no Animal Resources Centre (Austrália), foram usados para o presente estudo.
1. Projeto e fabricação de headstage
NOTA: A placa PCB do headstage é uma placa compacta de quatro camadas de 14 mm x 12 mm projet...

Gravação LFP no cérebro de camundongos para pesquisa cognitiva e análise de drogas

<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>

O protocolo aqui apresentado descreve o procedimento para a construção de um headstage personalizado projetado especificamente para o registro simultâneo de potenciais de campo local duplo (LFPs) no hipocampo (HIP) e no córtex pré-frontal (PFC). As etapas detalhadas fornecidas neste protocolo oferecem informações suficientes para os pesquisadores examinarem minuciosamente a comunicação do sinal dentro de cada região e entre o HIP e o PFC.
O headstage projetado sob medida utiliza um c...

Os potenciais de campo local (LFPs) referem-se à atividade elétrica registrada no espaço extracelular, refletindo a atividade coletiva de um grupo localizado de neurônios. Eles exibem uma gama diversificada de frequências, abrangendo desde ondas lentas em 1 Hz até oscilações rápidas em 100 Hz ou 200 Hz. Bandas de frequência específicas têm sido associadas a funções cognitivas, como aprendizado, memória e tomada de decisão 1,2. Alterações nas propriedades da LFP têm sido usadas como biomarcadores para vários distúrbios neurológicos, incluindo demência e esquizofrenia 3,4. A análise dos registros de LFP pode oferecer informações valiosas sobre os mecanismos patológicos subjacentes associados a essas condições e possíveis estratégias terapêuticas.
A gravação LFP dupla é uma técnica usada para medir a atividade elétrica localizada dentro e entre duas regiões cerebrais específicas. Essa técnica oferece uma oportunidade valiosa para investigar a intrincada dinâmica neural e a comunicação de sinais que ocorrem dentro e entre regiões cerebrais distintas. Estudos anteriores revelaram que a detecção de alterações nas propriedades neuronais de regiões cerebrais individuais pode ser complexa, mas mudanças na comunicação cortical inter-regional podem ser observadas 5,6. Portanto, a utilização da gravação LFP dupla oferece um meio potente para resolver esse problema.
A conectividade hipocampo-pré-frontal desempenha um papel crucial na modulação das funções cognitivas, e a disfunção tem sido associada a vários distúrbios neurológicos 7,8. Gravações de eletrodos duplos dessas regiões podem fornecer informações sobre essas interações. Infelizmente, há informações limitadas disponíveis sobre métodos para realizar gravações LFP de eletrodo duplo entre essas áreas. Além disso, os dispositivos de gravação disponíveis comercialmente são geralmente caros e carecem de adaptabilidade a projetos experimentais específicos. O método convencional para registrar LFPs envolve o uso de um cabo blindado para conectar o dispositivo de gravação a eletrodos implantados no cérebro de um animal. No entanto, essa abordagem é suscetível a artefatos de movimento e ruído ambiental, impactando a qualidade e a confiabilidade dos sinais registrados.
Este protocolo descreve um procedimento abrangente para realizar gravações LFP de eletrodo duplo no hipocampo e córtex pré-frontal de camundongos, usando um headstage personalizado de baixo custo que pode ser colocado na cabeça do animal. Esses métodos permitem que os pesquisadores investiguem padrões oscilatórios específicos da região dentro de duas regiões cerebrais discretas e explorem a troca de informações inter-regionais e a conectividade entre essas áreas.

<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

A técnica de registro de potenciais de campo local (LFPs) é um método eletrofisiológico usado para medir a atividade elétrica de populações neuronais localizadas. Ele serve como uma ferramenta crucial na pesquisa cognitiva, particularmente em regiões do cérebro como o hipocampo e o córtex pré-frontal. As gravações LFP duplas entre essas áreas são de particular interesse, pois permitem a exploração da comunicação de sinais inter-regionais. No entanto, os métodos para realizar essas gravações raramente são descritos, e a maioria dos dispositivos de gravação comerciais são caros ou carecem de adaptabilidade para acomodar projetos experimentais específicos. Este estudo apresenta um protocolo abrangente para realizar gravações de LFP de eletrodo duplo no hipocampo de camundongos e no córtex pré-frontal para investigar os efeitos de drogas antipsicóticas e moduladores de canais de potássio nas propriedades de LFP nessas áreas. A técnica permite a medição das propriedades do LFP, incluindo espectros de potência dentro de cada região do cérebro e coerência entre os dois. Além disso, um dispositivo de gravação personalizado e de baixo custo foi desenvolvido para esses experimentos. Em resumo, este protocolo fornece um meio de registrar sinais com altas relações sinal-ruído em diferentes regiões do cérebro, facilitando a investigação da comunicação de informações inter-regionais dentro do cérebro.

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 em destaque: Estudando os impactos das drogas nos sinais cerebrais usando o protocolo de gravação LFP duplo em camundongos

Gravações extracelulares duplas no hipocampo de camundongos e córtex pré-frontal

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.

Os resultados aqui mostrados demonstram os efeitos de vários fármacos nas propriedades dos potenciais de campo local (LFPs) testados em quatro coortes de camundongos machos C57BL/6 (n = 8 para cada coorte; idade: 8 semanas; peso: 24,0 ± 0,42 g). As drogas testadas incluíram o antipsicótico clozapina, os moduladores dos canais de potássio 4-aminopiridina (4-AP) e retigabina, bem como a solução salina do veículo controle.
Conforme mostrado na Figura 1, o ca...

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Este protocolo descreve o uso de um dispositivo de gravação personalizado e eletrodos para registrar potenciais de campo locais e investigar o fluxo de informações no hipocampo e no córtex pré-frontal do camundongo.

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

Este estudo apresenta um protocolo abrangente para realizar gravações de LFP de eletrodo duplo no hipocampo de camundongos e no córtex pré-frontal para investigar os efeitos das drogas nas propriedades da LFP nessas áreas. Este protocolo fornece um dispositivo de gravação de sinal cerebral de baixo custo e ultraleve, totalmente otimizado para pesquisa cognitiva em camundongos. Este estudo fornece um meio de registrar sinais com altas relações sinal-ruído em diferentes regiões do cérebro, facilitando a investigação da comunicação de informações inter-regionais dentro do cérebro.

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.