Name: В центре внимания автора: Изучение влияния лекарств на сигналы мозга с использованием протокола двойной записи LFP у мышей
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

Эта работа была поддержана Фондом неврологии Королевской больницы Мельбурна (A2087).

Данное исследование было одобрено Комитетом по этике животных Флори (Мельбурнский университет, No 22-025UM) в соответствии с Австралийским кодексом по уходу за животными и их использованию в научных целях. Для настоящего исследования использовали мышей-самцов C57BL/6 (8 недель), полученных из Ц...

Запись LFP в мозге мыши для когнитивных исследований и анализа лекарств

<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>

Представленный здесь протокол описывает процедуру создания индивидуальной головной сцены, специально разработанной для одновременной регистрации двойных потенциалов локального поля (LFP) в гиппокампе (HIP) и префронтальной коре (PFC). Подробные шаги, представленные в этом протоколе, дают ...

Локальные потенциалы поля (LFP) относятся к электрической активности, регистрируемой во внеклеточном пространстве, отражающей коллективную активность локализованной группы нейронов. Они демонстрируют разнообразный диапазон частот, охватывающий от медленных волн на частоте 1 Гц до быстрых колебаний на частоте 100 Гц или 200 Гц. Изменения свойств LFP использовались в качестве биомаркеров для различных неврологических расстройств, включая деменцию и шизофрению 3,4. Анализ записей LFP может дать ценную информацию об основных патологических механизмах, связанных с этими состояниями, и потенциальных терапевтических стратегиях.
Двойная запись LFP — это метод, используемый для измерения локализованной электрической активности внутри и между двумя конкретными областями мозга. Этот метод дает ценную возможность исследовать сложную нейронную динамику и передачу сигналов, происходящих внутри и между различными областями мозга. Предыдущие исследования показали, что обнаружение изменений в нейронных свойствах отдельных областей мозга может быть сложным, но изменения в межрегиональной корковой коммуникации могут наблюдаться 5,6. Таким образом, использование двойной записи LFP предлагает мощное средство для решения этой проблемы.
Связь между гиппокампом и префронтальным синдромом играет решающую роль в модуляции когнитивных функций, а дисфункция связана с различными неврологическими расстройствами 7,8. Записи этих областей с двумя электродами могут предоставить информацию об этих взаимодействиях. К сожалению, имеется ограниченная информация о методах выполнения двухэлектродных записей LFP между этими областями. Кроме того, коммерчески доступные записывающие устройства, как правило, дороги и не поддаются адаптации к конкретным экспериментальным конструкциям. Традиционный метод записи LFP включает в себя использование экранированного кабеля для подключения записывающего устройства к электродам, имплантированным в мозг животного. Однако этот подход подвержен артефактам движения и шуму окружающей среды, влияющим на качество и надежность записанных сигналов.
Этот протокол описывает комплексную процедуру выполнения двухэлектродных записей LFP в гиппокампе мыши и префронтальной коре с использованием недорогого специально разработанного головного стола, который может быть размещен на голове животного. Эти методы позволяют исследователям исследовать специфические для региона колебательные паттерны в двух дискретных областях головного мозга и исследовать межрегиональный обмен информацией и связь между этими областями.

<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

Метод регистрации потенциалов локального поля (LFP) представляет собой электрофизиологический метод, используемый для измерения электрической активности локализованных популяций нейронов. Он служит важным инструментом в когнитивных исследованиях, особенно в таких областях мозга, как гиппокамп и префронтальная кора. Двойные записи LFP между этими районами представляют особый интерес, поскольку они позволяют исследовать межрегиональную связь сигналов. Однако методы выполнения этих записей редко описываются, и большинство коммерческих записывающих устройств либо дороги, либо не могут адаптироваться к конкретным экспериментальным конструкциям. В этом исследовании представлен комплексный протокол для выполнения двухэлектродных записей LFP в гиппокампе мыши и префронтальной коре для изучения влияния антипсихотических препаратов и модуляторов калиевых каналов на свойства LFP в этих областях. Этот метод позволяет измерять свойства LFP, включая спектры мощности в каждой области мозга и когерентность между ними. Кроме того, для этих экспериментов было разработано недорогое записывающее устройство, спроектированное по индивидуальному заказу. Таким образом, этот протокол предоставляет средства для записи сигналов с высоким соотношением сигнал/шум в различных областях мозга, облегчая исследование межрегиональной информационной коммуникации в мозге.

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.

В центре внимания автора: Изучение влияния лекарств на сигналы мозга с использованием протокола двойной записи LFP у мышей

Двойные внеклеточные записи в гиппокампе мыши и префронтальной коре

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.

Показанные здесь результаты демонстрируют влияние нескольких препаратов на свойства локальных полевых потенциалов (LFP), протестированных в четырех когортах мышей-самцов C57BL/6 (n = 8 для каждой когорты; возраст: 8 недель; вес: 24,0 ± 0,42 г). Тестируемые препараты включали антипсихотический преп...

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

Этот протокол описывает использование специально разработанного записывающего устройства и электродов для регистрации потенциалов локального поля и исследования потока информации в гиппокампе мыши и префронтальной коре.

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

В этом исследовании представлен комплексный протокол для выполнения двухэлектродных записей LFP в гиппокампе мыши и префронтальной коре для изучения влияния лекарств на свойства LFP в этих областях. Этот протокол представляет собой недорогое и сверхлегкое устройство для записи сигналов мозга, которое полностью оптимизировано для когнитивных исследований на мышах. Это исследование предоставляет средства для регистрации сигналов с высоким отношением сигнал-шум в различных областях мозга, облегчая исследование межрегиональной информационной коммуникации в мозге.

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.