Name: Författare i fokus: Studerar läkemedels påverkan på hjärnsignaler med hjälp av Dual LFP Recording Protocol i möss
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

Detta arbete stöddes av Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (A2087).

Denna studie godkändes av Florey Animal Ethics Committee (University of Melbourne, No. 22-025UM) i enlighet med den australiensiska koden för vård och användning av djur för vetenskapliga ändamål. C57BL/6 hanmöss (8 veckor), erhållna från Animal Resources Centre (Australien), användes för den aktuella studien.
1. Utformning och tillverkning av huvudscenen
OBS: Huvudscenen PCB-kort är en kompakt 14 mm x 12 mm fyrskiktsskiva designad för a...

LFP-inspelning i mushjärna för kognitiv forskning och läkemedelsanalys

<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>

Protokollet som presenteras här beskriver proceduren för att konstruera ett anpassat huvudsteg som är särskilt utformat för samtidig registrering av dubbla lokala fältpotentialer (LFP) i hippocampus (HIP) och prefrontala cortex (PFC). De detaljerade stegen i detta protokoll ger tillräckligt med information för att forskare ska kunna undersöka signalkommunikationen noggrant både inom varje region och mellan HIP och PFC.
Det specialdesignade headstage använder ett kommersiellt först?...

Lokala fältpotentialer (LFP) hänvisar till den elektriska aktiviteten som registreras från det extracellulära utrymmet, vilket återspeglar den kollektiva aktiviteten hos en lokaliserad grupp av neuroner. De uppvisar ett brett spektrum av frekvenser, som sträcker sig från långsamma vågor vid 1 Hz till snabba svängningar vid 100 Hz eller 200 Hz. Specifika frekvensband har associerats med kognitiva funktioner som inlärning, minne och beslutsfattande 1,2. Förändringar i LFP-egenskaper har använts som biomarkörer för olika neurologiska sjukdomar, inklusive demens och schizofreni 3,4. Att analysera LFP-inspelningar kan ge värdefulla insikter om de underliggande patologiska mekanismerna som är förknippade med dessa tillstånd och potentiella terapeutiska strategier.
Dubbel LFP-inspelning är en teknik som används för att mäta lokaliserad elektrisk aktivitet inom och mellan två specifika hjärnregioner. Denna teknik ger en värdefull möjlighet att undersöka den intrikata neurala dynamiken och signalkommunikationen som sker inom och mellan distinkta hjärnregioner. Tidigare studier har visat att det kan vara komplicerat att upptäcka förändringar i de neuronala egenskaperna hos enskilda hjärnregioner, men förändringar i interregional kortikal kommunikation kan observeras 5,6. Därför erbjuder användningen av dubbel LFP-inspelning ett kraftfullt sätt att ta itu med detta problem.
Hippocampus-prefrontal konnektivitet spelar en avgörande roll för att modulera kognitiva funktioner, och dysfunktion har kopplats till olika neurologiska störningar 7,8. Dubbla elektrodinspelningar av dessa regioner kan ge information om dessa interaktioner. Tyvärr finns det begränsad information tillgänglig om metoder för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder mellan dessa områden. Dessutom är kommersiellt tillgängliga inspelningsutrustning i allmänhet dyr och saknar anpassningsförmåga till specifika experimentella utformningar. Den konventionella metoden för att registrera LFP:er innebär att man använder en skärmad kabel för att ansluta inspelningsenheten till elektroder som implanteras i ett djurs hjärna. Detta tillvägagångssätt är dock känsligt för rörelseartefakter och omgivningsbrus, vilket påverkar kvaliteten och tillförlitligheten hos de inspelade signalerna.
Detta protokoll beskriver en omfattande procedur för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder i musens hippocampus och prefrontala cortex, med hjälp av ett billigt specialdesignat huvudstadium som kan placeras på djurets huvud. Dessa metoder gör det möjligt för forskare att undersöka regionspecifika oscillerande mönster inom två diskreta cerebrala regioner och utforska interregionalt informationsutbyte och konnektivitet mellan dessa områden.

<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

Tekniken för att registrera lokala fältpotentialer (LFP) är en elektrofysiologisk metod som används för att mäta den elektriska aktiviteten hos lokaliserade neuronala populationer. Det fungerar som ett viktigt verktyg inom kognitiv forskning, särskilt i hjärnregioner som hippocampus och prefrontala cortex. Dubbla LFP-inspelningar mellan dessa områden är av särskilt intresse eftersom de gör det möjligt att utforska interregional signalkommunikation. Metoderna för att utföra dessa inspelningar beskrivs dock sällan, och de flesta kommersiella inspelningsenheter är antingen dyra eller saknar anpassningsförmåga för att tillgodose specifika experimentella konstruktioner. Denna studie presenterar ett omfattande protokoll för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder i musens hippocampus och prefrontala cortex för att undersöka effekterna av antipsykotiska läkemedel och kaliumkanalmodulatorer på LFP-egenskaper i dessa områden. Tekniken gör det möjligt att mäta LFP-egenskaper, inklusive kraftspektra inom varje hjärnregion och koherens mellan de två. Dessutom har en billig, specialdesignad inspelningsenhet utvecklats för dessa experiment. Sammanfattningsvis ger detta protokoll ett sätt att spela in signaler med höga signal-brusförhållanden i olika hjärnregioner, vilket underlättar undersökningen av interregional informationskommunikation i hjärnan.

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.

Författare i fokus: Studerar läkemedels påverkan på hjärnsignaler med hjälp av Dual LFP Recording Protocol i möss

Dubbla extracellulära inspelningar i musen, hippocampus och prefrontala 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.

Resultaten som visas här visar effekterna av flera läkemedel på egenskaperna hos lokala fältpotentialer (LFP) som testats i fyra kohorter av C57BL/6 hanmöss (n = 8 för varje kohort; ålder: 8 veckor; vikt: 24,0 ± 0,42 g). De läkemedel som testades var bland annat det antipsykotiska läkemedlet klozapin, kaliumkanalmodulatorerna 4-aminopyridin (4-AP) och retigabin, samt kontrollvehikeln koksaltlösning.
Som visas i figur 1 placerades musen i en liten inspel...

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

Detta protokoll beskriver användningen av en specialdesignad inspelningsenhet och elektroder för att registrera lokala fältpotentialer och undersöka informationsflödet i musens hippocampus och prefrontala cortex.

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

Denna studie presenterar ett omfattande protokoll för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder i musens hippocampus och prefrontala cortex för att undersöka effekterna av läkemedel på LFP-egenskaper i dessa områden. Detta protokoll ger en billig och ultralätt enhet för inspelning av hjärnsignaler som är helt optimerad för kognitiv forskning på möss. Denna studie ger ett sätt att registrera signaler med höga signal-brusförhållanden i olika hjärnregioner, vilket underlättar undersökningen av interregional informationskommunikation i hjärnan.

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.