Name: Yazar Spotlight: Farelerde Çift LFP Kayıt Protokolü Kullanarak Beyin Sinyalleri Üzerindeki İlaç Etkilerinin İncelenmesi
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

Bu çalışma Royal Melbourne Hastanesi Nörobilim Vakfı (A2087) tarafından desteklenmiştir.

Bu çalışma, Florey Hayvan Etik Komitesi (Melbourne Üniversitesi, No. 22-025UM) tarafından, hayvanların bilimsel amaçlarla bakımı ve kullanımı için Avustralya yasasına uygun olarak onaylanmıştır. Bu çalışma için Hayvan Kaynakları Merkezi'nden (Avustralya) elde edilen C57BL / 6 erkek fareler (8 hafta) kullanıldı.
1. Headstage tasarımı ve imalatı
NOT: Headstage PCB kartı, doğrudan hayvanın kafasına yerleştirilmek üzere tas...

Bilişsel Araştırma ve İlaç Analizi için Fare Beyninde LFP Kaydı

<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>

Burada sunulan protokol, hipokampus (HIP) ve prefrontal kortekste (PFC) ikili yerel alan potansiyellerinin (LFP'ler) eşzamanlı kaydı için özel olarak tasarlanmış özelleştirilmiş bir kafa aşaması oluşturma prosedürünü özetlemektedir. Bu protokolde sağlanan ayrıntılı adımlar, araştırmacıların hem her bölge içinde hem de HIP ile PFC arasındaki sinyal iletişimini kapsamlı bir şekilde incelemeleri için yeterli bilgi sunmaktadır.
Özel olarak tasarlanmış headstage...

Yerel alan potansiyelleri (LFP'ler), lokalize bir nöron grubunun kolektif aktivitesini yansıtan, hücre dışı boşluktan kaydedilen elektriksel aktiviteyi ifade eder. 1 Hz'deki yavaş dalgalardan 100 Hz veya 200 Hz'deki hızlı salınımlara kadar uzanan çok çeşitli frekanslar sergilerler. Belirli frekans bantları, öğrenme, hafıza ve karar verme gibi bilişsel işlevlerle ilişkilendirilmiştir 1,2. LFP özelliklerindeki değişiklikler, demans ve şizofreni dahil olmak üzere çeşitli nörolojik bozukluklar için biyobelirteç olarak kullanılmıştır 3,4. LFP kayıtlarını analiz etmek, bu koşullarla ilişkili altta yatan patolojik mekanizmalar ve potansiyel terapötik stratejiler hakkında değerli bilgiler sunabilir.
Çift LFP kaydı, iki spesifik beyin bölgesi içinde ve arasında lokalize elektriksel aktiviteyi ölçmek için kullanılan bir tekniktir. Bu teknik, farklı beyin bölgeleri içinde ve arasında meydana gelen karmaşık nöral dinamikleri ve sinyal iletişimini araştırmak için değerli bir fırsat sağlar. Önceki çalışmalar, bireysel beyin bölgelerinin nöronal özelliklerindeki değişikliklerin tespit edilmesinin karmaşık olabileceğini, ancak bölgeler arası kortikal iletişimdeki değişikliklerin gözlemlenebileceğini ortaya koymuştur 5,6. Bu nedenle, çift LFP kaydının kullanılması, bu sorunu çözmek için güçlü bir yol sunar.
Hipokampal-prefrontal bağlantı, bilişsel işlevlerin modüle edilmesinde çok önemli bir rol oynar ve işlev bozukluğu çeşitli nörolojik bozukluklarla ilişkilendirilmiştir 7,8. Bu bölgelerin çift elektrot kayıtları, bu etkileşimler hakkında bilgi sağlayabilir. Ne yazık ki, bu alanlar arasında çift elektrotlu LFP kayıtları gerçekleştirme yöntemleri hakkında sınırlı bilgi mevcuttur. Ayrıca, ticari olarak temin edilebilen kayıt cihazları genellikle pahalıdır ve belirli deneysel tasarımlara uyarlanabilirlikten yoksundur. LFP'leri kaydetmek için geleneksel yöntem, kayıt cihazını bir hayvanın beynine implante edilen elektrotlara bağlamak için korumalı bir kablo kullanmayı içerir. Ancak bu yaklaşım, kaydedilen sinyallerin kalitesini ve güvenilirliğini etkileyen hareket artefaktlarına ve çevresel gürültüye karşı hassastır.
Bu protokol, fare hipokampusunda ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtlarının gerçekleştirilmesi için, hayvanın kafasına yerleştirilebilen düşük maliyetli, özel olarak tasarlanmış bir kafa sahnesi kullanarak kapsamlı bir prosedürü açıklar. Bu yöntemler, araştırmacıların iki ayrı serebral bölge içinde bölgeye özgü salınım modellerini araştırmalarını ve bu alanlar arasındaki bölgeler arası bilgi alışverişini ve bağlantıyı keşfetmelerini sağlar.

<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

Yerel alan potansiyellerini (LFP'ler) kaydetme tekniği, lokalize nöronal popülasyonların elektriksel aktivitesini ölçmek için kullanılan elektrofizyolojik bir yöntemdir. Bilişsel araştırmalarda, özellikle hipokampus ve prefrontal korteks gibi beyin bölgelerinde çok önemli bir araç olarak hizmet eder. Bu alanlar arasındaki çift LFP kayıtları, bölgeler arası sinyal iletişiminin araştırılmasına izin verdikleri için özellikle ilgi çekicidir. Bununla birlikte, bu kayıtları gerçekleştirme yöntemleri nadiren tanımlanmıştır ve çoğu ticari kayıt cihazı ya pahalıdır ya da belirli deneysel tasarımları barındırmak için uyarlanabilirlikten yoksundur. Bu çalışma, antipsikotik ilaçların ve potasyum kanal modülatörlerinin bu alanlardaki LFP özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için fare hipokampusu ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtları yapmak için kapsamlı bir protokol sunmaktadır. Teknik, her bir beyin bölgesindeki güç spektrumları ve ikisi arasındaki tutarlılık dahil olmak üzere LFP özelliklerinin ölçülmesini sağlar. Ek olarak, bu deneyler için düşük maliyetli, özel olarak tasarlanmış bir kayıt cihazı geliştirilmiştir. Özetle, bu protokol, beynin farklı bölgelerinde yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip sinyalleri kaydetmek için bir araç sağlayarak, beyin içindeki bölgeler arası bilgi iletişiminin araştırılmasını kolaylaştırır.

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.

Yazar Spotlight: Farelerde Çift LFP Kayıt Protokolü Kullanarak Beyin Sinyalleri Üzerindeki İlaç Etkilerinin İncelenmesi

Fare Hipokampusu ve Prefrontal korteksinde ikili hücre dışı kayıtlar

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.

Burada gösterilen sonuçlar, çeşitli ilaçların C57BL / 6 erkek farelerin dört kohortunda test edilen yerel alan potansiyelleri (LFP'ler) özellikleri üzerindeki etkilerini göstermektedir (her kohort için n = 8; yaş: 8 hafta; ağırlık: 24.0 ± 0.42 g). Test edilen ilaçlar arasında antipsikotik ilaç klozapin, potasyum kanal modülatörleri 4-Aminopiridin (4-AP) ve retigabin ile kontrol aracı salini vardı.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, fare küç?...

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

Bu protokol, yerel alan potansiyellerini kaydetmek ve fare hipokampusu ve prefrontal korteksindeki bilgi akışını araştırmak için özel olarak tasarlanmış bir kayıt cihazının ve elektrotların kullanımını ana hatlarıyla belirtir.

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

Bu çalışma, ilaçların bu alanlardaki LFP özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için fare hipokampusu ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtları yapmak için kapsamlı bir protokol sunmaktadır. Bu protokol, farelerde bilişsel araştırmalar için tamamen optimize edilmiş, düşük maliyetli ve ultra hafif bir beyin sinyali kayıt cihazı sağlar. Bu çalışma, beynin farklı bölgelerinde yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip sinyalleri kaydetmek için bir araç sağlayarak, beyindeki bölgeler arası bilgi iletişiminin araştırılmasını kolaylaştırmaktadır.

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.