تسجيلات مزدوجة خارج الخلية في الحصين الفأر وقشرة الفص الجبهي
Summary
يحدد هذا البروتوكول استخدام جهاز تسجيل وأقطاب كهربائية مصممة خصيصا لتسجيل إمكانات المجال المحلي والتحقيق في تدفق المعلومات في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي.
Abstract
تقنية تسجيل إمكانات المجال المحلي (LFPs) هي طريقة فيزيولوجية كهربية تستخدم لقياس النشاط الكهربائي لمجموعات الخلايا العصبية الموضعية. إنه بمثابة أداة حاسمة في البحث المعرفي ، لا سيما في مناطق الدماغ مثل الحصين وقشرة الفص الجبهي. وتكتسي تسجيلات LFP المزدوجة بين هذه المناطق أهمية خاصة لأنها تسمح باستكشاف اتصالات الإشارات الأقاليمية. ومع ذلك ، نادرا ما يتم وصف طرق إجراء هذه التسجيلات ، ومعظم أجهزة التسجيل التجارية إما باهظة الثمن أو تفتقر إلى القدرة على التكيف لاستيعاب تصميمات تجريبية محددة. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي للتحقيق في آثار الأدوية المضادة للذهان ومعدلات قناة البوتاسيوم على خصائص LFP في هذه المناطق. تتيح هذه التقنية قياس خصائص LFP ، بما في ذلك أطياف الطاقة داخل كل منطقة دماغية والتماسك بين الاثنين. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير جهاز تسجيل منخفض التكلفة ومصمم خصيصا لهذه التجارب. باختصار ، يوفر هذا البروتوكول وسيلة لتسجيل الإشارات ذات نسب الإشارة إلى الضوضاء العالية في مناطق مختلفة من الدماغ ، مما يسهل التحقيق في اتصالات المعلومات بين الأقاليم داخل الدماغ.
Introduction
تشير إمكانات المجال المحلي (LFPs) إلى النشاط الكهربائي المسجل من الفضاء خارج الخلية ، مما يعكس النشاط الجماعي لمجموعة موضعية من الخلايا العصبية. وهي تظهر مجموعة متنوعة من الترددات ، تمتد من الموجات البطيئة عند 1 هرتز إلى التذبذبات السريعة عند 100 هرتز أو 200 هرتز. ارتبطت نطاقات تردد محددة بالوظائف المعرفية مثل التعلم والذاكرة واتخاذ القرار 1,2. تم استخدام التغييرات في خصائص LFP كمؤشرات حيوية لمختلف الاضطرابات العصبية ، بما في ذلك الخرف والفصام3،4. يمكن أن يقدم تحليل تسجيلات LFP رؤى قيمة حول الآليات المرضية الأساسية المرتبطة بهذه الحالات والاستراتيجيات العلاجية المحتملة.
تسجيل LFP المزدوج هو تقنية تستخدم لقياس النشاط الكهربائي الموضعي داخل وبين منطقتين محددتين من الدماغ. توفر هذه التقنية فرصة ثمينة للتحقيق في الديناميات العصبية المعقدة واتصالات الإشارات التي تحدث داخل وبين مناطق الدماغ المتميزة. كشفت الدراسات السابقة أن اكتشاف التغيرات في الخصائص العصبية لمناطق الدماغ الفردية يمكن أن يكون معقدا ، ولكن يمكن ملاحظة التغيرات في التواصل القشري بين الأقاليم 5,6. لذلك ، يوفر استخدام تسجيل LFP المزدوج وسيلة قوية لمعالجة هذه المشكلة.
يلعب اتصال الحصين والفص الجبهي دورا حاسما في تعديل الوظائف المعرفية ، وقد تم ربط الخلل الوظيفي باضطرابات عصبية مختلفة 7,8. يمكن أن توفر تسجيلات الأقطاب الكهربائية المزدوجة لهذه المناطق معلومات حول هذه التفاعلات. لسوء الحظ ، هناك معلومات محدودة متاحة حول طرق إجراء تسجيلات LFP ذات القطب المزدوج بين هذه المناطق. علاوة على ذلك ، فإن أجهزة التسجيل المتاحة تجاريا باهظة الثمن بشكل عام وتفتقر إلى القدرة على التكيف مع تصميمات تجريبية محددة. تتضمن الطريقة التقليدية لتسجيل LFPs استخدام كابل محمي لتوصيل جهاز التسجيل بأقطاب كهربائية مزروعة في دماغ. ومع ذلك ، فإن هذا النهج عرضة لآثار الحركة والضوضاء البيئية ، مما يؤثر على جودة وموثوقية الإشارات المسجلة.
يصف هذا البروتوكول إجراء شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي ، باستخدام مقدمة منخفضة التكلفة مصممة خصيصا يمكن وضعها على رأس. تمكن هذه الطرق الباحثين من التحقيق في أنماط التذبذب الخاصة بالمنطقة داخل منطقتين دماغيتين منفصلتين واستكشاف تبادل المعلومات بين الأقاليم والاتصال بين هذه المناطق.
Protocol
Representative Results
Discussion
يحدد البروتوكول المقدم هنا إجراءات بناء مرحلة رئيسية مخصصة مصممة خصيصا للتسجيل المتزامن لإمكانات المجال المحلي المزدوج (LFPs) في الحصين (HIP) وقشرة الفص الجبهي (PFC). توفر الخطوات التفصيلية الواردة في هذا البروتوكول معلومات كافية للباحثين لفحص اتصالات الإشارة بدقة داخل كل منطقة وبين HIP و PFC.
<p…Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة علم الأعصاب في مستشفى ملبورن الملكي (A2087).
Materials
| Brass tube | Albion Alloys, USA | Inside diameter of 0.45 mm |
| Carprofen | Rimadyl, Pfizer Animal Health | |
| Commercial amplifier chip | Intantech | RHD 2132 |
| Control board | Intantech | RHD recording system |
| Dental cement | Paladur | |
| Heat shrinks | Panduit | 0.8 mm diameter |
| M1.2 stainless steel screw | Watch tools | Clock and watch screw |
| Multichannel socket connector | Harwin, AU | 1.27 mm pitch, PCB socket |
| PFA-coated tungsten wires | A-M SYSTEMS, USA | Inside diameter of 150 µm |
| Phosphoric acid-based flux | Chip Quik | CQ4LF-0.5 |
| Recording software | Intantech | RHX recording software |
| Stereotactic Frame | World Precision Instruments | Mouse stereotactic instrument |
| Super glue | UHU | Ultra fast |
Referenzen
- Einevoll, G. T., Kayser, C., Logothetis, N. K., Panzeri, S. Modelling and analysis of local field potentials for studying the function of cortical circuits. Nat Rev Neurosci. 14 (11), 770-785 (2013).
- Buzsaki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents-EEG, ECOG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
- Sigurdsson, T., Stark, K. L., Karayiorgou, M., Gogos, J. A., Gordon, J. A. Impaired hippocampal-prefrontal synchrony in a genetic mouse model of schizophrenia. Nature. 464 (7289), 763-767 (2010).
- Witton, J., et al. Disrupted hippocampal sharp-wave ripple-associated spike dynamics in a transgenic mouse model of dementia. J Physiol. 594 (16), 4615-4630 (2016).
- Englot, D. J., Konrad, P. E., Morgan, V. L. Regional and global connectivity disturbances in focal epilepsy, related neurocognitive sequelae, and potential mechanistic underpinnings. Epilepsia. 57 (10), 1546-1557 (2016).
- Pievani, M., De Haan, W., Wu, T., Seeley, W. W., Frisoni, G. B. Functional network disruption in the degenerative dementias. Lancet Neurol. 10 (9), 829-843 (2011).
- Sigurdsson, T., Duvarci, S. Hippocampal-prefrontal interactions in cognition, behavior and psychiatric disease. Front Syst Neurosci. 9, 190 (2015).
- Sun, D., et al. Effects of antipsychotic drugs and potassium channel modulators on spectral properties of local field potentials in mouse hippocampus and pre-frontal cortex. Neuropharmacology. 191, 108572 (2021).
- Bokil, H., Andrews, P., Kulkarni, J. E., Mehta, S., Mitra, P. P. Chronux: A platform for analyzing neural signals. J Neurosci Methods. 192 (1), 146-151 (2010).
- Bozkurt, A., Lal, A. Low-cost flexible printed circuit technology based microelectrode array for extracellular stimulation of the invertebrate locomotory system. Sens Actuator A Phys. 169 (1), 89-97 (2011).
- Du, P., et al. High-resolution mapping of in vivo gastrointestinal slow wave activity using flexible printed circuit board electrodes: Methodology and validation. Ann Biomed Eng. 37, 839-846 (2009).
- JoVE Science Education Database. Neuroscience. Histological Staining of Neural Tissue. JoVE. , (2023).
