マウス海馬と前頭前野における二重細胞外記録
Summary
このプロトコルは、局所電界電位を記録し、マウス海馬および前頭前野における情報の流れを調査するためのカスタム設計の記録装置および電極の使用を概説する。
Abstract
局所電位(LFP)を記録する技術は、局所的なニューロン集団の電気的活動を測定するために使用される電気生理学的方法です。これは、特に海馬や前頭前野などの脳領域における認知研究において重要なツールとして機能します。これらの領域間のデュアルLFP記録は、地域間信号通信の調査を可能にするため、特に興味深いものです。しかし、これらの記録を行う方法はめったに記載されておらず、ほとんどの市販の記録装置は高価であるか、特定の実験計画に対応するための適応性に欠けています。この研究は、マウス海馬と前頭前野で二重電極LFP記録を実行するための包括的なプロトコルを提示し、これらの領域のLFP特性に対する抗精神病薬とカリウムチャネルモジュレーターの効果を調査します。この技術により、各脳領域内のパワースペクトルや2つの領域間のコヒーレンスなど、LFP特性の測定が可能になります。さらに、これらの実験のために、低コストのカスタム設計の記録装置が開発されました。要約すると、このプロトコルは、異なる脳領域において高い信号対雑音比を有する信号を記録する手段を提供し、脳内の地域間情報通信の調査を容易にする。
Introduction
局所電界電位(LFP)は、細胞外空間から記録された電気的活動を指し、局所的なニューロン群の集合的な活動を反映しています。それらは、1Hzの低速波から100Hzまたは200Hzの高速振動まで、さまざまな周波数範囲を示し、特定の周波数帯域は、学習、記憶、意思決定などの認知機能に関連しています1,2。LFP特性の変化は、認知症や統合失調症などのさまざまな神経疾患のバイオマーカーとして使用されています3,4。LFP記録を分析することで、これらの状態に関連する根本的な病理学的メカニズムと潜在的な治療戦略に関する貴重な洞察を得ることができます。
デュアルLFP記録は、2つの特定の脳領域内および2つの特定の脳領域間の局所的な電気的活動を測定するために使用される技術です。この手法は、異なる脳領域内および異なる脳領域間で発生する複雑な神経ダイナミクスと信号伝達を調査する貴重な機会を提供します。以前の研究では、個々の脳領域のニューロン特性の変化を検出することは複雑である可能性があることが明らかになりましたが、領域間皮質コミュニケーションの変化は観察できます5,6。したがって、デュアルLFP記録の利用は、この問題に対処するための強力な手段を提供します。
海馬と前頭前野の接続性は、認知機能の調節に重要な役割を果たしており、機能障害はさまざまな神経障害と関連しています7,8。これらの領域の二重電極記録は、これらの相互作用に関する情報を提供することができます。残念ながら、これらの領域間で二重電極LFP記録を実行する方法に関する利用可能な情報は限られています。さらに、市販の記録装置は一般的に高価であり、特定の実験計画への適応性に欠けています。従来のLFPの記録方法は、動物の脳に埋め込まれた電極にシールドケーブルを使用して記録装置を接続するというものでした。ただし、このアプローチはモーションアーチファクトや環境ノイズの影響を受けやすく、記録された信号の品質と信頼性に影響を与えます。
このプロトコルは、動物の頭に配置できる低コストのカスタム設計のヘッドステージを使用して、マウスの海馬および前頭前野で二重電極LFP記録を実行するための包括的な手順を記述します。これらの方法により、研究者は2つの別々の脳領域内の領域固有の振動パターンを調査し、これらの領域間の領域間の情報交換と接続性を探ることができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで紹介するプロトコルは、海馬(HIP)と前頭前野(PFC)の二重局所電界電位(LFP)を同時に記録するために特別に設計されたカスタマイズされたヘッドステージを構築するための手順を概説しています。このプロトコルで提供される詳細な手順は、研究者が各領域内およびHIPとPFC間の信号通信を徹底的に調べるのに十分な情報を提供します。
カスタム設計のヘッドステージ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、ロイヤルメルボルン病院神経科学財団(A2087)の支援を受けました。
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).
