Dual ekstracellulære opptak i musen hippocampus og prefrontal cortex
Summary
Denne protokollen skisserer bruken av en spesialdesignet opptaksenhet og elektroder for å registrere lokale feltpotensialer og undersøke informasjonsflyt i musens hippocampus og prefrontale cortex.
Abstract
Teknikken for registrering av lokale feltpotensialer (LFP) er en elektrofysiologisk metode som brukes til å måle den elektriske aktiviteten til lokaliserte nevronpopulasjoner. Det fungerer som et viktig verktøy i kognitiv forskning, spesielt i hjernegrupper som hippocampus og prefrontal cortex. Doble LFP-opptak mellom disse områdene er av spesiell interesse da de tillater utforskning av interregional signalkommunikasjon. Imidlertid er metoder for å utføre disse opptakene sjelden beskrevet, og de fleste kommersielle opptaksenheter er enten dyre eller mangler tilpasningsevne for å imøtekomme spesifikke eksperimentelle design. Denne studien presenterer en omfattende protokoll for å utføre dual-electrode LFP-opptak i musehippocampus og prefrontal cortex for å undersøke effekten av antipsykotiske legemidler og kaliumkanalmodulatorer på LFP-egenskaper i disse områdene. Teknikken muliggjør måling av LFP-egenskaper, inkludert effektspektra i hver hjerneregion og sammenheng mellom de to. I tillegg er det utviklet en billig, spesialdesignet opptaksenhet for disse eksperimentene. Oppsummert gir denne protokollen et middel til å registrere signaler med høye signal-støy-forhold i forskjellige hjernegrupper, noe som letter undersøkelsen av interregional informasjonskommunikasjon i hjernen.
Introduction
Lokale feltpotensialer (LFP) refererer til den elektriske aktiviteten som er registrert fra det ekstracellulære rommet, noe som gjenspeiler den kollektive aktiviteten til en lokalisert gruppe nevroner. De viser et variert utvalg av frekvenser, som spenner fra langsomme bølger ved 1 Hz til raske svingninger ved 100 Hz eller 200 Hz. Spesifikke frekvensbånd har vært assosiert med kognitive funksjoner som læring, hukommelse og beslutningstaking 1,2. Endringer i LFP-egenskaper har blitt brukt som biomarkører for ulike nevrologiske lidelser, inkludert demens og schizofreni 3,4. Analyse av LFP-opptak kan gi verdifull innsikt i de underliggende patologiske mekanismene forbundet med disse tilstandene og potensielle terapeutiske strategier.
Dobbel LFP-opptak er en teknikk som brukes til å måle lokalisert elektrisk aktivitet innenfor og mellom to spesifikke hjernegrupper. Denne teknikken gir en verdifull mulighet til å undersøke den intrikate nevrale dynamikken og signalkommunikasjonen som forekommer i og mellom forskjellige hjernegrupper. Tidligere studier har vist at detektering av endringer i nevronegenskapene til individuelle hjernegrupper kan være komplisert, men endringer i interregional kortikal kommunikasjon kan observeres 5,6. Derfor tilbyr bruken av dobbelt LFP-opptak et kraftig middel for å løse dette problemet.
Hippocampus-prefrontal tilkobling spiller en avgjørende rolle i modulering av kognitive funksjoner, og dysfunksjon har vært knyttet til ulike nevrologiske lidelser 7,8. Opptak med to elektroder i disse områdene kan gi informasjon om disse interaksjonene. Dessverre er det begrenset informasjon tilgjengelig om metoder for å utføre dual electrode LFP-opptak mellom disse områdene. Videre er kommersielt tilgjengelige opptaksenheter generelt dyre og mangler tilpasningsevne til spesifikke eksperimentelle design. Den konvensjonelle metoden for registrering av LFP-er innebærer å bruke en skjermet kabel for å koble opptaksenheten til elektroder implantert i et dyrs hjerne. Denne tilnærmingen er imidlertid utsatt for bevegelsesartefakter og omgivelsesstøy, noe som påvirker kvaliteten og påliteligheten til de innspilte signalene.
Denne protokollen beskriver en omfattende prosedyre for å utføre dual-electrode LFP-opptak i musens hippocampus og prefrontal cortex, ved hjelp av et billig spesialdesignet headstage som kan plasseres på dyrets hode. Disse metodene gjør det mulig for forskere å undersøke regionspesifikke oscillatoriske mønstre innenfor to diskrete cerebrale regioner og utforske interregional informasjonsutveksling og tilkobling mellom disse områdene.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen som presenteres her skisserer prosedyren for å konstruere et tilpasset headstage spesielt designet for samtidig opptak av doble lokale feltpotensialer (LFP) i hippocampus (HIP) og prefrontal cortex (PFC). De detaljerte trinnene i denne protokollen gir tilstrekkelig informasjon for forskere å grundig undersøke signalkommunikasjon både innenfor hver region og mellom HIP og PFC.
Den spesialdesignede headstagen benytter en kommersiell forsterkerbrikke. Mens den nåværende konfigur…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av Royal Melbourne Hospital Neuroscience Foundation (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 |
Referências
- 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).
