Dobbelte ekstracellulære optagelser i musen, hippocampus og præfrontal cortex
Summary
Denne protokol skitserer brugen af en specialdesignet optageenhed og elektroder til at registrere lokale feltpotentialer og undersøge informationsstrømmen i musens hippocampus og præfrontale cortex.
Abstract
Teknikken til registrering af lokale feltpotentialer (LFP’er) er en elektrofysiologisk metode, der anvendes til at måle den elektriske aktivitet af lokaliserede neuronale populationer. Det tjener som et afgørende redskab i kognitiv forskning, især i hjerneområder som hippocampus og præfrontale cortex. Dobbelte LFP-optagelser mellem disse områder er af særlig interesse, da de gør det muligt at udforske interregional signalkommunikation. Imidlertid beskrives metoder til udførelse af disse optagelser sjældent, og de fleste kommercielle optageenheder er enten dyre eller mangler tilpasningsevne til at imødekomme specifikke eksperimentelle designs. Denne undersøgelse præsenterer en omfattende protokol til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser i musens hippocampus og den præfrontale cortex for at undersøge virkningerne af antipsykotiske lægemidler og kaliumkanalmodulatorer på LFP-egenskaber i disse områder. Teknikken muliggør måling af LFP-egenskaber, herunder effektspektre inden for hvert hjerneområde og sammenhæng mellem de to. Derudover er der udviklet en billig, specialdesignet optageenhed til disse eksperimenter. Sammenfattende giver denne protokol et middel til at optage signaler med høje signal-støj-forhold i forskellige hjerneområder, hvilket letter undersøgelsen af interregional informationskommunikation i hjernen.
Introduction
Lokale feltpotentialer (LFP’er) henviser til den elektriske aktivitet registreret fra det ekstracellulære rum, hvilket afspejler den kollektive aktivitet af en lokaliseret gruppe neuroner. De udviser en bred vifte af frekvenser, der spænder fra langsomme bølger ved 1 Hz til hurtige svingninger ved 100 Hz eller 200 Hz. Specifikke frekvensbånd er blevet forbundet med kognitive funktioner såsom læring, hukommelse og beslutningstagning 1,2. Ændringer i LFP-egenskaber er blevet anvendt som biomarkører for forskellige neurologiske lidelser, herunder demens og skizofreni 3,4. Analyse af LFP-optagelser kan give værdifuld indsigt i de underliggende patologiske mekanismer forbundet med disse tilstande og potentielle terapeutiske strategier.
Dobbelt LFP-optagelse er en teknik, der bruges til at måle lokaliseret elektrisk aktivitet inden for og mellem to specifikke hjerneområder. Denne teknik giver en værdifuld mulighed for at undersøge den indviklede neurale dynamik og signalkommunikation, der forekommer inden for og mellem forskellige hjerneområder. Tidligere undersøgelser har vist, at detektion af ændringer i neuronale egenskaber i individuelle hjerneområder kan være komplekst, men ændringer i interregional kortikal kommunikation kan observeres 5,6. Derfor tilbyder brugen af dobbelt LFP-optagelse et potent middel til at løse dette problem.
Hippocampal-præfrontal forbindelse spiller en afgørende rolle i modulering af kognitive funktioner, og dysfunktion har været forbundet med forskellige neurologiske lidelser 7,8. Dobbeltelektrodeoptagelser af disse regioner kan give information om disse interaktioner. Desværre er der begrænset information tilgængelig om metoder til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser mellem disse områder. Desuden er kommercielt tilgængelige optageapparater generelt dyre og mangler tilpasningsevne til specifikke eksperimentelle design. Den konventionelle metode til registrering af LFP’er indebærer at bruge et afskærmet kabel til at forbinde optageenheden til elektroder implanteret i et dyrs hjerne. Denne tilgang er imidlertid modtagelig for bevægelsesartefakter og miljøstøj, hvilket påvirker kvaliteten og pålideligheden af de optagede signaler.
Denne protokol beskriver en omfattende procedure til udførelse af dobbeltelektrode LFP-optagelser i musens hippocampus og præfrontale cortex ved hjælp af et billigt specialdesignet hovedscene, der kan placeres på dyrets hoved. Disse metoder gør det muligt for forskere at undersøge regionsspecifikke oscillerende mønstre inden for to diskrete cerebrale regioner og udforske interregional informationsudveksling og forbindelse mellem disse områder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen, der præsenteres her, skitserer proceduren for konstruktion af et tilpasset headstage, der er specielt designet til samtidig registrering af dobbelte lokale feltpotentialer (LFP’er) i hippocampus (HIP) og præfrontale cortex (PFC). De detaljerede trin i denne protokol giver tilstrækkelig information til, at forskere grundigt kan undersøge signalkommunikation både inden for hver region og mellem HIP og PFC.
Den specialdesignede headstage bruger en kommerciel forstærkerchip. Men…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af 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).
