Двойные внеклеточные записи в гиппокампе мыши и префронтальной коре
Summary
Этот протокол описывает использование специально разработанного записывающего устройства и электродов для регистрации потенциалов локального поля и исследования потока информации в гиппокампе мыши и префронтальной коре.
Abstract
Метод регистрации потенциалов локального поля (LFP) представляет собой электрофизиологический метод, используемый для измерения электрической активности локализованных популяций нейронов. Он служит важным инструментом в когнитивных исследованиях, особенно в таких областях мозга, как гиппокамп и префронтальная кора. Двойные записи LFP между этими районами представляют особый интерес, поскольку они позволяют исследовать межрегиональную связь сигналов. Однако методы выполнения этих записей редко описываются, и большинство коммерческих записывающих устройств либо дороги, либо не могут адаптироваться к конкретным экспериментальным конструкциям. В этом исследовании представлен комплексный протокол для выполнения двухэлектродных записей LFP в гиппокампе мыши и префронтальной коре для изучения влияния антипсихотических препаратов и модуляторов калиевых каналов на свойства LFP в этих областях. Этот метод позволяет измерять свойства LFP, включая спектры мощности в каждой области мозга и когерентность между ними. Кроме того, для этих экспериментов было разработано недорогое записывающее устройство, спроектированное по индивидуальному заказу. Таким образом, этот протокол предоставляет средства для записи сигналов с высоким соотношением сигнал/шум в различных областях мозга, облегчая исследование межрегиональной информационной коммуникации в мозге.
Introduction
Локальные потенциалы поля (LFP) относятся к электрической активности, регистрируемой во внеклеточном пространстве, отражающей коллективную активность локализованной группы нейронов. Они демонстрируют разнообразный диапазон частот, охватывающий от медленных волн на частоте 1 Гц до быстрых колебаний на частоте 100 Гц или 200 Гц. Изменения свойств LFP использовались в качестве биомаркеров для различных неврологических расстройств, включая деменцию и шизофрению 3,4. Анализ записей LFP может дать ценную информацию об основных патологических механизмах, связанных с этими состояниями, и потенциальных терапевтических стратегиях.
Двойная запись LFP — это метод, используемый для измерения локализованной электрической активности внутри и между двумя конкретными областями мозга. Этот метод дает ценную возможность исследовать сложную нейронную динамику и передачу сигналов, происходящих внутри и между различными областями мозга. Предыдущие исследования показали, что обнаружение изменений в нейронных свойствах отдельных областей мозга может быть сложным, но изменения в межрегиональной корковой коммуникации могут наблюдаться 5,6. Таким образом, использование двойной записи LFP предлагает мощное средство для решения этой проблемы.
Связь между гиппокампом и префронтальным синдромом играет решающую роль в модуляции когнитивных функций, а дисфункция связана с различными неврологическими расстройствами 7,8. Записи этих областей с двумя электродами могут предоставить информацию об этих взаимодействиях. К сожалению, имеется ограниченная информация о методах выполнения двухэлектродных записей LFP между этими областями. Кроме того, коммерчески доступные записывающие устройства, как правило, дороги и не поддаются адаптации к конкретным экспериментальным конструкциям. Традиционный метод записи LFP включает в себя использование экранированного кабеля для подключения записывающего устройства к электродам, имплантированным в мозг животного. Однако этот подход подвержен артефактам движения и шуму окружающей среды, влияющим на качество и надежность записанных сигналов.
Этот протокол описывает комплексную процедуру выполнения двухэлектродных записей LFP в гиппокампе мыши и префронтальной коре с использованием недорогого специально разработанного головного стола, который может быть размещен на голове животного. Эти методы позволяют исследователям исследовать специфические для региона колебательные паттерны в двух дискретных областях головного мозга и исследовать межрегиональный обмен информацией и связь между этими областями.
Protocol
Representative Results
Discussion
Представленный здесь протокол описывает процедуру создания индивидуальной головной сцены, специально разработанной для одновременной регистрации двойных потенциалов локального поля (LFP) в гиппокампе (HIP) и префронтальной коре (PFC). Подробные шаги, представленные в этом протоколе, дают …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Фондом неврологии Королевской больницы Мельбурна (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 |
References
- 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).
