Dubbla extracellulära inspelningar i musen, hippocampus och prefrontala cortex
Summary
Detta protokoll beskriver användningen av en specialdesignad inspelningsenhet och elektroder för att registrera lokala fältpotentialer och undersöka informationsflödet i musens hippocampus och prefrontala cortex.
Abstract
Tekniken för att registrera lokala fältpotentialer (LFP) är en elektrofysiologisk metod som används för att mäta den elektriska aktiviteten hos lokaliserade neuronala populationer. Det fungerar som ett viktigt verktyg inom kognitiv forskning, särskilt i hjärnregioner som hippocampus och prefrontala cortex. Dubbla LFP-inspelningar mellan dessa områden är av särskilt intresse eftersom de gör det möjligt att utforska interregional signalkommunikation. Metoderna för att utföra dessa inspelningar beskrivs dock sällan, och de flesta kommersiella inspelningsenheter är antingen dyra eller saknar anpassningsförmåga för att tillgodose specifika experimentella konstruktioner. Denna studie presenterar ett omfattande protokoll för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder i musens hippocampus och prefrontala cortex för att undersöka effekterna av antipsykotiska läkemedel och kaliumkanalmodulatorer på LFP-egenskaper i dessa områden. Tekniken gör det möjligt att mäta LFP-egenskaper, inklusive kraftspektra inom varje hjärnregion och koherens mellan de två. Dessutom har en billig, specialdesignad inspelningsenhet utvecklats för dessa experiment. Sammanfattningsvis ger detta protokoll ett sätt att spela in signaler med höga signal-brusförhållanden i olika hjärnregioner, vilket underlättar undersökningen av interregional informationskommunikation i hjärnan.
Introduction
Lokala fältpotentialer (LFP) hänvisar till den elektriska aktiviteten som registreras från det extracellulära utrymmet, vilket återspeglar den kollektiva aktiviteten hos en lokaliserad grupp av neuroner. De uppvisar ett brett spektrum av frekvenser, som sträcker sig från långsamma vågor vid 1 Hz till snabba svängningar vid 100 Hz eller 200 Hz. Specifika frekvensband har associerats med kognitiva funktioner som inlärning, minne och beslutsfattande 1,2. Förändringar i LFP-egenskaper har använts som biomarkörer för olika neurologiska sjukdomar, inklusive demens och schizofreni 3,4. Att analysera LFP-inspelningar kan ge värdefulla insikter om de underliggande patologiska mekanismerna som är förknippade med dessa tillstånd och potentiella terapeutiska strategier.
Dubbel LFP-inspelning är en teknik som används för att mäta lokaliserad elektrisk aktivitet inom och mellan två specifika hjärnregioner. Denna teknik ger en värdefull möjlighet att undersöka den intrikata neurala dynamiken och signalkommunikationen som sker inom och mellan distinkta hjärnregioner. Tidigare studier har visat att det kan vara komplicerat att upptäcka förändringar i de neuronala egenskaperna hos enskilda hjärnregioner, men förändringar i interregional kortikal kommunikation kan observeras 5,6. Därför erbjuder användningen av dubbel LFP-inspelning ett kraftfullt sätt att ta itu med detta problem.
Hippocampus-prefrontal konnektivitet spelar en avgörande roll för att modulera kognitiva funktioner, och dysfunktion har kopplats till olika neurologiska störningar 7,8. Dubbla elektrodinspelningar av dessa regioner kan ge information om dessa interaktioner. Tyvärr finns det begränsad information tillgänglig om metoder för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder mellan dessa områden. Dessutom är kommersiellt tillgängliga inspelningsutrustning i allmänhet dyr och saknar anpassningsförmåga till specifika experimentella utformningar. Den konventionella metoden för att registrera LFP:er innebär att man använder en skärmad kabel för att ansluta inspelningsenheten till elektroder som implanteras i ett djurs hjärna. Detta tillvägagångssätt är dock känsligt för rörelseartefakter och omgivningsbrus, vilket påverkar kvaliteten och tillförlitligheten hos de inspelade signalerna.
Detta protokoll beskriver en omfattande procedur för att utföra LFP-inspelningar med dubbla elektroder i musens hippocampus och prefrontala cortex, med hjälp av ett billigt specialdesignat huvudstadium som kan placeras på djurets huvud. Dessa metoder gör det möjligt för forskare att undersöka regionspecifika oscillerande mönster inom två diskreta cerebrala regioner och utforska interregionalt informationsutbyte och konnektivitet mellan dessa områden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollet som presenteras här beskriver proceduren för att konstruera ett anpassat huvudsteg som är särskilt utformat för samtidig registrering av dubbla lokala fältpotentialer (LFP) i hippocampus (HIP) och prefrontala cortex (PFC). De detaljerade stegen i detta protokoll ger tillräckligt med information för att forskare ska kunna undersöka signalkommunikationen noggrant både inom varje region och mellan HIP och PFC.
Det specialdesignade headstage använder ett kommersiellt först?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes 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 |
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).
