Dubbele extracellulaire opnames in de hippocampus en prefrontale cortex van de muis
Summary
Dit protocol schetst het gebruik van een op maat ontworpen opnameapparaat en elektroden om lokale veldpotentialen vast te leggen en de informatiestroom in de hippocampus en prefrontale cortex van de muis te onderzoeken.
Abstract
De techniek voor het registreren van lokale veldpotentialen (LFP’s) is een elektrofysiologische methode die wordt gebruikt om de elektrische activiteit van gelokaliseerde neuronale populaties te meten. Het dient als een cruciaal hulpmiddel in cognitief onderzoek, met name in hersengebieden zoals de hippocampus en de prefrontale cortex. Dubbele LFP-opnames tussen deze gebieden zijn van bijzonder belang omdat ze de verkenning van interregionale signaalcommunicatie mogelijk maken. Methoden voor het uitvoeren van deze opnames worden echter zelden beschreven, en de meeste commerciële opnameapparaten zijn duur of kunnen niet worden aangepast aan specifieke experimentele ontwerpen. Deze studie presenteert een uitgebreid protocol voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode in de hippocampus van de muis en de prefrontale cortex om de effecten van antipsychotica en kaliumkanaalmodulatoren op LFP-eigenschappen in deze gebieden te onderzoeken. De techniek maakt het mogelijk om LFP-eigenschappen te meten, waaronder vermogensspectra binnen elk hersengebied en de samenhang tussen de twee. Bovendien is voor deze experimenten een goedkoop, op maat ontworpen opnameapparaat ontwikkeld. Samenvattend biedt dit protocol een middel om signalen met hoge signaal-ruisverhoudingen in verschillende hersengebieden op te nemen, waardoor het onderzoek naar interregionale informatiecommunicatie binnen de hersenen wordt vergemakkelijkt.
Introduction
Lokale veldpotentialen (LFP’s) verwijzen naar de elektrische activiteit die wordt geregistreerd vanuit de extracellulaire ruimte, die de collectieve activiteit van een gelokaliseerde groep neuronen weerspiegelt. Ze vertonen een breed scala aan frequenties, variërend van langzame golven van 1 Hz tot snelle oscillaties van 100 Hz of 200 Hz. Specifieke frequentiebanden zijn in verband gebracht met cognitieve functies zoals leren, geheugen en besluitvorming 1,2. Veranderingen in LFP-eigenschappen zijn gebruikt als biomarkers voor verschillende neurologische aandoeningen, waaronder dementie en schizofrenie 3,4. Het analyseren van LFP-opnames kan waardevolle inzichten bieden in de onderliggende pathologische mechanismen die verband houden met deze aandoeningen en mogelijke therapeutische strategieën.
Dubbele LFP-registratie is een techniek die wordt gebruikt om gelokaliseerde elektrische activiteit binnen en tussen twee specifieke hersengebieden te meten. Deze techniek biedt een waardevolle mogelijkheid om de ingewikkelde neurale dynamiek en signaalcommunicatie te onderzoeken die plaatsvindt binnen en tussen verschillende hersengebieden. Eerdere studies hebben aangetoond dat het detecteren van veranderingen in de neuronale eigenschappen van individuele hersengebieden complex kan zijn, maar veranderingen in interregionale corticale communicatie kunnen worden waargenomen 5,6. Daarom biedt het gebruik van dubbele LFP-opname een krachtig middel om dit probleem aan te pakken.
Hippocampus-prefrontale connectiviteit speelt een cruciale rol bij het moduleren van cognitieve functies en disfunctie is in verband gebracht met verschillende neurologische aandoeningen 7,8. Opnames met dubbele elektroden van deze regio’s kunnen informatie geven over deze interacties. Helaas is er beperkte informatie beschikbaar over methoden voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode tussen deze gebieden. Bovendien zijn in de handel verkrijgbare opnameapparatuur over het algemeen duur en kunnen ze niet worden aangepast aan specifieke experimentele ontwerpen. De conventionele methode voor het opnemen van LFP’s omvat het gebruik van een afgeschermde kabel om het opnameapparaat aan te sluiten op elektroden die in de hersenen van een dier zijn geïmplanteerd. Deze aanpak is echter gevoelig voor bewegingsartefacten en omgevingsruis, wat van invloed is op de kwaliteit en betrouwbaarheid van de opgenomen signalen.
Dit protocol beschrijft een uitgebreide procedure voor het uitvoeren van LFP-opnames met dubbele elektrode in de hippocampus en de prefrontale cortex van de muis, met behulp van een goedkope, op maat ontworpen hoofdtrap die op het hoofd van het dier kan worden geplaatst. Deze methoden stellen onderzoekers in staat om regiospecifieke oscillerende patronen binnen twee afzonderlijke cerebrale regio’s te onderzoeken en interregionale informatie-uitwisseling en connectiviteit tussen deze gebieden te verkennen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het hier gepresenteerde protocol schetst de procedure voor het construeren van een op maat gemaakte headstage die speciaal is ontworpen voor de gelijktijdige registratie van dubbele lokale veldpotentialen (LFP’s) in de hippocampus (HIP) en de prefrontale cortex (PFC). De gedetailleerde stappen in dit protocol bieden voldoende informatie voor onderzoekers om de signaalcommunicatie zowel binnen elke regio als tussen de HIP en PFC grondig te onderzoeken.
De op maat ontworpen headstage maakt gebru…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de 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).
