הקלטות חוץ-תאיות כפולות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית
Summary
פרוטוקול זה מתאר את השימוש במכשיר הקלטה מותאם אישית ובאלקטרודות כדי להקליט פוטנציאלים של שדות מקומיים ולחקור את זרימת המידע בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית.
Abstract
הטכניקה של רישום פוטנציאלי שדה מקומי (LFPs) היא שיטה אלקטרופיזיולוגית המשמשת למדידת הפעילות החשמלית של אוכלוסיות נוירונים מקומיות. הוא משמש ככלי חיוני במחקר קוגניטיבי, במיוחד באזורים במוח כמו ההיפוקמפוס וקליפת המוח הקדם-מצחית. הקלטות LFP כפולות בין אזורים אלה מעניינות במיוחד מכיוון שהן מאפשרות לחקור תקשורת אותות בין-אזורית. עם זאת, שיטות לביצוע הקלטות אלה מתוארות רק לעתים רחוקות, ורוב מכשירי ההקלטה המסחריים יקרים או חסרי יכולת הסתגלות כדי להתאים לעיצובים ניסיוניים ספציפיים. מחקר זה מציג פרוטוקול מקיף לביצוע רישומי LFP כפולי אלקטרודות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית כדי לחקור את ההשפעות של תרופות אנטי-פסיכוטיות ומודולטורים של תעלות אשלגן על תכונות LFP באזורים אלה. הטכניקה מאפשרת מדידה של תכונות LFP, כולל ספקטרום כוח בתוך כל אזור במוח וקוהרנטיות בין השניים. בנוסף, פותח מכשיר הקלטה בעלות נמוכה ומותאם אישית עבור ניסויים אלה. לסיכום, פרוטוקול זה מספק אמצעי להקליט אותות עם יחסי אות לרעש גבוהים באזורים שונים במוח, מה שמקל על חקירת תקשורת מידע בין-אזורית בתוך המוח.
Introduction
פוטנציאלי שדה מקומיים (LFPs) מתייחסים לפעילות החשמלית שנרשמה מהמרחב החוץ-תאי, ומשקפים את הפעילות הקולקטיבית של קבוצה מקומית של נוירונים. הם מציגים מגוון רחב של תדרים, החל מגלים איטיים ב-1 הרץ ועד תנודות מהירות ב-100 הרץ או 200 הרץ. פסי תדרים ספציפיים נקשרו לתפקודים קוגניטיביים כגון למידה, זיכרון וקבלת החלטות 1,2. שינויים בתכונות LFP שימשו כסמנים ביולוגיים להפרעות נוירולוגיות שונות, כולל דמנציה וסכיזופרניה 3,4. ניתוח הקלטות LFP יכול להציע תובנות חשובות לגבי המנגנונים הפתולוגיים הבסיסיים הקשורים למצבים אלה ואסטרטגיות טיפוליות פוטנציאליות.
רישום LFP כפול הוא טכניקה המשמשת למדידת פעילות חשמלית מקומית בתוך ובין שני אזורי מוח ספציפיים. טכניקה זו מספקת הזדמנות רבת ערך לחקור את הדינמיקה העצבית המורכבת ואת תקשורת האותות המתרחשת בתוך ובין אזורי מוח שונים. מחקרים קודמים גילו כי זיהוי שינויים בתכונות העצביות של אזורי מוח בודדים יכול להיות מורכב, אך שינויים בתקשורת קליפת המוח הבין-אזורית ניתן לראות 5,6. לכן, השימוש בהקלטת LFP כפולה מציע אמצעי רב עוצמה לטיפול בבעיה זו.
קישוריות היפוקמפוסית-קדם-מצחית ממלאת תפקיד מכריע בוויסות תפקודים קוגניטיביים, ותפקוד לקוי נקשר להפרעות נוירולוגיות שונות 7,8. הקלטות אלקטרודות כפולות של אזורים אלה יכולות לספק מידע על אינטראקציות אלה. למרבה הצער, קיים מידע מוגבל זמין על שיטות לביצוע רישומי אלקטרודה כפולה LFP בין אזורים אלה. יתר על כן, מכשירי הקלטה הזמינים מסחרית הם בדרך כלל יקרים וחסרי יכולת הסתגלות לעיצובים ניסיוניים ספציפיים. השיטה המקובלת להקלטת LFPs כוללת שימוש בכבל מסוכך לחיבור מכשיר ההקלטה לאלקטרודות שהושתלו במוחו של בעל חיים. עם זאת, גישה זו רגישה לתנועה ולרעשים סביבתיים, ומשפיעה על האיכות והאמינות של האותות המוקלטים.
פרוטוקול זה מתאר הליך מקיף לביצוע הקלטות LFP כפולות אלקטרודות בהיפוקמפוס העכבר ובקליפת המוח הקדם-מצחית, באמצעות במת ראש מותאמת אישית בעלות נמוכה שניתן להניח על ראשה של החיה. שיטות אלה מאפשרות לחוקרים לחקור דפוסי תנודה ספציפיים לאזור בתוך שני אזורים מוחיים נפרדים ולחקור חילופי מידע בין-אזוריים וקישוריות בין אזורים אלה.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול המוצג כאן מתאר את ההליך לבניית במת ראש מותאמת אישית שתוכננה במיוחד להקלטה סימולטנית של פוטנציאלי שדה מקומיים כפולים (LFPs) בהיפוקמפוס (HIP) ובקליפת המוח הקדם-מצחית (PFC). השלבים המפורטים המפורטים בפרוטוקול זה מציעים מידע מספיק לחוקרים כדי לבחון ביסודיות את תקשורת האותות הן בתוך כל אז?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן המלכותית למדעי המוח של בית החולים מלבורן (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).
