Fare Hipokampusu ve Prefrontal korteksinde ikili hücre dışı kayıtlar
Summary
Bu protokol, yerel alan potansiyellerini kaydetmek ve fare hipokampusu ve prefrontal korteksindeki bilgi akışını araştırmak için özel olarak tasarlanmış bir kayıt cihazının ve elektrotların kullanımını ana hatlarıyla belirtir.
Abstract
Yerel alan potansiyellerini (LFP’ler) kaydetme tekniği, lokalize nöronal popülasyonların elektriksel aktivitesini ölçmek için kullanılan elektrofizyolojik bir yöntemdir. Bilişsel araştırmalarda, özellikle hipokampus ve prefrontal korteks gibi beyin bölgelerinde çok önemli bir araç olarak hizmet eder. Bu alanlar arasındaki çift LFP kayıtları, bölgeler arası sinyal iletişiminin araştırılmasına izin verdikleri için özellikle ilgi çekicidir. Bununla birlikte, bu kayıtları gerçekleştirme yöntemleri nadiren tanımlanmıştır ve çoğu ticari kayıt cihazı ya pahalıdır ya da belirli deneysel tasarımları barındırmak için uyarlanabilirlikten yoksundur. Bu çalışma, antipsikotik ilaçların ve potasyum kanal modülatörlerinin bu alanlardaki LFP özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için fare hipokampusu ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtları yapmak için kapsamlı bir protokol sunmaktadır. Teknik, her bir beyin bölgesindeki güç spektrumları ve ikisi arasındaki tutarlılık dahil olmak üzere LFP özelliklerinin ölçülmesini sağlar. Ek olarak, bu deneyler için düşük maliyetli, özel olarak tasarlanmış bir kayıt cihazı geliştirilmiştir. Özetle, bu protokol, beynin farklı bölgelerinde yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip sinyalleri kaydetmek için bir araç sağlayarak, beyin içindeki bölgeler arası bilgi iletişiminin araştırılmasını kolaylaştırır.
Introduction
Yerel alan potansiyelleri (LFP’ler), lokalize bir nöron grubunun kolektif aktivitesini yansıtan, hücre dışı boşluktan kaydedilen elektriksel aktiviteyi ifade eder. 1 Hz’deki yavaş dalgalardan 100 Hz veya 200 Hz’deki hızlı salınımlara kadar uzanan çok çeşitli frekanslar sergilerler. Belirli frekans bantları, öğrenme, hafıza ve karar verme gibi bilişsel işlevlerle ilişkilendirilmiştir 1,2. LFP özelliklerindeki değişiklikler, demans ve şizofreni dahil olmak üzere çeşitli nörolojik bozukluklar için biyobelirteç olarak kullanılmıştır 3,4. LFP kayıtlarını analiz etmek, bu koşullarla ilişkili altta yatan patolojik mekanizmalar ve potansiyel terapötik stratejiler hakkında değerli bilgiler sunabilir.
Çift LFP kaydı, iki spesifik beyin bölgesi içinde ve arasında lokalize elektriksel aktiviteyi ölçmek için kullanılan bir tekniktir. Bu teknik, farklı beyin bölgeleri içinde ve arasında meydana gelen karmaşık nöral dinamikleri ve sinyal iletişimini araştırmak için değerli bir fırsat sağlar. Önceki çalışmalar, bireysel beyin bölgelerinin nöronal özelliklerindeki değişikliklerin tespit edilmesinin karmaşık olabileceğini, ancak bölgeler arası kortikal iletişimdeki değişikliklerin gözlemlenebileceğini ortaya koymuştur 5,6. Bu nedenle, çift LFP kaydının kullanılması, bu sorunu çözmek için güçlü bir yol sunar.
Hipokampal-prefrontal bağlantı, bilişsel işlevlerin modüle edilmesinde çok önemli bir rol oynar ve işlev bozukluğu çeşitli nörolojik bozukluklarla ilişkilendirilmiştir 7,8. Bu bölgelerin çift elektrot kayıtları, bu etkileşimler hakkında bilgi sağlayabilir. Ne yazık ki, bu alanlar arasında çift elektrotlu LFP kayıtları gerçekleştirme yöntemleri hakkında sınırlı bilgi mevcuttur. Ayrıca, ticari olarak temin edilebilen kayıt cihazları genellikle pahalıdır ve belirli deneysel tasarımlara uyarlanabilirlikten yoksundur. LFP’leri kaydetmek için geleneksel yöntem, kayıt cihazını bir hayvanın beynine implante edilen elektrotlara bağlamak için korumalı bir kablo kullanmayı içerir. Ancak bu yaklaşım, kaydedilen sinyallerin kalitesini ve güvenilirliğini etkileyen hareket artefaktlarına ve çevresel gürültüye karşı hassastır.
Bu protokol, fare hipokampusunda ve prefrontal korteksinde çift elektrotlu LFP kayıtlarının gerçekleştirilmesi için, hayvanın kafasına yerleştirilebilen düşük maliyetli, özel olarak tasarlanmış bir kafa sahnesi kullanarak kapsamlı bir prosedürü açıklar. Bu yöntemler, araştırmacıların iki ayrı serebral bölge içinde bölgeye özgü salınım modellerini araştırmalarını ve bu alanlar arasındaki bölgeler arası bilgi alışverişini ve bağlantıyı keşfetmelerini sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada sunulan protokol, hipokampus (HIP) ve prefrontal kortekste (PFC) ikili yerel alan potansiyellerinin (LFP’ler) eşzamanlı kaydı için özel olarak tasarlanmış özelleştirilmiş bir kafa aşaması oluşturma prosedürünü özetlemektedir. Bu protokolde sağlanan ayrıntılı adımlar, araştırmacıların hem her bölge içinde hem de HIP ile PFC arasındaki sinyal iletişimini kapsamlı bir şekilde incelemeleri için yeterli bilgi sunmaktadır.
Özel olarak tasarlanmış headstage…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Royal Melbourne Hastanesi Nörobilim Vakfı (A2087) tarafından desteklenmiştir.
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).
