Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex

Dechuan Sun; Mona Amiri; Luke Weston; Chris French

doi:10.3791/66003

Podwójne nagrania zewnątrzkomórkowe w hipokampie myszy i korze przedczołowej myszy

JoVE Journal
Neuroscience

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Neuroscience

Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex

Podwójne nagrania zewnątrzkomórkowe w hipokampie myszy i korze przedczołowej myszy

Full Text

2,079 Views

04:44 min

February 16, 2024

DOI: 10.3791/66003-v

Dechuan Sun^1,2, Mona Amiri¹, Luke Weston^1,2, Chris French¹

¹Neural Dynamics Laboratory, Department of Medicine,The University of Melbourne, ²Department of Electrical and Electronic Engineering,The University of Melbourne

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol details the use of a custom-designed recording device and electrodes to perform dual, electrode local field potential (LFP) recordings in the mouse hippocampus and prefrontal cortex. The study investigates the impact of drug administration on LFP characteristics, contributing to our understanding of cognitive functions in these brain areas.

Key Study Components

Area of Science

Electrophysiology
Cognitive Neuroscience
Neuropharmacology

Background

Local field potentials are crucial for understanding neural communication.
Research in the hippocampus and prefrontal cortex aids in elucidating cognitive processes.
The study utilizes a low-cost and ultra-light device for high-signal noise recordings.
This protocol supports understanding interregional communication in cognitive research.

Purpose of Study

To establish a method for investigating drug effects on LFP properties.
To facilitate recording and analyzing neural signals across different brain regions.
To provide a protocol that enhances the understanding of brain function through recorded LFPs.

Methods Used

The study utilizes a custom-designed recording device for LFP recordings.
Mouse subjects are used as a biological model, specifically focusing on hippocampus and prefrontal cortex regions.
The protocol involves precise implantation of electrodes following surgical procedures.
A comprehensive recording setup is initiated after a recovery period, followed by drug administration and subsequent signal recording.
Detailed electrode preparation and alignment instructions ensure optimized signal acquisition.

Main Results

Significant reductions in gamma band power were observed following administration of retigabine and clozapine.
Four aminopyridine administration resulted in increased gamma band power and coherence in the targeted brain areas.
Findings underscore the impact of drugs on LFP characteristics, suggesting alterations in neural communication.

Conclusions

This study demonstrates a valuable approach to investigate the effects of pharmacological agents on local field potentials.
Insights gained could inform understanding of cognitive functions and interregional brain connectivity.
The protocol holds promise for future studies exploring the neuronal mechanisms underlying cognition and pharmacological influences.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using this custom recording device?

This device is designed to be low-cost and ultra-light, making it ideal for cognitive research in mice while ensuring high-signal noise ratios.

How are the electrodes implanted in the mouse?

Electrodes are surgically implanted following a specific protocol that includes anesthetizing the mouse, making incisions, and careful placement according to anatomical landmarks.

What types of data are collected using this protocol?

The protocol allows for the collection of local field potentials from specific brain areas, providing insights into neural communication and the effects of pharmacological agents.

How can this method be adapted for other studies?

The custom design can be modified to include different electrode configurations or to study other brain regions, making it versatile for various research questions.

What limitations should researchers consider when using this protocol?

Researchers should consider the need for precision in electrode placement and the effects of anesthesia on neural activity during data collection.

How does this study contribute to understanding cognitive processes?

By revealing how drug administration affects local field potentials, this study enhances understanding of the neural mechanisms underlying cognitive processes in the brain.

What role do local field potentials play in neuroscience research?

Local field potentials are essential for studying synaptic interactions and brain communication, providing a window into the functional state of neural circuits.

Ten protokół opisuje użycie specjalnie zaprojektowanego urządzenia rejestrującego i elektrod do rejestrowania lokalnych potencjałów pola i badania przepływu informacji w hipokampie myszy i korze przedczołowej.

W badaniu tym przedstawiono kompleksowy protokół wykonywania podwójnych, elektrodowych zapisów LFP w hipokampie myszy i korze przedczołowej w celu zbadania wpływu leków na właściwości LFP w tych obszarach. Protokół ten zapewnia tanie i ultralekkie urządzenie rejestrujące sygnały mózgowe, które jest w pełni zoptymalizowane pod kątem badań poznawczych na myszach. Badanie to dostarcza środków do rejestrowania sygnałów o wysokim współczynniku szumu sygnału w różnych regionach mózgu, ułatwiając badanie międzyregionalnej komunikacji informacyjnej w mózgu.

Na początek przytnij druty wolframowe pokryte politetrafluoroetylenem na określone długości dla kory przedczołowej, hipokampa i elektrody uziemiającej. Pokrój mosiężną rurkę na trzymilimetrowe segmenty. Za pomocą zapalniczki usuń dwa milimetry powłoki na końcu każdego drutu, a następnie bezpiecznie drut elektrody do mosiężnej rurki.

W przypadku elektrody uziemiającej ze stali nierdzewnej M1.2 do elektrody i nałóż topnik na bazie kwasu fosforowego na, aby poprawić. Na początek umieść znieczuloną mysz na poduszce grzewczej i zabezpiecz ją w ramce stereotaktycznej. Wykonaj ośmiomilimetrowe nacięcie wzdłuż linii środkowej skóry głowy i usuń tkankę łączną z tego obszaru.

Ustaw punkty orientacyjne bregma i lambda na tym samym poziomie, aby uzyskać dokładne umieszczenie elektrody. Następnie wywierć otwory na elektrody odniesienia lub uziemiające, kotwiące i elektrody aktywne jako określone współrzędne. Przymocuj wykonaną na zamówienie elektrodę do ramienia ramy stereotaktycznej i upewnij się, że jest prostopadła do mózgu.

Wszczepić elektrodę w obszar CA1 hipokampa. Następnie użyj mocnego kleju i cementu dentystycznego, aby zabezpieczyć elektrody. Włóż dwie kotwiące o średnicy 1,2 milimetra, aby zapobiec ruchowi.

Następnie umieść elektrodę odniesienia lub uziemiającą w bezpośrednim kontakcie z oponą twardą, dwa milimetry do tyłu i dwa milimetry jednostronnie do punktu orientacyjnego lambda. Podłącz mosiężną rurkę elektrod do wielokanałowego złącza gniazda, umieszczając elektrodę uziemiającą pośrodku. Użyj rurki termokurczliwej o średnicy 0.8 milimetra na zewnątrz środkowego kołka w celu izolacji.

Zabezpiecz elektrody, kotwiące i łączniki klejem i cementem dentystycznym i pozwól zwierzęciu dojść do siebie. Na początek wszczepij elektrody w hipokampie i korze przedczołowej myszy. Po tygodniowym okresie rekonwalescencji umieść zwierzę w małej komorze rejestracyjnej w klatce Faradaya, aby zmniejszyć zewnętrzne zakłócenia elektryczne.

Podłącz niestandardowy stopień główny do nagrywania. Otwórz oprogramowanie do nagrywania i wybierz częstotliwość próbkowania 2,00 kiloherca. Następnie wybierz każdy kanał i naciśnij spację, aby wyłączyć wszystkie kanały z wyjątkiem 13 i 20.

W oknie przepustowości sprzętowej ustaw dolną przepustowość na dwie herce, a górną przepustowość na 100 herców. Ustaw filtr dolnoprzepustowy na 100 herców, a filtr górnoprzepustowy na dwa herce w oknie filtrowania programowego. Aby wybrać ścieżkę przechowywania, kliknij wybierz nazwę pliku, a następnie kliknij Nagraj, aby rozpocząć nagrywanie.

Rozpocznij każdą sesję nagraniową od 10-minutowego okresu przyzwyczajenia, po którym następuje 15-minutowy podstawowy zapis elektroencefalogramu. Po zapisie wyjściowym należy podać lek we wstrzyknięciu dootrzewnowym i kontynuować zapis przez dodatkowe 30 minut bez zwłoki. Podawanie soli fizjologicznej nie wpływało na lokalne potencjały polowe, widma mocy ani koherencję hipokampa i kory przedczołowej.

Zarówno retygabina, jak i klozapina wykazały znaczne zmniejszenie mocy pasma gamma w hipokampie i korze przedczołowej, a także w hipokampie pasma gamma i koherencji kory przedczołowej. W przeciwieństwie do tego, cztery aminopirydyny wykazywały zwiększoną moc pasma gamma w hipokampie i korze przedczołowej, czemu towarzyszyła zwiększona koherencja w paśmie gamma między tymi dwoma regionami.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos