Abstract
세타 활동은 septohippocampal 시스템에서 생성되는 깊은 intrahippocampal 전극 이식 뇌파 (EEG) radiotelemetry 또는 테더 시스템 접근법을 사용하여 기록 될 수있다. 약리학, 해마 세타는 (이원론 이론 참조) 이기종이며, 유형 I과 유형 II 세타로 분화 될 수있다. 이러한 각각의 EEG 아형은 장애 세타 활동을 초래할 수와 같은 알츠하이머, 구조 및 septohippocampal 시스템의 기능 변경과 같은 신경 퇴행성 질환 등에 각성, 탐사, 학습과 기억, 높은 통합 기능, 특정인지 및 행동 상태에 관련 / 진동. 해마 EEG의 표준 정량 분석은 고속 푸리에 변환 (FFT) 기반의 주파수 분석을 포함한다. 그러나이 과정은 특히 일반 및 높은 조직 세타 진동에 세타 활동에 대한 세부 정보를 제공하지 않습니다. DETA를 얻기 위해서는해마에서 매우 조직 세타 진동에 ILED 정보, 우리는 새로운 분석 방법을 개발했습니다. 이러한 접근법은 고도로 조직화 세타 진동 및 주파수 특성의 기간의 시간과 비용 효율적인 정량화를 허용한다.
Introduction
뇌의 세타 활동은, 2 각성,주의, 자발적 운동, 탐색 행동, 주의력 행동, 학습 및 메모리, 체성 감각 통합, 빠른 안구 운동 (REM) 등 다양한인지 및 기능 상태, 1 잠과 관련이있다. 원칙적으로, 리듬 기업으로 세타 활동은 다양한 뇌 영역에서 발생 될 수 있으며, 높은 세타 진동으로 조직과 동기화됩니다. 아래에서는 세타 작동 / septohippocampal 시스템 (3), (4) 내에서 발생되는 진동의 정량 분석에 초점을 맞출 것이다. 격막 내에서 GABA 성, 글루타메이트 성 및 콜린성 뉴런 프로젝트 해마와 세타 진동 행동의 개시 및 유지 관리에 기여한다. 해마 세타 진동 즉, 격막 개시 여부에 대한 지속적인 논의가있다, 5, 6, 7.
에 관계없이 원산지, 해마 세타 진동은 특히 형질 전환 마우스 모델에서, 년 동안 관심의 초점이되고있다. 이러한 모델은 깊은 EEG 전극 이식을위한 구체적인 행동인지 작업 8 하에서 해마 세타 진동의 기록을 허용. 해마 세타 진동은 자연에서 이기종입니다. 세타 진동 소위 이원 이론에 기초하여, 하나는 아트로핀에 민감한 타입 II 쎄타 및 아트로핀 - 둔감 형 I 세타 9, 10, 11 사이를 구별 할 수있다. 후자는 일반적으로 무스 카린 M에 의해 유도 될 수있다 (1) / M
현재 시판 분석 소프트웨어 (P, MV 2) 빠른 FFT 기반 주파수 분석, 예를 들면, 전원의 분석을 허용또는 전력 스펙트럼 밀도 (PSD, 2 MV / Hz로). 전력 또는 세타 주파수 범위의 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) 분석은 활성 글로벌 개요를 제공한다. 그러나,인지 행동 관련 세타 활동에 대한 상세한 통찰력을 얻기 위해, 높은 조직 세타 진동의 분석이 필수적이다. 고도로 조직화 세타 진동의 평가는 신경 퇴행성 질환 및 신경 정신 분야의 중앙 중요하다. 대부분의 실험 질환 연구는 경막 외 표면 및 깊은 뇌내 뇌파를 기록하는 고도로 정교한 신경 외과 접근법을 이용하여 형질 전환 마우스 모델에서 수행된다. 이러한 기술은 모두 테더 시스템 16 radiotelemetric 설정 (17), (18)을 포함한다. 세타 진동 장기 기록 조건 하에서 자발적 행동 관련 세타 진동으로 기록 될 수있다. 또한, 세타 진동은 RECO 될 수 있습니다약물 유도를 다음뿐만 아니라 행동이나인지 작업에 또는 꼬리 곤란 등의 감각 자극에 동물의 노출을 다음 rded.
초기 세타 진동이 Csicsvari 등의 알에 의해 기술 된 특징을 접근한다. 19. 오랜 EEG 녹음에 적합하지 않습니다 - (50 분 15) 저자는 단기 세타 분석을위한 반 자동화 된 도구를 설계했습니다. 여기에 설명 된 우리의 방법은,> 48 시간 20 장기적 EEG 기록의 분석을 허용한다. Csicsvari 등은. 열은 또한 세타 - 델타 비율 지칭하지만 고도로 조직화 세타 진동의 측정을위한 임계 값이 제공되지 않는다. 델타와 세타 범위 정의는 우리의 주파수 범위 정의를 일치합니다. 명시 적으로 언급되지 않는 한 우리는 FFT 기반 방법 Csicsvari 동부 등에 의해 사용되는 것을 가정한다. 세타 델타 주파수 대역의 전력을 계산한다. 이우리는 훨씬 더 높은 정밀도로 생성 된 주파수 스케일 다수 (Δ 주파수 (F) = 0.05 Hz의 스텝)에 대하여 웨이블릿 기반의 진폭을 계산 이후 다시 분명히, 우리의 방법과 다르다. - 개별적으로 분석 EEG 에포크의 기간은 우리의 정의와 유사하다.
Klausberger 등은. 도 21은 또한 장기간의 EEG 레코딩의 분석 세타 델타 비율을 사용한다. 그러나, 우리의 접근 방식에 비해 세 가지 주요 차이가있다 : ⅰ) 뇌파 시대의 기간은, 더 이상 즉, 최소 6 s의는; ⅱ) 세타 델타 비 우리 임계치보다 높고, 서로 다른 주파수 범위의 정의와 관련되는, 4로 설정되고; 및 ⅲ) 전원 정의 (특히 매우 짧은 시간 윈도우에 대해 높은 정밀도 부족 대해 FFT 방식에 기초 할 가능성이 S, 즉, 250 Hz의 주파수)로 진동 5 사이클. 이러한 경우에서, 웨이블릿 기반의 절차를 더 권장된다.캐플란 등의 연구. 세타 델타 전력 비율을 무시하면서 22 단독 세타 전력을 계산 하였다. 따라서, 캐플란 22은 높거나 낮은 델타 수반인지 세타 풍부한 프로세스를 구별 할 수없는 접근.
다음 프로토콜에서, 우리는 확실하게 쥐에서 해마 EEG 녹화에서 매우 조직 세타 진동을 분석하기 위해 분석 웨이블릿 기반의 접근 방식을 제시한다. 이 절차가 자동으로 동작하기 때문에, 이것은 대용량 데이터 세트 장기적 EEG 측정에 적용 할 수있다.
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Protocol
모든 동물 실험은 지역 및 기관 동물 관리 협의회 (본 대학교, BfArM, LANUV, 독일)의 지침에 따라 수행 하였다. 또한, 모든 동물 실험은 우수한 법률, 예를 들어 11 월 24 일 1986 년 (6백9분의 86 / EEC)의 유럽 공동체위원회 지침 또는 개별 지역 또는 국가의 법률에 따라 실시 하였다. 특별한 노력이 사용 된 동물의 수뿐만 아니라, 이들의 고통을 최소화 하였다.
1. 동물 주택 및 EEG 촬영 조건
- 필터 상부 케이지 하우스 마우스 또는 개별적으로 환기 케이지를 사용합니다.
- 이식 동물과 원격 측정 기록에 적합한 특수 실험실 방에 통풍 캐비닛에 동물 시설에서 쥐를 전송합니다.
- 표준 상태 (22 ° C의 TEM에서, EEG 전극 이식 및 후속 등을 포함하여, 모든 동물 실험을 수행가능한 온도, 12 시간 / 12 시간 명암주기 50 ~ 60 % 상대 습도, 소음 감쇠 등) 18.
- 음식과 물을 광고 무제한으로 클리어 타입 II 폴리 카보네이트 케이지에서 4-3의 그룹의 무선 주파수 송신기 주입, 집 동물 이전. 이 스트레스의 원인과 이후의 실험과 결과를 방해 할 수 있으므로, 개인 마우스를 분리하지 마십시오.
- 오픈 주택 조건을 사용하지만, 대신 실험과 녹음 중에 통풍이 캐비닛을 사용하지 마십시오.
2. Radiotelemetric EEG 전극 이식 및 EEG 녹음
- 예를 들어 주입 마약, 예를 들어, ketaminehydrochloride / xylazinehydrochloride (100/10 ㎎ / ㎏, 복강, IP) 또는 흡입 마취제, 이소 플루 란 (17), (18)를 사용하여 마우스를 마취.
- 이소 플루 란 마취, 유도 C에 마우스를 위치~ 5 %의 이소 플루 란 및 0.8-1 %의 산소 또는 carbogen (5 % CO 2, 95 % O 2)와 hamber.
- 마취의 원하는 깊이를 제어 및 제거 시스템을 사용하여 이소 플루 란으로 실험 노출을 방지하기 위해 동물의 코 / 입에 실리콘 보호구를 놓는다.
- 주 사용 마취제를 사용 예를 들어, esketaminhydrochloride (100 ㎎ / ㎏, IP) 및 xylazinehydrochloride (10 ㎎ / ㎏, IP), 흡입 마취를 사용할 수없는 경우.
- 꼬리 핀치 반사, 발 핀치 반사, 호흡 속도를 확인하여 마취의 깊이를 모니터링합니다. 기관 삽관을 통해 인공 호흡 쥐에서 필요하지 않습니다.
- 동물의 뒤쪽에 피하 파우치로 무선 주파수 송신기를 이식.
- 두피로부터 체모를 제거하고 두 소독제, 즉, 70 % 에탄올 및 요오드 계 스크럽 면도 두피 전처리.
- 메스를 사용하여 만들nucheal 지역 이마에서 두피에 중간 선 절개.
- 목뒤 절개부터 수술 가위 수술 프로브를 사용하여 무딘 절개를 수행하여 동물의 후방 일측에 피하 파우치를 준비한다.
- 피하 주머니에 송신기를 삽입하고 유연한 송신기뿐만 아니라 주머니에 리드의 초과 길이를 입금. 수술 부위와 송신기 임플란트의 오염 방지에 특별한주의를 기울이십시오. 제대로 커튼을 사용하여 비 무균 지역에서 무균 격리.
- 정위 프레임, 예를 들면, 컴퓨터 3D 정위 장치의 실험 동물을 놓습니다. 코 클램프과 귀 막대를 사용하여 두개골을 수정합니다.
- 두개골에서 더 조직을 제거하고 두개골 봉합과 craniometrics 랜드 마크, 브레 그마 및 람다를 조명 0.3 % H 2 O 2와 두개골을 전처리.
- 선택의 좌표에 드릴 구멍최대 속도에서 압력이없는 모드에서 고속 신경 외과 드릴을 사용하여 (단계 2.6 참조).
참고 : 압력이없는 시추 피질을 드릴 헤드 손상의 갑작스러운 돌파구를 방지 할 수 있습니다. 개두술를 들어, 신경 외과 고속 드릴을 권장합니다. 0.5 mm, 전극 직경에 따라 - 0.3의 표준 드릴 헤드 직경을 선택합니다. - 조심스럽게 임피던스 직경 코팅 등 고려하여 전극의 종류를 선택
참고 파릴 렌 코팅 된 텅스텐 또는 스테인레스 전극이 가장 일반적이다. 전극 유형은 실험 조건에 따라 선택되어야한다. 선제 기동으로, 70 % 에탄올을 사용하기 전에 주입에 전극의 끝 부분을 소독. 전극 코팅은 가열 살균을 허용하지 않습니다. - intrahippocampal CA1 EEG 녹화를 들어, 다음 좌표 stereotaxically 구멍을 드릴 : 브레 그마를, -2 mm를; mediolateral, 1.5 mm (오른쪽 반구); dorsoventral, 1.3 mm (타지t 지역 : cornu의 ammonis (CA1) 피라미드 층). 기준 전극 들어 다음 정위 좌표 소뇌 피질 상기 구멍을 드릴 : 브레 그마, -6.2 mm, mediolateral 0 mm 단계; dorsoventral, 0mm.
참고 : 소뇌는 오히려 침묵하는 뇌 영역 인 것처럼 소뇌 전극하는 pseudoreference 전극 역할을한다. 정위 좌표는 표준 마우스 뇌지도 책에서 유래되었다. - 전극을 삽입하기 전에, 필요한 길이로 짧게. 기계적 송신기의 스테인레스 스틸 나선형으로 두개 외 전극의 일부를 클립.
참고 :이 시스템에 상당한 소음을 소개 할 수로 납땜은 피해야한다. - 정위 장치의 수직 암에 전극을 부착하고 상기 정위 좌표에 따라 전극을 삽입합니다.
- 유리 이오노머 시멘트를 사용하여 전극을 수정하고 시멘트가 완전히 경화 될 때까지 기다립니다.
- 두피를 닫습니다비 흡수성 봉합사 5-0 또는 6-0 재료로 오버 및 오버 봉합사를 사용.
- 수술 후 통증 관리를 위해 4 일 연속 포스트 이식을 위해 하루에 한 번 카프로 펜을 (5 ㎎ / ㎏, 피하, 사우스 캐롤라이나) 관리 할 수 있습니다. 그 카프로 펜은 초기 절개 (단계 2.2.2) 이전에 주입해야합니다.
- 녹음 및 / 또는 주입 실험이 시작되는 14 일 전 후 이식 - 동물 (10)에 대한 복구 할 수 있습니다.
세타 진동 및 약리 유도 3. 자발적인 녹음
- 자기 스위치를 사용하여 무선 주파수 송신기를 활성화. 수신기 접시에 홈 케이지로 동물을 놓습니다. 적어도 24 ~ 48 시간 동안 장기 해마 EEG 녹음을 수행합니다.
주 : EEG 진폭 장기 녹화 EEG 주파수 특성의 분석은 주기성 세타 진동 의존성 특정 행동 및 그들의 관계에 대한 통찰력을 제공 상세한인지 적 조건 / 작업. 항상 실험 동물의 비디오 모니터링 EEG 녹음을 결합한다. - 세타 진동 약물 유도, 우레탄 (800 ㎎ / ㎏ IP) 또는 무스 카린 수용체 작용제의 단일 투여 량, 예를 들어 필로 카르 핀 (10 ㎎ / ㎏ IP) arecoline (0.3 ㎎ / ㎏ IP) 또는 옥소 트레 모린의 단일 용량을 투여 (0.03 ㎎ / ㎏의 IP). 주변 무스 카린 반응을 방지하기 위해 N-methylscopolamine (0.5 밀리그램 / kg IP)로 쥐를 전처리. 갓 0.9 %의 NaCl 또는 벨소리 솔루션의 모든 약물을 용해.
참고 : 무스 카린 수용체 작용제의 높은 복용량은 실험 동물에서 발작 유도 될 수 있습니다. 또한 여기에 주어진 용량이 조사에서 마우스 라인 이전 용량 - 효과 연구를 필요로 랜드 마크를 나타내는 것을 고려합니다. 참고 우레탄 보관 및 취급에 적절한 예방 조치를 필요로하는 돌연변이 및 발암 물질이다. - 아트로핀을 주사 (50 ㎎ / ㎏, IP)은 아트로핀에 민감한 타입 II를 구별하기아트로핀를 구분 유형에서 나는 진동을 THETA.
참고 : 아트로핀 투여 량은 다시 종 - 및 변형에 의존 이전 용량 - 효과 평가가 필요합니다. 아트로핀 분사의 최적 시점은 무스 카린 수용체 작용제의 약물 동력학에 의존한다. 유형 II 세타의 식별을 위해, 아트로핀 주사 1 시간 우레탄 투여 후 좋습니다. - 전신 약물 투여 이후의 뇌파 기록에 영향을 미치는 글로벌 전사 및 번역 패턴을 변경하는 등, 여러 가지 약물의 후속 응용 프로그램을 피하십시오. 짧은 지속 세타 진동이 또한 tail- 또는 발-끼으로, 감각 자극에 의해 유발 될 수 있습니다.
- 추출 /인가되는 약물의 약동학 개별 연구 프로토콜의 요구를 고려하여 미리 위상 (기준) 및 ASCI 또는 TXT 파일 등 총 EEG 기록에서 포스트 분사 단계의 수출 나타내는 EEG 데이터 세트.
4.EEG 전극 위치의 확인
- 배양 챔버에 넣어서 동물을 안락사 100 %의 이산화탄소를 소개한다. 배양 챔버 내의 기존의 공기에 첨가 이산화탄소 분당 챔버 부피 10-30 %의 충전 속도를 사용; 이 동물에 대한 최소한의 스트레스와 빠른 무의식가 발생합니다.
- 호흡 정지가 발생 머 금고 눈 색깔은 2 ~ 3 분 동안 지속되면 챔버에서 마우스를 제거합니다.
- 스테인리스 전극 컷 무선 주파수 송신기 이식편. 가위 단두대를 사용하여 마우스를 목을 벨 및 수술 가위와 집게로 부드러운 조작에 의해 뇌 머리 뼈의 뇌를 제거합니다.
- 밤새 인산염 완충 생리 식염수 (PBS) (PH 7.4)에 4 % 파라 포름 알데히드의 머리를 고정합니다. cryoprotection를 들어, 추가 처리 할 때까지 4 ° C에서 그들을 30 % 포도당에 머리를 전송하고 저장합니다.
참고 : 파라 포름 알데히드는 2012 년 미국 산업 안전 보건 청 (OSHA) 하즈으로 위험한 것으로 간주됩니다ARD 통신 표준 (29 CFR 1910.1200). 필요한 예방 대책을 강구 할 것 : 개인 보호 장비를 사용, 적절한 환기를 확인하고 분진 형성을 피할 수 있습니다. 또한, 점화원을 제거하고 정전기 방전에 대한 예방 조치를 취할. 파라 포름 알데히드는 환경으로 배출 할 수 없습니다. - 접착제를 사용하여 저온 유지 장치의 조직 홀더에 추출 된 두뇌를 탑재하고 40로 머리를 잘라 - 75 μm의 코로나 조각. 유리 슬라이드에 슬라이스를 마운트 표준 조직 학적 절차를 사용하여 Nissl 블루로 얼룩; 이 절차를 이전의 전극의 위치를 반영하는 분기 유로를 시각화 할 것이다. vibroslicer를 사용하여 원시 뇌에서 관상 조각을 절단하는 것도 가능하다
- 올바른 EEG 전극의 배치 기준을 충족 만 동물을 통합; CA1 영역에 대해 깊은 전극의 끝은 CA1 피라미드 층 내부 지역화해야합니다.
- 녹음 CA1없이 사전 필터 차단과 적절한 샘플링 속도와 intrahippocampal 뇌파.
주 : 송신기 특정 샘플링 속도는, 상기 EEG 분석의 상위 주파수 한계를 결정한다. - 분석 소프트웨어를 사용하여 기록 된 데이터를 처리한다. 프로그램 시간 - 주파수 분석 및 분석 방법의 적절한 제어 (그림 5) 20 맞춤 절차에 계산.
- 1 시간 각각의 길이 섹션으로 기록 된 뇌파를 잘라. 계산 시간이 높기 때문에, 고속 컴퓨터 프로세서를 사용한다. 또한, 다수의 커널 (20)에 컴퓨팅을 병렬화 할 수있는 소프트웨어를 사용합니다.
6. EEG 데이터 분석
- 진동 주파수와 진폭 모두를 계산하는 복잡한 Morlet 웨이블릿을 이용하여 데이터 세그먼트를 분석한다.
참고 :이 웨이브 (예를 들어, Ψ (x)를 = (π 나)(- 1/2) EXP (2 I π C X) B는 대역폭 파라미터는 중심 주파수 C를 인 EXP (-x 2 / B), 그리고 허수 부)는 종종 EEG을 연구 문헌에서 적용된 데이터는 주파수 및 시간 (23), (24) 모두에서 최적의 해상도를 보장하고있다. - 아직 충분한 시간 해상도를 무시하지 않으면 서, 특히 중량이 주파수 해상도는 0.1 Hz의 레벨에 주파수의 차이를 구별 할 수있는 대역폭 및 중심 주파수가 파라미터 설정을 사용한다.
참고 : 감마 대역에서의 연결 과정이 25 짧은 지속하고,이 또한 세타 리듬에 대한 진정한 보유 할 수 있습니다. 따라서, 분석 방법은 적절한 시간 해상도를 고려해야합니다. - 상기 따라서 일반적인 델타 포함 0.1 Hz의 스텝 사이즈, 12 Hz에서 - 0.2의 주파수 범위에서 EEG 데이터를 분석Ta 및 알파 주파수 범위이다.
- 세타 진동의 표준 육안 검사를 대체 할 수있는 세타 주파수 아키텍처의 정교화를위한 자동화 된, 복잡한 분석 도구를 설정; 이 절차는 세타 검출 방식 (TDM)이라고한다.
- 세타 주파수 범위 (3.5-8.5 Hz) 단위로 최대 진폭의 지수 및 2.5의 각각의 시간 윈도우에 대한 상한 델타 주파수 범위에서의 최대 진폭 (2-3.4 Hz에서)를 계산.
참고 : 세타 진동이 발생하는 경우 측정이 결정으로이 지수의 값은 역할을한다. 세타 주파수 대역의 정의를 분석하도록 기능적 상태 신경 해부학 회로 / 시스템에 따라 달라질 수있다. - 이 세그먼트 동안 계산 된 비율이 1.5 이상이면 ", 세타 진동 시대 '로 세그먼트를 분류.
주 :이 최대 세타 진폭 관련 2.5의 EEG 동안 상부 델타 대역의 진폭보다 50 % 이상 높은 것을 보장분절. 비율이 사용되는 라인 및 / 또는 종에 따라 적응을해야 할 수도 있습니다. 2.5 (S)의 간격이 일정한 잡음 에포크의 위양성 탐지 방지 세타 발진에 대한 최소 지속 기간을 나타내고, 출판물 (19), (26)의 범위를 정의 내에있다. 생리 학적으로 관련 델타 활성이 높은 세타 활동 중에 적신 느린 파 수면 중에, 예를 들면, 비 - 쎄타 에포크 동안 했으므로 상부 델타 주파수 대역을 제어 대역으로 작용한다. - 매 1 시간 섹션에 대해이 절차를 반복; 따라서, 모든 섹션 2.5의 각각의 길이가 1,440 EEG 세그먼트로 구성되어 있습니다.
- 통계적 식별 세타 발진 에포크의 데이터를 평가한다.
- 검출 세타 시대의 총 지속 시간의 통계를 계산; 별개의 또는 사전 정의 된 그룹; 이러한 빛 / 어둠으로주기; 그리고 다른 매개 변수를 설정합니다.
참고 : Statistics 등 t 검정, ANOVA 또는 MANOVA 변수에 따라, 그룹의 수, 조건을 포함 할 수있다 - 검출 세타 에포크의 진폭의 통계를 계산하지만 세타 주파수 범위에서 (3.5-8.5 Hz에서).
- 검출 세타 에포크의 빈도의 통계를 평가하지만 세타 주파수 범위에서 (3.5-8.5 Hz에서).
주 : 쎄타 에포크의 세타 주파수 세타 에포크의 최대 진폭 세타 속하는 주파수로 정의된다.
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Representative Results
세타 활성은 중추 신경계 (CNS) 영역의 넓은 범위에서 기록 될 수있다. 여기서, 우리는 쥐의 해마에서 세타 진동의 분석을 제시한다. 이러한 진동은 다른 행동 및인지 상태 동안 발생할 수 있습니다. 매우 모두 자발적인 장기, 작업 관련 단기 및 약리학 적으로 유발 조건에서 세타 진동을 분석하는 것이 좋습니다.
도 1은 제어 조건의 대표 intrahippocampal CA1의 기록을 도시한다. 동물은 자연에 없으면 "세타 상태"라고 intrahippocampal EEG는 종종 큰 요철 진폭 (LIA) 활성을 특징으로한다. 무스 카린 수용체 작용제 (예 arecoline, 필로 카르 핀, 또는 우레탄) 아트로핀 (50 밀리그램 / kg, IP,도 1)에 의해 차단 될 수있는 고도로 조직화 세타 진동 결과의 관리.
(도 2) 2.5의 EEG 에포크를 분류 하였다. 이 분류에 기초하여, 자연 상태 또는 특정 행동인지 작업에서 세타 진동의 총 지속 시간을 정량화 할 수있다.
(약리 우레탄 / 아트로핀 세타 해부 용으로) 30 분 EEG 세그먼트를 분석하기 위해, 우리는 먼저 색상 - 상기 크기 (MV)를 표시 0.2-12 Hz의 주파수 범위에 대한 시간 - 주파수 분석을 수행 코딩 방식 (그림 3 A). 도 3 A의 분명하게 된 바와 같이, EEG (흰색 화살표)를 육안으로 확인 높은 진폭 세타 활동, 델타 주파수 범위의 낮은 진폭을 수반한다. 그 다음의 최대 진폭세타 (3.5-8.5 Hz에서) 및 델타 (2-3.4 Hz에서) 주파수 범위가 플롯 (그림 3 B). 체계적인 상관 관계 연구는 1.5를 초과하는 최대 델타 진폭에 최대 세타 진폭의 비율이 높은 조직 세타 진동 (그림 3 C)을 나타내는 것으로 나타났습니다.
그림 4는 우레탄 (그림 4 II에 흰색 원) 해마 세타 진동을 유도 할 수있는 방법을 보여줍니다. 우레탄은 무스 카린 수용체의 길항 작용으로 인해 유형 II 세타를 실행할 수있는 멀티 타겟 약물이다. 아트로핀 주사 (그림 4 III)에 따라,이 유형 II 세타 진동 (아트로핀에 민감한 세타 진동)이 폐지된다. 이는 무스 카린 수용체 작용제는 아트로핀 이외에 세타 발생 세타 봉쇄의 시간 특성에 영향을 미치는 개별 약동학 적 특성을 갖는 것으로 고려하는 것이 중요하다. 아트로핀를 구분 형 I 세타가 unaff 유지에 유의해야한다무스 카린 수용체 길항제에 의해 반사된다.
전체의 세타 검출 및 정량 도구의 요약은도 5에 도시되어있다. 이는 진폭, 주파수, 및 합계의 계산 결과 / 세타 기간을 의미한다. 이전에 설명한 기법과 대조적으로, 높은 정밀도로 웨이블릿 기반의 접근법을 사용한다. 여기에 설명 된 분석 도구는 응용 프로그램의 여러 분야가 있습니다. 세타 진동은 septohippocampal 시스템에서 생성되고 자주 알츠하이머 병의 예를 들면 신경 퇴행성 프로세스에 의해 손상된다. 알츠하이머 병 수많은 마우스 모델 동성 동형 및 예측 다를 것으로 설명되었다. 다른 세타 활동의 증가를 표시하는 도시 된 반면, 이들 모델의 일부는, 세타 활동의 감소를 나타내는 것으로보고되었고, 그 이유는 결정되어야 남아있다. 우리는 성공적으로 세타 검출 t을 적용OOL 알츠하이머 병 (8)의 5XFAD 모델에서 변경 세타 진동 구조를 특성화하기 위해 여기에 설명. 그러나, 간질 및 신경 정신 질환의 연구에 적용 할 수있다.
그림 1 : / 6 마우스 C57BL에 세타 진동. 자연 조건 (I) 및 다음 우레탄 주입에 따라 Radiotelemetric intrahippocampal CA1 기록 (800 ㎎ / ㎏, IP, II). 우레탄 주입 후, 고도로 조직화 세타 진동은 아트로핀 (50 밀리그램 / kg, IP)에 의해 차단 될 수있는 표시된다. 이 수치는 허가를 참조 (20)에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 : C57BL / 6 마우스에서 깊은 CA1 EEG 기록의 웨이블릿 기반의 분석. (A 및 B)는 두 개의 2.5의 EEG 에포크 시각적 각각 비 세타 세타 세그먼트로 분류 도시된다. (C 및 D) 진폭이 색으로 구분되고 함께 0.2-12 Hz의 범위에서 A와 B로 표시된 CA1 EEG 세그먼트의 시간 - 주파수 분석. 고도로 동기화 세타 진동 가진 세그먼트 6 Hz의 거의 일정한 주파수의 일정한 비 변동 높은 진폭 세타 특징 반면 C의 시간 - 주파수 분석은 주파수 및 시간에 관한 불규칙 변동 세타 아키텍처를 나타낸다. 최대 델타 진폭 최대 세타의 비율은 C에서 1.25 D에서 4.67이고, 명확하게 분류
그림 3 : 웨이블릿 기반 시타 검색 도구. (A) 30 분 EEG 세그먼트의 시간 - 주파수 분석 우레탄 투여 기록되어있는 (도시되지 않음). 복소 Morlet 웨이블릿 기반 분석 진폭 (MV) 인 색으로 구분하여, 0.2-12 Hz의 범위에서 수행 하였다. (B)이 이미지 세타 주파수 대역 (3.5-8.5 ㎐, 녹색), 30 분 EEG 세그먼트 상부 델타 대역 (적색 2-3.4 Hz에서)의 최대 진폭을 표시한다. (C)는이 도면은 최대 세타 진폭의 비를 나타낸다(B 녹색)와 (B 빨간색) 최대 델타 진폭. 높은 동기화 세타 진동 권한으로,이 그림은 참조 (20)에서 재 인쇄 된 C에서 초과 임계 비율과 상관 관계가 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : 약리학 유도, 높은 조직 세타 진동의 웨이블릿 기반의 분석. 주제 30 분 EEG 세그먼트 (도시되지 않음)는 진폭 (MV) 인 컬러 코드와 0-12 Hz의 주파수 범위에서 분석한다. 800 ㎎ / ㎏, IP에서의 우레탄 주입은 약 6 Hz에서 (흰색 원)의 지배적 인 주파수, 높은 조직 세타 진동의 파편이 발생 결과. 에서 다음50 ㎎ / ㎏, IP에서 ropine 주입,이 세타 진동이 폐지된다. 이 수치는 허가, 참조 (20)로부터 재판되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5 : 쥐 CA1에서 기록 된 높은 조직 세타 진동의 정량화를 나타내는 흐름도. 타입 II 세타 진동은 제어 기록 (위상)와, 포스트 분사 (예를 들면, 우레탄, arecoline 또는 필로 카르 핀) 단계 및 후 아트로핀 단계 (A1)를 사용하여 분석 될 수있다. 각 단계에서 30 분 EEG 세그먼트 (A2)은 웨이블릿 기반 방식 (B1 및 B2)를 사용하여 0.2-12 Hz의 범위에서 분석 시간 - 주파수이다. 다음으로, 세타 segment 검출 2.5의 각각 세타 범위의 시간 - 주파수 특성 (3.5-8.5 Hz에서, C2) 및 EEG의 신 (新) 시대의 상한 델타 범위 (2-3.4 Hz에서, C3)에 대해 자세히 살펴주고, (C1) 시작 (C4와 C5). 이어서, 진폭의 최대 값 (C6 및 C7)을 묘사 쎄타 및 델타 주파수 범위에 걸쳐 분석한다. 세타 / 델타의 최대 진폭이 1.5을 초과하면, 2.5의 EEG 세그먼트 정의 진폭 및 주파수 (D1-D3)과 고도로 조직화 세타 진동 (C8)의 시대로 분류된다. 이 세타 검색 도구는 세타 진동 아키텍처 (E1)의 정량이 가능합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
세타 활동은 전신 신경 생리학 중앙 관련이있다. 이는, 특히 그것이 특정 행동인지의 상태와 관련이 해마, 다양한 뇌 영역에서 관찰 될 수있다. 또한, 해마 세타는 약리학 아트로핀에 민감한 타입 II와 아트로핀를 구분 형 I 세타로 분화 될 수있다. 타입 I은 걷기 또는 실행 운동에 관련 될 것으로 생각되는 27, 28, 29, 30, 31, 타입 II가 경보 - 부동 상태 27, 28, 29, 30 일 동안 관찰 될 수있는 반면. 경보 - 부동 상태 예 32, 간헐적 랜덤 톤 또는 촉각 자극에 의해 유도 될 수있다. 유형 II 세타는 파 관련이있다ssive 전신 회전 14. 역설 수면 중에 모두 아트로핀 민감하고 아트로핀 방지 세타 리듬은 33 존재한다. 휴식 - 부동 상태는 큰 불규칙한 활동 (LIA) (27)을 특징으로한다.
일반적으로 진동은 세타 (필로 카르 핀, arecoline, 옥소 트레 모린 등 우레탄과 같은 무스 카린 수용체 길항제의 응용 프로그램을 통해, 예) 약물 유도 다음과 같은 자연 조건 하에서 기록 될 수 있지만. 그 참고 약동학, 우레탄 타입 II 세타 향상뿐만 아니라 타입 I 세타을 억제 할 수있는 다중 표적 약물이다. 반대로, 필로 카르 핀은 arecoline 및 선택적으로 II 형 세타 유도 옥소 트레 모린. 세타 진동이 발생할 때까지 사용 된 무스 카린 작용제의 약동학에 따라, 시간의 가변 량을 얻어. 타입 II는 아트로핀에 의해 효과적으로 차단 될 수있다. 비판적의 할 일무스 카린 작용제와 길항제의 현인은 유도 블록 타입 II 세타 진동은 종 - 및 변형 따라 달라집니다. 따라서, 세타 진동의 유도를 위해 특정 과학적 질문에 대한 자신의 막힘에 대한 최적 투여 량을 푸는 효과 연구를 수행하는 절대적으로 필수적이다. 짧은 지속 세타 진동은 또한 tail- 또는 발-끼와 같은 감각 자극에 의해 유도 될 수있다.
일반적 세타 활동의 특징을 가지 접근 방법이있다. 연속 또는 불연속 (주파수 대역 관련) 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) 분석 / 플롯이나 개별 주파수 대역에 대한 전력 분석 결과 FFT 기반 접근은 주파수 특성에 대한 유용한 정보를 제공하는 표준 접근법이다.
그러나, 세타 아키텍처에 더 복잡한 통찰력을 얻기 위해, 부가적인 방법이 필요할 것으로 보인다. 특히, 하나는 다른 기관에 관심이있을 수 있습니다izational 세타의 상태와 상기 절차에 의해 직접적으로 정확하게 평가 할 수없는 자신의 주파수. 대조적으로, 여기에 제시된 새로운 분석 기술은 웨이블릿 기반의 고도로 조직화 단기 세타 진동을 평가할 수있다. 또한 발작 불연속 세타 활동을 고려 표준 세타 전력에 대응하지 않는다. 초점 세타 에포크 전형적인있는 EEG 데이터에 특정 시간 - 주파수 특성을 유도하는 것이다. 따라서, 새로운 방법은 세타 시대의 위양성 분류를 방지 할 수 있습니다. 자동화 된 절차는 오래 지속 EEG 데이터 세트의 평가를 보장하기 때문에 장기간 공부하는 동안 생리주기 (빛 / 어둠 사이클 또는 일주기 리듬 성)의 신뢰성있는 통계 비교를 포함한다.
이 프로토콜은 특히 characteri에서 신경 퇴행성 질환의 동물 모델에서 얻은 EEG 데이터의 분석에 특히 중요하다septohippocampal 매우 조직 세타 아키텍처와 다른 신경 시스템의 zation. 복잡하고 고정밀 세타 분석 향후 EEG 바이오 마커로서 작용할 수 EEG 지문을 결정하는데 도움을 줄 수있을 것이다.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Carprofen (Rimadyl VET - Injektionslösung) | Pfizer | PZN 0110208208 | 20ml |
| binocular surgical magnification microscope | Zeiss Stemi 2000 | 0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000 | |
| Dexpanthenole (Bepanthen Wund- und Heilsalbe) | Bayer | PZN: 1578818 | |
| drapes (sterile) | Hartmann | PZN 0366787 | |
| 70% ethanol | Carl Roth | 9065.5 | |
| 0.3% / 3% hydrogene peroxide solution | Sigma | 95321 | 30% stock solution |
| gloves (sterile) | Unigloves | 1570 | |
| dental glas ionomer cement | KentDental /NORDENTA | 957 321 | |
| heat-based surgical instrument sterilizer | F.S.T. | 18000-50 | |
| high-speed dental drill | Adeor | SI-1708 | |
| Inhalation narcotic system (isoflurane) | Harvard Apparatus GmbH | 34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230 | |
| Isoflurane | Baxter 250 ml | PZN 6497131 | |
| Ketamine | Pfizer | PZN 07506004 | |
| Lactated Ringer's solution (sterile) | Braun | L7502 | |
| Nissl staining solution | Armin Baack | BAA31712159 | |
| pads (sterile) | ReWa Krankenhausbedarf | 2003/01 | |
| Steel and tungsten electrodes parylene coated | FHC Inc., USA | UEWLGESEANND | |
| stereotaxic frame | Neurostar | 51730M | ordered at Stoelting |
| (Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic) | |||
| tapes (sterile) | BSN medical GmbH & Co. KG | 626225 | |
| TA10ETA-F20 | DSI | 270-0042-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 2.5 mV, channel bandwidth (B) 1 - 200 Hz, nominal sampling rate (f) 1,000 Hz (f = 5B) temperature operating range 34 - 41 °C warranted battery life 4 months |
| TL11M2-F20EET | DSI | 270-0124-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 1.25 mV, channel bandwidth (B) 1 - 50 Hz, nominal sampling rate (f) 250 Hz (f = 5B) temperature operating range 34 - 41 °C warranted battery life 1.5 months |
| Vibroslicer 5000 MZ | Electron Microscopy Sciences | 5000-005 | |
| Xylazine (Rompun) | Bayer | PZN: 1320422 | |
| Matlab | Mathworks Inc. | programming, computing and visualization software | |
| SPSS | IBM | statistical analysis software |
References
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