Summary
هنا، نحن حاليا بروتوكول لسجل القياس البعدي اليكترونسيفالوجرامس (EEGs) من الانتقال بحرية الخنازير مباشرة في مكان قذر دون استخدام المسكنات، مما يجعل من الممكن لتسجيل أنماط EEG نموذجي أثناء غير-REM النوم، مثل مغزل رشقات نارية.
Abstract
يسمح الأسلوب تسجيل عالية الجودة اليكترونسيفالوجرامس (EEGs) من الانتقال بحرية الخنازير مباشرة في مكان قذر. نحن نستخدم نظام واحد-قناة المخ القياس البعدي في تركيبة مع الأقطاب القياسية هيدروجيل ذاتية اللصق. الخنازير هدأت دون استعمال المهدئات. وبعد الإفراج عنهم إلى مكان قذر، الخنازير تتصرف بشكل طبيعي — أنهم الشراب والنوم في نفس دورة كأشقائهم. وتستخدم مراحلها النوم لتسجيلات التخطيط الدماغي.
Introduction
الخنازير نظام نموذج ناشئ عن علم الأعصاب1. من أجل تعزيز البحوث متعدية الجنسيات، ونحن اخترع طريقة لتسجيل الدماغ غير الغازية، والسريرية من الخنازير غير المقيد2 (الشكل 1 و الشكل 2). شرطين أساسيين باستخدام متعدية لتسجيلات التخطيط الدماغي، فيما يتعلق بأنماط التخطيط الدماغي المرتبطة مع نضوج القشرية، منهجية غير الغازية، مماثلة للإعداد السريرية، والامتناع عن ممارسة الجنس من المهدئات أو التخدير. نظام القياس عن بعد واحد-القناة3 في تركيبة مع أقطاب لاصقة يمكن أن تكون ثابتة في حوالي 5 دقيقة بعد ذلك، وسوف يتعافى سريعاً من إجراء معالجة الخنازير ومزامنة التغذية والنوم السلوك لأن الطرف الآخر الخنازير والسبك.
على الرغم من أن هناك بالفعل محاولات لاستخدام تسجيلات التخطيط الدماغي غير الغازية من الحيوانات مخدراً4، تجري معظم دراسات المخ من الحيوانات مع النهج الغازية. هذه الأساليب لها آثار جانبية فيما يتعلق بعمليات تحريضية حول أقطاب مزروع5،6 ، وفي معظم الحالات، أنها تتطلب فصل الاجتماعي بين الحيوانات بسبب المكونات الخارجية لنظام التخطيط الدماغي مزروع. ومن ثم فمن الصعب ترجمة هذه البيانات إلى سياق السريرية. الحاجة إلى اتباع نهج متعدية الجنسيات أصبحت واضحة بحقيقة أنه ما زال لا يعرف كيف يمثل نضج الدماغ "طبيعية" أثناء وضع القشرية المبكر المخ السريرية، وغير الغازية7. هذه الفجوة في المعرفة بسبب التحديات التقنية المرتبطة بتسجيلات التخطيط الدماغي من الولادة قبل الأوان الرضع8. في نظم نموذج الحيوان، وأنماط التنمية القشرية المبكر بشكل أفضل موجوداً، حيث يولد معظم الحيوانات مع "الدماغ قبل الأوان" بالمقارنة مع التنمية البشرية القشرية9. بالإضافة إلى أنماط التنمية القشرية عبر الأنواع2مصانة، قد قد تبين مؤخرا أن تسجيلات التخطيط الدماغي من الرضع الخدج يمكن أيضا التنبؤ بالنتائج السريرية الفردية خلال10،الحياة بعد11. الأسلوب الموصوفة هنا مفيدة بشكل خاص للجوانب المتعدية لعلم الأعصاب التنموي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
جميع إجراءات أقرتها لجنة الأخلاقيات المحلية (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) ويتبع الاتحاد الأوروبي واللوائح الوطنية الألمانية (توجيه مجلس الجماعات الأوروبية، 86/609/ECC؛ تيرشوتزجيسيتز).
وأجريت جميع الإجراءات الحيوانية وفقا للمركز الطبي للنظام الأساسي للجنة رعاية الحيوان يوهانز جوتنبرج جامعة "ماينز".
1-الإعداد
- قبل التجربة، تحقق من وجود أي ضجيج في الخط والعثور موقع المناسب للإنشاء والهوائي. ضجيج الخط مرئياً كموجة جيبية بمعدل 50 أو 60 هرتز.
ملاحظة: يعتمد موضع الهوائي وخاصة المسافة بين المرسل والمتلقي على قوة انتقال النظام. النظام المتبع هنا قابل للتعديل. عدل إلى قوة منخفضة نسبيا، مع مجموعة نقل حوالي 3 م. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يضعف الإشارة أسوار معدنية في مكان قذر ويسبب تداخلات. وفي هذه الحالة، من الضروري وضع الهوائي داخل القفص المعدني. - استخدام طبل كابل لتوفير الإعداد مع خط السلطة. توصيل الكمبيوتر المحمول، ووحدة استقبال، ومحول تناظري إلى رقمي (إذا لزم الأمر) لنظام القياس المحدد الذي يتم استخدامه.
ملاحظة: نظام القياس المستخدم هنا إرسال البيانات الرقمية إلى المتلقي. هذا قد يكون مختلفاً بالنسبة للأنظمة الأخرى. - وضع أقطاب كهربائية، المواد اللاصقة، Q-النصائح، والمناديل، فضلا عن كتل خلط، في جدول منفصل.
- تحضير الأقطاب مع الكابلات قصيرة. للقيام بذلك، قطع الأقطاب ولحام لهم مرة أخرى بطول قصيرة قدر الإمكان، تبعاً لحجم الحيوان. الكابلات يجب أن تكون طويلة بما يكفي لربط مواقع التسجيل المطلوبة على رأسه مع وحدة التخطيط الدماغي القياس البعدي، يحيل بها البيانات. وينبغي ارتددنا الكابلات التي تكون طويلة جداً ومغطاة بالجلد لاصق سيليكون الاستومر. أطول من الكابلات التي يجب أن ارتددنا إجراء التصحيح سيليكون أكبر وأثقل.
2-خنزير صغير
- قبض خنزير صغير بالاستيلاء عليه في الساق أو في الصدر. الاحتفاظ بها، ويكون على بينه من أي التغوط أو التبول.
- إذا لزم الأمر، وضع علامة خنزير صغير مع عدد.
- التفاف خنزير صغير في منشفة. وسوف تهدئة خنزير صغير. كن على علم من الانهاك خنزير صغير.
- اضغط خنزير صغير مع يد واحدة في الجسم أو الساعد. استخدام اليد الأخرى لعقد الآنف. يكون على بينه من الانهاك خنزير صغير وتأكد من أنها حرة في التنفس بشكل صحيح.
3-كهربائي
- وقد شخص ثان إرفاق أقطاب كهربائية.
- تنظيف الجلد من التراب مع الماء أو الإيثانول. إذا لزم الأمر، حلق الرأس.
- قم بإزالة أي خلايا الجلد الميت مع جل التخطيط الدماغي الكاشطة وقطن. إزالة الهلام الكاشطة بعد ذلك. وبدلاً من ذلك، استخدم الصنفرة.
- إصلاح أقطاب لاصقة في الموقع المطلوب. ضع مسرى الأرض أعلاه المخيخ (بين الأذنين) ومسرى مرجع في الآنف. ضع مسرى التسجيل في الموقع المطلوب.
ملاحظة: في هذه الحالة، تسجيل القطب واحد وأجرى، نظراً لأن الإشارة كانت توضع في موقف محايد (الآنف). لا تتوفر أي نظام موحد للخنازير حتى الآن. هنا، تم استخدام وضع تسجيل الجدارية (بين العين والإذن) على الدماغ الحق في نصف الكرة الغربي. - قم بتوصيل الكابلات وحدة القياس. تشغيل الوحدة. الاعتماد على نظام القياس المستخدمة، قد يكون هذا تبديل مغناطيسي أو إشارة تنبيه تردد الراديو.
- تغطي وحدة القياس عن بعد وكافة الكابلات فضلا عن جميع الأقطاب مع المطاط سيليكون لاصقة الجلد المكون الثاني (انظر الجدول للمواد). عن طريق خلط كميات متساوية من كلا العنصرين، سوف يكون وقت المعالجة في نطاق الحد الأدنى 1 عيون والرموش لا ينبغي أن تكون مغطاة بالمطاط.
- الانتظار حتى يشفي تماما المطاط سيليكون.
- مكان في خنزير صغير مرة أخرى في مكان قذر.
- مراقبة خنزير صغير معرفة ما إذا كان فإنه تظهر عليه بوادر للانزعاج على مدى فترة أطول من الوقت (عدة دقائق).
4-قياس
- انتظر حتى خنزير صغير وتعافي ويبدأ في مزامنة سلوكها مع ذلك من الأشقاء (تغذية، اللعب، النوم)، عادة بعد 30 ثانية (الشكل 1).
- الانتظار لمراحل النوم، إذا رغبت في ذلك. وقت التسجيل يعتمد على مسألة علمية محددة. وهنا استخدمت جلسات تسجيل 10 دقيقة.
- إذا كانت وحدة القياس مغطى بأكثر من 2 الخنازير الصغيرة الأخرى، قد يكون الإشارة منخفضة جداً للمتلقي. بلطف دفع الخنازير بعيداً إذا هم نيام في الأعلى. يكون على بينه من السبك؛ قد رد فعل قوة.
- بدء التسجيل مع برنامج اقتناء البيانات (انظر الجدول للمواد).
5-إنهاء
- بعد القبض على التسجيل (عادة عدة ساعات)، خنزير صغير مرة أخرى كما كان هو موضح في الخطوة 2. يكون على بينه من السبك؛ قد رد فعل قوة.
- أرفع سيليكون المطاط على حافة واحدة برفق. ثم، قم بإزالة التصحيح كله من المطاط سيليكون تحتوي على أقطاب كهربائية ووحدة القياس. كن حذراً مع العينين في خنزير صغير.
- مكان في خنزير صغير مرة أخرى في مكان قذر.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
كنا قادرين على تسجيل أنماط التخطيط الدماغي النمطية المرتبطة غير النوم REM, مثل رشقات نارية باتجاه محور الدوران أو فرش دلتا، من الانتقال بحرية الخنازير (الشكل 1 و الشكل 2). نحن مهتمون معظمها في أنماط الممثل أثناء غير-REM النوم، لكن مراحل النوم REM مثل12 مع سعة منخفضة جداً كما كانت تسجل (الشكل 3). الفسيولوجيا ومقدار النوم REM اختلاف الأنواع13. مراحل REM قصيرة في نطاق بضع دقائق نموذجية للخنازير14. جودة التسجيل الجيد متاح أيضا أثناء الرضاعة (الرضاعة) (الشكل 4). أما بالنسبة للعب السلوك، يؤدي نشاط العضلات القوية للتحف العضلات؛ ومع ذلك، عوامل تصفية قد صممت لاستخراج عصابات EEG. كذلك الأدوات التحليلية المحتملة حسابات لكثافة الطاقة الطيفية أو أدوات تحليلية تركز على نشاط الشبكة، كما، على سبيل المثال، اقتران السعة المرحلة. يمكن أيضا استخدام هذه الأدوات التحليلية مع تسجيلات التخطيط الدماغي قناة واحدة.
الشكل 1: خنزير صغير نوم مع نظام التخطيط الدماغي القياس البعدي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: أنماط EEG نموذجي سجلت خلال مرحلة النوم خنزير صغير يتحرك بحرية، يستريح بجوار الأشقاء. هي أبرز الأحداث أربعة مربعات. من اليسار إلى اليمين، يظهر المربع الأول أنماط نموذجية بنشاط العضلات؛ على سبيل المثال، قصيرة تشنجات أثناء النوم، تتميز بكميات عالية من النشاط غاما بسرعة (أكثر من 80 هرتز) ومظهر يشبه الاندفاع. يظهر المربع الثاني حلقة فرشاة مثل دلتا، تتميز بالنشاط دلتا مع النشاط فرضه في نطاق ثيتا، وألفا. المربعين الثالث والرابع تظهر الحلقات قصيرة لأشعة غاما رشقات نارية (أحداث شبيهة المغزل النوم)، تتميز بمكونات تردد في نطاقات ألفا وبيتا وغاما. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: مراحل REM أثناء النوم. الأولى والثانية مربع إظهار مراحل نوم الموجه البطيئة. المربع الثالث يشير إلى مرحلة التخطيط الدماغي منخفضة سعة لما يقرب من 20 ثانية في المدة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: تتبع تسجيل 10 دقيقة التخطيط الدماغي خنزير صغير مياه الشرب (الرضاعة)- الحوض الصغير بعد 100 s سبب خسارة قصيرة للاتصالات اللاسلكية بين المرسل والمتلقي لنظام تسجيل EEG. وبعد ذلك، هناك بعض القطع الأثرية العضلات أو حركة. التحف العضلات تتسم بالاتساع الفرقة دلتا عالية جداً. وفي المقابل، ونشاط التخطيط الدماغي تتسم بانخفاض تدريجي للسلطة السعة من بطء سرعة الموجات (انظر، على سبيل المثال، بين 200 و 250 s). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هو خطوة حاسمة في البروتوكول الاتصال الجلد كافية مع الأقطاب، لا سيما مسرى الأرض، تحقيقا لتسجيلات مستقرة مع انخفاض مستوى الضجيج. وعلاوة على ذلك، منذ الخنازير رشيقة جداً، من المهم أن يشمل النظام بأكمله مع سيليكون المطاط لحماية الأقطاب ووحدة القياس. وعلاوة على ذلك، إذا كانت التجارب تجري في مستقر مع أرضية مضلعة، توخي الحذر مع الأجهزة الصغيرة أو الموصلات.
في حالة بقبضة غير كافية من أقطاب هيدروجيل ذاتية اللصق، محاولة إزالة كريم الكاشطة بقدر الإمكان. يتم استخدام طريقة بديلة لإزالة طبقة الجلد الميت الخارجي الصنفرة. المعالجة مسبقة مع الكحول ليس إلزامياً. يمكن تنظيف الجلد القذرة أيضا مع الماء. لا تستخدم شرائط الجص بدلاً من السيليكون مزدوجة الهيئة لإصلاح نظام القياس البعدي. شرائط الجص يمكن أن يسبب تهيج الجلد وعلامات ضخمة من عدم الراحة. على التخلص من الخنازير للنظام سريع جداً في هذه القضية.
تحديد الأسلوب هو الاستقرار في الأقطاب الكهربائية المائية. قد الجاف بعد بضع ساعات، أسفر عن فقدان جودة التسجيل. وعلاوة على ذلك، كما هو الحال مع جميع تقنيات التخطيط الدماغي، حركات قوية ترتبط عادة بالتحف العضلات في تسجيل التتبع (كما يتضح في الشكل 4). بالإضافة إلى ذلك، موضع جيدة للهوائي هامة للحد من الآثار التي قد تنجم عن سوء استقبال إشارة. يمكن أيضا أن يسبب أسوار معدنية تدخلات عالية التردد، مما أدى إلى فقدان تسلسل البيانات. التوصل إلى حل لهذه المشكلة وضع الهوائي داخل السياج المعدني في موقف أفضل. يمكن تقييم الموقف الأمثل للهوائي فقط في الميدان عن طريق التجربة والخطأ. السبك والخنازير الأخرى لا تؤدي إلى القطع الأثرية، لأن الخنازير يرتدي النظام عادة لا تسمح الأخرى الخنازير للتلاعب برؤوسهم. وهذا قد يكون مختلفاً بالنسبة للأنواع الأخرى.
الأسلوب أهمية خاصة للنهج المتعدية في علم الأعصاب. مع هذا الأسلوب، من الممكن استخدام التسجيلات غير الغازية دون تخدير. تسجيلات التخطيط الدماغي الناتجة مشابهة جداً للإعداد السريرية. التقنية قد تفتح إمكانيات جديدة لتوصيف الخدج EEG النضج عن طريق نظم نموذجية الحيوان. أبعد من ذلك، يمكن أيضا دراسة العديد من الأسئلة العصبية، لا سيما فيما يتعلق بإمكانات القشرية الميدانية، بهذا الأسلوب موسع. ومن ثم، الأسلوب لديه القدرة على الحد من عدد وخطورة من التجارب على الحيوانات في مجال علم الأعصاب.
في المستقبل، من المقرر التسجيلات مع قطب واحد أو أكثر. شرط أساسي هو التصغير من أقطاب كهربائية. وعلاوة على ذلك، مسألة الاستقرار الطويل الأجل من أقطاب كهربائية للابتكارات المستقبلية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
نود أن نشكر شو هلموت لإتاحة الفرصة لإجراء ابحاثنا في مكان قذر في Neumühle هوفجوت.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Disposable adhesive surface silver/silver chloride electrodes |
Spes Medica S.r.l., Genova, Italy |
Self adhesive hydrogel electrode | |
| Abralyt HiCl | Easycap GmbH | Abrasive cream | |
| Body Double fast | Smooth On Inc. | Skin adhesive silicone | |
| Telemetry system | Internal development | ||
| Picolog 1216 | Pico Technology | AD converter | |
| Laptop | Panasonic | Rugged laptop | |
| Receiver | Internal development |
References
- Conrad, M. S., Sutton, B. P., Dilger, R. N., Johnson, R. W. An in vivo three-dimensional magnetic resonance imaging-based averaged brain collection of the neonatal piglet (Sus scrofa). PLoS ONE. 9 (9), e107650 (2014).
- de Camp, N. V., Hense, F., Lecher, B., Scheu, H., Bergeler, J. Models for preterm cortical development using non invasive clinical EEG. Translational Neuroscience. 8, 211-224 (2017).
- Lapray, D., Bergeler, J., Dupont, E., Thews, O., Luhmann, H. J. A novel telemetric system for recording brain activity in small animals. Telemetry: Research, Technology and Applications. Barculo, D., Daniels, J. , Nova Science Publishers. 195-203 (2009).
- Kim, D., Yeon, C., Kim, K. Development and experimental validation of a dry non- invasive multi-channel mouse scalp EEG sensor through visual evoked potential recordings. Sensors. 17, 326 (2017).
- Moshayedi, P., et al. The relationship between glial cell mechanosensitivity and foreign body reactions in the central nervous system. Biomaterials. 35, 3919-3925 (2014).
- Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10, 066014 (2013).
- Hellström-Westas, L., Rosén, I. Electroencephalography and brain damage in preterm infants. Early Human Development. 81, 255-261 (2005).
- Lloyd, R. O., Goulding, R. M., Filan, P. M., Boylan, G. B. Overcoming the practical challenges of electroencephalography for very preterm infants in the neonatal intensive care unit. Acta Paediatrica. , 152-157 (2015).
- Clancy, B., Finlay, B. L., Darlington, R. B., Anand, K. J. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 28, 931-937 (2007).
- Iyer, K. K., et al. Cortical burst dynamics predict clinical outcome early in extremely preterm infants. Brain. 138, 2206-2218 (2015).
- Luhmann, H., de Camp, N., Bergeler, J. Monitoring brain activity in preterms: mathematics helps to predict clinical outcome. Brain. 138, 2114-2125 (2015).
- Dragomir, A., Akay, Y., Curran, A. K., Akay, M. Complexity measures of the central respiratory networks during wakefulness and sleep. Journal of Neural Engineering. 5, 254-261 (2008).
- Peever, J., Fuller, P. M. The biology of REM sleep. Current Biology. 27, R1237-R1248 (2017).
- Robert, S., Dallaire, A. Polygraphic Analysis of the sleep-wake states and the REM Sleep periodicity in domesticated pigs (Sus scrofa). Physiology & Behavior. 37 (2), 289-293 (1986).
