Summary
Qui, presentiamo un protocollo per registrare telemetrici elettroencefalogrammi (EEG) di muoversi liberamente suinetti direttamente nel porcile senza l'uso di sedativi, rendendo possibile registrare tipico pattern EEG durante non - REM del sonno, come mandrino scoppia.
Abstract
Il metodo permette la registrazione di alta qualità elettroencefalogrammi (EEG) di muoversi liberamente suinetti direttamente nel porcile. Usiamo un sistema telemetrico elettroencefalografia un canale in combinazione con gli elettrodi autoadesivi standard idrogel. I suinetti sono calmati giù senza l'uso di sedativi. Dopo il loro rilascio in porcile, i suinetti si comportano normalmente — bevono e dormire nello stesso ciclo come i loro fratelli. Loro fasi di sonno sono utilizzati per le registrazioni di EEG.
Introduction
Suinetti sono un sistema di modello emergente per neuroscienza1. Al fine di rafforzare la ricerca traslazionale, abbiamo inventato un metodo per registrare EEGs non invasiva, clinica da sfrenato suinetti2 (Figura 1 e Figura 2). Due prerequisiti per un uso traslazionale di registrazioni di EEG, per quanto riguarda i modelli di EEG connessi con maturazione corticale, sono una metodologia non invasiva, paragonabile alla regolazione clinica e l'astinenza di sedativi o anestesia. Un canale telemetria system3 in combinazione con elettrodi autoadesivi può essere fissato in circa 5 min. in seguito, i suinetti saranno recuperare rapidamente dalla procedura di gestione e sincronizzare la loro alimentazione e sonno comportamento a quello degli altri la scrofa e porcellini.
Anche se ci sono già i tentativi di utilizzare le registrazioni di EEG non invasivo da animali sedati4, maggior parte dei studi di elettroencefalografia da animali sono condotti con approcci invasivi. Questi metodi hanno effetti collaterali per quanto riguarda i processi infiammatori intorno al5,di elettrodi impiantati6 e, nella maggior parte dei casi, richiedono una separazione sociale degli animali a causa di componenti esterni del sistema EEG impiantato. Quindi, la traduzione di questi dati nel contesto clinico è difficile. La necessità di approcci traslazionale sta diventando chiaro dal fatto che non è ancora noto come una maturazione "normale" del cervello durante lo sviluppo corticale iniziale è rappresentata da elettroencefalografia clinica, non-invasivo7. Questo divario di conoscenza è causato da problemi tecnici connessi con le registrazioni di EEG da pretermine babies8. Nei sistemi di modello animali, modelli di sviluppo corticale precoce meglio sono accessibili, poiché la maggior parte degli animali sono nati con un "cervello pretermine" rispetto umano sviluppo corticale9. Oltre a modelli conservati dello sviluppo corticale attraverso specie2, recentemente è stato dimostrato che le registrazioni di EEG da bambini prematuri possono anche prevedere il risultato clinico individuale durante la successiva vita10,11. Il metodo qui descritto è particolarmente utile per gli aspetti traslazionali della neuroscienza inerente allo sviluppo.
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Protocol
Tutte le procedure sono state approvate dal comitato etico locale (n. 23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) e seguirono l'europea e disposizioni nazionali tedesche (Comunità Consiglio direttiva europea 86/609/CEE; Tierschutzgesetz).
Animale tutte le procedure sono state eseguite in conformità con il Medical Center di regolamenti del Comitato Johannes Gutenberg-Universität Mainz cura degli animali.
1. installazione
- Prima dell'esperimento, è necessario controllare per eventuali disturbi sulla linea e trovare una posizione adeguata per il set-up e l'antenna. Rumore di linea è visibile come una sinusoide 60 o 50 Hz.
Nota: Il posizionamento dell'antenna e soprattutto la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore dipende la forza di trasmissione del sistema. Il sistema utilizzato qui è regolabile. È stato registrato a una potenza relativamente bassa, con un raggio di trasmissione circa 3. Inoltre, le recinzioni metalliche in porcile possono smorzare il segnale e causare interferenze. In questo caso, è necessario posizionare l'antenna all'interno della gabbia di metallo. - Utilizzare un cavo tamburo per fornire il set-up con alimentazione di rete. Collegare il computer portatile, l'unità di ricezione e il convertitore analogico-digitale (se necessario) per il sistema di telemetria specifico che viene utilizzato.
Nota: Il sistema di telemetria utilizzato qui inviati dati digitali al ricevitore. Questo potrebbe essere diverso per altri sistemi. - Posizionare gli elettrodi, i collanti, i Q-tips e le salviettine, come pure i blocchi di miscelazione, su una tabella separata.
- Preparare gli elettrodi con cavi corti. Per effettuare questa operazione, tagliare gli elettrodi e saldarli nuovamente con una durata più breve possibile, a seconda delle dimensioni dell'animale. I cavi devono essere abbastanza a lungo per collegare le posizioni di registrazione desiderata sulla testa con l'unità di EEG telemetrico, trasmissione dei dati. Cavi troppo lunghi devono essere indietreggiò e rivestiti di pelle in silicone adesivo elastomero. Cavi più lunghi che devono essere indietreggiò rendono la patch in silicone più grandi e pesanti.
2. porcellino
- Prendere un maialino afferrando e alla gamba o al torace. Tenerlo ed essere consapevoli di ogni defecazione o la minzione.
- Se necessario, contrassegnare il maialino con un numero.
- Avvolgere il porcellino in un asciugamano. Il maialino si calmerà. Essere consapevoli di surriscaldamento il maialino.
- Tenere il maialino con una mano il corpo o l'avambraccio. Usare l'altra mano per tenere il muso. Essere consapevoli di surriscaldamento il maialino e assicurarsi che sia libera di respirare correttamente.
3. elettrodi
- Avere una seconda persona collegare gli elettrodi.
- Pulire la pelle dallo sporco con acqua o etanolo. Se necessario, radersi la testa.
- Rimuovere le cellule morte della pelle con un gel di EEG abrasivo e un q-tip. Rimuovere il gel abrasivo in seguito. In alternativa, utilizzare carta vetrata.
- Difficoltà elettrodi autoadesivi nella posizione desiderata. Posizionare l'elettrodo di terra sopra il cervelletto (tra le orecchie) e l'elettrodo di riferimento sul naso. Posizionare l'elettrodo di registrazione nella posizione desiderata.
Nota: In questo caso, una registrazione unipolare è stata effettuata, perché il riferimento è stato collocato in una posizione neutrale (naso). Non c'è nessun sistema standardizzato disponibile per suinetti fino ad ora. Qui, una posizione di registrazione parietale è stata usata (tra l'occhio e l'orecchio) sull'emisfero del cervello destro. - Collegare i cavi per l'unità in telemetria. Accendere l'unità. A seconda del sistema di telemetria utilizzato, questo potrebbe essere un interruttore magnetico o un segnale di sveglia radio frequenza.
- Coprire l'unità di telemetria e tutti i cavi così come tutti gli elettrodi con gomma di silicone adesivo bicomponente pelle (Vedi Tabella materiali). Mescolando quantità uguali di entrambi i componenti, il tempo di polimerizzazione sarà nella gamma di 1 min. occhi e ciglia non devono essere coperto con la gomma.
- Attendere che la gomma di silicone è completamente guarita.
- Riposizionare il porcellino nel porcile.
- Osservare il maialino per vedere se sta mostrando segni di disagio su un periodo più lungo di tempo (alcuni minuti).
4. misurazione
- Attendere che il maialino ha recuperato e inizia a sincronizzare il comportamento con quello dei suoi fratelli (alimentazione, giocare, dormire), di solito dopo 30 s (Figura 1).
- Attendere per fasi di sonno, se lo si desidera. Il tempo di registrazione dipende la questione scientifica specifica. Qui, sono state usate le sessioni di registrazione di 10 min.
- Se l'unità in telemetria è coperto da più di 2 altri suinetti, il segnale potrebbe essere troppo basso per il ricevitore. Spingere delicatamente i suinetti distanza se stanno dormendo sulla parte superiore. Essere consapevoli della scrofa; esso potrebbe reagire aggressivamente.
- Avviare la registrazione con il software di acquisizione dati (Vedi Tabella materiali).
5. finitura
- Dopo la registrazione (di solito diverse ore), prendere nuovamente il maialino come è stato descritto nel passaggio 2. Essere consapevoli della scrofa; esso potrebbe reagire aggressivamente.
- Sollevare delicatamente la gomma di silicone a un bordo. Quindi, rimuovere la patch intera della gomma di silicone contenente gli elettrodi e l'unità in telemetria. Siate cauti con gli occhi di porcellino.
- Riposizionare il porcellino nel porcile.
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Representative Results
Siamo stati in grado di registrare tipico pattern EEG associate con non - REM del sonno, come mandrino scoppi o spazzole di delta, di muoversi liberamente suinetti (Figura 1 e Figura 2). Siamo stati per lo più interessati a modelli di rappresentanza durante non - REM del sonno, ma sono state anche fasi di sonno REM-come12 con una bassissima ampiezza registrata (Figura 3). La fisiologia e la quantità di sonno di REM differire tra specie13. Brevi fasi di REM nell'intervallo di pochi minuti sono tipici per suini14. Registrazione di buona qualità era disponibile anche durante l'allattamento (allattamento) (Figura 4). Per quanto riguarda la riproduzione di comportamento, attività muscolare forte conduce agli artefatti muscolari; Tuttavia, i filtri sono stati progettati per estrarre bande EEG. Ulteriori possibili strumenti analitici sono calcoli di densità spettrale di potenza o di strumenti analitici, concentrandosi sull'attività di rete, come, ad esempio, accoppiamento di fase-ampiezza. Questi strumenti di analisi possono essere utilizzati anche con le registrazioni di EEG monocanale.
Figura 1: un porcellino di sonno con il sistema telemetrico di EEG. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: pattern tipico EEG registrato durante la fase di sonno di un porcellino liberamente commovente, che riposa accanto a elementi di pari livello. Quattro eventi vengono evidenziati dalle scatole. Da sinistra a destra, la prima casella indica modelli tipici suscitate da attività muscolare; ad esempio, brevi contrazioni durante il sonno, caratterizzata da elevate quantità di attività gamma veloce (oltre 80 Hz) e a scoppio-come l'apparenza. La seconda finestra indica un episodio di spazzol-come delta, caratterizzato da attività di delta con attività sovrapposte nella gamma Alfa e theta. Le caselle di terza e quarta mostrano brevi episodi di lampi gamma (sonno dell'alberino-come gli eventi), caratterizzati da componenti di frequenza nelle bande alfa, beta e gamma. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: fasi REM durante il sonno. La prima e la seconda casella Visualizza fasi di sonno ad onde lente. La terza casella indica una fase di EEG di basso-ampiezza di circa 20 s in durata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: una traccia di registrazione 10 min EEG di un porcellino bevente (allattamento). La depressione dopo 100 s è dovuto una breve perdita di comunicazione radio tra il trasmettitore e il ricevitore del sistema di registrazione EEG. In seguito, ci sono alcuni artefatti muscolari o movimento. Gli artefatti muscolari sono caratterizzati dalle ampiezze di banda delta molto elevato. Al contrario, l'attività EEG è caratterizzata da un progressivo declino della potenza di ampiezza da lento a veloce onde (Vedi, ad esempio, tra 200 e 250 s). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Un passo fondamentale nel protocollo è il contatto di pelle adeguata con gli elettrodi, soprattutto l'elettrodo di terra, per realizzare registrazioni stabile con a basso rumore. Inoltre, poiché i suinetti sono molto agili, è importante coprire l'intero sistema con gomma di silicone per proteggere gli elettrodi e l'unità in telemetria. Inoltre, se gli esperimenti vengono condotti in una stalla con un pavimento a doghe, essere cauti con dispositivi di piccole dimensioni o connettori.
In caso di un'inadeguata aderenza degli elettrodi autoadesivi idrogel, provare a rimuovere la crema abrasiva per quanto possibile. Un modo alternativo per rimuovere lo strato esterno della pelle morta sta usando carta vetrata. Un pretrattamento con alcool non è obbligatorio. Pelle sporca può anche essere pulita con acqua. Non usare le strisce di gesso invece di silicone doppio corpo per riparare il sistema telemetrico. Strisce di gesso possono causare irritazione della pelle e massicci segni di disagio. Suinetti sbarazzarsi del sistema molto veloce in quel caso.
Una limitazione del metodo è la stabilità degli elettrodi di idrogel. Essi possono asciugare dopo poche ore, con conseguente perdita della qualità di registrazione. Inoltre, come con tutte le tecniche di EEG, forti movimenti sono associati solitamente con artefatti muscolari sulla traccia di registrazione (come si vede nella Figura 4). Inoltre, un buon posizionamento dell'antenna è importante per ridurre gli artefatti che possono derivare da un povero ricevitore di segnale. Recinzioni di metallo possono anche causare interferenze ad alta frequenza, con conseguente perdita di sequenze di dati. Una soluzione per questo problema è quello di posizionare l'antenna all'interno del recinto del metallo in una posizione ottimale. La posizione ottimale dell'antenna può essere valutata solo nel campo per tentativi ed errori. La scrofa e i suinetti di altri non conducono ai manufatti, poiché i suinetti indossando il sistema solitamente non consentono altri suinetti manipolare la loro testa. Questo potrebbe essere diverso per altre specie.
Il metodo è particolarmente significativo per approcci traslazionali in neuroscienze. Con questa tecnica, è possibile utilizzare le registrazioni non invasiva senza sedazione. Le registrazioni di EEG risultante sono molto simili a regolazione clinica. La tecnica potrebbe aprire nuove possibilità di caratterizzare prematura maturazione EEG mediante sistemi di modello animali. Oltre a ciò, molte domande sulle neuroscienze, soprattutto per quanto riguarda potenziali corticali campo, potrebbero essere esaminate anche da questa tecnica non invasiva. Quindi, il metodo ha il potenziale per ridurre il numero e la gravità della sperimentazione animale nel campo delle neuroscienze.
Per il futuro, sono previste le registrazioni con più di un elettrodo. Un prerequisito è la miniaturizzazione degli elettrodi. Inoltre, la stabilità a lungo termine degli elettrodi è un problema per le innovazioni del futuro.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Vorremmo ringraziare Helmut Scheu per l'opportunità di condurre la nostra ricerca nel porcile presso Hofgut Neumühle.
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
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