مقالة منهجية

تسجيل وتحليل إيقاعات الساعة البيولوجية في تشغيل عجلة النشاط في القوارض

DOI:

10.3791/50186

⸱

يناير 24, 2013

 ,  , 
1Douglas Mental Health University Institute, Department of Psychiatry, McGill University , 2Center for Studies in Behavioral Neurobiology, Department of Psychology, Concordia University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إيقاعات الساعة البيولوجية في تشغيل عجلة الطوعية النشاط في الثدييات تقترن بإحكام إلى التذبذبات الجزيئية من ساعة ماجستير في الدماغ. على هذا النحو، يمكن استخدام هذه الإيقاعات اليومية في السلوك لدراسة تأثير العوامل الوراثية، الدوائية، والبيئية على سير عمل هذه الساعة اليومية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عندما القوارض الدخول مجانا إلى عجلة دوارة في قفص وطنهم، والاستخدام الطوعي لهذه العجلة تعتمد على الوقت من اليوم 1-5. القوارض ليلية، بما في ذلك الفئران، الهامستر، والفئران، وتنشط أثناء الليل وغير نشطة نسبيا خلال النهار. العديد من التدابير السلوكية والفيزيولوجية أيضا يحمل إيقاعات اليومية، ولكن في القوارض، تشغيل عجلة النشاط بمثابة مقياس موثوق للغاية ومريحة لإخراج على مدار الساعة الإيقاعية الرئيسية، ونواة suprachiasmatic (SCN) من منطقة ما تحت المهاد. بشكل عام، من خلال عملية تسمى الرائعة entrainment، فإن نمط اليومية للتشغيل عجلة النشاط محاذاة بشكل طبيعي مع دورة ضوء الظلام البيئية (LD دورة، على سبيل المثال 12 ساعة ضوء: 12 ساعة الظلام). يتم إنشاء التطور الطبيعي ايقاعات كل يوم ولكن في أنماط السلوك الذي يحمل ~ فترة ساعة 24، وتستمر في الظلام المستمر. وهكذا، في حال عدم وجود دورة LD، يمكن تسجيل وتحليل تشغيل عجلة النشاطأن تستخدم لتحديد الوقت شخصي من اليوم. لأن يتم توجيه هذه الإيقاعات من الساعة اليومية يشار إلى شخصي الوقت من اليوم إلى الساعة البيولوجية حيث أن الوقت (CT). في المقابل، عندما دورة LD موجودا، ويسمى الوقت من اليوم الذي تم تحديده من قبل دورة LD البيئية الوقت zeitgeber (ZT).

على الرغم من أن ترتبط عادة إيقاعات الساعة البيولوجية في إدارة عجلة النشاط إلى الساعة SCN 6-8، يمكن أيضا مؤشرات التذبذب اليومية في العديد من المناطق الأخرى من الدماغ والجسم 9-14 أن تشارك في تنظيم إيقاعات النشاط اليومي. على سبيل المثال، ايقاعات يومية في الغذاء الاستباقي النشاط لا تتطلب SCN 15،16 وبدلا من ذلك، ترتبط مع التغيرات في نشاط خارج SCN مؤشرات التذبذب 17-20. وهكذا، يمكن تشغيل التسجيلات عجلة النشاط تقديم معلومات السلوكية مهم ليس فقط عن إخراج سيد مدار الساعة SCN، ولكن أيضا على نشاط خارج SCN مؤشرات التذبذب. نحن أدناه descrمكتب التربية الدولي للمعدات والطرق المستخدمة لتسجيل وتحليل وعرض الإيقاعية ايقاعات النشاط الحركي في القوارض المختبر.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الحيوان الإسكان

  1. القفص: من أجل تسجيل النشاط تشغيل عجلة من القوارض الفردية، كل قفص ينبغي إيواء القوارض واحد وتشغيل عجلة. لأنه لا يمكن اعتبار عجلات تشغيل شكل من أشكال التخصيب، ينبغي لجميع القوارض في أي دراسة مماثلة الحصول على عجلة دوارة.
  2. التغييرات الفراش: التعامل مع الحيوانات، وكذلك التغيرات في أقفاص أو الفراش يمكن أن يكون غير ضوئي جميع الآثار المترتبة على ايقاعات كل يوم 21-23، كذلك، مع الأرضيات-أقفاص سلكية هي مثالية لأنها تقلل اتصال مع الحيوان. وعلى الرغم من توافر مثل هذا النظام صينية، ينبغي تجنب التغييرات الفراش خلال المراحل الحرجة من تجربة. وتشمل البدائل استخدام الأسرة أطول أمدا، والتي من شأنها أن تسمح لمزيد من التغييرات قفص نادرة، أو أقفاص تغيير على جدول زمني شبه عشوائي.
  3. صناديق العزل: يجب أن تبقى في صناديق أقفاص العزلة التي هي الصوت الموهن، وعلى ضوء المشتركntrolled، وجيد التهوية. اعتمادا على حجم وتكوين صناديق العزل، فإن عدد من الأقفاص داخل كل مربع تتراوح عادة من 1-8. عندما يأوي أقفاص متعددة في مربع العزلة واحد، وينبغي للمرء أن يكون على علم بأن الروائح المختلفة والأصوات القادمة من الحيوانات الأخرى يمكن أن يكون لها آثار على سلوك التباس الساعة البيولوجية للحيوانات الفردية. لتجنب هذه المشاكل، ينبغي للمرء أن محاولة منزل واحد في قفص مربع العزلة.
  4. التهوية: تدفق الهواء الكافي لا بد من جعل صناديق بيئة منزلية مريحة للقوارض. ينبغي أن مروحة في كل مربع يكون مقنع، وذلك لمنع الضوء من خارج منطقة الجزاء من الوصول إلى الداخل. أيضا، ويمكن لعشاق إزالة عادة الهواء من منطقة الجزاء، وتهب عليه في الغرفة. ضوء صغير محكم الفتحات سماح للهواء بالدخول خانات بمعزل عن عدة نقاط، وتساعد على تجنب النسائم غير مريحة. من أجل التحقق من وجود التهوية الكافية، ودرجة الحرارة داخل منطقة الجزاء العزلة (عندماينبغي مغلقة لعدة ساعات، مع أضواء على) تكون مطابقة تقريبا لدرجة الحرارة في الغرفة حيث يقع ذلك.
  5. الإضاءة: شدة الضوء البيئية ينبغي أن تكون هي نفسها في جميع الأقفاص. ترتيب ضوء واحد في مكان مماثل فوق كل قفص، ودائما استخدام نفس العلامة التجارية / النوع من لمبة. استخدام الإضاءة المعتدلة الشدة (100-300 LUX) على مستوى القفص. تجنب الإضاءة مستويات عالية بشكل مفرط، والتي هي أكثر عرضة لإنتاج تغييرات مباشرة على السلوك يعزى إلى النور بدلا من نظام الساعة البيولوجية، في حد ذاته (مثل الأقنعة).
  6. الظلام / الإضاءة الحمراء خافت: إذا كان من الضروري للتعامل مع أو علاج الحيوانات في الظلام (على سبيل المثال في الظلام ليلا أو دائم)، ينبغي استخدام نظارات للرؤية الليلية. بدلا من ذلك، لأن النظام غير حساس نسبيا الإيقاعية لموجات الحمراء، يمكن استخدام الإضاءة الخافتة الحمراء. وينبغي اختبار ضوء أحمر محددة تستخدمها لضمان عدم ALTER تشغيل عجلة النشاط (اخفاء مثلا) أو ضبط الساعة اليومية (مثل إنتاج مرحلة التحول).

2. جمع البيانات (انظر الشكل 1 - Vitalview تكوين الأجهزة)

  1. تشغيل عجلات: إن قطر وبيئة العمل من عجلة دوارة تغيير مقدار استخدام 24. وبالتالي، استخدم عجلات أصغر وأخف بالنسبة للفئران، وعجلات أكبر أثقل بالنسبة للفئران. عند غسل وإعادة تركيب التوربينات، تأكد من أن العجلات تدور قادرون على دون عائق، لا "تمايل"، والتي يتم تفعيلها التسجيل والمفاتيح الدقيقة من قبل كل بدوره للعجلة.
  2. والمفاتيح الدقيقة: كل ثورة يجب تفعيل عجلة دوارة مغناطيسي أو الميكانيكية الدقيقة التبديل. تبث المعلومات من التبديل الجزئي عبر قناة واحدة وسجلت من قبل كمبيوتر التي يمكن أن بن البيانات على مر الزمن (مثلا كل 2، 5، 6، أو 10 دقيقة).
  3. أجهزة الكمبيوتر: لدينا runniمصنوعة NG-عجلة التسجيلات مع Vitalview، والأجهزة والبرامج التي وضعتها منصة ميتر البسيطة ( http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm ). ومع ذلك، هناك منصات أخرى مثل تسجيل ClockLab، التي وضعتها Actimetrics ( http://www.actimetrics.com/ClockLab/ ). كل المنابر تجميع البيانات من مصادر أحادية القناة كثيرة (على سبيل المثال واحدة التبديل الجزئي تفعيلها من خلال تشغيل عجلة واحدة) في ملف كمبيوتر واحد. ويمكن بعد ذلك بيانات من القنوات الفردية يمكن رسوم بيانية وتحليلها بشكل منفصل في وقت لاحق.

3. تسجيلات البيانات

  1. الملفات: يمكن استخدام منصات البرمجيات المذكورة أعلاه لفصل قنوات واحدة بحيث يتم إنشاء ملفات فردية لكل سجل تشغيل عجلة. هذه البيانات هي أفضل تصور ورسوم بيانية مع designe خصيصاد برامج مثل Actiview (Minimitter، بيند، OR)، Circadia، أو Clocklab (Actimetrics، يلميت، IL) التي يمكن ان تنتج كل periodograms وactograms. ومع ذلك، يمكن أيضا واحد قناة الملفات يمكن فتح وتحليلها باستخدام برامج جداول البيانات العامة مثل Excel (مايكروسوفت، ريدموند، واشنطن).
  2. حساب الوقت الساعة البيولوجية (CT): CT 12 هو، بحكم التعريف، بداية من تشغيل عجلة النشاط في القوارض ليلية. بالتوازي مع اليوم على مدار 24 ساعة، من خلال اتفاقية، هو كسر يوم واحد 24 ساعة في الساعة البيولوجية الساعة البيولوجية. وفقا لذلك، إذا كان الإيقاعية حرة تعمل فترة 24 ساعة هو 30 دقيقة قياسا على ساعة الحائط، وسوف تحدث 0 CT حوالي 12 ساعة 15 دقيقة بعد CT12.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. برامج الكمبيوتر: وعادة ما تستخدم برامج الكمبيوتر المتخصصة في توليد actograms وحساب فترة الإيقاعية. وتشمل هذه البرامج، ولكن لا تقتصر على، Actiview (Minimitter، بيند، OR) وCircadia.
  2. Actograms: Actograms توفير التوضيح البياني للأنماط اليومية للتشغيل عجلة النشاط. هناك واحد تآمر (محور س = 24 ساعة) ومزدوجة تآمر-(محور س = 48 ساعة) actograms. أيام متتابعة مؤامرة كلتا الطريقتين من أع...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

رصد إيقاعات النشاط اليومي باستخدام عجلات تشغيل هو الأسلوب الأكثر استخداما وموثوق بها لتقييم مخرجات رئيسية على مدار الساعة اليومية في القوارض ليلية. عجلة النشاط الأمد، ومع ذلك، هو واحد فقط من العديد من جوانب السلوك وعلم وظائف الأعضاء التي يمكن رصدها بشكل مستمر. على الرغم من أن الغالبية العظمى من تشغيل عجلة النشاط يحدث أثناء الليل، أكثر من 30٪ من إجمالي اليقظة تحدث أثناء النهار 25،26. ويمكن استخدام نقاط النهاية الأخرى لتقييم ايقاعات كل يوم، بما في ذلك النهج النشاط العام ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

فإن الكتاب أود أن أنوه الجوائز المرتبات والمنح والمعدات، والصناديق العاملة من فون دي لا سانتيه بحوث كيبيك EN (FRSQ)، الكندي معاهد للبحوث الصحية (CIHR)، والعلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC)، وجامعة كونكورديا برنامج كراسي البحث (CRUC)، وكذلك ردود الفعل مدروس على هذه المخطوطة من الدكتور جين ستيوارت.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

اسم كاشف شركة كتالوج عدد التعليقات (اختياري) صالح للاستخدام بعيدا القفص

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
Vitalview بطاقة وبرمجيات البسيطة ميتر # 855-0030-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
DP24 منفذ بيانات البسيطة ميتر # 840-0024-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
QA4-حدة البسيطة ميتر # 130-0050-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
تبديل المغناطيسي البسيطة ميتر # 130-0015-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
الجمعية C-50 كابل البسيطة ميتر # 060-0045-10 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
فأر تشغيل عجلة الجمعية البسيطة ميتر # 640-0700-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
قفص وعلبة الدعم البسيطة ميتر # 640-0400-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
البسيطة ميتر # 664-2154-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
الطابق الشبكة لقفص البسيطة ميتر # 676-2154-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
علبة النفايات البسيطة ميتر # 684-2154-00 (بيند، OR، الولايات المتحدة الأمريكية)
مصباح الإسكان Microlites العلمية # R-101 (تورونتو، ON، كندا)
4W مصابيح الفلورسنت Microlites العلمية # F4T5/CW (تورونتو، ON، كندا)
عزل غرف مخصص بنيت 28 "H × 20" × 28 W "D ½" الأسود الميلامين.

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. V. Pacemaker Structure: A Clock for All Seasons. J. Comp. Physiol. 106, 333-355 (1976).
  2. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. IV. Entrainment: Pacemaker as Clock. J. Comp. Physiol. 106, 291-331 (1976).
  3. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. III. Heavy Water and Constant Light: Homeostasis of Frequency? J. Comp. Physiol. 106, 267-290 (1976).
  4. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. II. The Variability of Phase Response Curves. J. Comp. Physiol. 106, 253-266 (1976).
  5. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. I. The Stability and Lability of Spontaneous Frequency. J. Comp. Physiol. 106, 223-252 (1976).
  6. Ralph, M. R., Foster, R. G., Davis, F. C., Menaker, M. Transplanted suprachiasmatic nucleus determines circadian period. Science. 247, 975-978 (1990).
  7. Moore, R. Y., Eichler, V. B. Loss of a circadian adrenal corticosterone rhythm following suprachiasmatic lesions in the rat. Brain Res. 42, 201-206 (1972).
  8. Stephan, F. K., Zucker, I. Circadian rhythms in drinking behavior and locomotor activity of rats are eliminated by hypothalamic lesions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 69, 1583-1586 (1972).
  9. Abe, M., et al. Circadian rhythms in isolated brain regions. J. Neurosci. 22, 350-356 (2002).
  10. Yamazaki, S., et al. Resetting central and peripheral circadian oscillators in transgenic rats. Science. 288, 682-685 (2000).
  11. Lamont, E. W., Robinson, B., Stewart, J., Amir, S. The central and basolateral nuclei of the amygdala exhibit opposite diurnal rhythms of expression of the clock protein Period2. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 4180-4184 (2005).
  12. Amir, S., Lamont, E. W., Robinson, B., Stewart, J. A circadian rhythm in the expression of PERIOD2 protein reveals a novel SCN-controlled oscillator in the oval nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis. J. Neurosci. 24, 781-790 (2004).
  13. Yoo, S. H., et al. PERIOD2::LUCIFERASE real-time reporting of circadian dynamics reveals persistent circadian oscillations in mouse peripheral tissues. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 5339-5346 (2004).
  14. Guilding, C., Piggins, H. D. Challenging the omnipotence of the suprachiasmatic timekeeper: are circadian oscillators present throughout the mammalian brain? Eur. J. Neurosci. 25, 3195-3216 (2007).
  15. Boulos, Z., Terman, M. Food availability and daily biological rhythms. Neurosci. Biobehav. Rev. 4, 119-131 (1980).
  16. Boulos, Z., Rosenwasser, A. M., Terman, M. Feeding schedules and the circadian organization of behavior in the rat. Behav. Brain Res. 1, 39-65 (1980).
  17. Verwey, M., Amir, S. Food-entrainable circadian oscillators in the brain. Eur. J. Neurosci. 30, 1650-1657 (2009).
  18. Davidson, A. J., Poole, A. S., Yamazaki, S., Menaker, M. Is the food-entrainable circadian oscillator in the digestive system? Genes Brain Behav. 2, 32-39 (2003).
  19. Hara, R., et al. Restricted feeding entrains liver clock without participation of the suprachiasmatic nucleus. Genes Cells. 6, 269-278 (2001).
  20. Damiola, F., et al. Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes Dev. 14, 2950-2961 (2000).
  21. Mrosovsky, N. Phase response curves for social entrainment. J. Comp. Physiol. A. 162, 35-46 (1988).
  22. Cain, S. W., et al. Reward and aversive stimuli produce similar nonphotic phase shifts. Behav. Neurosci. 118, 131-137 (2004).
  23. Antle, M. C., Mistlberger, R. E. Circadian clock resetting by sleep deprivation without exercise in the Syrian hamster. J. Neurosci. 20, 9326-9332 (2000).
  24. Banjanin, S., Mrosovsky, N. Preferences of mice, Mus musculus, for different types of running wheel. Lab Anim. 34, 313-318 (2000).
  25. Verwey, M., Lam, G. Y., Amir, S. Circadian rhythms of PERIOD1 expression in the dorsomedial hypothalamic nucleus in the absence of entrained food-anticipatory activity rhythms in rats. Eur. J. Neurosci. 29, 2217-2222 (2009).
  26. Gooley, J. J., Schomer, A., Saper, C. B. The dorsomedial hypothalamic nucleus is critical for the expression of food-entrainable circadian rhythms. Nat. Neurosci. 9, 398-407 (2006).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة