يصف لنا طريقة الفائق لقياس النوم عن طريق الرصد قفص المنزل على أساس النشاط. هذا الأسلوب يوفر مزايا أكثر من الأساليب التقليدية القائمة على التخطيط الدماغي. يتم أيضا التحقق من صحة لتحديد مدة النوم الإجمالية، ويمكن أن تكون أداة قوية لرصد النوم في نماذج القوارض من الأمراض التي تصيب البشر.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
تقليديا، والنوم يرصد للالكهربائي (EEG). وتتطلب دراسات التخطيط الدماغي في القوارض الجراحية زرع أقطاب كهربائية تليها فترة نقاهة طويلة. للقيام تسجيل EEG، الحيوان متصل بجهاز استقبال، خلق حبل غير طبيعي للرأس-الجبل. رصد EEG مضيعة للوقت، ويحمل خطر على الحيوان، وليس وضع طبيعي تماما لقياس النوم. أساليب بديلة للكشف عن السكون، لا سيما في طريقة الفائق، ستعزز إلى حد كبير مجال أبحاث النوم. هنا، يمكننا وصف أسلوب المصادق عليها للكشف عن السكون عن طريق الرصد قفص المنزل على أساس النشاط. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن النوم تقييمها عن طريق هذا الأسلوب لديه درجة عالية من الاتفاق مع النوم يعرف بالتدابير التقليدية القائمة على التخطيط الدماغي. بينما يتم التحقق من صحة هذا الأسلوب للنوم مجموع الوقت، من المهم ملاحظة أن مدة نوبة النوم وينبغي تقييم التخطيط الدماغي التي لديها أفضل الأزمنة. يمكن أيضا أن تميز التخطيط الدماغي حركة العين السريعة (REM) وغير النوم REM، إعطاء المزيد من التفاصيل حول الطبيعة الدقيقة للنوم. ومع ذلك، يمكن استخدام التصميم على أساس النشاط النوم لتحليل عدة أيام من النوم دون عائق وتقييم النوم كاستجابة لحدث حادة (مثل الإجهاد). هنا، نحن إظهار قوة هذا النظام للكشف عن استجابة الفئران لحقن داخل يوميا.
المقدمة
النوم له وظائف مهمة لاستعادة الجسم والدماغ بعد الأعباء اليومية للسهر1. فقد ثبت أن النوم يلعب دوراً في الاحتفاظ بالذاكرة والدماغ عامة اللدونة1. التخطيط الدماغي هو معيار الذهب للكشف عن السكون2. في القوارض، يتطلب رصد EEG الجراحية زرع أقطاب الملصقة على رأس جبل، يحتاج الحيوان بعد فترة من الزمن لاسترداد2. بعد الانتعاش، والحيوان متصل بجهاز تسجيل، ويرد آخر فترة للتعود2. وبسبب هذه الفترات اللازمة للإنعاش والتعود، EEG شاقة وتستغرق وقتاً طويلاً ولا يمكن إجراء معقول على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك، العملية الجراحية لزرع قطب كهربائي يحمل خطر كامن للحيوان. وأخيراً، تحليل البيانات لسجل النوم في دراسات التخطيط الدماغي أيضا شاقة جداً. بديل لذلك، سيساعد الأسلوب غير الغازية، والفائق لرصد النوم إلى حد كبير إلى بحوث النوم القوارض.
على أساس النشاط الرئيسية-قفص نظام لرصد المستخدمة للكشف عن السكون يعالج أوجه قصور دراسات التخطيط الدماغي. فرضية بسيطة هي أن من المرجح أن حيوان غير نشط حيوان نوم. ولقد ثبت أن 40 s خمول المستمر (إهمال في الحقبات s 10) مقياسا يعول عليه من النوم كما تقاس التخطيط الدماغي (يظهر أن يكون الاتفاق 88-94 ٪)3. يمكن استخدام نظم الرصد الرئيسية-قفص لدراسة مجموعات كبيرة من الحيوانات مع الوقت الحد الأدنى من الإعداد. وقد أظهرنا أن يستغرقه الحيوانات تقريبا يوم واحد روض للمساكن الفردية في قفص المنزل رصد نظام4 خلافا للاسترداد اللازمة ل دراسات التخطيط الدماغي2منذ أسابيع. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضا الكشف عن بعض الأجهزة المعلمات الفسيولوجية مثل درجة حرارة الجسم الأساسية ومعدل ضربات القلب والنشاط والتغذية. يتم تحديد درجة الحرارة ومعدل ضربات القلب من زرع جهاز إرسال صغير. ويمكن توفير المزيد من المعلومات حول الماوس هذه المعلمات وقد تستعمل بالتوازي مع تسجيل النوم لإضافة المزيد إلى فهمنا للنوم، وكيف يتأثر.
في حين أنها أداة قوية، توجد بعض القيود على أنواع البيانات التي يمكن الحصول عليها من الرصد قفص المنزل على أساس النشاط. دراسات التخطيط الدماغي يمكن التفريق بين REM وغير-REM النوم، التي قد تكون هامة لفهم أعمق للعمارة النوم. يمكن أن توفر على أساس النشاط الرئيسية-قفص نظم الرصد فقط البيانات لمدة النوم الإجمالية. وبالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن الإخراج للرصد قفص المنزل على أساس النشاط يوفر معلومات حول مدة نوبة النوم، نحن لا دقة تقييم مدة نوبة بسبب القيد الملازمة ل فترات s 403. وعلى الرغم من هذه القيود، توفر مراقبة المنزل-قفص من النوم مدة تدبير بيولوجية هامة التي قد تؤثر على العديد من العوامل المتلقين للمعلومات بما في ذلك صحة الحيوان والسلوك5.
وقد استخدمت المستندة إلى نشاط الرصد الرئيسية-قفص للكشف عن السكون في العديد من الدراسات التي تشير إلى أن براعة. ونورد عينة من هذه الدراسات4،،من67،،من89،10،11،12. بالإضافة إلى طريقة عرض، هناك طرق أخرى للكشف عن السكون عن طريق الرصد على أساس النشاط، يحتوي كل منها على13،القيود الخاصة به14. وبعض هذه الدراسات دراسة فترات طويلة من النوم دون انقطاع (ح 72) بينما بعض دراسة النوم في كتل من ح 24. في هذه الدراسة، ونحن تقديم تحليل النوم كل فترة 24 ساعة بعد الاستجابة لحقن (الملكية الفكرية) داخل يوميا وقفص الدوري التغييرات في نموذج ماوس الهش × متلازمة (Fmr1 كو الفئران). لقد اخترنا كو Fmr1 الفئران لأنها قللت من النوم4 وهي الافتراض بأن فرط رد الفعل إلى معلومات حسية15. إبراز البيانات لدينا القدرة على اكتشاف التغيرات في أنماط النوم في استجابة إلى حدث مجهدة. هذا الأسلوب مثالي للحصول على معلومات عامة حول النوم في أفواج كبيرة من الفئران. يمكن أن تكون الطريقة مفيدة لفهم آثار التعديلات الوراثية المحددة في النوم، وآثار العلاجات الدوائية، أو الاستجابة للأحداث، مثل الضغوطات. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر الأسلوب وسيلة بسيطة للكشف عن استجابة قبل الشروع في دراسات أكثر مشاركة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
وافقت عليه لجنة الاستخدام الوطني المعهد من العقلية الرعاية الصحية والحيوانية وجميع الإجراءات وتنفيذها وفقا للمبادئ "التوجيهية الوطنية للمعاهد الصحية" على الرعاية واستخدام الحيوانات.
1. إعداد "وحدات الكشف عن السكون"
- شراء العدد المطلوب من وحدات وبرامج.
- اتبع الإرشادات لإعداد نظم الرصد.
- قم بمحاذاة كاشف مقابل باعث. تأكد من الأشعة تحت الحمراء إلى الداخل وتواجه ويتم محاذاة بنفس الارتفاع.
- استخدام مسامير المقدمة لوضع كاشفات وبواعث في الارتفاع المطلوب على حامل معدني. وينبغي تعديل هذا الارتفاع حيث أن الفراش القفص أقل المستوى للأشعة تحت الحمراء، ولكن الشعاع في الارتفاع المناسب للكشف عن النشاط للحيوان. وهذا يخلق مجالاً داخلية 27 سم × 32 سم (10.625 في × في 12.75).
- إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من المسامير، شراء أكثر في جهاز تخزين (¼ 6-32 في عموم رأس المسمار).
- قم بتوصيل كل كاشف مع كل باعث. قم بتوصيل باعث محور المقدمة مرتبطة بجهاز الاستقبال. تنفيذ ذلك عن x و y الطائرات. كرر هذه الخطوة لكافة الأجهزة.
- الاتصال المتلقي إلى جهاز كمبيوتر مع لوحة الوصل USB المتوفرة.
2-برنامج الإعداد
- تثبيت برنامج تحليل وتحديد ملف تكوين الأجهزة المتوفرة كالافتراضي. يجب تغيير ملف التكوين للأجهزة فقط بالشركة.
- انقر فوق الملف | افتح تكوين التجربة. فتح التكوين الافتراضي بالتجربة.
- انقر فوق التجربة | خصائص.
- انقر فوق علامة التبويب المسح الضوئي تغيير تفحص معدل إلى 10 ق.
- انقر فوق علامة التبويب النشاط تغيير معدل أخذ العينات النشاط إلى 10 ق.
- انقر فوق الملف | حفظ "التجربة ك" لحفظ إعدادات التكوين هذه للتجارب المقبلة.
3-الحيوان الإعداد
- إحداها منزل الفئران في أقفاص النظيفة التي هي 31 سم (12.25) طويلة و 16.5 سم (6.5 بوصة) على نطاق واسع. لمنع الماوس من بناء الفراش وعرقلة الحزم، استخدم الفراش على عمق 3 مم. ولا تقدم مواد التعشيش إضافية للفئران.
- توفر الفئران مع إمكانية الحصول على الغذاء والمياه libitum الإعلانية عن طريق أسلاك المغذية التي تقع في الجزء العلوي من القفص الخروج من الطريق الحزم. إذا لزم الأمر، إعادة ملء الطعام وتغيير زجاجات المياه عندما يتم تغيير أقفاص كل 3-5 أيام طوال مدة الدراسة.
- قم بمحاذاة القفص الماوس داخل الأشعة تحت الحمراء، ضمان أن تقع في حوالي منتصف الحزم للتغطية الكاملة.
- ضمان على ضوء يتم تعيين دورة الغرفة المظلمة لمرآة دورة الظلام الخفيفة لظروف الإسكان العادي للفئران، أو تغيير كما هو مطلوب استناداً إلى التجربة.
4-إعداد وحقن المخدرات
- الحصول على الماء المعقم وسيكلوديكسترين العقيمة.
- لجميع الحقن، استخدم حقنه 1 مل مع إبرة حقن ز 25.5-30.5. يجب استخدام جديدة تعقيم الإبر والمحاقن لكل الماوس.
- لتقليل الوقت بين الحقن، قم بتجميع جميع المحاقن مقدما.
- لحقن سيكلوديكسترين: إعداد حل سيكلوديكسترين بإضافة 3 ز سيكلوديكسترين إلى 10 مل الماء لجعل حل سيكلوديكسترين 30%.
- إدارة 0.3 مل من المحلول الملحي أو سيكلوديكسترين عن طريق الحقن بالملكية الفكرية.
5-البرمجيات للنوم السجل
- فتح ملف تكوين الأجهزة الافتراضية.
- انقر فوق الملف | افتح تكوين التجربة. فتح المطلوب أو الافتراضي تكوين التجربة.
- انقر فوق التجربة | الإعداد.
- تعيين الموقع الذي تريد حفظ ملف البيانات، فضلا عن تحديد موقع لحفظ ملف النسخ الاحتياطي. يتطلب البرنامج أن تخزين ملف البيانات في ملفات البرنامج ضمن مجلد برنامج معين.
ملاحظة: نظراً لأن بعض أجهزة الكمبيوتر عرض البرنامج ملفات حساسة، الوصول إلى ملف البيانات قد لا ممكن بعد التجربة. ولذلك، يوصي بحفظ ملف النسخ الاحتياطي إلى مجال آخر، غير الحساسة على الكمبيوتر المحلي. - يسمى هذا الحيوان معرف للنوم كل الدائرة وإدخال وزن الحيوان إذا رغبت في ذلك. إذا لم تستخدم دائرة في التجربة، بإلغاء تحديد المربع تعطيل تلك الدائرة. حالما يتم إدخال معلومات التعريف، انقر فوق تم.
- تعيين الموقع الذي تريد حفظ ملف البيانات، فضلا عن تحديد موقع لحفظ ملف النسخ الاحتياطي. يتطلب البرنامج أن تخزين ملف البيانات في ملفات البرنامج ضمن مجلد برنامج معين.
- انقر فوق الملف | تجربة حفظ لحفظ التكوين الحالي للتجربة تحت اسم الملف المطلوب.
- انقر فوق التجربة | تشغيل أو F5 لبدء التسجيل. الانتظار لحقبة s 10 للتأكد من أن جميع الدوائر من التقاط النشاط. كما كانت مجرد حقن الحيوانات، من المرجح جداً أن الحيوانات سوف تتحرك ما يكفي للكشف عنها بواسطة الأشعة تحت الحمراء.
- إذا تم الكشف عن أي نشاط، في محاولة لتحريك القفص الماوس يدوياً لضمان التقاط الحزم الحركة. مواصلة استكشاف الأخطاء وإصلاحها أو نقلها إلى دائرة عمل إذا كان النشاط لا يزال لا يتم تسجيلها.
ملاحظة: تشغيل التجربة حالما يتم الانتهاء من الحقن.
- إذا تم الكشف عن أي نشاط، في محاولة لتحريك القفص الماوس يدوياً لضمان التقاط الحزم الحركة. مواصلة استكشاف الأخطاء وإصلاحها أو نقلها إلى دائرة عمل إذا كان النشاط لا يزال لا يتم تسجيلها.
- وتغطي على شاشات الكمبيوتر غطاء معتم لحجب الضوء. تغطية الأضواء الساطعة على مؤشر النشاط.
- تشغيل التجربة بالنسبة ح 24.
ملاحظة: بسبب الوقت اللازم لإجراء الحقن، لن تكون كامل 24 ساعة. ينبغي أن يجري الحقن في نفس الوقت يوميا. يجب أن يتم تسجيل النوم أثناء الحقن. - وفي اليوم التالي في وقت الحقن، انقر التجربة | إيقاف لإنهاء التسجيل. انقر فوق الملف | تصدير | توليد CSVs موضوع لجمع البيانات الخام لكل الماوس.
ملاحظة: قد يستغرق بعض الوقت للتصدير وحتى القيام بذلك فورا، وثم الانتقال إلى الحقن أثناء معالجة الكمبيوتر. - انقر فوق الملف | تصدير | النوم تصدير ملف النوم لكل تجربة عن طريق فتح الخام. كدتا ملف البيانات على أي جهاز كمبيوتر يحتوي على البرامج المثبتة.
- تحت الكشف عن معلمات النشاط المصدر، وضمان أن يتم التحقق من مربعات كل من المحور السيني والصادي.
- تحت عتبة النوم الأزمان، تأكد من تحديد الحقبات 4.
- تحت عتبة النشاط عتبة النوم، تأكد من تحديد التهم 0.
- تحت الضوء/الظلام دورة، تحقق في الوقت المناسب لدورة الضوء/الظلام.
- ضمن إطار التحليل، حدد الوقت المطلوب للتحليل. في حالة الدراسات الحقن، يغادر في اليوم كافتراضي. تعيين وقت البدء اكسبستارت. تعيين مدة 24:00 24 h. تحليل استخدام البرنامج يمكن القيام به لمدة أقصاها 72 ساعة.
- حفظ التكوين لتوفير الوقت لتصدير البيانات.
- انقر فوق تحديث.
- انقر فوق إنشاء ملف CSV ، وحفظ الملف إلى الموقع المطلوب.
6-بيانات التحليل
- لكل جلسة عمل تسجيل، افتح الملف النوم. لتعيين معرف الموضوع، افتح ملف CSV الفردية لكل دائرة تحديد معرف الموضوع. تسجيل hh:mm:ss النوم توت للضوء على حد سواء والمراحل المظلمة لجميع الحيوانات.
- تحقق من ملف CSV الموضوع الفردية للتناقضات التي تشير إلى فشل تسجيل. إذا تم الكشف عن التهم شعاع عالية في طائرة واحدة، ولكن لوحظت لا تعول على متن الطائرة الأخرى، وهذا يشير إلى فشل شعاع.
ملاحظة: "النوم %" للمراحل الفاتحة والداكنة ويحسب على مدى فترة التسجيل الإجمالي، الذي يشمل مراحل الفاتحة والداكنة على حد سواء. لدورات الضوء/الظلام ح 12، ضرب هذا الرقم 2 للحصول على "النوم %" في ضوء 12 ح أو المرحلة المظلمة. نظراً لأن الدراسات حقن لم يذهب لكامل ح 24، محسوب "% النوم" ليست دقيقة. لتوليد الصحيح "% للنوم،" تقسيم "النوم توت hh:mm:ss" "الوقت المنقضي التجربة: hh:mm:ss،" ضرب 2 ومن ثم قم بضرب 100 للحصول على النسبة المئوية. إذا تم إجراء حقن في المرحلة الخفيفة، ثم المرحلة الخفيفة فقط يحتاج إلى تعديلها بهذه الطريقة.
- تحقق من ملف CSV الموضوع الفردية للتناقضات التي تشير إلى فشل تسجيل. إذا تم الكشف عن التهم شعاع عالية في طائرة واحدة، ولكن لوحظت لا تعول على متن الطائرة الأخرى، وهذا يشير إلى فشل شعاع.
- منذ أيام مختلفة ومراحل تتم مقارنتها مع بعضها البعض، قم بتحليل نسبة النوم مدة كل مرحلة وكل يوم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
لتحديد أثر حقن يوميا على النوم، وما إذا كانت الحيوانات روض للحقن، أجرينا حقن IP يوميا لمدة 14 يوما على التوالي في 09:00 ص (دائرة الضوء وبدأت في 06:00 ص) وسجلت مدة النوم في 12 Fmr1 كو C57Bl/6J الفئران. كنا داخل تصميم الموضوعات، والحقن كل الحيوانات مع المحلول الملحي العادي لمدة 4 أيام متتالية (الأيام 1-4) وبعد ذلك 30% سيكلوديكسترين لما يلي عشرة أيام متتالية (5-14 أيام). واختير سيكلوديكسترين لأنه يمكن استخدامه لإذابة مركبات مسعور للدواء ونحن مهتمون في كيفية حقن المركبات قد تؤثر على ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
وهنا نقدم طريقة noninvasive الفائق لتحديد مدة النوم استناداً إلى رصد النشاط في المنزل-القفص. تم التحقق من هذا الأسلوب لتقدير الوقت النوم مجموع ضد التخطيط الدماغي الدراسات3. المستندة إلى نشاط الرصد الرئيسية-القفص بسيط وموسع، وتنطبق على الدراسات السكانية في إعداد كبيرة من الحيوانات. ويقتصر في ذلك فإنه لا يمكن إعطاء معلومات مفصلة حول النوم (مثل نوبة النوم مدة والنوم المراحل).
مطبات لهذا الأسلوب من التحليل من السهل الكشف عن. من المهم أن أيا من العوارض هي تعرقل أثناء الدراسة...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
شكر وتقدير
الكتاب تود أن تقر "هيئة التحرير الزملاء المعاهد الوطنية للصحة" للمساعدة على التحرير. هذه الأبحاث بتمويل من "برنامج البحوث الداخلية" NIMH (ضياء MH00889). كما أيد RMS "زمالة ما بعد الدكتوراه فراشة".
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| نظام مراقبة المختبر الشامل (CLAMS) | وبرامج أدوات كولومبوس | لتحليل مدة النوم | |
| Captisol Research Grade | Captisol | RC-0C7-100 | Captisol لإذابة المركبات الكارهة للماء |
| 30 G BD إبرة 1/2 بوصة | BD | 305106 | إبرة للحقن BD |
| محاقن يمكن التخلص | فيشر | 14-823-30 | محاقن للحقن |
| B6.129P2-Fmr1tm1Cgr / J | Jackson Labs | 3025 | Fmr1 KO الفئران |
| سوبر ماوس 750 فأر قفص | مبر المنتجات ، شركة & nbsp ؛ | Homeأقفاص للفئران | |
| SANI-Chips الفراش | PJ Murphys | الفراش للفئران |
المراجع
- Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. Sleep, plasticity and the pathophysiology of neurodevelopmental disorders: the potential roles of protein synthesis and other cellular processes. Brain sciences. 4, 150-201 (2014).
- Ingvar, M. C., Maeder, P., Sokoloff, L., Smith, C. B. The effects of aging on local rates of cerebral protein synthesis in rats. Monographs in neural sciences. 11, 47-50 (1984).
- Pack, A. I., et al. Novel method for high-throughput phenotyping of sleep in mice. Physiological genomics. 28, 232-238 (2007).
- Sare, R. M., et al. Deficient Sleep in Mouse Models of Fragile X Syndrome. Front Mol Neurosci. 10, (2017).
- Alvarez, G. G., Ayas, N. T. The impact of daily sleep duration on health: a review of the literature. Progress in cardiovascular nursing. 19, 56-59 (2004).
- Kincheski, G. C., et al. Chronic sleep restriction promotes brain inflammation and synapse loss, and potentiates memory impairment induced by amyloid-beta oligomers in mice. Brain, behavior, and immunity. 64, 140-151 (2017).
- Sare, R. M., Levine, M., Hildreth, C., Picchioni, D., Smith, C. B. Chronic sleep restriction during development can lead to long-lasting behavioral effects. Physiology & behavior. 155, 208-217 (2015).
- Moretti, P., Bouwknecht, J. A., Teague, R., Paylor, R., Zoghbi, H. Y. Abnormalities of social interactions and home-cage behavior in a mouse model of Rett syndrome. Human molecular genetics. 14, 205-220 (2005).
- Guzman, M. S., et al. Mice with selective elimination of striatal acetylcholine release are lean, show altered energy homeostasis and changed sleep/wake cycle. Journal of neurochemistry. 124, 658-669 (2013).
- Vecsey, C. G., et al. Daily acclimation handling does not affect hippocampal long-term potentiation or cause chronic sleep deprivation in mice. Sleep. 36, 601-607 (2013).
- Bogdanik, L. P., Chapman, H. D., Miers, K. E., Serreze, D. V., Burgess, R. W. A MusD retrotransposon insertion in the mouse Slc6a5 gene causes alterations in neuromuscular junction maturation and behavioral phenotypes. PloS one. 7, e30217(2012).
- Angelakos, C. C., et al. Hyperactivity and male-specific sleep deficits in the 16p11.2 deletion mouse model of autism. Autism research: official journal of the International Society for Autism Research. 10, 572-584 (2017).
- Fisher, S. P., et al. Rapid assessment of sleep-wake behavior in mice. Journal of biological rhythms. 27, 48-58 (2012).
- Mang, G. M., et al. Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/ electromyogram recordings in mouse sleep studies. Sleep. 37, 1383-1392 (2014).
- Chen, L., Toth, M. Fragile X mice develop sensory hyperreactivity to auditory stimuli. Neuroscience. 103, 1043-1050 (2001).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
