通过脑电图和肌电图记录分析小鼠睡眠行为

摘要

来源：Oishi, Y., 等  小鼠睡眠测量的多导生理记录流程。J. Vis. Exp. (2016)。

本视频演示了一种在麻醉小鼠中植入脑电图（EEG）和肌电图（EMG）电极组件的实验方案。该过程包括将小鼠固定于立体定位仪上，在颅骨正中切开皮肤，钻出电极孔位，并固定电极组件以进行信号记录。小鼠苏醒恢复后，利用所记录的信号分析其睡眠-觉醒行为。

方案

所有涉及动物模型的操作均已被当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会审核。

1. 脑电图/肌电图记录用的电极和电缆的制备

1. 按照以下步骤制备脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录电极。
   注意： 该电极为一次性使用，仅可用于1只动物。请仔细规划所有连接器的布线配置，并在连接器上做好标记以确保正确的方向。
   1. 将4针排针的每一针脚焊接至一根2 cm长的不锈钢导线。具体操作为：将导线一端固定在针脚上，将热的焊锡铁接触导线与针脚的连接处，并熔化适量焊锡，确保焊锡平滑地流入连接点。注意不要对针脚施加过多热量，否则针脚周围的塑料会熔化。
   2. 将连接在排针上的两根导线的自由端分别焊接至直径为1.0 mm的不锈钢螺钉头部。具体操作为：将导线自由端固定在螺钉头下方的螺纹处，将热的焊锡铁接触导线与螺钉的连接处，并熔化适量焊锡，确保焊锡平滑地流入连接点。带螺钉的两根导线作为脑电图（EEG）记录电极，而无螺钉的两根导线则作为肌电图（EMG）记录电极。
   3. 使用剪刀剥离肌电图（EMG）电极末端1 mm的绝缘层，以提高肌电图信号的质量。
   4. 使用细木棒或牙签将环氧树脂胶完全覆盖所有焊接的针脚，以减少脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录过程中的电噪声。
2. 按照以下说明制备用于连接电极与滑环的电缆。该电缆可重复使用。
   1. 将4针FFC/FPC连接器的每个针脚与一根30 cm扁平电缆的导线焊接。具体操作为：将导线裸露端固定在针脚上，将热的焊锡铁接触导线与针脚的连接处，并熔化适量焊锡，确保焊锡平滑地流入连接点。
      注意：根据用于脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录的实验动物笼具高度，选择适当长度的扁平电缆。
   2. 将压接插孔焊接至扁平电缆另一端导线的末端。具体操作为：将压接插孔固定在导线裸露的自由端，将热的焊锡铁接触导线与插孔的连接处，并熔化适量焊锡，确保焊锡平滑地流入连接点。
   3. 将每个压接插孔插入4位压接外壳中。
   4. 使用细木棒或牙签将环氧树脂胶完全覆盖压接插孔。

2. 小鼠头部电极植入（持续时间：约 20 分钟）

1. 手术前使用干热灭菌仪对所有手术器械进行灭菌。通过腹腔注射戊巴比妥（50 mg/kg）对一只雄性小鼠（10 - 20 周龄，20 - 30 g）实施麻醉。通过夹捏脚趾确认小鼠已深度麻醉后，使用电动剃毛器剃除头颈部的毛发。
2. 将小鼠转移至立体定位仪，用两侧耳杆固定头部。在眼睛上涂抹凡士林以防止干燥。用酒精清洁剃毛后的皮肤，并用手术刀沿中线切开皮肤以暴露颅骨。用止血夹夹住皮肤以保持手术区域开放。
3. 使用碳化钨钻头（钻头直径：0.8 mm），根据 Paxinos 与 Franklin 的立体定位坐标，在颅骨上钻两个孔，分别位于右半球的额叶皮层区域（前囟前 1 mm，中线外侧 1.5 mm）和顶叶区域（λ点前 1 mm，中线外侧 1.5 mm）。
4. 使用钟表匠螺丝刀，将不锈钢 EEG 记录螺钉置入孔中，并每颗螺钉旋转 2 - 2.5 圈，使其位于大脑皮层的硬膜外位置。
   注意：切勿将螺钉插入过深，以免损伤脑组织。检查螺钉是否牢固固定在颅骨上，这对于在长期多次记录期间（通常超过 1 个月）获得稳定的 EEG 信号至关重要。松动的螺钉会产生 EEG 伪迹，并可能在实验结束前脱落。
5. 使用速干胶将电极组件（参见第 1.1 节，引脚朝上）固定在颅骨上，并用牙科水泥覆盖。使用镊子在斜方肌（颈部）肌肉上双侧制作小孔，将作为 EMG 电极的不锈钢导线插入孔中。使用丝线（直径 0.1 mm）缝合皮肤，以避免肌肉暴露。
6. 将小鼠从立体定位仪上取下。腹腔注射氨苄西林（100 mg/kg）以预防细菌感染，注射美洛昔康（1 mg/kg）以减轻术后疼痛。将小鼠置于加热垫上并持续监测，直至其恢复足够的意识以维持胸卧位。在恢复期间将小鼠单独饲养，以防止其他动物移除电极，并在术后第一天再次腹腔注射美洛昔康（1 mg/kg）。

3. 记录和采集脑电图/肌电图数据

1. 经过1周的恢复期后，将每只小鼠单独饲养于放置在隔音记录室内的实验笼中。保持环境温度为23 ± 1 °C，并自动控制12小时光照/12小时黑暗循环（光照开启时间为08:00，照度约为100 lux）。
2. 将小鼠头部的脑电图（EEG）/肌电图（EMG）电极组件连接至记录电缆。确保记录电缆连接至滑环（其设计可避免小鼠活动时电缆缠绕）以及EEG/EMG信号放大器。对EEG/EMG信号进行滤波处理（EEG：0.5–64 Hz；EMG：16–64 Hz），通过模数转换器（A/D）以128 Hz的采样率进行数字化，并最终由运行EEG/EMG记录软件的计算机进行记录。
3. 将小鼠在记录室中适应 2 - 3 天。
4. 随后，启动脑电图/肌电图记录软件。
   1. 选择“数据文件信息”选项卡，点击文件名旁边的复选框。输入文件名，然后点击“保存”。
   2. 选择“记录条件”选项卡，并选中所有将要记录的脑电图（EEG）/肌电图（EMG）通道。
   3. 在“记录条件”选项卡中选择采样频率（128 Hz）。
   4. 检查所选通道是否在“通道信息”选项卡中正确显示。
   5. 选择“定时设置”选项卡，然后点击“监测”以显示脑电图（EEG）和肌电图（EMG）。
   6. 检查 EEG/EMG 信号是否正确显示。
   7. 选择“定时设置”选项卡，在“主定时器”区域设置记录开始和结束的时钟时间。
   8. 在“定时器设置”选项卡中点击“监控”以开始记录。
5. 在基线条件下记录 EEG/EMG 信号即，自由活动小鼠的睡眠/觉醒行为）。在最后一次实验结束后，通过腹腔注射戊巴比妥（200 mg/kg）处死小鼠。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
4针插头	Hirose	A3B-4PA-2DSA(71)
氨苄青霉素	Meiji Seika	N/A
模数转换器	Contec	AD16-16U(PCIEV)
碳化物切削刀具	Minitor	B1055
压接外壳	Hirose	DF11-4DS-2C
压接插孔	Hirose	DF11-30SC
牙科水泥（Toughron Rebase）	Miki Chemical Product	N/A
环氧粘合剂	Konishi	#16351
FFC/FPC连接器	Honda Tsushin Kogyo	FFC-10BMEP1(B)
扁平电缆	Hitachi Cable	20528-ST LF
瞬间胶（Aron Alpha A）	Toagosei	N/A
美洛昔康	Boehringer Ingelheim	N/A
戊巴比妥	Kyoritsu Seiyaku	N/A
信号放大器	Biotex	N/A
睡眠记录舱	APL	N/A
SleepSign软件	Kissei Comtec	N/A	用于脑电图/肌电图记录/分析
滑环	Biotex	N/A
不锈钢螺钉	Yamazaki	N/A	φ1.0×2.0
不锈钢导线	Cooner Wire	AS633