非束缚式脑电遥测技术是一种有价值的实验方法，可用于在自由活动的啮齿类动物中长期记录体内脑电图。本详细方案描述了立体定位下在不同脑区进行硬膜外和深部脑内电极植入的操作步骤，以实现对中枢神经系统节律性活动及相关行为阶段的可靠记录。
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摘要
摘要
植入式脑电图遥测技术在神经精神疾病、神经退行性疾病以及癫痫的转基因小鼠模型的神经学表征中具有核心意义。该强大技术不仅能提供关于潜在病理生理机制的宝贵见解， 即，中枢神经系统相关疾病的病因和发病机制，同时也促进了新型转化医学研究的发展， 即，治疗方法。与使用夹克式记录系统或有线系统的竞争性技术因具有非生理性的束缚或半束缚特性而存在局限性不同，遥测脑电图（EEG）记录克服了这些缺点。从技术上讲，可植入式EEG遥测技术能够在多种生理和病理生理条件下，精确且高灵敏度地测量硬膜外和深部颅内EEG。首先，我们详细介绍一种直接、成功、快速且高效的硬膜外（表面）EEG记录技术，可获得高质量的皮层脑电图。其次，我们演示如何植入深部颅内EEG电极。 例如，于海马区（电海马图）。两种方法均采用计算机化的三维立体定位电极植入系统。射频发射器本身被植入小鼠和大鼠的皮下囊袋中。此外，必须特别注意实验动物术前、术中和术后的处理。文中详细描述了小鼠和大鼠的术前准备、合适的麻醉方法，以及术后护理与疼痛管理。
引言
遥测技术是一种极为重要的方法学手段，可用于测量各种体型清醒且无束缚动物的多种行为学和生理学参数，尤其适用于脑电图（EEG）、心电图（ECG）、肌电图（EMG）、血压、核心体温或活动度的监测1-7。理论上，任何物种均可采用可植入式脑电遥测技术进行分析，从小型实验啮齿类动物（如小鼠和大鼠）到猫、狗、猪以及灵长类动物均适用3,8。甚至鱼类、爬行动物和两栖类动物也可通过遥测技术进行研究9。在过去的二十年中，可植入式脑电遥测技术已被证实对于表征多种人类疾病转基因动物模型具有重要价值，例如癫痫、睡眠障碍、神经退行性疾病及神经精神疾病模型7,10-12。过去已有大量文献描述了采集小鼠和大鼠生理数据（包括生物电位）的各种方法学手段。曾受到广泛关注的技术主要包括背心式记录系统、物理束缚方法、非植入式无线发射器以及有线连接系统13,14。如今，市面上已有多种可用于遥测植入的商业化系统。然而，文献检索也显示另有29篇出版物报道了自行研制的遥测系统15-40。尽管自制系统可能成本更低且更符合用户特定需求，但商业化系统操作直接、安装相对简便，可快速完成设置。
与物理束缚法、背心式穿戴系统或有线连接等竞争性技术相比，可植入式脑电图无线遥测技术具有多项优势。后者在定义上即具有束缚性，即动物无法自由活动或其正常行为受到干扰。甚至可能需要对动物实施麻醉才能获取可....
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方案
伦理声明：所有动物实验均按照当地及机构动物护理委员会（德国波恩大学、BfArM、LANUV）的指导原则进行。此外，所有动物实验均遵照上级法律法规执行。 例如，1986年11月24日欧洲共同体理事会指令（86/609/EEC）或各地区及国家相关立法。特别致力于尽量减少使用动物数量及其所受痛苦。
1. 实验动物
- 实验动物及物种的选择
- 在啮齿类动物中进行遥测研究， 即符合特定人类疾病在同源性、同形性和可预测性方面要求的小鼠和大鼠 7,9,45,46.
注意：可获取的各类小鼠和大鼠品系在基本生理学和病理生理学特征上可能存在显著差异 47-49. - 在进行后续电生理实验之前，应考虑或评估小鼠/大鼠品系的生理学和病理生理学特征。 例如, 对麻醉剂适用剂量的反应、睡眠结构及癫痫易感性 50,51.
- 在研究设计中注意性别特异性特征。动情周期可显著影响中枢节律性、其昼夜依赖性、睡眠及癫痫活动 52-54因此，进行性别特异性分析。
注意：若经费和实验条件有限，建议仅使用雄性小鼠。
- 在啮齿类动物中进行遥测研究， 即符合特定人类疾病在同源性、同形性和可预测性方面要求的小鼠和大鼠 7,9,45,46.
- 动物饲养与操作
- 带过滤盖的笼子或更佳的独立通气笼子中的家鼠和大鼠。
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结果
本部分展示了来自皮层表面和深部脑内脑电图（EEG）记录的示例。首先需要指出的是，在进行后续记录之前，必须先在生理条件下获取基线记录。 例如， 药理学治疗。此类基线记录可为脑节律与不同行为状态或睡眠/昼夜节律之间的功能相互依赖性提供有价值的信息。本文展示了在急性给予促惊厥/精神兴奋类药物后记录到的癫痫样活动示例。如上所述，脑电图遥测技术的一个常见应用领域是癫痫研究。癫痫模型包括急性与慢性药理学模型，以及遗传性（转基因）癫痫模型。本文演示了通过腹腔注射给予 R/S-巴氯芬（20 mg/kg）和荷包牡丹碱甲溴化物（bicucullinemethobromide，10 mg/kg）诱导的急性非惊厥性失神样癫痫发作模型。药理学上，巴氯芬是一种 GABA(B) 受体激动剂，可增加 K+ 在突触前和突触后均介导细胞外流，而荷包牡丹碱是一种GABA(A)受体拮抗剂，可抑制Cl⁻ influx- 进入细胞。GABA(A)受体的激活导致丘脑皮层-皮层丘脑环路中高频振荡和超同步化的启动与维持。 图5B、C
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讨论
可植入式脑电图遥测技术具有核心意义，因为它是一种非束缚性技术，可使实验动物完成其全部行为活动1,3。该技术具有重要意义，因为遥测方法不仅能够实现自发脑电图记录，还能在认知任务和昼夜节律分析实验设置下进行记录，例如T型迷宫、放射状迷宫、水迷宫、睡眠剥夺任务，或在复杂的认知或运动活动中需要或有助于脑电图记录的任何情况。
本方案描述了在小鼠和大鼠中进行硬膜外表面及深部脑内脑电图（EEG）电极植入，并将其连接至可植入式脑电图射频发射器的操作流程。该手术过程中的关键步骤包括术前事项，例如物种与品系的选择、饲养条件、麻醉及疼痛管理。i.e., 后者在现有文献中被证实可能作为混杂因素，导致不同研究方法中出现差异性结果。例如，实验动物物种的选择，e.g., 小鼠与大鼠，甚至不同品系，均可能完全改变实验结果。性别因素亦是如此。通常情况下，强烈建议按性别进行分组和分析；若无法实现，则至少应保证性别的均衡分布。若实验条件未能严格统一或控制，则所获得的数据将无法比较，或直接无效。
本文所述的立.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者谨此感谢德国神经退行性疾病中心（DZNE）的Christina Ginkel博士、DZNE的Michaela Möhring博士以及DZNE的Robert Stark博士在动物繁育与动物健康护理方面提供的协助。本工作得到了德国波恩联邦药品与医疗器械研究所（Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM）的经费支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 卡洛芬（Rimadyl VET - 注射液ö溶液） | Pfizer | PZN 0110208 | 20 ml |
| 双目手术放大显微镜 | Zeiss Stemi 2000 | 0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000 | |
| Bulldog 止血夹 | F.S.T. | 18051-28 | 28 mm |
| 笼具（Macrolon） | Techniplast | 1264C, 1290D | |
| 冷光源 | Schott KL2500 LCD | 9.705 202 | 在 Th.Geyer 订购 |
| 棉签（无菌） | Carl Roth | EH12.1 | |
| 右泛醇（Bepanthen 伤口愈合软膏） | Bayer | PZN: 1578818 | |
| 手术巾（无菌） | Hartmann | PZN 0366787 | |
| 70% 乙醇 | Carl Roth | 9065.5 | |
| 0.3%/3% 过氧化氢溶液 | Sigma | 95321 | 30% 储存液 |
| 手套（无菌） | Unigloves | 1570 | |
| 牙科玻璃离子水门汀 | KentDental /NORDENTA | 957 321 | |
| 2% 戊二醛溶液 | Sigma | G6257 | |
| Graefe 镊子—带齿弯头 | F.S.T. | 11052-10 | |
| Halsey 微型持针器—碳化钨 | F.S.T. | 12500-12 | 12.5 cm |
| 热力手术器械灭菌器 | F.S.T. | 18000-50 | |
| 加热垫 | AEG HK5510 | 520010 | 在 myToolStore 订购 |
| 高速牙科钻机 | Adeor | SI-1708 | |
| 虹膜剪刀（超薄） | F.S.T. | 14058-09 | 9 cm |
| 吸入麻醉系统（异氟烷） | Harvard Apparatus GmbH | 34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230 | |
| 异氟烷 | Baxter 250 ml | PZN 6497131 | |
| 氯胺酮 | Pfizer | PZN 07506004 | |
| 乳酸林格氏溶液（无菌）’ | Braun | L7502 | |
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| 尼氏染色液 | Armin Baack | BAA31712159 | |
| 不可吸收缝合线 5-0/6-0（无菌） | SABANA (Sabafil) | N-63123-45 | |
| Covidien (Sofsilk) | S1172, S1173 | ||
| Halsey 持针器 | F.S.T. | 12001-13 | 13 cm |
| 敷料垫（无菌） | ReWa Krankenhausbedarf | 2003/01 | |
| 0.9% 生理盐水（NaCl，无菌） | Braun | PZN:8609255 | |
| 带手柄的手术刀片（无菌） | propraxis | 2029/10 | |
| 标准齿状镊 | F.S.T. | 11000-12, 11000-14 | 12 cm 和 14.5 cm 长度 |
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| 立体定位仪 | Neurostar | 51730M | 在 Stoelting 订购 |
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| 胶带（无菌） | BSN medical GmbH & Co. KG | 626225 | |
| TA10ETA-F20 | DSI | 270-0042-001X | 射频发射器 3.9 g, 3.9 g, 1.9 ml, 输入电压范围 ± 2.5 mV, 通道带宽 (B) 1 - 200 Hz, 标称采样率 (f) 1,000 Hz (f = 5B) 温度工作范围 34 - 41 °C 保证电池寿命 4 个月 |
| TL11M2-F20EET | DSI | 270-0124-001X | 射频发射器 3.9 g, 1.9 ml, 输入电压范围 ± 1.25 mV, 通道带宽 (B) 1 - 50 Hz, 标称采样率 (f) 250 Hz (f = 5B) 温度工作范围 34 - 41 °C 保证电池寿命 1.5 个月 |
| 组织镊—1×2 齿，12 cm | F.S.T. | 11021-12 | 12 cm 长度 |
| 碳化钨虹膜剪刀 | F.S.T. | 14558-11 | 11.5 cm |
| 振动切片机 5000 MZ | Electron Microscopy Sciences | 5000-005 | |
| 赛拉嗪（Rompun） | Bayer | PZN: 1320422 |
参考文献
- Kramer, K., et al. The use of radiotelemetry in small laboratory animals: recent advances. Contemp Top Lab Anim Sci. 40, 8-16 (2001).
- Kramer, K., et al. The use of telemetry to record electrocardiogram and hea....
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