Name: 运行轮活动在啮齿类动物的昼夜节律的记录和分析 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 46 s
Description: 学习使用跑轮活动监测啮齿类动物昼夜节律的方法。通过专用软硬件记录数据并转换为ACTO图和周期图，分析遗传、药理及环境因素对生物钟的影响。该技术有助于理解哺乳动物的昼夜节律机制。

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作者感谢魁北克健康研究基金会（FRSQ）、加拿大卫生研究院（CIHR）、加拿大自然科学与工程研究理事会（NSERC）以及康考迪亚大学研究主席计划（CRUC）提供的薪资资助、设备拨款和运营资金，同时感谢Jane Stewart博士对本文稿提出的宝贵意见。

1. 动物饲养
<ol>
	<li>笼具： 为了记录单个啮齿类动物的转轮活动，每个笼子应单独饲养一只啮齿类动物并配备一个转轮。由于转轮可被视为一种环境富集形式，因此在任何研究中，所有啮齿类动物都应具有相似的转轮使用条件。</li>
	<li>更换垫料： 动物操作以及更换笼具或垫料均可能对昼夜节律产生非光效应21-23因此，使用网底笼具是理想选择，因为它可最大限度减少与动物的接触。尽管此类托盘系统可用，但在实验的关键阶段仍应避免更换垫料。替代方案包括使用持久性更长的垫料，以减少换笼频率，或按照伪随机时间表更换笼具。</li>
	<li>隔离箱： 笼子应放置在隔音、光照可控且通风良好的隔离箱中。根据隔离箱的尺寸和结构，每个箱内通常可容纳1至8个笼子。当在同一个隔离箱中饲养多个笼子时，应注意来自其他动物的各种气味和声音可能对个体动物的昼夜节律行为产生混杂影响。为避免此类问题，应尽量做到每个隔离箱内只饲养一个笼子。</li>
	<li>通气： 充足的空气流通对于为啮齿类动物创造舒适的箱内生活环境至关重要。每个箱子内的风扇应加装遮罩，以防止外部光线进入箱内。此外，风扇通常会将箱内空气抽出并排入室内。小型避光通风口可使空气从多个位置进入隔离箱，有助于避免产生令人不适的气流。为确认通风是否充足，可将隔离箱关闭数小时并开启灯光，此时箱内温度应与所处房间的温度基本相同。</li>
	<li>照明： 环境光照强度应在所有笼具中保持一致。在每个笼具上方的相似位置安装单个光源，并始终使用相同品牌/类型的灯泡。笼具水平面的光照强度应为中等（100–300 勒克斯）。避免使用过高的光照强度，以免引起由光照本身而非昼夜节律系统所致的行为直接改变。 本身 (例如 遮蔽）</li>
	<li>黑暗/微弱红光： 如果需要在黑暗中处理或对待动物（例如 在持续黑暗或夜间环境中，应使用夜视镜。或者，由于昼夜节律系统对红光波长相对不敏感，可使用弱红光照明。所使用的特定红光应经过测试，以确保其不会改变跑轮活动（例如 遮蔽）或调节昼夜节律（例如 产生相位偏移）。</li>
</ol>
2. 数据采集（见图1 - Vitalview硬件配置）
<ol>
	<li>跑轮：跑轮的直径和人体工学设计会影响其使用频率24。因此，对小鼠应使用较小且较轻的跑轮，对大鼠则应使用较大且较重的跑轮。在清洗并重新安装跑轮时，应确保跑轮能够无阻碍地旋转，不出现“晃动”现象，并且每次转动都能触发记录用的微动开关。</li>
	<li>微动开关：跑轮每旋转一圈都应触发一个磁性或机械式微动开关。微动开关的信号通过单通道传输，并由计算机按时间间隔（例如 每2、5、6或10分钟）对数据进行分段记录。</li>
	<li>计算机硬件：我们的跑轮记录使用Vitalview系统完成，该系统是由Mini Mitter公司开发的软硬件平台（<a href="http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm" target="_blank">http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm</a>）。然而，也存在其他记录平台，例如由Actimetrics公司开发的ClockLab系统（<a href="http://www.actimetrics.com/ClockLab/" target="_blank">http://www.actimetrics.com/ClockLab/</a>）。这两个平台均可将来自多个单通道的数据源（例如 由单个跑轮触发的单个微动开关）整合至同一个计算机文件中。之后可对各个通道的数据分别进行绘图和分析。</li>
</ol>
3. 数据记录
<ol>
	<li>文件：上述软件平台可用于分离单个通道，从而为每个转轮记录生成独立的文件。此类数据最好使用专门设计的程序进行可视化和绘图，例如 Actiview（Minimitter, Bend, OR）、Circadia 或 Clocklab（Actimetrics, Wilmette, IL），这些程序均可生成周期图和活动图。然而，单通道文件也可使用通用电子表格程序（如 Excel（Microsoft, Redmond, WA））打开并进行分析。</li>
	<li>计算昼夜节律时间（CT）：根据定义，CT 12 是夜行性啮齿类动物转轮活动开始的时刻。与24小时一天相对应，按照惯例，一个昼夜节律周期被划分为24个昼夜节律小时。因此，如果通过时钟测量得到的自由运行昼夜节律周期为24小时30分钟，则CT 0 将大约出现在CT 12之后的12小时15分钟。</li>
</ol>

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

未声明任何利益冲突。

利用跑轮监测每日活动节律是评估夜行性啮齿类动物主昼夜节律钟输出的最常用且最可靠的方法。然而，跑轮活动仅是可连续监测的行为和生理多个方面之一。尽管绝大多数跑轮活动发生在夜间，但超过30%的总清醒时间出现在白天25,26。其他可用于评估昼夜节律的指标包括总体活动、食槽接近行为、饮水、睡眠以及体温。因此，根据研究性质的不同，研究人员可同时记录多种节律。

<table><tbody><tr><td>Vitalview 卡 &amp;硬件与软件</td><td>Mini Mitter</td><td>#855-0030-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>DP24 数据端口</td><td>Mini Mitter</td><td>#840-0024-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>QA4-模块 </td><td>Mini Mitter</td><td>#130-0050-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>磁性开关</td><td>Mini Mitter</td><td>#130-0015-00</td><td>美国俄勒冈州本德</td></tr><tr><td>C-50 电缆组件</td><td>Mini Mitter</td><td>#060-0045-10</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>大鼠跑轮装置组装</td><td>Mini Mitter</td><td>#640-0700-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>笼具与托盘支架</td><td>Mini Mitter</td><td>#640-0400-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>可使用的剖开式笼具</td><td>Mini Mitter</td><td>#664-2154-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>笼具的格栅地板</td><td>Mini Mitter</td><td>#676-2154-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>废液盘</td><td>Mini Mitter</td><td>#684-2154-00</td><td>（美国俄勒冈州本德）</td></tr><tr><td>灯箱</td><td>Microlites Scientific</td><td>#R-101</td><td>（加拿大安大略省多伦多）</td></tr><tr><td>4W 荧光灯管</td><td>Microlites Scientific</td><td>#F4T5/CW</td><td>（加拿大安大略省多伦多）</td></tr><tr><td>隔离室</td><td>定制构建</td><td></td><td>28&quot;H × 20&quot;W × 28&quot;D &amp;#189;&quot; 黑色三聚氰胺</td></tr></tbody></table>

啮齿类动物跑轮活动昼夜节律的记录与分析

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

当啮齿类动物在饲养笼内可自由接触跑轮时，其对跑轮的自发使用行为会因一天中的不同时段而异1-5。夜行性啮齿类动物（包括大鼠、仓鼠和小鼠）在夜间活跃，而在白天相对不活跃。许多其他行为和生理指标也表现出昼夜节律，但在啮齿类动物中，跑轮活动是下丘脑视交叉上核（SCN）这一主昼夜节律起搏器输出信号的一种特别可靠且便捷的测量指标。通常情况下，通过一种称为“同步化（entrainment）”的过程，跑轮活动的每日模式会自然地与环境中的光暗周期（LD周期；例如 12小时光照：12小时黑暗）保持一致。然而，昼夜节律是机体内部产生的、周期约为24小时的行为节律，即使在持续黑暗条件下仍能持续存在。因此，在缺乏光暗周期的情况下，通过记录和分析跑轮活动可用于确定个体的主观日间时间。由于这些节律由昼夜节律钟调控，该主观日间时间被称为昼夜节律时间（circadian time, CT）。相反，当存在光暗周期时，由环境光暗周期所决定的日间时间则称为授时因子时间（zeitgeber time, ZT）。
尽管跑轮活动中的昼夜节律通常与SCN生物钟相关6-8，但大脑和身体其他多个区域的昼夜振荡器9-14也可能参与调控日常活动节律。例如，食物预期性活动的昼夜节律并不依赖SCN15,16，而是与SCN以外振荡器活动的变化相关17-20。因此，跑轮活动记录不仅可提供关于主导性SCN生物钟输出的重要行为学信息，还能反映SCN以外振荡器的活动状态。下文将介绍用于记录、分析和展示实验啮齿类动物昼夜运动活动节律所使用的设备与方法。

<ol>
	<li>计算机程序：在生成活动图谱和计算昼夜节律周期时，通常会使用专门的计算机程序。这些程序包括但不限于 Actiview（Minimitter, Bend, OR）和 Circadia。</li>
	<li>活动图谱（Actograms）：活动图谱以图形方式展示跑轮活动的每日模式。活动图谱可分为单绘图型（横轴 = 24 小时）和双绘图型（横轴 = 48 小时）。两种方法均从上到下依次绘制连续的天数，但双绘图型活动图谱在每条水平线上绘制两天的数据。具体而言，双绘图型活动图谱在每行最右侧显示“第二天”的数据，同时也在第二条水平线的起始位置显示，依此类推。双绘图方式特别有助于可视化非24小时节律。</li>
	<li>周期图（Periodogram）：周期图是通过对随时间变化的跑轮活动进行频谱分析而构建的。周期图显示一系列预设周期的相对功率，常用于确定自由运行周期。</li>
	<li>结果：在实验室中，啮齿类动物通常饲养在24小时光暗循环（LD cycle）条件下。在此条件下，其活动节律被同步化，使得每日跑轮活动模式与精确的24小时光暗周期...

哺乳动物自主转轮跑动活动的昼夜节律与大脑主时钟的分子振荡紧密耦合。因此，这些行为上的日节律可用于研究遗传、药物和环境因素对昼夜节律时钟功能的影响。

当啮齿类动物在笼舍中可自由接触跑轮时，其对跑轮的自发使用行为会因一天中的不同时段而异1-5。夜行性啮齿类动物，...

本实验的总体目标是监测啮齿类动物跑轮活动的昼夜节律。首先需组装适当的硬件设备，然后配置专用软件以记录跑轮活动。随着时间的推移，记录的数据被转换为活动图（ACTO grams）和周期图（periodo grams）以进行分析。最终，通过持续监测跑轮活动来研究遗传、药物和环境因素对啮齿类动物昼夜节律钟的影响。大家好，我是Michael Ver博士。该技术的应用前景涉及多种精神疾病的诊断与治疗，因为精神分裂症或双相情感障碍等疾病均伴有昼夜节律和睡眠的紊乱。通常，初次接触该技术的研究人员会面临缺乏适当硬件或软件的问题，同时也普遍对这些数据所能揭示的内容存在误解。首先设置好动物的居住笼具。每只啮齿类动物应单独饲养，并提供足够空间以放置跑轮。使用带网状底板的笼具，以消除频繁更换垫料可能引起的恐新症效应。小鼠使用较小、较轻的跑轮，而大鼠则使用较大、较重的跑轮。每个笼子应放置在隔音隔离箱内。多个笼子可共同饲养，但单独饲养的笼子可避免周围气味可能造成的干扰，以确保充分通风。每个箱体应配备带有罩子的风扇，以防止微弱光线进入。紧密的通风口可使空气从多个点进入隔离箱，有助于控制气流。每个笼具上方应安装一个位于相似位置的单一光源，以确保各隔离箱之间的光照条件一致。对于需要动物保持在黑暗环境中的实验，应首先使用微弱的红光照射房间。安装并设置本研究中将使用的跑轮。确认跑轮能够自由旋转且无晃动。每个跑轮都应配备一个微型开关，用于记录每一次转动。该信息会传输至质量分析（QA）四个模块，然后被传递到DP 24数据端口，最终由配备Vital View软件的计算机记录。接下来，在此处加载用于记录数据的软件。一旦所有设备正确设置完毕，Vital View软件即可将来自多个单通道来源的数据整合并采集到单个计算机文件中。将选定的啮齿类动物放入其饲养笼中，开始实验。在设定的时间段后，记录动物随时间变化的跑轮活动。专门设计的程序将数据转换为活动图谱（ACTO grams），以展示活动随时间变化的每日模式；同时生成周期图谱（periodo grams），对节律进行频谱分析并计算出最强周期。在此示例中，动物被饲养在标准的明暗循环条件下。在这些条件下，该大鼠每天在同一时间变得活跃，在周期图中显示出精确的24小时峰值。此示例展示了在持续黑暗环境中饲养的大鼠的行为。在这些条件下，大鼠每天的活动时间略晚。因此，在活动图中向右漂移，并在周期图中出现 24.33 小时的峰值。自由运行周期也可通过手动计算得出。首先，在每日活动开始处画一条线。接着，计算每天的斜率（单位：小时/天），最后加上24小时。此处可见在持续黑暗条件下饲养的上交叉核损伤大鼠表现出跑轮活动的无节律模式。大鼠未能表现出跑轮活动的内源性昼夜节律。右侧的周期图（Periodogram）证实，在昼夜节律范围内不存在显著的节律。光照条件对跑轮活动模式具有显著影响。此处，大鼠最初被饲养在持续黑暗环境中，如阴影部分所示。在此条件下，其活动高峰出现在24.33小时。随后，将大鼠饲养在持续光照环境中，如图所示。在此条件下，内源性昼夜节律钟会逐渐被破坏，持续两到三周后，大鼠的节律活动会趋向于活动记录图这一区域的底部。最后，重新恢复正常的12小时光照与12小时黑暗循环，节律在发育完成后得以恢复。该技术为研究昼夜节律的研究人员探索啮齿类动物昼夜节律钟的特性奠定了基础。在观看本视频后，您应能够充分理解如何测量和分析这些节律。

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Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

运行轮活动在啮齿类动物的昼夜节律的记录和分析

转棒实验用于评估偏侧帕金森综合征大鼠行走运动中的运动功能状态。...

使用转棒仪作为大鼠行走定性分析的方法

我们描述了记录每日运动活动节律的实验步骤 黑腹果蝇...

检测运动活性以研究昼夜节律和睡眠参数 果蝇

本文将综述可用于评估小鼠昼夜节律功能及光反应性的方法。...

利用转轮跑动活动测量小鼠的昼夜节律和急性光反应

在新开发的化学诱导绝经小鼠模型上测试了两种运动模式，以研究绝经对运动能力及心脏运动适应性的影响。...

一种研究化学诱导小鼠卵巢功能衰竭对运动能力和心脏适应性影响的方法

运动可能缓解与神经退行性疾病相关的行为障碍。尽管针对运动介导效应机制的研究在疾病模型中有所增加，但伴随这些疾病（特别是衰老）的神经生物学背景可能尚未得到充分考虑。本文阐述了提高老年大鼠运动实验范式成功率的若干措施。...

在啮齿类动物强制运动中实现依从性：评估运动对衰老相关疾病影响的关键标准

本文介绍了一种在雌性青春期小鼠中诱导活动性厌食症（ABA）的实验方案。ABA...

利用基于活动的厌食啮齿类动物模型研究神经性厌食症的神经生物学基础

本研究介绍了一种基于跑轮的动物活动能力系统，用于量化大鼠的有效运动活动。通过采用预定义的自适应加速度曲线构建了适合大鼠的实验平台，有效运动率与梗死体积之间存在高度相关性，表明该方案在脑卒中预防实验中具有应用潜力。...

一种基于创新跑轮机制的改进大鼠训练性能方法

本文介绍了一种半自动分析小鼠长期心电图（ECG）数据的分步实验方案，用于获取基本 ECG 参数及常见心律失常的分析结果。数据通过植入式遥测发射器在清醒、自由活动的小鼠中采集，并使用 Ponemah...

分析长期心电图记录以检测小鼠心律失常

本实验描述了一种可翻译的渐进负荷跑轮抗阻训练小鼠模型。该抗阻训练模型的主要优势在于其完全为自愿进行，从而降低了动物的应激反应以及研究人员的工作负担。...

一种用于小鼠渐进式抗阻训练的简易且低成本跑轮模型

本方案描述了一种可在多种研究背景下实施的有效自主转轮跑模型。与其他自主跑台模型不同，该方法在追踪单个大鼠跑步参数的同时，避免了隔离饲养。...

使用最小化社交隔离的自主跑轮运动方案追踪小鼠个体跑步指标

学习使用跑轮活动监测啮齿类动物昼夜节律的方法。通过专用软硬件记录数据并转换为ACTO图和周期图，分析遗传、药理及环境因素对生物钟的影响。该技术有助于理解哺乳动物的昼夜节律机制。

啮齿类动物跑轮活动昼夜节律的记录与分析

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