运行轮活动在啮齿类动物的昼夜节律的记录和分析
2013年1月24日
昼夜节律在自愿轮运行活动在哺乳动物中的紧密耦合的分子在大脑中的主时钟振荡。因此，这些生活节奏的行为可以被用来研究这个生物钟的功能，遗传，药物和环境因素的影响。
该程序的总体目标是监测啮齿动物跑轮活动的昼夜节律。这是通过首先组装适当的硬件来实现的。接下来，配置专门的软件来记录正在运行的活动。
随着时间的推移，记录的数据被转换为 ACTO 克和 periodo 克进行分析。最终，对跑轮活动的连续监测用于研究遗传、药理学和环境因素对啮齿动物生物钟的影响。嗨，我是 Dr.Michael Ver。
这种技术的影响延伸到许多精神疾病的诊断和治疗，因为精神分裂症或双相情感障碍等疾病都伴随着昼夜节律和睡眠紊乱。一般来说，刚接触这项技术的人会遇到缺乏合适的硬件或软件，以及对这些数据可以证明什么的普遍误解。首先设置房屋笼。
每只啮齿动物都应该单独饲养，并有足够的空间容纳一个跑轮。使用带有网状地板的笼子来消除频繁更换床上用品可能产生的任何恐新影响。较小、较轻的轮子用于小鼠，而更大、更重的轮子用于大鼠。
每个笼子都放置在一个隔音箱内。多个笼子可以放在一起，但是，单独放置的笼子可以避免周围气味的可能干扰，以实现足够的通风。每个箱子都应配备一个带罩的风扇，以防止光线进入小光线。
密封通风口允许空气从多个点进入隔离箱，并帮助控制气流。应在每个笼子上方的类似位置安装单个光源，以实现隔离箱之间的一致照明。对于需要动物保持黑暗的研究，首先用昏暗的红光照亮房间。
设置将在分析中使用的跑轮。确认轮子可以自由旋转并且不会晃动。每个跑轮都应配备一个记录每转的微动开关。
该信息传输到 QA 四个模块，然后中继到 DP 24 数据端口，最后由配备 Vital View 的计算机记录。接下来，加载将在此处记录数据的软件。一旦一切都设置正确，Vital Viewers 就会将来自许多单频道源的数据收集到一个计算机文件中。
通过将选择的啮齿动物放入它们的家笼中开始研究。然后将在设定的时间段后记录动物的跑步活动。专门设计的程序将数据转换为 ACTO 克，前者说明了随时间变化的日常活动模式，后者对节律进行频谱分析并计算最强的时期。
在这个例子中，动物被安置在标准的明暗循环下。在这些条件下，这只大鼠在每天的同一时间变得活跃，在周期克中显示出精确的 24 小时峰值。此示例显示了饲养在持续黑暗中的老鼠的行为。
在这些条件下，大鼠每天的活动时间略晚。因此，右翼将在 Acto gram 中漂移，在 periodo gram 中达到 24.33 小时峰值。也可以手动计算自由运行期间。
首先，在日常活动开始时划清界限。接下来，计算斜率（以每天的小时为单位），最后加上 24 小时。在这里，在大鼠中可以看到跑轮活动的心律失常模式，其上魅力核的病变位于持续的黑暗中。
大鼠在跑轮活动中未能表现出内源性昼夜节律。右侧的 Periodo Graham 确认在昼夜节律范围内没有明显的节律。光照条件对跑轮活动的模式有很大影响。
在这里，老鼠最初被饲养在持续的黑暗中，如阴影部分所示。在这种情况下，在 24.33 小时时达到峰值活动。接下来，将大鼠饲养在如图所示的恒定光照下。
在这种情况下，内源性生物钟在两到三周内逐渐被打乱，大鼠在 Acto gram 的这一部分的底部变得有节奏。最后，恢复正常的 12 小时、12 小时明暗周期，并在发展后恢复节律。这项技术为研究昼夜节律的研究人员探索啮齿动物生物钟的特性铺平了道路，观看此视频后，您应该对如何测量和分析这些节律有很好的了解。
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概述
本研究聚焦于监测啮齿类动物跑轮活动的昼夜节律，这与大脑主时钟的分子振荡密切相关。通过分析这些节律，研究人员可以探索各种因素对昼夜钟功能的影响。
研究的主要组成部分
科学领域
- 神经科学
- 昼夜生物学
- 行为科学
背景
- 昼夜节律影响各种生物过程。
- 自愿跑轮活动作为研究这些节律的模型。
- 理解这些节律可以提供关于遗传和环境影响的见解。
- 大脑的主时钟调节这些日常行为模式。
研究目的
- 监测啮齿类动物的昼夜节律。
- 评估遗传、药理和环境因素的影响。
- 利用跑轮活动作为昼夜钟功能的测量。
使用的方法
- 组装用于监测活动的硬件。
- 配置专门的软件进行数据记录。
- 将记录的数据转换为ACTO图和周期图。
- 持续监测跑轮活动。
主要结果
- 数据分析揭示了昼夜节律的模式。
- 评估了各种因素对昼夜钟的影响。
- 跑轮活动为这些节律提供了可靠的测量。
- 研究结果有助于理解哺乳动物的生物钟。
结论
- 啮齿类动物的昼夜节律可以通过跑轮活动有效监测。
- 遗传、药理和环境因素显著影响这些节律。
- 这项研究增强了我们对昼夜生物学的理解。
常见问题
Executive Industry Relevance
Quantitative analysis of circadian rhythms in rodent running-wheel activity provides a robust behavioral readout for interrogating the function of the master circadian clock and extra-SCN oscillators. This approach enables mechanistic de-risking of genetic, pharmacological, and environmental interventions on biological timing, supporting predictive confidence in early discovery and translational neuroscience portfolios. Reliable circadian phenotyping informs target validation and risk-adjusted progression of neuropsychiatric and chronobiology-focused assets.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional assessment of candidate genes or compounds impacting circadian clock output.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing SCN-dependent and extra-SCN oscillator contributions.
- Provides quantitative endpoints for target validation in chronobiology and neuropsychiatric research.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, reproducible behavioral assays for screening genetic or pharmacological modulators of circadian function.
- Facilitates assay development with robust, quantitative outputs (e.g., period length, rhythmicity strength).
- Enables scalable, high-throughput phenotyping across rodent models.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical circadian phenotypes with disease-relevant endpoints in psychiatric and sleep disorders.
- Supports continuity from molecular discovery to behavioral validation in vivo.
- Informs risk-adjusted advancement of assets targeting circadian mechanisms.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by providing a behavioral readout for hypothesis testing, target validation, and translational alignment.
- Discovery Biology: Quantifies circadian phenotypes to clarify pathway involvement and biological de-risking.
- Screening: Supplies reproducible, quantitative activity data for compound or genetic screening.
- Analytics: Generates ACTO grams and periodo grams for statistical comparison of rhythmicity and period length.
- Translational Research: Bridges preclinical findings to disease-relevant behavioral endpoints.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for circadian phenotyping across diverse rodent models and interventions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation and mechanistic studies of circadian biology.
- Operational Value: Standardizes behavioral phenotyping with scalable, reproducible protocols and analytics.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in neuropsychiatric pipelines.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of assets targeting circadian and behavioral endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and circadian biology for study design and interpretation.
- Needs specialized hardware (running wheels, isolation boxes) and software for data acquisition and analysis.
- Demands cross-team standardization of housing, lighting, and data processing protocols.
- Adaptation may be necessary for different rodent species or genetic backgrounds.
- Interpretation of arrhythmic or disrupted patterns must consider potential confounds such as lesions or environmental artifacts.
