Name: 印刷业记录程序在小鼠体内测量睡眠 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-25T19:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: 了解多导睡眠记录技术在小鼠睡眠研究中的应用，通过脑电图和肌电图测量清醒、快速眼动睡眠与非快速眼动睡眠状态。该方法帮助神经科学研究人员关联行为与皮层神经元活动。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

感谢 Larry D. Frye 博士在本文手稿编辑方面提供的帮助。本研究得到了日本科学促进会科学研究费补助金 24300129（授予 M.L.）、25890005（授予 Y.O.）和 26640025（授予 Y.T.）、日本国立农业与食品研究机构（授予 Y.U.）、文部科学省世界顶级国际研究中心计划（WPI）（授予 Y.O.、Y.T.、Y.U. 和 M.L.）以及日本雀巢营养理事会（授予 M.L.）的支持。

伦理声明：涉及动物受试者的实验程序已获得筑波大学机构动物实验委员会的批准。
1. 脑电图/肌电图记录用的电极和电缆的制备
<ol>
	<li>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。
	<ol>
		<li>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，将热的焊烙铁接触导线与针脚的连接处，并熔化适量焊料，确保焊料平滑地流入连接点。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。</li>
		<li>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部下方的螺纹处，将热的焊烙铁接触导线与螺钉的连接处，并熔化适量焊料，确保焊料平滑地流入连接点。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。</li>
		<li>使用剪刀剥离肌电图（EMG）电极末端1 mm的绝缘层，以提高肌电图信号质量。</li>
		<li>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。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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。
	<ol>
		<li>将4针FFC/FPC连接器的每个针脚焊接至一根30 cm扁平电缆的导线上。具体操作为：将导线裸露端固定在针脚上，将热的焊烙铁接触导线与针脚的连接处，并熔化适量焊料，确保焊料平滑地流入连接点。 
		注意：应根据用于脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录的实验动物笼具高度选择合适长度的扁平电缆。</li>
		<li>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，将热的焊烙铁接触导线与插孔的连接处，并熔化适量焊料，确保焊料平滑地流入连接点。</li>
		<li>将每个压接插孔插入4位压接外壳中。</li>
		<li>使用细木棒或牙签将环氧树脂胶完全覆盖压接插孔。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 小鼠头部电极植入（持续时间：约 20 分钟）
<ol>
	<li>在手术前，将所有手术器械在热珠灭菌器中灭菌。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）进行麻醉。通过夹捏脚趾确认小鼠已深度麻醉后，使用电推剪剃除头颈部的毛发。</li>
	<li>将小鼠移至立体定位仪，用两个耳杆固定头部。在眼睛上涂抹凡士林以防止干燥。用酒精清洁剃毛区域的皮肤，并用手术刀沿中线切开以暴露颅骨。用夹子固定皮肤以保持手术区域开放。</li>
	<li>使用碳化钨钻头（钻头尺寸：直径0.8 mm），根据Paxinos和Franklin立体定位坐标，在颅骨上钻两个孔，分别位于右半球额叶皮质区域（前囟前1 mm，中线外侧1.5 mm）和顶叶区域（人字缝前1 mm，中线外侧1.5 mm）。23</li>
	<li>使用钟表螺丝刀将不锈钢脑电图记录螺钉插入孔中，每个螺钉旋转2至2.5圈，使其位于硬脑膜外皮层上方。 
	注意：切勿将螺钉旋入过深，以免损伤脑组织。检查螺钉是否牢固固定于颅骨上，这对于在长时间多次记录期间（通常超过1个月）获得稳定的脑电图信号至关重要。松动的螺钉会产生脑电图伪迹，并可能在实验结束前脱落。</li>
	<li>将电极组件（参见第1.1节，针脚朝上）用瞬干胶固定于颅骨，并以牙科水泥覆盖。用镊子在斜方肌（颈部）肌肉两侧打小孔，将作为肌电图电极的不锈钢丝插入孔中。用丝线（直径0.1 mm）缝合皮肤，避免肌肉暴露。</li>
	<li>将小鼠从立体定位仪中取出。为预防细菌感染，经腹腔注射氨苄青霉素（100 mg/kg）；为减轻术后疼痛，经腹腔注射美洛昔康（1 mg/kg）。将小鼠置于加热垫上，并持续监测，直至其恢复足够意识以维持胸卧位。术后恢复期间将小鼠单独饲养，以防止其他动物撕扯电极，并在手术后第一天再次经腹腔注射美洛昔康（1 mg/kg）。</li>
</ol>
3. 记录和采集脑电图/肌电图数据
<ol>
	<li>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）。</li>
	<li>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受限）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（见“材料”表，4）th 从底部进入。</li>
	<li>将小鼠在记录舱内适应 2 - 3 天。如果 EEG/EMG 记录过程中包含腹腔给药，应在每次给药时间点于适应期每日轻柔地抓握小鼠进行操作。</li>
	<li>随后，启动 EEG/EMG 记录软件（材料表，4）th 从底部进入
	<ol>
		<li>选择“数据文件信息”选项卡，点击文件名旁的复选框。输入文件名后点击“保存”。</li>
		<li>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。</li>
		<li>在“记录条件”选项卡中选择采样频率（128 Hz）。</li>
		<li>检查所选通道是否在“通道信息”选项卡中正确显示。</li>
		<li>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）。</li>
		<li>检查 EEG/EMG 信号是否正确显示。</li>
		<li>选择“定时设置”选项卡，然后在“主定时器”区域设置记录开始和结束的时钟时间。</li>
		<li>在“定时器设置”选项卡中点击“监控”以开始记录。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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）以及不同处理条件（例如，咖啡因给药或假处理）数天。在最后一次实验后，通过腹腔注射戊巴比妥（200 mg/kg）处死小鼠。</li>
</ol>
4. 基于脑电图/肌电图数据的行为状态评分
<ol>
	<li>启动用于脑电图/肌电图分析的软件（材料表，4）th 从底部进入）。打开在步骤3中生成的脑电图/肌电图原始数据（.kcd文件）。点击“Sleep”标签，选择Epoch时间，设置为10秒。</li>
	<li>点击“睡眠”标签，选择“多屏分析”，以自动将所有10秒时段分为3个阶段即基于脑电图（EEG）和肌电图（EMG）的振幅以及脑电图的功率谱分析，区分非快速眼动睡眠（NREM）、快速眼动睡眠（REM）和清醒状态。3</li>
	<li>点击“EEG的FFT条件”。</li>
	<li>设置功率谱分析的参数［256 个数据点（对应 2 秒的 EEG 信号）、Hanning 窗函数，以及每 epoch 平均 5 个谱］。3 点击“确定”。</li>
	<li>单击“开始筛选”以启动自动筛选。打开已评分的数据（.raf 文件）。</li>
	<li>检查自动筛选的结果，并根据标准准则（参见代表性结果），在必要时进行手动校正。 图1B 和 表1).2, 3 简而言之，用鼠标左键点击并按住标记错误的时段，拖动光标选中一系列标记错误的时段；松开鼠标左键后，在弹出窗口中选择正确的行为状态。 
	注意：偶尔，在两种警觉状态之间的过渡期，可能难以明确地将某一时间段归入其中一种状态。在此类情况下，应将该时间段归入表观状态，并在整个实验过程中对类似的时间段应用相同的标准，以确保数据的可重复性。</li>
</ol>

<ol><li>Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%C3%9Cber+das+Elektrenkephalogramm+des+Menschen%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Psych%22%5BJournal%5D)">Über das Elektrenkephalogramm des Menschen.</a> Arch. Psych. 87 (1), 527-570 (1929).</li>
<li>Tobler, I., Deboer, T., Fischer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep+and+sleep+regulation+in+normal+and+prion+protein-deficient+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Sleep and sleep regulation in normal and prion protein-deficient mice.</a> J. Neurosci. 17 (5), 1869-1879 (1997).</li>
<li>Kohtoh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Algorithm+for+sleep+scoring+in+experimental+animals+based+on+fast+Fourier+transform+power+spectrum+analysis+of+the+electroencephalogram%5BTitle%5D)+AND+%22Sleep+Biol.+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Algorithm for sleep scoring in experimental animals based on fast Fourier transform power spectrum analysis of the electroencephalogram.</a> Sleep Biol. Rhythm. 6 (3), 163-171 (2008).</li>
<li>Rosenbaum, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRosenbaum%2C+E+%22Warum+m%C3%BCssen+wir+schlafen%3F+%3A+eine+neue+Theorie+des+Schlafes%22">Warum müssen wir schlafen? : eine neue Theorie des Schlafes</a>. , August Hirschwald. (1892).</li>
<li>Kubota, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kuniomi+Ishimori+and+the+first+discovery+of+sleep-inducing+substances+in+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Res%22%5BJournal%5D)">Kuniomi Ishimori and the first discovery of sleep-inducing substances in the brain.</a> Neurosci. Res. 6 (6), 497-518 (1989).</li>
<li>Ishimori, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((True+cause+of+sleep%3A+a+hypnogenic+substance+as+evidenced+in+the+brain+of+sleep-deprived+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Tokyo+Igakkai+Zasshi%22%5BJournal%5D)">True cause of sleep: a hypnogenic substance as evidenced in the brain of sleep-deprived animals.</a> Tokyo Igakkai Zasshi. 23, 429-457 (1909).</li>
<li>Legendre, R., Pieron, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recherches+sur+le+besoin+de+sommeil+cons%C3%A9cutif+%C3%A0+une+veille+prolong%C3%A9e%5BTitle%5D)+AND+%22Z.+Allegem.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Recherches sur le besoin de sommeil consécutif à une veille prolongée.</a> Z. Allegem. Physiol. 14, 235-262 (1913).</li>
<li>Inoué, S., Honda, K., Komoda, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep+as+neuronal+detoxification+and+restitution%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain.+Res%22%5BJournal%5D)">Sleep as neuronal detoxification and restitution.</a> Behav. Brain. Res. 69 (1-2), 91-96 (1995).</li>
<li>Urade, Y., Hayaishi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prostaglandin+D2+and+sleep%2Fwake+regulation%5BTitle%5D)+AND+%22Sleep+Med.+Rev%22%5BJournal%5D)">Prostaglandin D2 and sleep/wake regulation.</a> Sleep Med. Rev. 15 (6), 411-418 (2011).</li>
<li>Ueno, R., Ishikawa, Y., Nakayama, T., Hayaishi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prostaglandin+D2+induces+sleep+when+microinjected+into+the+preoptic+area+of+conscious+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem.+Biophys.+Res.+Commun%22%5BJournal%5D)">Prostaglandin D2 induces sleep when microinjected into the preoptic area of conscious rats.</a> Biochem. Biophys. Res. Commun. 109 (2), 576-582 (1982).</li>
<li>Krueger, J. M., Walter, J., Dinarello, C. A., Wolff, S. M., Chedid, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep-promoting+effects+of+endogenous+pyrogen+%28interleukin-1%29%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Sleep-promoting effects of endogenous pyrogen (interleukin-1).</a> Am. J. Physiol. 246 (6 Pt 2), R994-R999 (1984).</li>
<li>Porkka-Heiskanen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adenosine%3A+a+mediator+of+the+sleep-inducing+effects+of+prolonged+wakefulness%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Adenosine: a mediator of the sleep-inducing effects of prolonged wakefulness.</a> Science. 276 (5316), 1265-1268 (1997).</li>
<li>Garcia-Garcia, F., Acosta-Pena, E., Venebra-Munoz, A., Murillo-Rodriguez, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep-inducing+factors%5BTitle%5D)+AND+%22CNS+Neurol.+Disord.+Drug.+Targets%22%5BJournal%5D)">Sleep-inducing factors.</a> CNS Neurol. Disord. Drug. Targets. 8 (4), 235-244 (2009).</li>
<li>Huitron-Resendiz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Urotensin+II+modulates+rapid+eye+movement+sleep+through+activation+of+brainstem+cholinergic+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Urotensin II modulates rapid eye movement sleep through activation of brainstem cholinergic neurons.</a> J. Neurosci. 25 (23), 5465-5474 (2005).</li>
<li>Wilkins, R. H., Brody, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Encephalitis+lethargica%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Encephalitis lethargica.</a> Arch. Neurol. 18 (3), 324-328 (1968).</li>
<li>von Economo, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Die+encephalitis+lethargica%5BTitle%5D)+AND+%22Wien.+Klin.+Wochenschr%22%5BJournal%5D)">Die encephalitis lethargica.</a> Wien. Klin. Wochenschr. 30, 581-585 (1917).</li>
<li>Moruzzi, G., Magoun, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+stem+reticular+formation+and+activation+of+the+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalogr.+Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Brain stem reticular formation and activation of the EEG.</a> Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1 (4), 455-473 (1949).</li>
<li>Saper, C. B., Fuller, P. M., Pedersen, N. P., Lu, J., Scammell, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep+state+switching%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Sleep state switching.</a> Neuron. 68 (6), 1023-1042 (2010).</li>
<li>Jones, B. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+BE+%22Progress+in+Brain+Research%22">Progress in Brain Research</a>. Krnjevic , K., L, D. escarries, S, M. ircea 145, Elsevier. 157-169 (2004).</li>
<li>Saper, C. B., Scammell, T. E., Lu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hypothalamic+regulation+of+sleep+and+circadian+rhythms%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms.</a> Nature. 437 (7063), 1257-1263 (2005).</li>
<li>Fort, P., Bassetti, C. L., Luppi, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alternating+vigilance+states%3A+new+insights+regarding+neuronal+networks+and+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Alternating vigilance states: new insights regarding neuronal networks and mechanisms.</a> Eur. J. Neurosci. 29 (9), 1741-1753 (2009).</li>
<li>Lu, J., Sherman, D., Devor, M., Saper, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+putative+flip-flop+switch+for+control+of+REM+sleep%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A putative flip-flop switch for control of REM sleep.</a> Nature. 441 (7093), 589-594 (2006).</li>
<li>Paxinos, G., Franklin, K. B. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+mouse+brain+in+stereotaxic+coordinates%22">The mouse brain in stereotaxic coordinates</a>. , Academic. (2001).</li>
<li>Lazarus, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arousal+effect+of+caffeine+depends+on+adenosine+A2A+receptors+in+the+shell+of+the+nucleus+accumbens%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Arousal effect of caffeine depends on adenosine A2A receptors in the shell of the nucleus accumbens.</a> J. Neurosci. 31 (27), 10067-10075 (2011).</li>
<li>Huang, Z. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adenosine+A2A%2C+but+not+A1%2C+receptors+mediate+the+arousal+effect+of+caffeine%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Adenosine A2A, but not A1, receptors mediate the arousal effect of caffeine.</a> Nat. Neurosci. 8 (7), 858-859 (2005).</li>
<li>Qu, W. M., Huang, Z. L., Xu, X. H., Matsumoto, N., Urade, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopaminergic+D1+and+D2+receptors+are+essential+for+the+arousal+effect+of+modafinil%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Dopaminergic D1 and D2 receptors are essential for the arousal effect of modafinil.</a> J. Neurosci. 28 (34), 8462-8469 (2008).</li>
<li>Huang, Z. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arousal+effect+of+orexin+A+depends+on+activation+of+the+histaminergic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Arousal effect of orexin A depends on activation of the histaminergic system.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98 (17), 9965-9970 (2001).</li>
<li>Xu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mouse+model+mimicking+human+first+night+effect+for+the+evaluation+of+hypnotics%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Biochem.+Behav%22%5BJournal%5D)">A mouse model mimicking human first night effect for the evaluation of hypnotics.</a> Pharmacol. Biochem. Behav. 116, 129-136 (2014).</li>
<li>Cho, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marine+polyphenol+phlorotannins+promote+non-rapid+eye+movement+sleep+in+mice+via+the+benzodiazepine+site+of+the+GABAA+receptor%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacol%22%5BJournal%5D)">Marine polyphenol phlorotannins promote non-rapid eye movement sleep in mice via the benzodiazepine site of the GABAA receptor.</a> Psychopharmacol. 231 (14), 2825-2837 (2014).</li>
<li>Liu, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piromelatine+exerts+antinociceptive+effect+via+melatonin%2C+opioid%2C+and+5HT1A+receptors+and+hypnotic+effect+via+melatonin+receptors+in+a+mouse+model+of+neuropathic+pain%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacol%22%5BJournal%5D)">Piromelatine exerts antinociceptive effect via melatonin, opioid, and 5HT1A receptors and hypnotic effect via melatonin receptors in a mouse model of neuropathic pain.</a> Psychopharmacol. 231 (20), 3973-3985 (2014).</li>
<li>Qu, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lipocalin-type+prostaglandin+D+synthase+produces+prostaglandin+D2+involved+in+regulation+of+physiological+sleep%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Lipocalin-type prostaglandin D synthase produces prostaglandin D2 involved in regulation of physiological sleep.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (47), 17949-17954 (2006).</li>
</ol>

作者 Yujiro Tauguchi 和 Sayaka Kohtoh 是 Kissei Comtech Co., Ltd 的员工，该公司开发了本研究中用于采集和自动分析 EEG/EMG 数据的 SleepSign 软件。

本方案描述了一种用于脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录的实验装置，可在低噪声、低成本且高通量的条件下评估睡眠与觉醒状态。由于EEG/EMG电极头端组件体积较小，该系统可与其他脑内植入装置联合使用，包括光遗传学实验（光纤植入）或结合同时进行的套管植入，实现向小鼠脑内微量输注药物31。此外，电极头端组件采用多针接口设计，若需记录额外的电信号（例如：对侧EEG、眼电图或局部场电位），可灵活调整记录通道的数量。
然而，本方案中所述的基于电缆的设计需要单独饲养，因此限制了对行为状态的评估。 即，睡眠与觉醒状态，结合社交互动或复杂行为学测试。在这些情况下，无线睡眠监测系统可能更为合适，尽管遥测设备并非没有其自身的局限性，尤其是电池成本和寿命问题。
根据图1和表1所示标准对行为状态进行评分时，脑电图（EEG）和肌电图（EMG）信号的质量至关重要。电极（即，螺丝）松动通常是导致电噪声的原因，从而在...

技术进步常常推动神经生物学过程认知的飞跃。例如，汉斯·贝格尔（Hans Berger）于1929年发现，从人类头皮记录到的电位呈正弦波形式，其频率与受试者的清醒程度直接相关，这一发现促进了动物和人类睡眠-觉醒调控机制研究的迅速发展。1 迄今为止，脑电图（EEG）与肌电图（EMG）联合使用 即由骨骼肌产生的电活动，代表了数据 &#34;骨架&#34; 几乎所有旨在将行为和生理活动与动物（包括人类）行为状态下皮层神经元活动相关联的实验和临床评估都依赖于此。在大多数基础睡眠研究实验室中，这些脑电图记录是通过基于电缆的系统进行的图1）其中获取的数据将进行离线的模式和频谱分析[例如应用快速傅里叶变换（FFT）算法来确定被记录受试者的警觉状态。2, 3 睡眠包括快速眼动（REM）睡眠和非快速眼动（NREM）睡眠。REM 睡眠的特征是脑电图（EEG）表现为快速、低电压的波形，伴随随机的眼球运动以及肌肉失张力，即肌肉处于有效麻痹的状态。REM 睡眠也被称为矛盾睡眠，因为此时脑活动类似于清醒状态，而身体大部分与大脑失去联系，表现为深度睡眠。相比之下，NREM 睡眠期间运动神经元被激活，但无眼球运动。人类的 NREM 睡眠可分为 4 个阶段，其中第 4 阶段称为深度睡眠或慢波睡眠，其脑电图特征为具有 0.5 - 4 Hz δ 活动的大而缓慢的脑电波。然而，在大鼠和小鼠等体型较小的动物中，尚未建立 NREM 睡眠的明确分期，主要原因是这些动物不像人类那样具有长时间连续的睡眠周期。
多年来，基于脑电图（EEG）的解读，人们提出了多种关于睡眠-觉醒调节的模型，包括基于神经环路和体液因素的模型。睡眠需求或另一种说法——&#34;睡眠驱动力&#34;——的神经与细胞基础至今尚未明确，但通常被概念化为一种在清醒期间逐渐积累、并在睡眠中得以释放的稳态压力。一种理论认为，内源性促眠因子在清醒期间不断积累，其逐步积聚构成了睡眠稳态压力的基础。尽管最早正式提出睡眠由体液因子调节的假说可追溯至1892年Rosenbaum的研究4，但真正独立地在一百多年前证实促眠化学物质存在的，是Ishimori5, 6和Pieron7。两位研究者提出并确凿证明，在被剥夺睡眠的狗的脑脊液（CSF）中存在促眠物质或“催眠毒素”8。在过去的一个世纪中，人们又陆续鉴定出多种可能参与睡眠稳态过程的促眠物质（综述见参考文献9），包括前列腺素（PG）D2,10、细胞因子11、腺苷12、花生四烯乙醇胺（anandamide）13以及尾加压素II肽（urotensin II peptide）14。
Economo 的实验工作15, 16，莫鲁齐和马贡17以及20世纪早期和中期的其他研究者th 世纪以来的研究成果启发了基于神经回路的睡眠与觉醒理论，并在一定程度上掩盖了当时占主导地位的体液睡眠理论。迄今为止，已有若干 &#34;电路模型&#34; 已提出多种模型，每种模型所依据的数据在质量和数量上各不相同（综述见参考文献18）。例如，其中一种模型认为，慢波睡眠是通过腺苷介导的对基底前脑胆碱能神经元乙酰胆碱释放的抑制而产生的，该区域主要由布罗卡斜带水平支核和无名质组成。19 另一种流行的睡眠/觉醒调节模型基于腹外侧视前区促眠神经元与下丘脑及脑干促醒神经元之间的相互抑制作用，描述了一种双稳态开关机制。18, 20, 21 此外，对于REM睡眠的开启与关闭，脑干中的腹侧导水管周围灰质、脑桥外侧被盖区以及侧背侧核之间也提出了类似的相互抑制性作用机制。22 总体而言，这些模型已被证明是睡眠研究中富有价值的启发式工具，并为相关研究提供了重要的解释框架；然而，要更全面地理解调控睡眠-觉醒周期的分子机制和神经回路，仍需对这一系统的各个组分有更为完整的认识。下文详述的多导生理记录系统将有助于实现这一目标。

<table><tbody><tr><td>4针插头</td><td>Hirose</td><td>A3B-4PA-2DSA(71)</td><td></td></tr><tr><td>氨苄青霉素</td><td>明治制果</td><td></td><td></td></tr><tr><td>模数转换器</td><td>Contec</td><td>AD16-16U(PCIEV)</td><td></td></tr><tr><td>咖啡因</td><td>Sigma</td><td>C0750</td><td></td></tr><tr><td>硬质合金切削刀具</td><td>Minitor</td><td>B1055</td><td></td></tr><tr><td>压接外壳</td><td>Hirose</td><td>DF11-4DS-2C</td><td></td></tr><tr><td>压接插座</td><td>Hirose</td><td>DF11-30SC</td><td></td></tr><tr><td>牙科水泥（Toughron Rebase）</td><td>Miki Chemical Product</td><td></td><td></td></tr><tr><td>环氧粘合剂</td><td>Konishi</td><td>#16351</td><td></td></tr><tr><td>FFC/FPC连接器</td><td>本田通信工业</td><td>FFC-10BMEP1(B)</td><td></td></tr><tr><td>扁平电缆</td><td>日立电线</td><td>20528-ST LF</td><td></td></tr><tr><td>瞬干胶（Aron Alpha A）</td><td>东曹</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>美洛昔康</td><td>勃林格殷格翰</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>戊巴比妥</td><td>协和化学工业</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>信号放大器</td><td>Biotex</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>睡眠记录舱</td><td>APL</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>SleepSign软件</td><td>Kissei Comtec</td><td>N/A</td><td>用于脑电图/肌电图记录/分析</td></tr><tr><td>滑环</td><td>Biotex</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>不锈钢螺钉</td><td>山崎</td><td>N/A</td><td>&amp;phi;1.0 &amp;times; 2.0</td></tr><tr><td>不锈钢导线</td><td>Cooner Wire</td><td>AS633</td><td></td></tr></tbody></table>

用于测量小鼠睡眠的多导生理记录操作流程

Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice

在小动物（如小鼠和大鼠）中记录硬膜外脑电图（EEG）和肌电图（EMG）对于研究睡眠-觉醒调节的稳态机制和神经环路至关重要。目前许多实验室采用基于电缆的睡眠记录系统，结合计算机软件对EEG数据进行功率谱分析，从而自动评分自由活动小鼠的警觉状态。本文详细描述了该系统。通过在单侧大脑半球的额叶皮层区和顶叶区上方植入钢质螺钉，用于监测EEG信号；此外，通过在双侧颈部肌肉中植入导线来记录EMG活动。非快速眼动睡眠（Non-REM；NREM）的特征是EEG中出现幅度大、频率慢的脑电波，其δ活动低于4 Hz；而在从NREM睡眠向REM睡眠过渡时，可观察到EEG由低频δ活动转变为6至10 Hzθ频段的快速低幅电活动。相比之下，清醒状态的特征是EEG轨迹中呈现低至中等幅度的脑电波，并伴有显著的EMG活动。

图1B 展示了小鼠在不同觉醒状态下的脑电图示例。如表1所示，若脑电图显示低于4 Hz的δ节律大而慢的脑波，且肌电图仅有微弱或无信号，则将该时间段归类为非快速眼动睡眠（NREM睡眠）。若脑电图显示6至10 Hzθ频段的快速低电压脑波，且肌电图显示低振幅，则将该时间段归类为快速眼动睡眠（REM睡眠）。其余时间段应归类为清醒状态（即，脑电图为低至中等电压，并出现肌电活动）。
例如，本方案中描述的脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录装置可用于测定C57BL/6小鼠在基线条件或咖啡因处理后的睡眠时长及睡眠/觉醒谱型。图2和图3).
在基线条件下，小鼠作为夜行性动物表现出明显的昼夜睡眠-觉醒节律，如图中所示，在光照期的睡眠量...

在自由活动的小鼠中记录脑电图（EEG）和肌电图（EMG）是将行为与睡眠和觉醒的生理状态相关联的关键步骤。本文所述的实验方案提供了一种基于电缆的系统，用于在小鼠中获取脑电图和肌电图记录。

在小动物（如小鼠和大鼠）中记录硬膜外脑电图（EEG）和肌电图（EMG）对于研究……具有关键作用

该多导生理记录方法的总体目标是确定小鼠的警觉状态，并测量其处于清醒、快速眼动睡眠或非快速眼动睡眠的时间。该方法有助于回答神经科学几乎所有领域中的关键问题，即在行为动物中将行为和生理活动与皮层神经元的活动相关联。该技术的主要优势在于，它能够记录多个神经信号节点、脑电图和肌电图，并可与其他脑内植入装置（如光纤和输注导管）结合使用。该方法的可视化演示非常重要，因为电极的植入必须正确操作，且电极的质量对于判断生理状态极为关键。本次操作将由我实验室的博士后Yohko Takata进行演示。开始之前，请使用热珠灭菌器对所有手术器械进行灭菌处理。通过脚趾夹捏确认小鼠已麻醉后，剃除其头部和颈部的毛发。接着，将小鼠固定于立体定位仪上，并用两侧耳杆固定头部。然后，向眼睛涂抹眼膏以防止角膜干燥。使用酒精和含碘消毒剂清洁已剃毛的皮肤。然后，用手术刀沿中线切开皮肤以暴露颅骨，并用夹子将皮肤固定于两侧，以保持手术区域开放。使用0.8毫米钻头的碳化钨钻头，在颅骨上钻两个孔。在额叶皮层区域上方钻一个孔，第二个孔置于右侧半球的顶叶区域上方。接着，使用钟表匠螺丝刀将不锈钢脑电记录螺钉旋入孔中。将螺钉旋入两到两圈半，以确保其在大脑皮层上方达到硬膜外定位。螺钉插入后不应晃动。这一点非常重要。现在，将电极组件固定在颅骨上，针脚朝上。电极必须垂直贴附。使用棉签辅助固定电极位置，先用氰基丙烯酸酯胶水粘合电极，再用牙科水泥加固。接下来，在斜方肌上制作小孔，并将肌电图电极插入这些孔中。然后，使用直径为0.1毫米的丝线缝合皮肤。现在，将小鼠从立体定位仪上取下，并放置在加热垫上。给小鼠腹腔注射氨苄青霉素和美洛昔康，并监测小鼠直至其恢复胸卧位。随后将小鼠单独饲养。植入电极一周后，将小鼠转移至隔音记录室内的实验笼中。将小鼠的脑电图（EEG）/肌电图（EMG）电极组件固定，并连接至与滑环相连的记录电缆。将模数转换器（AD转换器）电缆连接至与滑环相连的EEG/EMG信号滤波放大器。使用AD转换器将信号转换为128赫兹的数字信号，最后将信号记录到计算机中。将小鼠在记录室中适应2至3天。如果脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录过程中涉及药物给药，则在每次给药当天均需轻柔地抓握处理小鼠。随后，启动脑电图/肌电图记录软件。首先，点击“数据文件信息”选项卡，然后勾选“文件名”旁边的复选框。输入文件名后点击“保存”。接着，在“记录条件”选项卡中，选择所有需要记录的脑电图（EEG）/肌电图（EMG）通道。此外，在此选项卡下选择采样频率。现在，在通道信息选项卡中，检查所选通道是否正确显示。确认无误后，首先选择定时设置选项卡，然后开始记录。然后，单击“监控”以显示脑电图（EEG）和肌电图（EMG）。如果信号显示正确，在主计时器区域设置记录开始和结束的时钟时间。接着，单击“监控”按钮以开始记录。现在，在基线条件和不同处理条件下，连续数天

polygraphic-recording-procedure-for-measuring-sleep-in-mice

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

印刷业记录程序在小鼠体内测量睡眠

来源：Kodani, S.，等．在监测小鼠睡眠/觉醒状态期间对神经环路进行光遗传学操控．J. Vis. Exp.

光遗传学操控小鼠睡眠到觉醒转换中的神经环路

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。...

通过脑电图和肌电图记录分析小鼠睡眠行为

本文展示了针灸操作、癫痫模型的建立以及啮齿类动物睡眠分析的方法。文中描述了针灸操作过程及穴位的定位。采用匹罗卡品或戊四氮（PTZ）诱导癫痫发作。通过皮层脑电图（ECoG）、肌电图（EMG）、脑温及运动活动记录来进行睡眠分析。...

通过针灸调控大鼠和小鼠的癫痫样皮层脑电图（ECoG）及睡眠

本文介绍了描述小鼠非快速眼动睡眠期间神经和心脏变量时间动态的实验与分析方法，这些变量可调节睡眠对声学刺激的反应性。...

量化睡眠小鼠谱功率与心率的极慢动态变化

我们介绍了一种基于活动性监测的高通量睡眠测量方法，该方法通过动物在栖息笼内的活动情况进行睡眠评估。与传统的基于脑电图（EEG）的方法相比，该方法具有多项优势。该方法在总睡眠时间的测定方面已得到充分验证，可作为监测人类疾病啮齿类动物模型中睡眠状况的有力工具。...

非侵入性、高通量测定啮齿类动物睡眠时长

犬尿氨酸通路（KP）神经活性代谢物的改变与精神疾病相关。研究犬尿氨酸通路代谢异常的功能性后果 体内...

高效液相色谱法测定犬尿氨酸和犬尿酸：将生物化学与大鼠的认知和睡眠相关联

本文介绍了在监测小鼠睡眠/觉醒状态期间，对特定类型神经元进行光遗传学操控的方法，并以我们近期关于终纹床核的研究为例进行说明。...

在监测小鼠睡眠/觉醒状态期间对神经环路进行光遗传学操控

本方案提供了一个开源的、已编译的 MATLAB...

基于计算机的多窗谱图程序用于脑电图数据

本方案概述了使用定制设计的记录装置和电极来记录小鼠海马和前额叶皮层局部场电位，并研究信息流向的方法。...

小鼠海马与前额叶皮层的双细胞外记录

我们提供了一款带有图形用户界面的软件包，供无编程经验的研究人员通过简单的下载和操作即可对小鼠的睡眠阶段进行评分。...

IntelliSleepScorer：一款带图形用户界面的小鼠睡眠阶段自动评分软件包

本方案旨在建立一种可靠且易于操作的系统，用于记录自由活动啮齿类动物的脑电图（EEG）。...

一种经济高效且微创的自由活动小鼠多部位慢性脑电图记录方案

了解多导睡眠记录技术在小鼠睡眠研究中的应用，通过脑电图和肌电图测量清醒、快速眼动睡眠与非快速眼动睡眠状态。该方法帮助神经科学研究人员关联行为与皮层神经元活动。

用于测量小鼠睡眠的多导生理记录操作流程

探索更多视频