Nicht-invasive EEG-Ableitungen von frei beweglichen Ferkel

Ferkel sind eine aufstrebende Modellsystem für Neurowissenschaften¹. Um translationale Forschung zu stärken, haben wir eine Methode, um nicht-invasive, klinische EEGs von hemmungslosen Ferkel² (Abbildung 1 und Abbildung 2) aufnehmen. Zwei Voraussetzungen für eine translationale Nutzung des EEG-Ableitungen zur EEG-Muster mit kortikale Reifung verbunden sind eine nicht-invasive Methode, vergleichbar mit klinischen Setting und die Abstinenz von Beruhigungsmitteln oder Anästhesie. 1-Kanal Telemetrie System³ in Kombination mit selbstklebenden Elektroden können in ca. 5 min. danach fixiert werden, die Ferkel werden schnell wieder aus dem Umgang mit Verfahren und synchronisieren Sie ihre Fütterung und Verhalten, die anderen schlafen Ferkel und Sau.

Auch wenn es bereits Versuche, nicht-invasive EEG-Ableitungen von sediert Tiere⁴verwenden, werden die meisten Elektroenzephalographie Studien von Tieren mit invasiven Methoden durchgeführt. Diese Methoden haben Nebenwirkungen bei entzündlichen Prozessen rund um die implantierten Elektroden^5,6 , und in den meisten Fällen benötigen sie eine soziale Trennung der Tiere durch die externen Komponenten des implantierten EEG-Systems. Daher ist die Übersetzung dieser Daten zu klinischen Kontext schwierig. Die Notwendigkeit für translationale Ansätze wird deutlich durch die Tatsache, dass es noch nicht bekannt ist wie eine "normale" Gehirn-Reifung während der frühen kortikalen Entwicklung von klinischen, nicht-invasive Elektroenzephalographie⁷dargestellt wird. Diese Wissenslücke entsteht durch technische Herausforderungen im Zusammenhang mit EEG-Ableitungen von Frühgeborenen Babys⁸. Im Tiermodell Systeme sind Muster der frühen kortikalen Entwicklung besser zugänglich, da die meisten Tiere mit einem "Frühgeburt Gehirn" im Vergleich zu menschlichen kortikalen Entwicklung⁹geboren sind. Neben der erhaltenen Muster der kortikalen Entwicklung über Arten²hat kürzlich gezeigt, dass EEG-Ableitungen von Frühgeborenen im späteren Leben^10,11auch die individuelle klinische Outcome Vorhersagen können. Die hier beschriebene Methode eignet sich besonders für die translationale Aspekte der Entwicklungsbiologie Neurowissenschaften.

Alle Verfahren wurden von der lokalen Ethikkommission (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) genehmigt und gefolgt von den europäischen und deutschen Vorschriften (Europäische Gemeinschaftsrichtlinie 86/609/EWG; Tierschutzgesetz).

Alle tierische Verfahren wurden im Einklang mit dem Klinikum der Johannes Gutenberg-Universität Mainz Tierbetreuung Ausschuss Verordnungen durchgeführt.

1. setup

1. Vor dem Experiment für jede Leitungsrauschen überprüfen Sie und finden Sie eine geeignete Lage für den Aufbau und die Antenne. Leitungsrauschen ist als ein 60 oder 50 Hz-Sinus-Welle sichtbar.
   Hinweis: Die Platzierung der Antenne und vor allem die Entfernung zwischen Sender und Empfänger hängt die Sendestärke des Systems. Das hier verwendete System ist einstellbar. Es war ein relativ geringer Leistung, mit einer ca. 3 m Übertragungsreichweite angepasst. Darüber hinaus können die Drahtzäune im Schweinestall dämpfen das Signal und verursachen Störungen. In diesem Fall ist es notwendig, um die Antenne in den Metall-Käfig zu platzieren.
2. Verwenden Sie eine Kabeltrommel, um die Set-up mit Netzversorgung zu liefern. Verbinden Sie den Laptop, der Empfangseinheit und der Analog-Digital-Wandler (falls erforderlich) für die spezifische Telemetriesystem, das verwendet wird.
   Hinweis: Die Telemetrie-System verwendet hier gesendet digitale Daten an den Empfänger. Dies kann für andere Systeme abweichen.
3. Platzieren Sie die Elektroden, die Klebstoffe, die Q-Tips, sowie die Tücher und die Rührschüssel Blöcke auf einem separaten Tisch.
4. Bereiten Sie die Elektroden mit kurzen Kabeln. Dies zu tun, schneiden Sie die Elektroden mit einer Länge so kurz wie möglich, je nach Größe des Tieres wieder festlöten. Das Kabel muss lang genug, um die gewünschte aufnahmepositionen auf den Kopf mit der telemetrischen EEG-Einheit, die Übermittlung der Daten zu verbinden. Kabel, die zu lang sind müssen wich und mit Klebstoff Silikon-Elastomer Haut bedeckt. Längere Kabel, die wich müssen machen den Silikon-Patch, größer und schwerer.

2. Ferkel

1. Fangen Sie ein Ferkel, packte es am Bein oder am Thorax. Halten Sie es und seien Sie sich bewusst von Stuhlgang oder Wasserlassen.
2. Falls erforderlich, markieren Sie das Ferkel mit einer Reihe.
3. Wickeln Sie das Ferkel in ein Handtuch. Die Ferkel werden sich beruhigen. Seien Sie sich bewusst der Überhitzung der Ferkel.
4. Halten Sie die Ferkel mit einer Hand am Körper oder Unterarm. Verwenden Sie andererseits, um die Schnauze halten. Seien Sie sich bewusst der Überhitzung der Ferkel und stellen Sie sicher, es ist kostenlos, richtig zu atmen.

(3) Elektroden

1. Haben Sie eine zweite Person die Elektroden anbringen.
2. Reinigen Sie die Haut von Schmutz mit Wasser oder Ethanol. Falls erforderlich, rasieren Sie den Kopf.
3. Entfernen Sie alle abgestorbenen Hautzellen mit einem abrasiven EEG-Gel und einem q-Tip. Entfernen Sie danach die abrasive Gel. Alternativ können Sie Schleifpapier.
4. Befestigen Sie die selbstklebenden Elektroden an der gewünschten Stelle. Legen Sie die Masseelektrode über das Kleinhirn (zwischen den Ohren) und die Bezugselektrode auf der Nase. Ort der Aufnahme-Elektrode an der gewünschten Stelle.
   Hinweis: In diesem Fall wurde eine unipolare Aufnahme durchgeführt da der Verweis auf eine neutrale Position (Nase) gelegt wurde. Für Ferkel gibt es bis heute kein einheitliches System. Hier wurde ein parietalen Aufnahmeposition (zwischen Auge und Ohr) auf der rechten Hirnhälfte verwendet.
5. Schließen Sie die Kabel um die Telemetrie-Einheit. Das Gerät einschalten. Abhängig von der Telemetrie-System verwendet könnte dies ein Magnetschalter oder Radiofrequenz Wake-up Signal sein.
6. Bedecken Sie das Telemetrie-Gerät und alle Kabel sowie alle Elektroden mit Zweikomponenten-Haut haftende Silikon-Kautschuk (siehe Tabelle der Materialien). Durch gleiche Mengen beider Komponenten mischen, die Aushärtezeit werden im Bereich von 1 min. Augen und Wimpern sollte nicht mit dem Kautschuk abgedeckt werden.
7. Warten Sie, bis das Silikon-Kautschuk vollständig ausgehärtet ist.
8. Legen Sie die Ferkel im Schweinestall.
9. Beobachten Sie die Ferkel zu sehen, ob es Anzeichen von Unbehagen über einen längeren Zeitraum hinweg (mehrere Minuten) angezeigt wird.

4. Messung

1. Warten Sie, bis das Ferkel erholt hat und beginnt, sein Verhalten mit seinen Geschwistern (füttern, spielen, schlafen), Synchronisieren in der Regel nach 30 s (Abbildung 1).
2. Schlafphasen, warten Sie, falls gewünscht. Die Aufnahmezeit hängt von der spezifischen Fragestellung. Hier wurden 10 min Aufnahmesessions verwendet.
3. Wenn die Telemetrie-Einheit von mehr als 2 andere Ferkel abgedeckt ist, könnte das Signal zu niedrig für den Empfänger sein. Schieben Sie die Ferkel entfernt, wenn sie oben schlafen. Beachten Sie die Sau; Es könnte aggressiv reagieren.
4. Starten Sie die Aufnahme mit der Datenerfassungs-Software (siehe Tabelle der Materialien).

(5) finish

1. Nach die Aufnahme (in der Regel mehrere Stunden), fangen das Ferkel wieder in Schritt 2 beschrieben wurde. Beachten Sie die Sau; Es könnte aggressiv reagieren.
2. Heben Sie vorsichtig das Silikon-Kautschuk, an einer Kante. Entfernen Sie dann den ganzen Patch aus Silikon-Kautschuk, die Elektroden und die Telemetrie-Einheit enthält. Seien Sie vorsichtig mit dem Ferkel Augen.
3. Legen Sie die Ferkel im Schweinestall.

Wir waren in der Lage, typische EEG-Muster, die im Zusammenhang mit nicht - REM-Schlaf, wie Spindel platzt oder Delta-Bürsten aus frei beweglichen Ferkel (Abbildung 1 und Abbildung 2). Uns interessierte vor allem repräsentative Muster während der nicht - REM-Schlaf, aber auch Phasen von REM-ähnlichen Schlaf12 mit einer sehr geringen Amplitude wurden aufgezeichnet (Abbildung 3). Die Physiologie und die Höhe des REM-Schlafes unterschiedlich Arten13. Kurze REM-Phasen im Bereich von ein paar Minuten sind typisch für Schweine14. Gute Aufnahmequalität war auch während der Fütterung (Laktation) (Abbildung 4). Wie spielen Verhalten, führt starke Muskelaktivität zu Muskel Artefakte; jedoch wurden Filter entwickelt, EEG-Bänder zu extrahieren. Weitere mögliche Analysetools sind Berechnungen der spektralen Leistungsdichte oder Analyse-Tools mit Schwerpunkt auf Netzwerk-Aktivität, wie z. B. Phase-Amplitude Kupplung. Diese Analyse-Tools können auch mit Einkanal-EEG-Ableitungen verwendet werden.

Abbildung 1: ein schlafendes Ferkel mit EEG-Telemetriesystem. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: typische EEG-Muster während der Schlafphase eines frei beweglichen Ferkels, ruht neben seinen Geschwistern aufgenommen. Vier Veranstaltungen werden durch Kästen hervorgehoben. Von links nach rechts zeigt das erste Feld typische Muster hervorgerufen durch Muskelaktivität; zum Beispiel kurze Zuckungen während des Schlafes, gekennzeichnet durch hohe Mengen an schnelle Gamma-Aktivität (über 80 Hz) und eine Burst-wie aussehen. Das zweite Feld zeigt eine Delta Pinsel-ähnliche Episode, gekennzeichnet durch Delta-Aktivität mit überlagerten Aktivität im Bereich von Theta und Alpha. Die dritte und vierte Felder zeigen kurze Episoden von Gamma Bursts (Schlaf Spindel-ähnliche Ereignisse), gekennzeichnet durch Frequenzanteile in der Alpha, Beta und Gamma-Bands. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: REM Phasen während des Schlafes. Das erste und das zweite Feld zeigt slow-Wave-Schlaf-Phasen. Das dritte Feld zeigt eine niedrige Amplitude EEG Phase von ca. 20 s Dauer. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: 10 min EEG-Aufzeichnung Spur ein trinken Ferkel (Laktation). Der Trog nach 100 s ist durch einen kurzen Verlust der Funkverbindung zwischen Sender und Empfänger von der EEG-Recording-System. Danach gibt es einige Muskeln oder Bewegung Artefakte. Muskel-Artefakte zeichnen sich durch sehr hohe Delta Band Amplituden. Im Gegensatz dazu zeichnet sich die EEG-Aktivität durch eine stufenweise Abnahme der Amplitude macht aus langsamen Wellen Fasten (siehe z. B. zwischen 200 und 250 s). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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