Name: Polygraphic Recording Verfahren zur Messung von Schlaf bei Mäusen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-25T19:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Erfahren Sie die polygraphische Aufzeichnung von EEG und EMG zur Schlafmessung bei frei beweglichen Mäusen. Diese Methode ermöglicht die Korrelation von Verhalten und Physiologie mit kortikalen Neuronenaktivitäten.

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Wir danken Dr. Larry D. Frye für die redaktionelle Hilfe bei diesem Manuskript. Diese Arbeit wurde unterstützt von der Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research 24300129 (an M.L.), 25890005 (an Y.O.) und 26640025 (an Y.T.), der National Agriculture and Food Research Organization (an Y.U.), der World Premier International Research Center Initiative (WPI) des Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (an Y.O., Y.T., Y.U. und M.L.) und dem Nestlé Nutrition Council, Japan (an M.L.).

Ethics Statement: Verfahren, die Tier Themen wurden von der Institutional Animal Experiment Ausschusses an der Universität Tsukuba genehmigt. 1. Herstellung der Elektroden und Kabel für EEG / EMG Recordings <ol><li> Vorbereitung EEG / EMG-Aufzeichnung Elektrode nach dem folgenden Verfahren. Hinweis: Die Elektroden wegwerfbar und kann nur für 1 Tier verwendet werden. Planen Sie sorgfältig die Verdrahtung für alle Anschlüsse. Zeigen Markierungen an den Anschlüssen für die richtige Ausrichtung. <ol><li> Löten Sie jeden Stift von einem 4-Pin-Header an eine 2-cm Edelstahldraht. Kurz gesagt, halten Sie das eine Ende des Drahtes an den Stift, legen Sie einen heißen Lötkolben auf den Draht-Bolzengelenk und schmelzen etwas Lötzinn zu gewährleisten, dass gerade genug Lot läuft reibungslos in das Gelenk. Seien Sie vorsichtig, nicht zu viel Wärme an das Stift anzuwenden; andernfalls wird der Kunststoff um die Stifte zu schmelzen. </li><li> Löten Sie das freie Ende von jedem der 2 Drähte an die Stiftleiste am Kopf befestigtaus einem rostfreien Stahlschraube 1.0 mm Durchmesser. Kurz gesagt, halten Sie das freie Ende des Drahtes an den Thread unter dem Schraubenkopf, legen Sie einen heißen Lötkolben auf den Draht-Verschraubung und schmelzen etwas Lötzinn zu gewährleisten, dass gerade genug Lot läuft reibungslos in das Gelenk. Die 2 Adern mit Schrauben dienen als EEG-Aufzeichnungselektroden, während die 2 Adern ohne Schrauben dienen als EMG Aufzeichnungselektroden. </li><li> Mit einer Schere abzustreifen 1 mm der Isolierung am Ende der EMG-Elektroden, um die Qualität des EMG-Signals zu erhöhen. </li><li> Alle verlötet Pins mit Epoxid-Klebstoff vollständig zu bedecken, indem Sie einen dünnen Holzstab oder Zahnstocher, um die elektrische Geräusche während des EEG / EMG-Aufnahmen zu reduzieren. </li></ol></li><li> Bereiten Sie ein Kabel für die Verbindung der Elektrode mit dem Schleifring, wie unten beschrieben. Dieses Kabel kann wieder verwendet werden. <ol><li> Löten Sie jeden Stift von einem 4-poligen FFC / FPC-Steckverbinder mit einem Draht aus einem 30-cm-Flachkabel. Kurz gesagt, halten Sie die abisolierten Ende des Drahtes an den Stift, legen Sie einen heißen Lötkolbenauf den Draht-Bolzengelenk und schmelzen etwas Lötzinn zu gewährleisten, dass gerade genug Lot läuft reibungslos in das Gelenk. Hinweis: Wählen Sie die Länge des Flachkabels, die für die Höhe des Versuchstieres Käfig für EEG / EMG-Aufnahmen verwendet angemessen ist. </li><li> Lötmittel Crimpbuchsen zu einer Spitze der Adern am anderen Ende des Flachkabels. Kurz gesagt, halten eine Crimp-Buchse mit dem abisolierten freien Ende des Drahtes, legen Sie einen heißen Lötkolben auf den Draht Gelenk und schmelzen etwas Lötzinn zu gewährleisten, dass gerade genug Lot läuft reibungslos in das Gelenk. </li><li> Legen Sie jeweils Crimp Buchse in eine 4-Position Crimp-Gehäuse. </li><li> Vollständig zu bedecken den Crimp-Buchsen mit Epoxid-Klebstoff mit Hilfe eines dünnen Holzstab oder Zahnstocher. </li></ol></li></ol> 2. Die Implantation von Elektroden in der Maus-Kopf (Dauer: ca. 20 Min.) <ol><li> Sterilisieren Sie alle chirurgischen Werkzeugen in eine heiße Perle Sterilisator vor der Operation. Betäuben männlichen Maus (10 - 20 Wochen alt, 20 bis 30 g)mit einer intraperitonealen Injektion von Pentobarbital (50 mg / kg). Nach der Überprüfung, dass die Maus tief durch Kneifen eine Zehe betäubt, rasieren Sie die Haare auf dem Kopf und Hals mit Klipper. </li><li> Bewegen Sie die Maus an den stereotaktischen Rahmen, und befestigen Sie den Kopf zwischen den 2 Ohr-Bars. Vaseline auf die Augen bis zur Trockenheit zu verhindern. Reinigen Sie die rasierte Haut mit Alkohol und schneiden Sie es entlang der Mittellinie mit einem Skalpell, um den Schädel freizulegen. Clip der Haut, um das Operationsfeld offen zu halten. </li><li> Durch die Verwendung eines Hartmetallfräser (Bohrergröße: 0,8 mm Durchmesser), 2 Löcher in den Schädel, einen über den frontalen kortikalen Bereich (1 mm anterior Bregma, 1,5 mm lateral der Mittellinie) und die andere über den Scheitelbereich ( 1 mm anterior lambda, 1,5 mm lateral zur Mittellinie) der rechten Hemisphäre nach stereotaktischen Koordinaten des Paxinos und Franklin. 23 </li><li> Durch die Verwendung von Schraubendreher ein Juwelier, Ort, Edelstahl EEG-Aufzeichnung Schrauben in den Löchern und 2 - 2,5 Umdrehungen pro screw für die epidurale Positionierung über dem Kortex. Hinweis: Schrauben zu tief, um Schäden am Hirngewebe zu verhindern, stecken. Überprüfen Sie, dass die Schrauben fest am Schädel befestigt. Dies ist wichtig, um eine stabile EEG-Signale über einen langen Zeitraum von mehreren Aufnahmen (typischerweise mehr als 1 Monat) zu haben. Wiggly Schrauben produzieren EEG Artefakten und kann sich lösen, bevor das Ende des Versuchsplan. </li><li> Befestigen Sie den Elektroden-Einheit (siehe Abschnitt 1.1, wandte Stifte nach oben) mit Sekundenkleber auf den Schädel und Abdeckung mit Zahnzement. Stellen bilateral kleine Löcher mit einer Pinzette in den trapezius (Hals) Muskeln und legen Sie die Drähte aus rostfreiem Stahl, die als EMG-Elektroden in die Löcher zu dienen. Naht der Haut mit einem Seidenfaden (0,1 mm Durchmesser), um die Exposition des Muskels zu vermeiden. </li><li> Entfernen Sie die Maus von der stereotaktischen Rahmen. Verabreichen Ampicillin (100 mg / kg) und Meloxicam (1 mg / kg) intraperitoneal an der Maus, um eine bakterielle Infektion zu verhindern und postoperativen Schmerzen zu verringern sind. Keep der Maus auf ein Heizkissen und zu überwachen, bis es ausreichend, das Bewusstsein wiedererlangt, um Brustlage zu halten. Haus der Maus einzeln während der Wiederherstellung, um das Entfernen von Elektroden zu vermeiden, von anderen Tieren, und zu verwalten, Meloxicam (1 mg / kg) intraperitoneal am ersten Tag nach der Operation. </li></ol> 3. Aufnahme und den Erwerb von EEG / EMG Daten <ol><li> Nach einer 1-wöchigen Erholungsphase, Haus jede Maus einzeln in einem Versuchskäfig in einem schalldichten Aufnahmekammer angeordnet. Pflegen Sie eine Umgebungstemperatur von 23 ± 1 ° C und automatisch zu steuern Zyklen von 12 Stunden Licht / 12 Stunden Dunkelheit (Licht an um 08:00 Uhr, Beleuchtungsstärke ~ 100 lux). </li><li> Schließen Sie das EEG / EMG-Elektroden-Einheit auf der Maus Kopf auf ein Aufzeichnungskabel. Sicherzustellen, dass der Aufnahmekabel ist mit einem Schleifring (die so ausgelegt ist, dass Bewegungen der Maus werden durch Verdrehen des Kabels eingeschränkt) und einen EEG / EMG-Signalverstärker verbunden ist. Filter EEG / EMG-Signale (EEG, 0,5-64 Hz; EMG, 16-64 Hz), Digitalisieren bei einer Abtastrate von 128 Hz durch einen Analog-Digital-Umsetzer (A / D) und schließlich auf einem Computer läuft EEG / EMG Aufnahmesoftware (4 th Eintragstabelle &quot;Materialien&quot;, aufzeichnen von unten). </li><li> Gewöhnen Sie die Maus für 2 - 3 Tage im Aufnahmeraum. Wenn das EEG / EMG Aufzeichnung enthält intraperitoneale Drogen Verwaltungen, vorsichtig handhaben Sie die Maus auf jeder Gewöhnung Tag zum Zeitpunkt der Verabreichung des Arzneimittels. </li><li> Anschließend starten EEG / EMG-Recording-Software (Tabelle &quot;Materialien&quot;, 4. Eintritt von unten). <ol><li> Wählen Sie die &quot;Daten Datei-Informationen&quot; und klicken Sie das Kontrollkästchen neben dem Dateinamen. Geben Sie einen Dateinamen ein und klicken Sie auf &quot;Speichern&quot;. </li><li> Wählen Sie die Registerkarte &quot;Aufnahmebedingungen&quot;, und wählen Sie alle EEG / EMG-Kanäle, die aufgezeichnet werden sollen. </li><li> Wählen Sie die Sampling-Frequenz (128 Hz) auf der Registerkarte &quot;Aufnahmezustand&quot;. </li><li> Überprüfen Sie, ob die ausgewählten Kanäle richtig in th angezeigt&#39;Kanalinformation &quot;Tab e. </li><li> Wählen Sie die Registerkarte &quot;Timer-Einstellung&quot; und klicken Sie auf &quot;Monitor&quot;, um EEG- und EMG-Anzeige. </li><li> Überprüfen Sie, ob EEG / EMG-Signale werden korrekt angezeigt. </li><li> Wählen Sie die Registerkarte &quot;Timer-Einstellung&quot; und stellen Sie die Uhrzeit für den Beginn und das Ende der Aufnahme in die &quot;Haupt Timer &#39;Bereich. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Monitor&quot; in der Registerkarte &quot;Timer-Einstellung&quot;, um die Aufnahme zu starten. </li></ol></li><li> Nehmen EEG / EMG-Signale im Basislinie (dh., Schlaf / Wach-Verhalten eines frei verhalten Maus) und verschiedenen Behandlungsbedingungen (z. B. Koffein Verwaltung oder Scheinbehandlung) über mehrere Tage. Euthanize die Maus mit einer intraperitonealen Injektion von Pentobarbital (200 mg / kg) nach der letzten Versuchstag. </li></ol> 4. Bewertung der Verhaltenszustand Basierend auf EEG / EMG Daten <ol><li> Starten Sie die Software für EEG / EMG-Analyse (Tabelle &quot;Materialien&quot;, 4. Eintritt von unten). Öffnen Sie die EEG / EMG Rohdaten (.kcd-Datei) unter dem Schritt 3 hergestellt Klicken Sie auf die Registerkarte &quot;Schlaf&quot; und wählen Epoch Zeit. Wählen Sie 10 Sek. </li><li> Klicken Sie auf die Registerkarte &quot;Schlaf&quot; und wählen Sie &quot;Multi-Screening&quot;, um alle 10-sec Epochen automatisch ein Tor in 3 Stufen (dh., NREM und REM-Schlaf und Wachzustand) auf der Grundlage der Amplituden der EEG- und EMG-und Power-Spektralanalyse des EEG. 3 </li><li> Klicken Sie auf &#39;FFT Bedingung für EEG &quot;. </li><li> Stellen Sie die Parameter für die Strom Spektralanalyse [256 Bezugspunkte (entspricht 2 sec der EEG), Hanning-Fensterfunktion, und der Durchschnitt von 5 Spektren pro Epoche]. 3 Klicken Sie auf &quot;OK&quot;. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Start Screening&quot;, um die automatische Screening beginnen. Öffnen Sie die erzielte Daten (.raf Datei). </li><li> Überprüfen Sie die Ergebnisse der automatischen Screening und, falls erforderlich, korrigieren Sie diese manuell auf der Grundlage der Standardkriterien (siehe Repräsentative Ergebnisse, 1B und Tabelle 1 </strong&gt;). 2, 3 kurz, klicken Sie mit gedrückter linker Maustaste auf ein falsch bewertet Epoche und ziehen Sie den Cursor über die Kette von falsch bewertet Epochen. Lassen Sie die linke Maustaste und wählen Sie den richtigen Verhaltenszustand im Popup-Fenster. Hinweis: Gelegentlich gibt Epochen am Übergang zwischen zwei Zuständen wachsam schwierig, eindeutig einem Zustand punkten. In solchen Fällen sollte die Zeit zum scheinbaren Zustand erzielt werden, und die gleichen Kriterien sollten ähnliche Epochen während des Experiments angewandt werden, um Daten Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. </li></ol>

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</ol>

Die Autoren Yujiro Tauguchi und Sayaka Kohtoh sind Mitarbeiter von Kissei Comtech Co., Ltd, die die SleepSign-Software zur Erfassung und automatischen Bewertung von EEG/EMG-Daten entwickelt, die in diesem Artikel verwendet werden.

Dieses Protokoll beschreibt ein Set-up für EEG / EMG-Aufnahmen, die die Bewertung von Schlaf und Wachsein unter geräuscharme, kostengünstige und Hochdurchsatzbedingungen ermöglicht. Aufgrund der geringen Größe des EEG / EMG Elektrodenkopfanordnung kann dieses System mit anderen Implantaten zur intra-Hirn Versuche einschließlich Optogenetik (Glasfaser-Implantation) oder in Verbindung mit gleichzeitiger Kanüle Implantation Mikroinfusion von Medikamenten in die Maus kombiniert werden Gehirn. 31. Darüber hinaus i...

Technische Fortschritte haben oft im Verständnis der neurobiologischen Prozessen gefällte Quantensprünge. Zum Beispiel Hans Berger Entdeckung im Jahre 1929, daß elektrische Potentiale aus der menschlichen Kopfhaut aufgezeichneten die Form von Sinuswellen, deren Frequenz direkt auf das Niveau der Wachsamkeit des fachbezogenen, führte zu raschen Fortschritten im Verständnis der Schlaf-Wach- Regulierung, in Tieren und Menschen gleichermaßen. 1 Bis heute ist das electroencephlogram (EEG), in Verbindung mit dem Elektromyogramm (EMG), dh., elektrische Aktivität von der Skelettmuskulatur produziert, stellt die Daten &quot;Rückgrat&quot; fast jeder experimentellen und klinischen Einschätzung, die das Verhalten und die Physiologie mit der Aktivität der kortikalen Neuronen in benimmt Tieren, einschließlich Menschen korrelieren sucht. Im einfachsten Schlafforschungslaboratorien diese EEG-Aufzeichnungen werden unter Verwendung einer kabelgebundenen System (1), wobei d erworbenen geführtata off-line, um Muster und Spektrumsanalyse unterzogen [z. B. die Anwendung einer schnellen Fouriertransformation (FFT) -Algorithmus] zum Bestimmen der Wachsamkeit des Subjekt aufgezeichnet. 2, 3 Schlaf besteht aus S-Augenbewegung (REM) und Nicht-REM (NREM) schlafen. REM-Schlaf wird durch einen raschen Niederspannungs-EEG, zufällige Augenbewegung und Muskelatonie, einem Zustand, in dem die Muskeln effektiv gelähmt ist. REM-Schlaf ist auch als paradoxer Schlaf bekannt, weil die Aktivität des Gehirns ähnelt der Wachheit, während der Körper ist weitgehend getrennt vom Gehirn und scheint in tiefen Schlaf. Im Gegensatz dazu werden Motoneuronen während der NREM-Schlaf stimuliert aber es gibt keine Augenbewegung. 4 Hz im EEG - Human NREM-Schlaf kann in 4 Stufen, wobei Stufe 4 wird als Tiefschlaf oder Tiefschlaf und wird von großen, langsamen Gehirnwellen mit Delta-Aktivität zwischen 0,5 identifiziert aufgeteilt werden. Auf der anderen Seite, eine Unterteilung zwischen den Phasen des NREM-Schlaf in kleinere Tiere, wie Ratten einnd Mäusen, wurde nicht untersucht, vor allem, weil sie nicht über lange Konzernschlafperioden, wie in den Menschen gesehen. Im Laufe der Jahre, und auf der Basis von EEG Auslegung, mehrere Modelle von Schlaf-Wach-Regelung, sowohl leitungs- als auch humorale-basierte, wurden vorgeschlagen. Das neuronale und zelluläre Grundlage des Schlafbedürfnis oder alternativ &quot;Schlaf-Antrieb,&quot; bleibt ungelöst, aber wurde als homöostatischen Druck, der während der Wachperiode baut und wird durch Schlaf abgeführt konzipiert worden. Eine Theorie ist, dass endogene somnogenic Faktoren im Wachzustand und ihre allmähliche Ansammlung ist der Unterbau des Schlafes homöostatischen Druck aufzubauen. Während die erste formelle Hypothese, dass durch humorale Faktoren Schlaf reguliert hat Rosenbaum Arbeit veröffentlicht im Jahre 1892 4 gutgeschrieben ist, war es Ishimori 5, 6 und Pieron 7, die unabhängig voneinander und vor über 100 Jahren, zeigte die Existenz von schlaffördernde Chemikalien. Beide Forscher vorgeschlagen, und in der Tat bewiesen, dass Hypnogenic Stoffe oder &#39;hypnotoxins&#39; in der Rückenmarksflüssigkeit (CSF) von übermüdeten Hunde anwesend waren. 8 Im Laufe des letzten Jahrhunderts einige zusätzliche mutmaßliche Hypnogenic Substanzen im Schlaf homöostatischen Prozess verwickelt sind identifiziert worden (für eine Übersicht siehe ref. 9), einschließlich Prostaglandin (PG) D 2, 10 Cytokine, 11 Adenosin, 12 Anandamid, 13 und dem Urotensin-II-Peptid. 14 Experimentelle Arbeiten von Economo 15, 16, Moruzzi und Magoun 17, und andere in den frühen und mittleren 20. produziert Erkenntnisse Jahrhundert, das zu einem gewissen Grad inspiriert leitungsbasierten Theorien von Schlaf und Wachsein, und, überschattete die dann herrschenden humorale Theorie Schlaf. Bis heute mehrere &quot;Schaltungsmodelle&quot; wurden vorgeschlagen, die jeweils von Daten unterschiedlicher Qualität und Quantität informiert (zur Übersicht siehe Ref. 18). Ein ModellBeispielsweise schlägt vor, langsame Wellen Schlaf wird durch Adenosin-vermittelte Hemmung der Acetylcholin-Freisetzung aus cholinergen Neuronen im basalen Vorderhirn, eine Fläche hauptsächlich consisiting des Kerns des horizontalen Schenkels des diagonalen Bandes von Broca und Substantia inominata generiert. 19 Ein weiteres beliebtes Modell der Schlaf- / Wach-Regulation wird eine Flip-Flop-Schaltmechanismus auf der Grundlage von gegenseitig hemmenden Wechselwirkungen zwischen einschläfernde Neuronen im ventrolateralen präoptischen Bereich und Wake-Induktion Neuronen im Hypothalamus und Hirnstamm. 18, 20, 21 Außerdem wird für die Umschaltung in die und aus der REM-Schlaf eine ähnliche ineinander inhibitorische Wechselwirkung wurde für Bereiche im Hirnstamm vorgeschlagen worden sind, ist, dass die ventralen periaqueductal grau, seitlichen Brückenhaube und sublaterodorsal Kern. 22. Zusammengenommen haben diese Modelle nützlich erwiesen Heuristik und lieferte wichtige Interpretationsrahmen für die Studien in der Schlafforschung; jedoch ein yet besseren Verständnis der molekularen Mechanismen und Schaltungen Regulierung des Schlaf-Wach-Zyklus wird eine vollständigere Kenntnis seiner Komponenten. Das System für die Druck- und Papierschneide Aufnahme unten detailliert sollte in diesem Ziel zu unterstützen.

<table><tbody><tr><td>4-polige Stiftleiste</td><td>Hirose</td><td>A3B-4PA-2DSA(71)</td><td></td></tr><tr><td>Ampicillin</td><td>Meiji Seika</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analog-Digital-Wandler</td><td>Contec</td><td>AD16-16U(PCIEV)</td><td></td></tr><tr><td>Caffeine</td><td>Sigma</td><td>C0750</td><td></td></tr><tr><td>Hartmetallschneider</td><td>Minitor</td><td>B1055</td><td></td></tr><tr><td>Crimpgehäuse</td><td>Hirose</td><td>DF11-4DS-2C</td><td></td></tr><tr><td>Crimpbuchse</td><td>Hirose</td><td>DF11-30SC</td><td></td></tr><tr><td>Zahnzement (Toughron Rebase)</td><td>Miki Chemisches Produkt</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Epoxidklebstoff</td><td>Konishi</td><td>#16351</td><td></td></tr><tr><td>FFC/FPC Stecker</td><td>Honda Tsushin Kogyo</td><td>FFC-10BMEP1(B)</td><td></td></tr><tr><td>Flachkabel</td><td>Hitachi Kabel</td><td>20528-ST LF</td><td></td></tr><tr><td>Sekundenkleber (Aron Alpha A)</td><td>Toagosei</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Meloxicam</td><td>Boehringer Ingelheim</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Pentobarbital</td><td>Kyoritsu Seiyaku</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Signalverstärker</td><td>Biotex</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Schlafaufzeichnungskammer</td><td>APL</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>SleepSign Software</td><td>Kissei Comtec</td><td>N/A</td><td>für EEG/EMG-Aufzeichnung/-Analyse</td></tr><tr><td>Schleifring</td><td>Biotex</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Edelstahlschraube</td><td>Yamazaki N</td><td>/A</td><td>&phi; 1.0 & mal; 2.0</td></tr><tr><td>Edelstahldraht</td><td>Cooner Draht</td><td>AS633</td><td></td></tr></tbody></table>

polygraphic recording verfahren zur messung von schlaf bei mäusen

Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice

Die Aufzeichnung des epiduralen Elektroenzephalogramms (EEG) und Elektromyogramms (EMG) bei Kleintieren wie Mäusen und Ratten war entscheidend für die Untersuchung der Homöodynamik und der Schaltkreise der Schlaf-Wach-Regulation. In vielen Laboratorien wird ein kabelbasiertes Schlafaufzeichnungssystem zur Überwachung des EEG und EMG bei sich frei verhaltenden Mäusen in Kombination mit einer Computersoftware zur automatischen Bewertung der Vigilanzzustände auf Basis der Leistungsspektrumanalyse von EEG-Daten eingesetzt. Eine Beschreibung dieses Systems finden Sie hier. Stahlschrauben werden über den frontalen kortikalen Bereich und den parietalen Bereich von 1 Hemisphäre implantiert, um EEG-Signale zu überwachen. Darüber hinaus wird die EMG-Aktivität durch die beidseitige Platzierung von Drähten in beiden Nackenmuskeln überwacht. Nicht-schnelle Augenbewegungen (Non-REM; Der NREM-Schlaf ist gekennzeichnet durch große, langsame Hirnwellen mit einer Delta-Aktivität unter 4 Hz im EEG, während am Übergang vom NREM- zum REM-Schlaf eine Verschiebung von niederfrequenter Delta-Aktivität zu einem schnellen Niederspannungs-EEG im Theta-Bereich zwischen 6 und 10 Hz zu beobachten ist. Im Gegensatz dazu wird Wachheit durch niedrige bis mittlere Spannungen in der EEG-Spur und signifikante EMG-Aktivität gekennzeichnet.

1B veranschaulicht Beispiele der Maus EEG in den verschiedenen Wachsamkeit Staaten. Wie in Tabelle 1 gezeigt, sind Epochen NREM-Schlaf klassifiziert, wenn das EEG zeigt große, langsam Gehirnwellen mit einem Delta Rhythmus unterhalb von 4 Hz und die EMG nur eine schwache oder kein Signal. Epochen wie REM-Schlaf klassifiziert, wenn das EEG zeigt schnellen Niederspannungs-Gehirnwellen in Theta-Bereich zwischen 6 und 10 Hz und die EMG zeigt eine geringe Ampl...

Die Aufzeichnung von Elektroenzephalogramm (EEG) und Elektromyogramm (EMG) bei frei verhaltenden Mäusen ist ein kritischer Schritt, um Verhalten und Physiologie mit Schlaf und Wachheit zu korrelieren. Das hierin beschriebene experimentelle Protokoll stellt ein kabelbasiertes System zur Erfassung von EEG- und EMG-Aufzeichnungen bei Mäusen bereit.

Polygraphic Recording Verfahren zur Messung von Schlaf bei Mäusen

Recording of the epidural electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in small animals, like mice and rats, has been pivotal to study the ...

Das übergeordnete Ziel dieses polygraphischen Aufzeichnungsverfahrens ist es, den Wachsamkeitszustand von Mäusen zu bestimmen und die Zeit zu messen, die im Wachzustand, im Schlaf mit schnellen Augenbewegungen oder im Schlaf ohne schnelle Augenbewegungen verbracht wird. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen in fast allen neurowissenschaftlichen Bereichen zu beantworten, die versuchen, Verhalten und Physiologie mit der Aktivität kortikaler Neuronen bei sich verhaltenden Tieren zu korrelieren. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie viele Knoten, Elektroenzephalogramme und Elektromyogramme aufzeichnen kann und mit anderen Gehirnimplantaten wie optischen Fasern und Infusionskanülen kombiniert werden kann.Die visuelle Demonstration dieser Methode ist sehr wichtig, da die Implantation der Elektrode ordnungsgemäß durchgeführt werden muss und die Qualität der Elektrode für die Beurteilung der Aggregatzustände äußerst wichtig ist. Das Verfahren wird von Yohko Takata, einem Postdoc aus meinem Labor, demonstriert. Bevor Sie beginnen, sterilisieren Sie alle chirurgischen Instrumente in einem Heißperlensterilisator.Sobald die Maus durch ein Zehenkneifen als betäubt bestätigt wurde, rasieren Sie die Haare an Kopf und Hals ab. Befestigen Sie als Nächstes das Haus am stereotaktischen Rahmen und befestigen Sie den Kopf zwischen den beiden Ohrstangen. Tragen Sie dann eine Augensalbe auf die Augen auf, um Trockenheit zu vermeiden.Fahren Sie mit der Reinigung der rasierten Haut mit Peelings auf Alkohol- und Jodbasis fort. Schneiden Sie dann mit einem Skalpell entlang der Mittellinie, um den Schädel freizulegen, und befestigen Sie die Haut mit Klammern an der Seite, um den Operationsbereich offen zu halten. Machen Sie mit einem Hartmetallfräser mit einem 0,8-Millimeter-Bohrer zwei Löcher.Setze ein Loch über den frontalen kortikalen Bereich. Legen Sie das zweite Loch über den parietalen Bereich der rechten Hemisphäre. Schrauben Sie anschließend mit einem Juwelierschraubendreher EEG-Aufzeichnungsschrauben aus Edelstahl in die Löcher.Setzen Sie die Schrauben mit nur zwei bis zweieinhalb Umdrehungen ein, um eine epidurale Positionierung über der Rinde zu erhalten. Die Schrauben sollten nach dem Einsetzen nicht wackeln. Das ist sehr wichtig.Befestigen Sie nun die Elektrodeneinheit mit den Stiften nach oben am Schädel. Die Elektroden müssen gerade angebracht werden. Verwenden Sie ein Wattestäbchen, um die Position der Elektrode zu sichern, und kleben Sie die Elektrode mit Cyanacrylat und anschließend mit Zahnzement fest.Als nächstes bohren Sie kleine Löcher in den Trapezius und führen Sie die EMG-Elektrode in diese Löcher ein. Nähen Sie dann die Haut mit Seidenfaden mit einem Durchmesser von 0,1 Millimetern. Entfernen Sie nun die Maus aus dem stereotaktischen Rahmen und legen Sie sie auf ein Heizkissen.Geben Sie der Maus intraperitoneale Injektionen von Ampicillin und Meloxicam und überwachen Sie die Maus, bis sie wieder sternale Liege erreicht. Beherbergen Sie dann die Maus alleine. Eine Woche nach der Implantation der Elektroden bringen Sie die Maus in einen Versuchskäfig in einer schalldichten Aufnahmekammer.Befestigen Sie die EEG/EMG-Elektrodenbaugruppe an der Maus an einem Aufzeichnungskabel, das mit einem Schleifring verbunden ist. Verbinden Sie das AD-Wandlerkabel mit einem EEG/EMG-Signalfilterverstärker, der mit dem Schleifring verbunden ist. Verwenden Sie einen AD-Wandler, um das Signal in ein digitales 128-Hertz-Signal umzuwandeln und schließlich das Signal auf einem Computer aufzuzeichnen.Gewöhnen Sie die Maus für zwei bis drei Tage in der Aufnahmekammer. Wenn die EEG/EMG-Aufzeichnung die Verabreichung von Medikamenten umfasst, behandeln Sie die Maus an jedem Tag vorsichtig, da an denen eine Arzneimittelverabreichung verabreicht wurde. Starten Sie anschließend die EEG/EMG-Aufzeichnungssoftware.Klicken Sie zunächst auf die Registerkarte Datendateiinformationen und klicken Sie auf das Kästchen neben dem Dateinamen. Geben Sie einen Dateinamen ein und klicken Sie auf Speichern. Wählen Sie dann auf der Registerkarte Aufnahmebedingung alle EEG/EMG-Kanäle aus, die aufgezeichnet werden sollen.Wählen Sie außerdem auf dieser Registerkarte die Sampling-Häufigkeit aus. Überprüfen Sie nun auf der Registerkarte Kanalinformationen, ob die ausgewählten Kanäle richtig angezeigt werden. Starten Sie nach der Bestätigung den Datensatz, indem Sie zuerst die Registerkarte Timer-Einstellungen auswählen.Klicken Sie dann auf Monitor, um EEG und EMG anzuzeigen. Wenn die Signale korrekt angezeigt werden, stellen Sie im Bereich Main Timer die Uhrzeit für den Beginn und das Ende der Aufnahme ein. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Monitor, um die Aufnahme zu starten.Zeichnen Sie nun die Signale unter Ausgangsbedingungen und unter verschiedenen Behandlungsbedingungen über mehrere Tage auf. Wenn das Experiment beendet ist, euthanasieren Sie die Maus mit Pentobarbital. Starten Sie die Software für die EEG/EMG-Analyse.Öffnen Sie die EEG/EMG-Rohdaten, bei denen es sich um eine KCD-Datei handelt. Klicken Sie auf die Registerkarte Ruhezustand und stellen Sie die Epochenzeit auf 10 Sekunden ein. Wählen Sie dann Multi-Screening, um alle zehn Sekunden-Epochen automatisch in drei Stufen zu bewerten, basierend auf den Amplituden des EEG und des EMG und basierend auf der Leistungsspektralanalyse des EEG.Klicken Sie anschließend auf die Registerkarte FFT-Bedingung für EEG. Legen Sie dort die Parameter für die spektrale Leistungsanalyse fest. Verwenden Sie 256 Bezugspunkte, die alle zwei Sekunden EEG entsprechen, verwenden Sie die Hamming-Fensterfunktion und verwenden Sie durchschnittlich fünf Spektren pro Epoche.Klicken Sie dann auf OK.Klicken Sie nun auf Überprüfung starten, um die automatische Überprüfung zu starten. Öffnen Sie dann die gespeicherten Daten, die in einem RAF-Dateiformat gespeichert sind, und überprüfen Sie die Ergebnisse des automatischen Screenings. Korrigieren Sie bei Bedarf die Ergebnisse, wenn sie die Standardkriterien nicht erfüllen.Um eine Korrektur vorzunehmen, klicken Sie mit der linken Maustaste auf eine falsch bewertete Epoche, halten Sie sie gedrückt und ziehen Sie den Cursor über die Reihe der falsch bewerteten Epochen. Lassen Sie die linke Maustaste los und wählen Sie im Popup-Fenster den richtigen Verhaltenszustand aus. Unter Ausgangsbedingungen zeigten die Mäuse einen klaren zirkadianen Schlaf-Wach-Rhythmus, der mit ihrer nachtaktiven Natur übereinstimmte.Während der 12-stündigen Lichtperiode hatten die Mäuse durchschnittlich 6,7 Stunden NREM-Schlaf und 0,9 Stunden REM-Schlaf. Während ihrer 12-stündigen Dunkelphase war die Wachheit vorherrschend. Auch andere Messungen wurden aufgezeichnet.Dazu gehörten die Verteilung der Schlafepochen, ihre mittlere Dauer und die Stadienübergänge für jeden Wachsamkeitszustand. Die EEG-Leistungsspektren für den NREM- und REM-Schlaf zeigen eine starke EEG-Leistungsdichte im Frequenzbereich von 0,5 bis vier Hertz für den NREM-Schlaf im Vergleich zu einer Leistungsdichte von sechs bis 10 Hertz für den REM-Schlaf. Um den Einfluss von Koffein auf den Schlaf zu beurteilen, wurden C57 black 6 Mäuse an einem Tag mit einem Vehikel und am nächsten Tag mit Koffein behandelt.Intraperitoneale Injektionen von Koffein wurden zu Beginn des Lichtzyklus verabreicht. Wie erwartet zeigte die Aufzeichnung, dass das Koffein die Wachheit der Mäuse erhöhte. Eine dreifache Zunahme der Wachheit trat drei Stunden nach der Injektion auf.Einmal gemeistert, kann die Elektrodenimplantation in weniger als 20 Minuten durchgeführt werden. Die Auswertung und Korrektur der EEG-Daten für einen Zeitraum von 24 Stunden kann in etwa 30 Minuten durchgeführt werden. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Aufzeichnung von Elektroenzephalogrammen und Elektromyogrammen bei Mäusen einrichten und beurteilen können, ob und wie lange ein Tier wach ist oder schläft.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowissenschaften

Quelle: Kodani, S., et.al. Optogenetische Manipulation neuronaler Schaltkreise bei der Überwachung von Schlaf-/Wachzuständen bei Mäusen. J. Vis. Exp. (2019)Dieses Video zeigt die optogenetische Manipulation neuronaler Schaltkreise, die am Übergang vom Schlaf in den Wachzustand bei Mäusen beteiligt sind. Bei dem Verfahren werden eine optische Faser und Elektroden chirurgisch in das Gehirn und die Muskeln implantiert, um eine Lichtstimulation und elektrophysiologische Aufzeichnung zu ermöglichen.

Optogenetische Manipulation neuronaler Schaltkreise für den Übergang vom Schlaf in den Wachzustand bei Mäusen

Dieses Video zeigt ein Protokoll für die Implantation einer Elektroenzephalogramm (EEG) und Elektromyogramm (EMG) Elektrodenanordnung in eine anästhesierte Maus. Der Prozess umfasst die Befestigung der Maus auf einem stereotaktischen Rahmen, einen Mittellinienschnitt im Schädel, das Bohren von Löchern für die Elektroden und das Fixieren der Elektrodeneinheit für die Signalaufzeichnung. Nach der Wiederherstellung wird das Schlaf-Wach-Verhalten der Maus anhand der aufgezeichneten Signale...

Analyse des Schlafverhaltens bei Mäusen durch Elektroenzephalogramm und Elektromyogramm-Aufzeichnungen

Diese Arbeit demonstriert die Leistung von Akupunktur, Epilepsiemodellen und der Analyse des Schlafes bei Nagetieren. Das Verfahren der Akupunktur und die Identifizierung von Akupunkturpunkten werden beschrieben. Pilocarpin oder Pentylentetrazol (PTZ) wird verwendet, um Epilepsie zu induzieren. Für die Schlafanalyse werden Elektrokortikogramm (ECoG), Elektromyogramm (EMG), Gehirntemperatur und Bewegungsaktivitätsaufzeichnungen verwendet.

Manipulation von Epileptiforme Electrocorticograms (ECoGs) und Schlaf bei Ratten und Mäusen durch Akupunktur

Hier stellen wir experimentelle und analytische Verfahren vor, um die zeitliche Dynamik der neuronalen und kardialen Variablen des Nicht-REM-Schlafes bei Mäusen zu beschreiben, die die Schlafreaktion auf akustische Reize modulieren.

Quantifizierung der infra-langsamen Dynamik der spektralen Kraft und der Herzfrequenz bei schlafenden Mäusen

Wir beschreiben eine Hochdurchsatz-Methode zur Messung der Schlaf durch Activity based Überwachung Haus-Käfig. Diese Methode bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen EEG-basierten Methoden. Es kann ist gut für die Bestimmung der gesamten Schlafdauer validiert und ein mächtiges Werkzeug, Schlaf in Nager-Modelle der menschlichen Krankheit zu überwachen.

Nicht-invasive High-Throughput-Bestimmung der Schlafdauer bei Nagern

Änderungen in den Kynurenin Weg (KP) neuroaktive Metaboliten sind in psychiatrischer Erkrankungen verwickelt. Untersuchung der funktionellen Ergebnisse einer veränderten Kynurenin Weg Stoffwechsel in Vivo bei Nagern kann helfen, neue therapeutische Ansätze zu erläutern. Das aktuelle Protokoll verbindet biochemischen und Verhaltensstörungen Ansätze zur Untersuchung der Auswirkungen einer akuten Kynurenin Herausforderung bei Ratten.

Ein High-Performance Liquid Chromatography-Messung von Kynurenin und Kynurenic Säure: Biochemie zur Kognition und Schlaf bei Ratten

Hier beschreiben wir Methoden der optogenetischen Manipulation bestimmter Arten von Neuronen bei der Überwachung von Schlaf-/Wachzustanden bei Mäusen und stellen unsere jüngsten Arbeiten am Bettkern der Stria terminalis als Beispiel vor.

Optogenetische Manipulation von neuronalen Schaltkreisen während der Überwachung von Schlaf-/Wachzustanden bei Mäusen

Dieses Protokoll stellt ein Open-Source-, kompiliertes MATLAB-Programm bereit, das Multitaper-Spektrogramme für elektroenzephalografische Daten generiert.

Computerbasiertes Multitaper-Spektrogrammprogramm für elektroenzephalographische Daten

Das vorliegende Protokoll skizziert eine Methode zur Einrichtung eines kostengünstigen Rocker-Plattform-basierten Geräts, das zur Induktion von Schlafentzug bei Mäusen verwendet wird. Dieses Gerät hat sich als wirksam erwiesen, wenn es darum geht, Störungen des durch Elektroenzephalogramm (EEG) nachgewiesenen Schlafmusters zu verursachen und metabolische und molekulare Veränderungen im Zusammenhang mit Schlafentzug zu induzieren.

Etablierung eines Geräts gegen Schlafentzug bei Mäusen

Wir präsentieren ein Softwarepaket mit einer grafischen Benutzeroberfläche für Forscher ohne Programmiererfahrung, um Schlafstadien bei Mäusen mit einem einfachen Download und einer einfachen Bedienung zu bewerten.

IntelliSleepScorer, ein Softwarepaket mit grafischer Benutzeroberfläche für die automatisierte Bewertung des Schlafstadiums von Mäusen

Dieses Protokoll wurde entwickelt, um ein zuverlässiges und leicht zugängliches System zur Aufzeichnung von frei beweglichen Nagetier-EEGs zu schaffen.

Ein kostengünstiges und minimal-invasives Protokoll für die chronische Multi-Site-Elektroenzephalographie-Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Erfahren Sie die polygraphische Aufzeichnung von EEG und EMG zur Schlafmessung bei frei beweglichen Mäusen. Diese Methode ermöglicht die Korrelation von Verhalten und Physiologie mit kortikalen Neuronenaktivitäten.

Polygraphic Recording Verfahren zur Messung von Schlaf bei Mäusen

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