Polygraphic Recording Verfahren zur Messung von Schlaf bei Mäusen

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.

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.