Automatische Erkennung von hochorganisierten Theta Oszillationen im Murine EEG

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, pharmakologisch induzierte hochorganisierte Theta-Oszillationen bei Mäusen mittels implantierbarer EEG-Radiotelemetrie zu analysieren. Diese Botschaft kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der systemischen Neurowissenschaften zu beantworten, wie z.B. wie man hochorganisierte Theta-Oszillationen im Maus-EEG mit Hilfe von Langzeit-Hippocampus-EEG-Radiotelemetrieaufzeichnungen induziert, detektieren und quantifizieren kann. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie hilft, hochorganisierte Theta-Oszillationen in großflächigen, murinen hippokampalen EEG-Aufzeichnungen zu analysieren.

Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf unsere Therapie von neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit, da Frequenzveränderungen wie Theta-Dysrhythmien oft damit verbunden sind. Obwohl diese Methode Aufschluss über die Theta-Dysrhythmie des Hippocampus von Mäusen geben kann, kann sie auch auf EEG-Aufzeichnungen anderer Spezies angewendet werden, einschließlich der Anpassung des Menschen nach Anpassung. Wenn das Ritual neu ist, wird diese Methode im Allgemeinen Schwierigkeiten haben, da die Nachweisanalyse der Theta-Oszillation eine ordnungsgemäße EEG-Elektrodenimplantation und Theta-Induktion erfordert.

Kratzen Sie vor dem Einsetzen der Elektroden die Parylene-Beschichtung von der Spitze ab. Als nächstes klemmen Sie den extrakraniellen Teil einer Elektrode mechanisch an die Edelstahlspirale des Senders. Und kürzen Sie sie auf die gewünschte Länge.

Um den Radiofrequenzsender zu implantieren, legen Sie eine betäubte Maus auf den Operationstisch und geben Sie dem Tier weiterhin Isofluran über eine Gesichtsmaske zu. Stellen Sie die Narkosetiefe sicher, indem Sie den Schwanzklemmreflex, den Fußklemmreflex und die Atemfrequenz überprüfen. Entfernen Sie anschließend die Körperbehaarung von der Kopfhaut und desinfizieren Sie die rasierte Kopfhaut mit 70% Ethanol und einem Peeling auf Jodbasis.

Machen Sie anschließend mit einem Skalpell einen Mittellinienschnitt auf der Kopfhaut von der Stirn bis zur Nuchialregion. Bereiten Sie dann einen subkutanen Beutel auf einer Seite des Rückens des Tieres vor, indem Sie eine Blutdissektion mit einer chirurgischen Schere durchführen. Führen Sie anschließend den Sender in den Unterhautbeutel ein und legen Sie die überschüssige Länge der flexiblen Senderleitungen in den Beutel ein.

Fixieren Sie anschließend den Schädel mit einer Nasenklemme. Platzieren Sie dann das Versuchstier auf dem stereotaktischen Rahmen. Und setzen Sie die Ohrbügel ein.

Tragen Sie 0,3 Prozent Wasserstoffperoxid auf den Schädel auf, um jegliches Gewebe zu entfernen und die Schädelnähte und die kraniometrischen Orientierungspunkte wie Bregma und Lambda sichtbar zu machen. Bohren Sie anschließend die Löcher an den gewünschten Koordinaten mit einem neurochirurgischen Hochgeschwindigkeitsbohrer in einem druckfreien Modus bei maximaler Geschwindigkeit. Wählen Sie die geeigneten Elektroden aus und sterilisieren Sie die Elektroden vor der Implantation mit 70%igem Ethanol

Der Elektrodentyp sollte entsprechend den experimentellen Anforderungen sorgfältig ausgewählt werden. In der Regel sind Parylene-beschichtete Wolfram- oder Edelstahlelektroden am gebräuchlichsten. Befestigen Sie anschließend die Elektroden mit dem Glasionomerzement und warten Sie, bis der Zement vollständig ausgehärtet ist.

Als nächstes verschließen Sie die Kopfhaut mit immer wieder Nähten mit nicht resorbierbarem Nahtmaterial. Zur postoperativen Schmerztherapie verabreichen Sie Carprofen vier Tage nach der Implantation einmal täglich subkutan. Lassen Sie das Tier 10 bis 14 Tage lang genesen, bevor Sie die Aufzeichnungen oder Injektionsversuche durchführen.

Aktivieren Sie bei diesem Vorgang den Radiofrequenzsender mit dem Magnetschalter. Führen Sie langfristige Hippocampus-EEG-Aufzeichnungen für mindestens 24 bis 48 Stunden durch. Die Analyse der EEG-Amplitude und der EEG-Frequenzeigenschaften von Langzeitaufzeichnungen bietet einen detaillierten Einblick in die zirkadiane Abhängigkeit von Theta-Oszillationen und deren Zusammenhang mit spezifischen Verhaltens- und kognitiven Bedingungen oder Aufgaben.

Für die pharmakologische Induktion von Theta-Oszillationen ist das Tier mit Methscopolamin vorzubehandeln, um periphere Muskarinreaktionen zu vermeiden. Verabreichen Sie der Maus anschließend eine Einzeldosis Urethan oder einen Muskarinrezeptor-Agonisten zur Theta-Initiierung. Nach etwa 60 Minuten injizieren Sie Atropin, um Atropin-empfindliche Theta-Oszillationen vom Typ zwei von Atropin-unempfindlichen Typ-1-Theta-Oszillationen zu unterscheiden.

Und fahren Sie mit der Aufnahme fort. Um die Platzierung der EEG-Elektrode zu validieren, schneiden Sie die Edelstahlelektroden ab und entfernen Sie den Hochfrequenzsender. Opfern Sie dann die Maus und entfernen Sie das Gehirn aus dem Neurokranium.

Um die Elektrodenplatzierung zu validieren, montieren Sie das extrahierte Gehirn mit einem Klebstoff auf den Gewebehalter eines Vibroslicers. Und schneide das Gehirn in 100 Mikrometer große koronale Scheiben. Montieren Sie die Scheiben auf Objektträger und färben Sie sie mit dem üblichen histologischen Verfahren mit Nisslblau.

Nehmen Sie das Tier nur dann in die Analyse auf, wenn es die korrekten Kriterien für die Platzierung der EEG-Elektrode erfüllt. Für den CA1-Bereich sollte die Spitze der tiefen Elektrode innerhalb der CA1-Pyramidenschicht lokalisiert werden. Laden Sie die EEG-Daten hoch.

Hier sehen Sie ein beispielhaftes 30-minütiges EEG-Segment. Verwenden Sie die komplexe Morlet-Wavelet-Funktion, die hier angezeigt wird, für die Zeit-Frequenz-Analyse. Für die Zeitfrequenzanalyse wird der Frequenzbereich zwischen 0,2 und 12 Hz und eine Schrittweite auf 0,1 Hz eingestellt. Dieses farbcodierte Zeitfrequenzdiagramm des EEG-Segments veranschaulicht den Theta- und den oberen Delta-Frequenzbereich.

Hier wird eine extrahierte 2,5-Sekunden-EEG-Epoche auf das Theta-Segment analysiert. Da die maximale Amplitude im Theta-Bereich dividiert durch die im oberen Delta-Bereich größer als 1,5 ist, wird dieses Segment als Theta-Oszillationsepoche klassifiziert. Dies garantiert, dass die maximale Theta-Amplitude mindestens 50% höher ist als die Amplitude im oberen Delta-Band in der berechneten EEG-Epoche.

Diese Abbildung zeigt die Korrelation der hochorganisierten Theta-Oszillationen und des Theta-Detektionsmaßes in der EEG-Aufzeichnung, in der die Theta-Oszillationssegmente quantifiziert und statistisch analysiert werden können. Hier sind zwei 2,5-Sekunden-EEG-Epochen, die visuell als Nicht-Theta- bzw. Theta-Segmente klassifiziert werden. Und hier ist die Zeitfrequenzanalyse der CA1 EEG-Segmente, die in den entsprechenden Diagrammen oben im Bereich von 0,2 bis 12 Hz dargestellt ist. Da die Amplitude farbcodiert ist, zeigt die Zeitfrequenzanalyse des Nicht-Theta-EEG-Segments eine regelmäßig fluktuierende Theta-Architektur in Bezug auf Frequenzen in der Zeit.

Während das Segment mit hochsynchronisierten Theta-Schwingungen durch ein regelmäßiges, nicht fluktuierendes Theta mit hoher Amplitude und einer nahezu konstanten Frequenz von sechs Hz gekennzeichnet ist. Das Verhältnis der maximalen Theta- zur maximalen Delta-Amplitude beträgt in dieser Abbildung 1,25 und in dieser Karte 4,67. Diese EEG-Epoche wird eindeutig als Theta-Oszillations-EEG-Segment klassifiziert. Einmal gemeistert, kann diese Technik in einer Stunde durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.

Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie die Zeitfrequenzanalyse anderer Frequenzbänder oder die automatisierte Anfallserkennung durchgeführt werden, um Fragen zu beantworten, z.B. ob andere EEG-Bänder betroffen sind, wie sie gekoppelt sind und mit der neuronalen Übererregbarkeit zusammenhängen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der systemischen Neurowissenschaften, um Veränderungen in der Theta-Architektur des Hippocampus in transgenen Mausmodellen, wie z. B. Mausmodellen für die Alzheimer-Krankheit, zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man hochorganisierte Theta-Oszillationen induziert, erkennt und analysiert.