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

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, zu beschreiben, wie neuronale und kardiale Aktivitäten während des Nicht-REM-Schlafs der Maus koordiniert werden. Durch die Überwachung und Analyse elektroenzephalographischer, elektromyographischer und elektrokardiographischer Signale. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich Schlaf zu beantworten.

Zum Beispiel, wie Schlaf zwei essentielle und evolutionär konservierte Bedürfnisse in Einklang bringt. Die sowohl kontinuierlich als auch zerbrechlich sein sollen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die Standard-Polysomnographie verwendet, um den Nicht-REM-Schlaf auf eine neuartige Weise zu bewerten, die auf den variablen Verhaltensreaktionen auf äußere Reize basiert.

Wir hatten die Idee zu dieser Methode, als wir beobachteten, dass schlafende Mäuse unterschiedliche Reaktionen auf Geräusche zeigten, wie z. B. Aufwachen und Durchschlafen. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da sie chirurgische Fähigkeiten, minimale Experimente und fortschrittliche Analysen kombiniert. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da mehrere wesentliche Schritte neu in diesem Bereich sind.

Insbesondere in Bezug auf das Behavioral Design und die Datenanalyse. Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Diagnose von Schlafstörungen beim Menschen. Denn es identifiziert die Momente des Schlafes, die sehr fragil sind.

Zu Beginn des Verfahrens bereiten Sie sich auf das EEG von Ökogeolektroden vor, indem Sie 0,5 Zentimeter lange Stücke Golddraht verwenden, die jeweils auf eine vergoldete Stahlschraube gelötet sind. Reinigen Sie sie dann mit 70% Ethanol. Bereiten Sie als nächstes zwei EMG-EKG-Elektroden mit drei bis vier Zentimeter langen Golddrähten vor.

Biegen Sie die Drähte in einem 90-Grad-Winkel einen Zentimeter von einem Ende entfernt und bereiten Sie am anderen Ende eine Spule vor. Zwischen den beiden Enden biegen Sie den Draht, um eine kleine Krümmung zu erzeugen, die dem Oberflächenprofil des Knochens zwischen Kleinhirn und Lambda entspricht. Bereiten Sie danach einen sechskanaligen Buchse-zu-Stecker-Kopfstecker vor, indem Sie den Stecker sowohl der Buchsen- als auch der Steckerstifte an der Basis mit Klebeband abdecken.

Gib dann zu den Stiften an den Ecken etwas Zinn, um den Lötvorgang zu erleichtern. In diesem Schritt wird ein anästhesiertes Tier auf den stereotaktischen Apparat gelegt, indem man den Mund positioniert. Dadurch wird der Mauskopf fixiert.

Fixieren Sie dann den Kopf, indem Sie die Ohrbügel mit ihren stumpfen hinteren Enden am Schädel positionieren. Heben Sie anschließend die Haut in der Mitte des Schädels an und schneiden Sie den angehobenen Teil der Haut vorsichtig entlang der Mittellinie von der Oberseite des Halses bis zur Höhe der Augen. Entfernen Sie dann die Kopfhaut.

Stellen Sie sicher, dass das Fenster groß genug ist, um das Bregma und die Lambda-Fissuren des Schädels deutlich zu sehen. Fixieren Sie die Haut auf beiden Seiten mit Bulldoggen-Serafinen, um den Zugang zum Knochen zu gewährleisten. Anschließend das Bindegewebe vorsichtig mit einem Skalpell entfernen.

Reinigen Sie den Bereich mit einem Desinfektionsmittel auf Jodbasis und trocknen Sie den Schädel mit einem antiseptischen Tupfer ab. Kratzen Sie dann mit einer scharfen Skalpellklinge den Schädel ab, um eine gereinigte und mattierte Knochenoberfläche zu erhalten. Kratzen Sie nur mit der Skalpellspitze ein gitterartiges Geflecht aus Rillen mit einem Abstand von ein bis zwei Millimetern zwischen den Rillen ein.

Anschließend führen Sie mit einem Mikrobohrer vier Kraniotomien im Schädel an bestimmten Stellen durch. Blasen Sie während des Bohrens den Knochenstaub mit einer Pasteurpipette weg und reinigen Sie eventuelle Blutungen mit antiseptischen Tupfern. Wenn Blutungen auftreten, stellen Sie sicher, dass diese vollständig gestoppt werden, bevor Sie den Vorgang fortsetzen.

Verwenden Sie einen hämostatischen Schwamm, um die Blutstillung zu beschleunigen. Befestigen Sie die Schraube in einer hämostatischen Klemme. Schrauben Sie auf der linken Hemisphäre zwei vergoldete Schrauben durch die Kraniotomien.

Halten Sie die Klemme senkrecht über den Kraniotomie und drehen Sie die Schraube, ohne von der vertikalen Position abzuweichen. Öffnen Sie vorsichtig die hämostatische Klemme, um die Schraube zu lösen. Auf der rechten Hemisphäre schrauben Sie die zuvor vorbereiteten Elektroden durch die Kraniotomien.

Geben Sie einen Tropfen Kleber auf den mittleren Teil des Schädels, um eine feste Haftung des linken EMG-EKGs zu gewährleisten. Heben Sie vorsichtig mit einer Pinzette den Rand der Haut von der Nackenmuskulatur ab und führen Sie die EMG-EKG-Drähte mit den aufgewickelten Enden in die Muskeln ein. Um die Herz-EKG-Signale während des Schlafs zu erfassen, stellen Sie sicher, dass der EMG-EKG-Draht bis zu einer Tiefe von etwa 0,8 bis einem Zentimeter in den Muskel eingeführt wird.

Positionieren Sie das linke EMG-EKG neben der hinteren linken Verankerungsschraube. Wiederholen Sie den Vorgang, um das richtige EMG-EKG einzufügen. Positionieren Sie das rechte EMG-EKG neben der vorderen linken Verankerungsschraube.

Achten Sie darauf, dass die Schlaufenenden so weit wie möglich voneinander entfernt platziert sind. Wichtig ist, dass die EMG-EKG-Drähte tief genug in den Muskel eingeführt werden, damit die Herzfrequenz zuverlässig erfasst werden kann. Tragen Sie mit einem Spachtel den Zweikomponenten-Epoxidkleber auf den Schädel zwischen und um die Schrauben herum auf.

Lassen Sie es im Licht trocknen, aber schützen Sie die Augen des Tieres vor übermäßiger Beleuchtung. Versuchen Sie, die Verbindungsstifte so nah wie möglich zu platzieren, um die Höhe des Implantats mit einer kleinen Krokodillampe zu minimieren. Löten Sie die vier Stifte an der Ecke des Steckers an die vier Drähte.

Minimieren Sie die Zeit in Kontakt mit der Lötspitze, da sich die Schrauben dadurch schnell erwärmen. Füllen Sie anschließend den Raum zwischen dem Kleber und dem Verbinder mit Zahnzement und decken Sie die gelöteten Teile ab. Schaffen Sie eine glatte Oberfläche und vermeiden Sie scharfe Kanten, die das Tier verletzen könnten.

Vermeiden Sie außerdem das Berühren der Haut, da dies zu Juckreiz führt. Entfernen Sie nun die Serafine für die Bulldogge. Desinfizieren Sie die Wunde mit Desinfektionsmittel auf Jodbasis.

Verschließen Sie die Wunde bei Bedarf mit Nahtpunkten vor und hinter dem Konnektor. Überwachen Sie das Tier anschließend eine Woche lang jeden Tag und suchen Sie nach Gewichtsverlust, verminderter oder abnormaler Aktivität und Anzeichen einer Infektion. Fünf bis sechs Tage nach der Operation verbinden Sie das Aufnahmekabel mit dem Kopfstecker des Tieres und lassen Sie es in seinem Käfig zu Hause.

Warten Sie weitere vier bis fünf Tage, bevor Sie mit der Aufzeichnung beginnen, damit sich das Tier an den Zustand gewöhnt hat und natürlich schläft. Mit einer kommerziellen polysomnographischen Software können Sie EEG- und EMG-EKG-Daten über einen Zeitraum von 48 Stunden mit typischen Einstellungen wie 2000 x Verstärkung, einer Abtastrate von 2000 Hertz bei der Erfassung, die nach der Erfassung auf 200 Hertz herunterabgetastet wird, aufzeichnen. Wenden Sie einen 0,7-Hertz-Hochpassfilter für alle EEG-Spuren und einen 10-Hertz-Hochpassfilter für alle EMG-EKG-Spuren an.

In dieser Demonstration schläft die Maus seit mehr als 40 Sekunden. Hier sind die charakteristischen niederfrequenten Signale mit hoher Amplitude im EEG und der niedrige Muskeltonus in den EMG-Spuren. Es ist wichtig, dass die Maus mindestens 40 Sekunden lang stabil schläft, bevor das Geräusch abgespielt wird, um eine lange Basislinie für die Analyse des Schlafs vor dem Aufwachen oder Durchschlafen zu gewährleisten.

Nun wird ein akustischer Reiz, hier ein weißes Rauschen, abgegeben. In diesem Fall wacht die Maus innerhalb von 10 Sekunden auf. Beachten Sie, dass das EEG desynchronisiert wird, wenn die Maus aufwacht.

In einem anderen Fall wacht die Maus nicht auf, obwohl das Geräusch länger als 20 Sekunden zu hören ist. Beachten Sie, dass das EEG nicht desynchronisiert wird. Hier sind die Rohspuren des EEGs in schwarz und die entsprechenden EMG-EKG-Signale in grau dargestellt, für 40 Sekunden vor dem Rauschbeginn und während der 20 Sekunden des Rauschens.

Dies ist ein Sleep-Through-Event. Und das ist ein Beispiel für das Weckereignis. Die entsprechenden analysierten Daten für die Sigma-Leistungsdynamik im 40-Sekunden-Fenster vor dem Rauschbeginn werden hier für das Durchschlafen und Aufwachen gezeigt.

Das wichtigste Ergebnis dieser Analyse ist, dass die Sigma-Leistung bei einem Sleep-Through-Ereignis vor dem Einsetzen des Rauschens und bei einem Wake-up-Ereignis am höchsten ist. Im Gegensatz zu den zuvor vorgestellten Wach- und Durchschlafereignissen verwarfen wir die Ereignisse mit einem frühen Übergang in den REM-Schlaf. Und wir verwarfen die Ereignisse auch mit einem frühen Aufwachen, bevor der Lärm einsetzte.

Bei diesem Verfahren ist es wichtig sicherzustellen, dass das EMG-Signal die Herzfrequenz während des gesamten Nicht-REM-Schlafs erkennt. Denken Sie außerdem daran, dass das Analyseverfahren verstanden und in einem Softwareskript implementiert werden muss, um die infralangsame Schwingung zu extrahieren. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden, wie z.B. lokale elektrophysiologische Aufzeichnungen, oder bildgebende Verfahren durchgeführt werden, um Aktivitätsmuster in definierten Hirnarealen zu verfolgen.

Nach der Sanierung ebnet diese Technik Forschern auf dem Gebiet des menschlichen Schlafes den Weg, um zu erforschen, wie neuronale und kardiale Aktivitäten in den verschiedenen Schlafstadien bei gesunden Schläfern und bei Patienten mit Schlafstörungen organisiert sind. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie den Nicht-REM-Schlaf retrospektiv auf der Grundlage der Verhaltensreaktivität der schlafenden Maus auf einen akustischen Reiz bewerten und analysieren können.