Name: Detección automática de muy organizada oscilaciones theta en el EEG murino (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Aprende a detectar oscilaciones theta organizadas en el EEG de ratones mediante radiotelemetría implantable. Este método utiliza análisis wavelet para estudiar la actividad cerebral y su relación con procesos cognitivos.

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Los autores desean agradecer a la Dra. Christina Ginkel (Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas, DZNE) y al Dr. Robert Stark (DZNE) por su ayuda con la cría y el cuidado de los animales. Este trabajo fue apoyado financieramente por el Instituto Federal de Medicamentos y Dispositivos Médicos (Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM), Bonn, Alemania.

Todos los experimentos con animales se realizó de acuerdo con las directrices del Consejo Local e institucional de los Animales (Universidad de Bonn, BfArM, LANUV, Alemania). Además, todos los experimentos con animales se llevó a cabo de conformidad con la legislación superior, por ejemplo, la Directiva del Consejo Comunidades Europeas de 24 de noviembre de 1986 (86/609 / CEE), o la legislación regional o nacional individual. Se hizo un esfuerzo específico para reducir al mínimo el número de animales utilizados, así como su sufrimiento. 1. Los animales de vivienda y Condiciones de grabación de EEG <ol><li> Los ratones domésticos en filtro-top jaulas o utilizan jaulas ventiladas individualmente. </li><li> Transferencia de los ratones de la instalación de animales para armarios ventilados en salas de laboratorio especiales que sean apropiados para animales implantados y grabaciones telemétricos. </li><li> Realizar toda la experimentación animal, incluyendo la implantación de electrodos EEG y las grabaciones posteriores, en condiciones estándar (22 ° C TEMtura, ciclo de 12 h / 12 h luz-oscuridad, 50-60% de humedad relativa, la atenuación del ruido, etc.) 18. </li><li> Antes de la implantación del transmisor de radiofrecuencia, alojamiento de los animales en grupos de 3 - 4 de tipo II jaulas de policarbonato transparente, con comida y agua ad libitum. No se aísle ratones individuales, ya que esto puede causar estrés e interferir con la experimentación y los resultados posteriores. </li><li> No utilice las condiciones de vivienda abiertos, pero el uso de armarios ventilados lugar durante la experimentación y la grabación. </li></ol> 2. Electrodo radiotelemétrico EEG Implantación y EEG Grabaciones <ol><li> Anestesiar los ratones utilizando narcóticos inyección, por ejemplo, ketaminehydrochloride / xylazinehydrochloride (100/10 mg / kg, por vía intraperitoneal, ip) o narcóticos de inhalación, por ejemplo, isoflurano 17, 18. <ol><li> Para la narcosis isoflurano, coloque el ratón en una inducción cHamber con 4-5% de isoflurano y 0,8-1% de oxígeno o Carbógeno (5% de CO2 y 95% de O2). </li><li> Colocar una mascarilla de silicio sobre la nariz / boca del animal para controlar la profundidad deseada de anestesia y evitar la exposición a experimentador isoflurano usando un sistema de recolección de residuos. </li><li> Utilice anestésicos inyectables, por ejemplo, esketaminhydrochloride (100 mg / kg, ip) y xylazinehydrochloride (10 mg / kg, ip), si la anestesia de inhalación no está disponible. </li><li> Monitorear la profundidad de la anestesia mediante la comprobación del reflejo de pinzamiento del rabo, reflejo del pie de presión, y la tasa de respiración. Tenga en cuenta que la respiración artificial a través de la intubación traqueal no es necesario en ratones. </li></ol></li><li> Implante el transmisor de radiofrecuencia en una bolsa subcutánea en la parte posterior del animal. <ol><li> Quitar el pelo del cuerpo del cuero cabelludo y el tratamiento previo del cuero cabelludo afeitado con dos desinfectantes, es decir, 70% de etanol y una limpieza a base de yodo. </li><li> El uso de un bisturí, haceruna incisión en el cuero cabelludo desde la frente hasta la región nucheal. </li><li> A partir de la incisión de la nuca, preparar una bolsa subcutánea en un lado de la parte posterior del animal mediante la realización de una disección roma con tijeras quirúrgicas o una sonda quirúrgica. </li><li> Inserte el transmisor en la bolsa subcutánea y depositar el exceso de longitud del transmisor flexibles conduce a la bolsa también. Prestar especial atención a la prevención de la contaminación de la zona quirúrgica y el implante transmisor. Aislar adecuadamente estéril de áreas no estériles usando cortinas. </li></ol></li><li> Colocar el animal experimental en el marco estereotáxico, por ejemplo, un dispositivo estereotáxico 3D computarizado. Fijar el cráneo con una abrazadera de nariz y oído bares. </li><li> Tratar previamente el cráneo con un 0,3% de H 2 O 2 para eliminar el tejido más lejos de la calavera y para iluminar las suturas craneales y craniometrics puntos de referencia, bregma y lambda. </li><li> barrenos en las coordenadas de la elección(Véase el paso 2.6) usando un taladro neuroquirúrgico de alta velocidad en un modo libre de presión a la velocidad máxima. NOTA: perforación sin presión evita el avance repentino de la cabeza de perforación y daños en la corteza. Para una craneotomía, se recomienda un taladro de alta velocidad de neurocirugía. Elija diámetros estándar de perforación de cabeza de 0,3 - 0,5 mm, dependiendo del diámetro del electrodo. </li><li> seleccionar cuidadosamente el tipo de electrodo, teniendo en cuenta la impedancia, diámetro, revestimiento, etc. NOTA: tungsteno con recubrimiento de parileno o electrodos de acero inoxidable son los más comunes. Los tipos de electrodos deben ser escogidos de acuerdo con los requisitos experimentales. Como una maniobra preventiva, esterilizar puntas de los electrodos antes de la implantación utilizando etanol al 70%. Tenga en cuenta que el revestimiento del electrodo no permite la esterilización por calor. </li><li> Para grabaciones intrahipocámpica CA1 EEG, perforar un agujero estereotáxica en las siguientes coordenadas: bregma, -2 mm; mediolateral, 1,5 mm (hemisferio derecho); dorsoventral, 1,3 mm (Target región: Cornu ammonis (CA1) capa piramidal). Para el electrodo de referencia, perforar un agujero por encima de la corteza cerebelosa en las siguientes coordenadas estereotáxica: bregma, -6,2 mm, mediolateral, 0 mm; dorsoventral, 0 mm. NOTA: El electrodo cerebelosa sirve como un electrodo de pseudoreference, como el cerebelo es una región del cerebro en lugar silencioso. Las coordenadas estereotáxica se derivaron de un atlas del cerebro de un ratón estándar. </li><li> Antes de la inserción de los electrodos, acortar a la longitud requerida. Mecánicamente cortar la porción extracraneal del electrodo a la hélice de acero inoxidable del transmisor. NOTA: soldadura debe evitarse, ya que esto puede introducir ruido sustancial en el sistema. </li><li> Una el electrodo al brazo vertical del dispositivo estereotáxico e insertar el electrodo de acuerdo con las coordenadas estereotáxicas antes mencionados. </li><li> Fijar los electrodos utilizando cemento de ionómero de vidrio y espere hasta que el cemento se haya endurecido totalmente. </li><li> Cierre el cuero cabelludoel uso de más años y más de suturas no absorbibles con 5-0 o 6-0 material de sutura. </li><li> Para el tratamiento del dolor postoperatorio, administrar carprofeno (5 mg / kg, por vía subcutánea, sc) una vez al día durante 4 días consecutivos después de la implantación. Tenga en cuenta que el carprofeno se debe inyectar antes de la incisión inicial (etapa 2.2.2). </li><li> Permitir que los animales se recuperen durante 10 - 14 días después del implante antes de iniciar las grabaciones y / o experimentos de inyección. </li></ol> 3. Las grabaciones espontáneas de oscilaciones theta y farmacológico de inducción <ol><li> Activar el transmisor de radiofrecuencia mediante el interruptor magnético. Colocar el animal con su jaula en el plato receptor. Realizar registros de EEG del hipocampo a largo plazo por lo menos durante 24-48 h. NOTA: El análisis del EEG amplitud y características de frecuencia del EEG de grabaciones de larga duración proporciona una visión detallada de la dependencia circadiano de las oscilaciones theta y su asociación con el comportamiento específico ycondiciones cognitivas / tareas. combinar siempre registros de EEG con supervisión por vídeo de los animales de experimentación. </li><li> Para la inducción farmacológica de oscilaciones theta, administrar una dosis única de uretano (800 mg / kg ip) o una sola dosis de un muscarínicos agonistas del receptor, por ejemplo, pilocarpina (10 mg / kg ip), arecolina (0,3 mg / kg ip) o oxotremorina (/ kg ip 0,03 mg). Tratar previamente los ratones con N-metilescopolamina (0,5 mg / kg ip) para evitar reacciones muscarínicos periféricos. Recién disolver todos los fármacos en solución de NaCl al 0,9% o Ringer. NOTA: Superior dosis de agonistas de los receptores muscarínicos pueden resultar en la inducción de convulsiones en animales de experimentación. Además, consideran que las dosificaciones indicadas aquí representan puntos de referencia que requieren estudios de dosis-efecto antes de la línea de ratón bajo investigación. Tenga en cuenta que de uretano es un mutágeno y carcinógeno que requiere precauciones adecuadas en el almacenamiento y la manipulación. </li><li> Inyectar atropina (50 mg / kg, ip) para diferenciar la atropina sensible tipo IIde tipo atropina y minúsculas que las oscilaciones theta. NOTA: La dosis de atropina es de nuevo especie y cepa-dependiente y requiere una evaluación dosis-efecto antes. El momento óptimo de la inyección de atropina depende de la farmacodinámica de los agonistas de los receptores muscarínicos. Para la identificación de tipo II theta, se recomienda la inyección de atropina 1 h después de la administración de uretano. </li><li> Trate de evitar la posterior aplicación de varios fármacos, como la administración sistémica de fármacos altera los patrones de transcripción y traducción a nivel mundial, que influyen en posteriores registros de EEG. Tenga en cuenta que, de corta duración oscilaciones theta también puede ser inducida por estímulos sensoriales, como el maletero o la pata de pellizco. </li><li> Extracto / conjuntos de datos representativa de exportación de EEG de la pre-fase (línea de base) y la fase post-inyección de la grabación total del EEG como archivos TXT o ASCI, teniendo en cuenta la farmacocinética de los fármacos de aplicación y las exigencias del protocolo de estudio individual. </li></ol> 4.Validación de colocación de electrodos EEG <ol><li> La eutanasia a los animales por su inclusión en una cámara de incubación e introducir 100% de dióxido de carbono. Use una tasa de relleno de 10 a 30% del volumen de la cámara por min con dióxido de carbono añadido a la de aire existente en la cámara de incubación; esto dará lugar a una rápida pérdida de conocimiento con un mínimo de estrés a los animales. </li><li> Retire el ratón de la cámara una vez que ocurre un paro respiratorio y un color de ojos se desvaneció persiste durante 2-3 min. </li><li> Cortar los electrodos de acero inoxidable y el explante del transmisor de radiofrecuencia. Decapitar al ratón usando tijeras o una guillotina y retire el cerebro desde el neurocráneo mediante manipulación suave con tijeras quirúrgicas y fórceps. </li><li> Fijar los cerebros en paraformaldehído al 4% en solución salina tampón fosfato (PBS) (pH 7,4) durante la noche. Para protección por el frío, la transferencia de los cerebros y el 30% de glucosa y almacenar a 4 ° C hasta su posterior procesamiento. NOTA: El paraformaldehído es considerado peligroso por la OSHA 2012 Hazard estándar de la comunicación (29 CFR 1910.1200). Tomar las precauciones necesarias: utilizar equipo de protección personal, garantizar una ventilación adecuada, y evitar la formación de polvo. Además, eliminar las fuentes de ignición y tomar medidas de precaución contra las descargas estáticas. Paraformaldehído no debe ser liberado en el medio ambiente. </li><li> Montar el cerebro extraído en el soporte de tejido de un criostato usando un adhesivo y cortar los cerebros en 40 - 75 micras cortes coronales. Montar las rebanadas en portaobjetos de vidrio y teñir con azul de Nissl usando el procedimiento histológico estándar; este procedimiento se visualice el canal rama que refleja la posición del electrodo anterior. Tenga en cuenta que también es posible cortar rebanadas coronales del cerebro nativa utilizando un vibroslicer </li><li> Incorporar sólo aquellos animales que cumplen los criterios de colocación correcta de los electrodos de EEG; para la región CA1, la punta del electrodo de profundidad debería ser localizada dentro de la capa CA1 piramidal. </li></ol><ol><li> Registro CA1 EEG intrahipocámpica con una tasa de muestreo correspondiente, sin a priori filtro de corte. NOTA: La velocidad de muestreo, que es transmisor-específica, determina el límite superior de frecuencia del análisis del EEG. </li><li> Procesar los datos registrados con un software de análisis. Programa de tiempo-frecuencia de los análisis y cálculos con los procedimientos de medida para el control adecuado de los métodos de análisis (Figura 5) 20. </li><li> Cortar el EEG registrado en secciones con una longitud de 1 h cada uno. Utilizar los procesadores rápidos, ya que el tiempo de cálculo es alto. Además, hacer uso de un software que puede paralelizar la computación de múltiples núcleos 20. </li></ol> 6. Análisis de los datos EEG <ol><li> Analizar los segmentos de datos utilizando un complejo Morlet wavelet para calcular tanto la frecuencia como la amplitud de las oscilaciones. NOTA: Este wavelet (por ejemplo, Ψ (x) = (π b)(- 1/2) exp (2 π i c x) exp (-x 2 / b), donde b es el parámetro de ancho de banda, la frecuencia central c, y i la unidad imaginaria) a menudo se ha aplicado en la literatura para estudiar EEG de datos, ya que garantiza una resolución óptima en frecuencia y tiempo de 23, 24. </li><li> Utilice un ajuste de la frecuencia del parámetro de ancho de banda y el centro que en particular pesos la resolución de frecuencia para distinguir las diferencias de frecuencia en el nivel de 0,1 Hz mientras que todavía no descuidar una resolución de tiempo suficiente. NOTA: Los procesos neuronales en la banda gamma son de corta duración de 25 años, y esto también puede ser cierto para ritmos theta. Por lo tanto, el enfoque analítico debe tener en cuenta la resolución temporal adecuada. </li><li> Analizar los datos de EEG en el rango de frecuencia de 0,2 a 12 Hz, con un tamaño de paso de 0,1 Hz, incluyendo así el delta típico, elta, y la frecuencia alfa rangos. </li><li> Establecer un instrumento analítico automatizado, complejo para la elaboración de la arquitectura de frecuencia theta, que puede sustituir a una inspección visual estándar de oscilaciones theta; este procedimiento se denomina el método de detección theta (TDM). </li><li> Calcule el cociente de la amplitud máxima en el rango de frecuencia theta (3.5 a 8.5 Hz) y la amplitud máxima en el rango de frecuencia delta superior (2-3,4 Hz) para las ventanas de tiempo de 2,5 s cada uno. NOTA: El valor de este cociente sirve como medida para decidir si se ha producido una oscilación theta. La definición de la gama de frecuencia theta puede variar dependiendo del estado y neuroanatomical circuitería / sistema funcional para ser analizados. </li><li> Clasificar un segmento como una &quot;época oscilatoria theta,&quot; si la relación calculada durante este segmento está por encima de 1,5. NOTA: Esto garantiza que la amplitud máxima theta es al menos 50% mayor que la amplitud en la banda delta superior durante el relacionado 2,5-s EEGsegmento. Tenga en cuenta que la relación puede ser que necesite la adaptación en función de la línea y / o especie utilizada. Un intervalo de 2,5 s representa una duración mínima de una oscilación theta, evita las detecciones de falsos positivos de ciertas épocas ruidosos, y se encuentra dentro de las definiciones gama de otras publicaciones 19, 26. El rango de frecuencia delta superior sirve como una banda de frecuencia de control porque aparece actividad delta fisiológicamente relevante durante épocas no theta, por ejemplo, durante sueño de ondas lentas, lo cual es altamente humedecido durante la actividad theta. </li><li> Repita este procedimiento para cada sección de 1 h; Por lo tanto, cada sección se compone de 1.440 segmentos de EEG con longitudes de 2,5 s cada uno. </li><li> evaluar estadísticamente los datos de las épocas de oscilación theta identificados. </li><li> Calcular las estadísticas de los tiempos de duración total del detectados theta épocas; grupos distintos o predefinidos; ciclos, como la luz / oscuridad; y otros parámetros. NOTA: StatiSTICS puede incluir t-test, ANOVA, MANOVA o, en función de la variable, el número de grupos, las condiciones, etc. </li><li> Calcular las estadísticas de la amplitud de las épocas theta detectado, pero sólo en el rango de frecuencia theta (03/05 a 08/05 Hz). </li><li> Evaluar las estadísticas de la frecuencia de las épocas theta detectado, pero sólo en el rango de frecuencia theta (03/05 a 08/05 Hz). NOTA: La frecuencia theta de una época theta se define como la frecuencia perteneciente a la amplitud máxima theta de una época theta. </li></ol>

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<li>Leung, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+theta+and+gamma+rhythms+in+the+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">Generation of theta and gamma rhythms in the hippocampus.</a> Neurosci Biobehav Rev. 22, 275-290 (1998).</li>
<li>Shin, J., Talnov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single+trial+analysis+of+hippocampal+theta+frequency+during+nonsteady+wheel+running+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">A single trial analysis of hippocampal theta frequency during nonsteady wheel running in rats.</a> Brain Res. 897, 217-221 (2001).</li>
<li>Shin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+unifying+theory+on+the+relationship+between+spike+trains%2C+EEG%2C+and+ERP+based+on+the+noise+shaping%2Fpredictive+neural+coding+hypothesis%5BTitle%5D)+AND+%22Biosystems%22%5BJournal%5D)">A unifying theory on the relationship between spike trains, EEG, and ERP based on the noise shaping/predictive neural coding hypothesis.</a> Biosystems. 67, 245-257 (2002).</li>
<li>Kramis, R., Vanderwolf, C. H., Bland, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+types+of+hippocampal+rhythmical+slow+activity+in+both+the+rabbit+and+the+rat%3A+relations+to+behavior+and+effects+of+atropine%2C+diethyl+ether%2C+urethane%2C+and+pentobarbital%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Two types of hippocampal rhythmical slow activity in both the rabbit and the rat: relations to behavior and effects of atropine, diethyl ether, urethane, and pentobarbital.</a> Exp Neurol. 49, 58-85 (1975).</li>
<li>Lu, B. L., Shin, J., Ichikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+classification+of+single-trial+EEG+signals+using+a+min-max+modular+neural+network%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Massively parallel classification of single-trial EEG signals using a min-max modular neural network.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 51, 551-558 (2004).</li>
<li>Robinson, T. E., Kramis, R. C., Vanderwolf, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+types+of+cerebral+activation+during+active+sleep%3A+relations+to+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Two types of cerebral activation during active sleep: relations to behavior.</a> Brain Res. 124, 544-549 (1977).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Theta actividad es de importancia central en la neurofisiología sistémica. Se puede observar en varias regiones del cerebro, particularmente en el hipocampo, en el que está relacionado con estados de comportamiento y cognitivos específicos. Además, theta del hipocampo se puede diferenciar farmacológicamente en atropina sensible de tipo II y de tipo I theta atropina y minúsculas. El tipo I se cree que está relacionada con la locomoción, como caminar o correr 27, 2...

Actividad theta en el cerebro está relacionada con diferentes estados cognitivos y funcionales, incluyendo la excitación, la atención, el movimiento voluntario, el comportamiento exploratorio, el comportamiento de la atención, el aprendizaje y la memoria, la integración somatosensorial, y el movimiento ocular rápido (REM) 1, 2. Principalmente, theta actividad como una entidad rítmica se puede generar en diversas regiones cerebrales y está altamente organizado y sincronizado como oscilaciones theta. A continuación, nos centraremos en el análisis y la cuantificación de la actividad theta / oscilaciones que se generan dentro del sistema septohippocampal 3, 4. Dentro del tabique, GABAérgicas, glutamatérgicas, y las neuronas colinérgicas del proyecto para el hipocampo y contribuir a la iniciación y mantenimiento de theta comportamiento oscilatorio. Existe un debate en curso sobre si las oscilaciones theta del hipocampo se inician en el tabique, es decir, </em&gt; El marcapasos-septal del hipocampo modelo de seguidor, (teoría extrahippocampal) o intrínsecamente en el hipocampo (la teoría intrahipocámpica) 5, 6, 7. Independientemente de su origen, las oscilaciones theta del hipocampo han estado en el foco de interés desde hace años, sobre todo en modelos de ratones transgénicos. Estos modelos permiten la implantación de electrodos EEG profundas y para el registro de las oscilaciones theta del hipocampo en virtud de las tareas cognitivas y conductuales específicas 8. oscilaciones theta del hipocampo son heterogéneos en la naturaleza. Sobre la base de la llamada teoría dualista de oscilaciones theta, se puede diferenciar entre atropina sensible tipo II theta y atropina insensible tipo I theta 9, 10, 11. Este último normalmente puede ser inducida por muscarínicos M 1 / M por ejemplo, arecolina, pilocarpina, y uretano. Sin embargo, uretano es un fármaco de objetivos múltiples que, además de la activación de los receptores muscarínicos, también ejerce efectos complejos sobre otras entidades de canales iónicos. Para el tipo II theta, la vía muscarínico incluye la activación de M 1 / M 3 y una posterior G q / 11 (Gα) mediada por la activación de la fosfolipasa C β 1/4 (PLCß 1/4), trifosfato de inositol (InsP 3) , diacylglycerole (DAG), Ca2 +, y la proteína quinasa C (PKC). El papel de PLCß 1 y PLCß 4 en thetagenesis ha sido validado en estudios de eliminación directa usando PLCβ1 - / - y PLCβ4 - / - ratones que muestran una pérdida completa o atenuación significativa de theta de oscilación 12, 13, 14. M adicional 1, 3 M, y M 5 objetivos de abajo (CHAnnels / corrientes) de la cascada de señalización de los receptores muscarínicos incluyen varios conductancias, tales como M-tipo canal de K + (K M) a través de K + dependientes de voltaje canales (K v 7); lento después de hiperpolarización canal de K + (Ks AHP); fugas canal de K + (fuga K), probablemente a través relacionado TWIK-K + sensibles a los ácidos canal (TASK1 / 3); corriente de cationes (I CAT), probablemente a través del canal de fuga de Na + (NALCN); y yo h a través de hiperpolarización y canales de nucleótidos cíclicos cerrada (HCN). Además, se informó de los receptores M 2 / M 4 de acetilcolina (AChR) para interferir con rectificador interno canal de K + 3,1 (K IR 3.1) y hacia dentro del rectificador canal de K + 3,2 (K IR 3.2) 15. Actualmente, el software de análisis comercialmente disponible permite el análisis rápido basado en FFT de frecuencia, por ejemplo, el análisis de la potencia (P, mV 2)o densidad espectral de potencia (PSD, mV 2 / Hz). Poder o densidad espectral de potencia (PSD) el análisis de la gama de frecuencias theta sólo da una visión global de su actividad. Sin embargo, con el fin de obtener una visión detallada de la actividad theta cognitivo y relacionados con el comportamiento, el análisis de las oscilaciones theta altamente organizadas es obligatorio. La evaluación de las oscilaciones theta altamente organizadas es de importancia central en el campo de las enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricos. La mayoría de los estudios de enfermedades experimentales se llevan a cabo en modelos de ratones transgénicos utilizando enfoques de neurocirugía altamente sofisticados para grabar superficie epidural y profundos EEGs intracerebrales. Estas técnicas incluyen tanto los sistemas de sujeción 16 y configuraciones radiotelemétrico 17, 18. oscilaciones theta pueden ser registrados como oscilaciones theta espontáneas y relacionados con el comportamiento bajo condiciones de grabación a largo plazo. Además, las oscilaciones theta pueden ser recorded después de la inducción farmacológica, sino también después de la exposición de los animales a las tareas cognitivas o conductuales o a los estímulos sensoriales, como la cola pellizcos. A principios enfoques para caracterizar las oscilaciones theta fueron descritos por Csicsvari et al. 19. Los autores diseñaron una herramienta semi-automatizado para el análisis theta corto plazo de (15 - 50 min) que no es adecuado para los registros de EEG desde hace mucho tiempo. Nuestro método, que se describe aquí, permite el análisis de la grabación de EEG a largo plazo&gt; 48 h 20. Csicsvari et al. 10 También se hace referencia a la relación theta-delta, pero no se proporciona ningún umbral para la determinación de las oscilaciones theta altamente organizadas. Las definiciones de rango delta y theta se ajustan a nuestras definiciones de rango de frecuencias. Ya que no se menciona explícitamente, suponemos que un método basado en FFT es utilizado por Csicsvari et al. para calcular la potencia de las bandas de frecuencia theta-delta. Estade nuevo se diferencia claramente de nuestro método, ya que calculamos amplitudes basado en wavelets en un gran número de escalas de frecuencia (frecuencia de los pasos Δ (f) = 0,05 Hz), dando como resultado mucho más alta precisión. La duración de la época EEG analizado individualmente es similar a nuestra definición. Klausberger et al. 21 también hacen uso de relaciones de theta-delta para el análisis de los registros de EEG a largo plazo. Sin embargo, hay tres grandes diferencias en comparación con nuestro enfoque: i) la duración de época EEG es mucho más largo, es decir, al menos 6 s; ii) la relación de theta-delta se establece en 4, que es mucho mayor que nuestro umbral, y se relaciona con diferentes definiciones rango de frecuencia; y iii) es probable que se basa en un enfoque FFT, que carece de alta precisión, en particular para ventanas de tiempo muy cortos la definición de potencia (2 s, es decir, 5 ciclos de oscilaciones con una frecuencia de 2,5 Hz). En tales casos, un procedimiento basado en wavelets es más recomendable.Un estudio realizado por Caplan et al. 22, calculado exclusivamente de potencia theta sin tener en cuenta la relación de potencia theta-delta. Por lo tanto, el enfoque de Caplan 22 no puede diferenciar entre los procesos cognitivos theta rico acompañado por un alto o bajo delta. En el siguiente protocolo, presentaremos nuestro enfoque analítico basado en wavelets para analizar de forma fiable las oscilaciones theta altamente organizados en registros de EEG del hipocampo de los ratones. Dado que este procedimiento funciona de forma automática, que se puede aplicar a grandes conjuntos de datos y mediciones de EEG a largo plazo.

<table><tbody><tr><td>Carprofeno (Rimadyl VET - Injektionsl&ouml; sung)</td><td>Pfizer</td><td>PZN 0110208208 microscopio</td><td></td></tr><tr><td>binocular de aumento quirúrgico</td> de 20 ml <td>Zeiss Stemi 2000</td><td>0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000</td><td></td></tr><tr><td>Dexpantenol (Bepanthen Wund- und Heilsalbe)</td><td>Bayer</td><td>PZN:</td> 1578818 <td></td></tr><tr><td>paños (estériles)</td><td>Hartmann</td><td>PZN 0366787</td><td></td></tr><tr><td>Etanol al 70%</td><td>Carl Roth</td><td>9065.5</td><td></td></tr><tr><td>Solución de peróxido de hidrógeno al 0,3% / 3%</td><td>Sigma</td><td>95321</td><td>Solución madre al 30%</td></tr><tr><td>guantes (estériles)</td><td>Unigloves</td><td>1570</td><td></td></tr><tr><td>cemento de ionómero de vidrio dental</td><td>KentDental /NORDENTA</td><td>957 321</td><td></td></tr><tr><td>esterilizador de instrumental quirúrgico a base de calor</td><td>F.S.T.</td><td>18000-50</td><td></td></tr><tr><td>fresa dental de alta velocidad</td><td>Adeor</td><td>SI-1708</td><td></td></tr><tr><td>Sistema narcótico por inhalación (isoflurano)</td><td>Harvard Apparatus GmbH</td><td>34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurano</td><td>Baxter 250 ml</td><td>PZN 6497131</td><td></td></tr><tr><td>Ketamina</td><td>Pfizer</td><td>PZN 07506004</td><td></td></tr><tr><td>Solución de Ringer lactada (estéril)</td><td>Braun</td><td>L7502</td><td></td></tr><tr><td>Solución de tinción Nissl</td><td>Armin Baack</td><td>BAA31712159</td><td></td></tr><tr><td>almohadillas (estériles)</td><td>ReWa Krankenhausbedarf</td><td>2003/01</td><td></td></tr><tr><td>Electrodos de acero y tungsteno recubiertos de parileno</td><td>FHC Inc., EE. UU.</td><td>UEWLGESEANND</td> marco estereotáxico <td></td></tr><tr><td></td><td>Neurostar</td><td>51730M</td><td>pedido en Stoelting</td></tr><tr><td>(Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>cintas (estériles)</td><td>BSN medical GmbH & Co. KG</td><td>626225</td><td></td></tr><tr><td>TA10ETA-F20</td><td>DSI</td><td>270-0042-001X</td><td>Transmisor de radiofrecuencia 3,9 g, 1,9 cc, rango de voltaje de entrada &plusmn; 2,5 mV, ancho de banda de canal (B) 1 - 200 Hz, frecuencia de muestreo nominal (f) 1.000 Hz (f = 5B) rango de temperatura de funcionamiento 34 - 41 &deg; C Duración garantizada de la batería 4 meses</td></tr><tr><td>TL11M2-F20EET</td><td>DSI</td><td>270-0124-001X Transmisor de</td><td>radiofrecuencia 3,9 g, 1,9 cc, rango de voltaje de entrada &plusmn; 1,25 mV, ancho de banda del canal (B) 1 - 50 Hz, frecuencia de muestreo nominal (f) 250 Hz (f = 5B) rango de funcionamiento de temperatura 34 - 41 &deg; C Duración garantizada de la batería 1,5 meses</td></tr><tr><td>Vibroslicer 5000 MZ</td><td>Electrónica Microscopy Sciences</td><td>5000-005</td><td></td></tr><tr><td>Xilacina (Rompun)</td><td>Bayer</td><td>PZN: 1320422</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td></td><td>software de programación, computación y visualización</td></tr><tr><td>SPSS</td><td>software de análisis estadístico</td> <td>IBM</td><td></td></tr></tbody></table>

detección automática de muy organizada oscilaciones theta en el eeg murino

Automatic Detection of Highly Organized Theta Oscillations in the Murine EEG

Theta actividad se genera en el sistema septohippocampal y se puede grabar utilizando profundas electrodos intrahipocampal y de radiotelemetría o del sistema de sujeción enfoques electroencefalografía implantable (EEG). Farmacológicamente, theta del hipocampo es heterogénea (véase la teoría dualista) y se puede diferenciar en tipo I y tipo II theta. Estos subtipos de EEG individuales están relacionados con estados cognitivos y de comportamiento específicos, tales como la excitación, la exploración, el aprendizaje y la memoria, funciones de integración más altas, etc. En las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, alteraciones funcionales del sistema septohippocampal estructural y puede dar lugar a deterioro de la actividad theta / oscilaciones. Un análisis cuantitativo estándar del hipocampo EEG incluye un análisis de frecuencia basado en Fast-Fourier-Transformación (FFT). Sin embargo, este procedimiento no proporciona detalles acerca de la actividad theta en oscilaciones generales y altamente organizados theta en particular. Con el fin de obtener detaILED información sobre las oscilaciones theta altamente organizadas en el hipocampo, hemos desarrollado un nuevo método analítico. Este enfoque permite la cuantificación en tiempo y rentable de la duración de las oscilaciones theta altamente organizadas y sus características de frecuencia.

Theta actividad se puede grabar en una amplia gama de regiones del sistema nervioso central (SNC). A continuación, presentamos un análisis de las oscilaciones theta del hipocampo murino. Tales oscilaciones pueden ocurrir durante diferentes estados de comportamiento y cognitivas. Es muy recomendable para analizar las oscilaciones theta bajo ambos a largo plazo, relacionada con las tareas a corto plazo, y condiciones espontáneos inducidos farmacológicamente. La Figura 1</str...

La actividad Theta en el hipocampo está relacionada con etapas cognitivas y conductuales específicas. Aquí, describimos un método analítico para detectar oscilaciones theta altamente organizadas dentro del hipocampo utilizando un enfoque basado en el tiempo-frecuencia (es decir, análisis de ondículas).

Detección automática de muy organizada oscilaciones theta en el EEG murino

Theta activity is generated in the septohippocampal system and can be recorded using deep intrahippocampal electrodes and implantable ...

El objetivo general de este procedimiento es analizar las oscilaciones theta altamente organizadas inducidas farmacológicamente en ratones mediante telemetría de EEG implantable. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la neurociencia sistémica, como cómo inducir, detectar y cuantificar las oscilaciones theta altamente organizadas en el EEG de ratones utilizando grabaciones telemétricas de EEG hipocampal a largo plazo. La principal ventaja de esta técnica es que permite analizar las oscilaciones theta altamente organizadas en grabaciones de EEG hipocampal murino a gran escala.Las implicaciones de esta técnica se extienden a nuestro tratamiento de enfermedades neuropsiquiátricas y neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, porque alteraciones de frecuencia tales como la disritmia theta a menudo se asocian con ella. Aunque este método puede proporcionar información sobre la disritmia theta hipocampal en ratones, también puede aplicarse a grabaciones de EEG de otras especies, incluidos los humanos, tras su adaptación. En general, si el procedimiento es nuevo, este método tendrá dificultades, porque el análisis de detección de la oscilación theta requiere una implantación adecuada de electrodos de EEG y la inducción de theta.Antes de insertar los electrodos, raspe el recubrimiento de parylene de la punta. A continuación, sujete mecánicamente la parte extracraneal de un electrodo al helice de acero inoxidable del transmisor. Y acórtelos a la longitud requerida.Para implantar el transmisor de radiofrecuencia, coloque un ratón anestesiado sobre la mesa quirúrgica y continúe administrando isoflurano al animal a través de una máscara facial. Asegure la profundidad de la anestesia verificando el reflejo de pellizco de la cola, el reflejo de pellizco del pie y la frecuencia respiratoria. A continuación, retire el vello corporal del cuero cabelludo y desinfecte el área afeitada con etanol al 70 % y una solución antiséptica a base de yodo.A continuación, realice una incisión media en el cuero cabelludo desde la frente hasta la región nuca utilizando un bisturí. Luego, prepare una bolsa subcutánea en un lado de la espalda del animal mediante una disección subcutánea con tijeras quirúrgicas. Posteriormente, inserte el transmisor en la bolsa subcutánea y coloque la longitud excedente de los electrodos flexibles del transmisor dentro de la bolsa.A continuación, fije el cráneo utilizando una pinza nasal. Luego coloque el animal experimental en el marco estereotáxico. Y ajuste las barras oticas.Aplique peróxido de hidrógeno al 0,3 por ciento sobre el cráneo para eliminar cualquier tejido y ayudar a visualizar las suturas craneales y los puntos craneométricos, como el bregma y el lambda. A continuación, taladre los orificios en las coordenadas deseadas utilizando un taladro neuroquirúrgico de alta velocidad en modo sin presión y a velocidad máxima. Seleccione los electrodos adecuados y esterilice los electrodos utilizando etanol al 70 % antes de la implantación.El tipo de electrodo debe elegirse cuidadosamente según los requisitos experimentales. Por lo general, los electrodos de tungsteno o acero inoxidable recubiertos con parylene son los más comunes. Posteriormente, fije los electrodos utilizando cemento de ionómero vítreo y espere hasta que el cemento haya curado completamente.A continuación, cierre el cuero cabelludo utilizando puntos de sutura continuos con material de sutura no absorbible. Para el manejo del dolor postoperatorio, administre carprofeno por vía subcutánea una vez al día durante cuatro días posteriores a la implantación. Permita que el animal se recupere durante 10 a 14 días antes de realizar los registros o los experimentos de inyección.En este procedimiento, active el transmisor de radiofrecuencia utilizando el interruptor magnético. Realice grabaciones prolongadas de EEG del hipocampo durante al menos 24 a 48 horas. El análisis de la amplitud del EEG y las características de frecuencia del EEG en grabaciones prolongadas proporciona una visión detallada de la dependencia circadiana de las oscilaciones theta y su asociación con comportamientos específicos, condiciones cognitivas o tareas.Para la inducción farmacológica de oscilaciones theta, pretender el animal con metescopolamina para evitar reacciones muscarínicas periféricas. Posteriormente, administrar una dosis única de uretano o un agonista del receptor muscarínico al ratón para iniciar la theta. Después de aproximadamente 60 minutos, inyectar atropina para diferenciar las oscilaciones theta tipo dos sensibles a atropina de las tipo uno insensibles a atropina.Y continúe grabando. Para validar la colocación del electrodo de EEG, corte los electrodos de acero inoxidable y retire el transmisor de radiofrecuencia. Luego, sacrifique al ratón y extraiga el cerebro del neurocráneo.Para validar la colocación del electrodo, monte el cerebro extraído sobre el soporte de tejido de un vibroslicador utilizando un adhesivo. Y corte el cerebro en secciones coronales de 100 micrómetros. Monte las secciones sobre portaobjetos de vidrio y tiña con azul de Nissl siguiendo un procedimiento histológico estándar.Incorpore el animal para el análisis solo cuando cumpla con los criterios correctos de colocación de los electrodos de EEG. Para la región CA1, la punta del electrodo profundo debe localizarse dentro de la capa piramidal de CA1. Suba los datos de EEG.Aquí se muestra un segmento de EEG ejemplar de 30 minutos. Utilice la función de ondícula compleja de Morlet, mostrada aquí, para el análisis en el dominio tiempo-frecuencia. Para el análisis tiempo-frecuencia, el rango de frecuencia se establece entre 0,2 y 12 Hz y el tamaño de paso se fija en 0,1 Hz. Este gráfico tiempo-frecuencia codificado por colores del segmento de EEG ilustra las bandas de frecuencia theta y delta alta.Aquí, se analiza un segmento de EEG de 2.5 segundos extraído para identificar el segmento theta. Dado que la amplitud máxima en el rango theta dividida por la del rango delta superior es mayor que 1.5, este segmento se clasifica como una época oscilatoria theta. Esto garantiza que la amplitud máxima en theta sea al menos un 50 % mayor que la amplitud en la banda delta superior en la época de EEG calculada.Esta figura muestra la correlación entre las oscilaciones theta altamente organizadas y la medida de detección theta en el registro de EEG, en el cual los segmentos oscilatorios theta pueden cuantificarse y analizarse estadísticamente. Aquí se presentan dos épocas de EEG de 2.5 segundos, clasificadas visualmente como segmentos sin theta y con theta, respectivamente. Y aquí se muestran los análisis de tiempo-frecuencia de los segmentos de EEG del CA1, mostrados en las gráficas correspondientes arriba en el rango de 0,2 a 12 Hz. Con la amplitud codificada por color, el análisis de tiempo-frecuencia del segmento de EEG sin theta exhibe una arquitectura theta regular y fluctuante en cuanto a frecuencias en el tiempo.Mientras que el segmento con oscilaciones theta altamente sincronizadas se caracteriza por una amplitud theta alta, regular y no fluctuante, con una frecuencia casi constante de seis Hz. La relación entre la amplitud máxima de theta y la amplitud máxima de delta es de 1,25 en este mapa y de 4,67 en este otro. Clasificando claramente esta época del EEG como un segmento de oscilación theta. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en una hora si se lleva a cabo correctamente.Tras seguir este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como el análisis de frecuencia en el tiempo de otras bandas de frecuencia o la detección automatizada de crisis convulsivas, con el fin de responder preguntas como si otras bandas de EEG se encuentran afectadas, cómo están acopladas y cómo se relacionan con la hiperexcitabilidad neuronal. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que investigadores en el campo de la neurociencia sistémica exploraran alteraciones en la arquitectura theta del hipocampo en modelos murinos transgénicos, tales como los modelos de ratón para la enfermedad de Alzheimer. Tras ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo inducir, detectar y analizar oscilaciones theta altamente organizadas.

automatic-detection-highly-organized-theta-oscillations-murine

Research

Investigación

JoVE Journal

Behavior

Comportamiento

Este video muestra un protocolo para modular las oscilaciones theta en un modelo de ratón modificado genéticamente con canales iónicos sensibles a la luz en sus neuronas del tabique medial GABAérgico. Al entregar pulsos de luz al hipocampo, el protocolo tiene como objetivo sincronizar la actividad neuronal y generar oscilaciones theta, que se registran como potenciales de campo local.

Manipulación selectiva de oscilaciones theta en un modelo de ratón

Este video muestra el registro de la actividad rítmica de la red neuronal, también conocida como oscilaciones theta, en un hipocampo aislado. Los electrodos se insertan en varias capas y posiciones espaciales para detectar y analizar las oscilaciones theta. Esto muestra las composiciones neuronales únicas y la conectividad de la red neuronal a través de diferentes capas del hipocampo.

Registro in vitro de oscilaciones theta en el hipocampo del ratón

El registro del electroencefalograma (EEG) y el electromiograma (EMG) en ratones que se comportan libremente es un paso crítico para correlacionar el comportamiento y la fisiología con el sueño y la vigilia. El protocolo experimental descrito en este documento proporciona un sistema basado en cable para adquirir registros de EEG y EMG en ratones.

Poligráfico Procedimiento de Grabación en medición del sueño en ratones

Las oscilaciones de alta frecuencia (HFO) han surgido como biomarcadores prequirúrgicos para la identificación de la zona epileptógena en pacientes pediátricos con epilepsia resistente a fármacos. Se presenta una metodología no invasiva para la grabación, la detección y localización de HFO con electroencefalografía cuero cabelludo simultánea (EEG) y magnetoencefalografía (MEG).

Interictales oscilaciones de alta frecuencia detectada con magnetoencefalografía simultánea y electroencefalografía como biomarcador de Epilepsia Pediátrica

Este artículo demuestra el rendimiento de la acupuntura, modelos de epilepsia y el análisis del sueño en roedores. Se describe el procedimiento de acupuntura y la identificación de los puntos de acupuntura. La pilocarpina o pentilenetetrazol (PTZ) se usa para inducir la epilepsia. Para el análisis del sueño se emplean el electrocorticograma (ECoG), el electromiograma (EMG), la temperatura cerebral y los registros de la actividad locomotora.

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