הרישום של אלקטרואנצפלוגרמה (EEG) ואלקטרומיוגרמה (EMG) בעכברים שמתנהגים בחופשיות הוא צעד קריטי למתאם התנהגות ופיזיולוגיה עם שינה וערות. הפרוטוקול הניסיוני המתואר כאן מספק מערכת מבוססת כבלים לרכישת הקלטות EEG ו-EMG בעכברים.
הרישום של אלקטרואנצפלוגרמה (EEG) ואלקטרומיוגרמה (EMG) בעכברים שמתנהגים בחופשיות הוא צעד קריטי למתאם התנהגות ופיזיולוגיה עם שינה וערות. הפרוטוקול הניסיוני המתואר כאן מספק מערכת מבוססת כבלים לרכישת הקלטות EEG ו-EMG בעכברים.
רישום האלקטרואנצפלוגרמה האפידורלית (EEG) והאלקטרומיוגרמה (EMG) בבעלי חיים קטנים, כמו עכברים וחולדות, היה חיוני לחקר ההומאודינמיקה והמעגלים של ויסות שינה-ערות. במעבדות רבות, מערכת הקלטת שינה מבוססת כבלים משמשת לניטור ה-EEG וה-EMG בעכברים המתנהגים בחופשיות בשילוב עם תוכנת מחשב לניקוד אוטומטי של מצבי הערנות על בסיס ניתוח ספקטרום הספק של נתוני EEG. תיאור של מערכת זו מפורט כאן. ברגי פלדה מושתלים מעל אזור קליפת המוח הקדמית והאזור הקודקודי של חצי כדור אחד לניטור אותות EEG. בנוסף, פעילות EMG מנוטרת על ידי מיקום דו-צדדי של חוטים בשני שרירי הצוואר. תנועת עיניים לא מהירה (Non-REM; שנת NREM) מאופיינת בגלי מוח גדולים ואיטיים עם פעילות דלתא מתחת ל-4 הרץ ב-EEG, בעוד שניתן להבחין במעבר מפעילות דלתא בתדר נמוך ל-EEG מהיר במתח נמוך בטווח התטא שבין 6 ל-10 הרץ במעבר משנת NREM לשנת REM. לעומת זאת, ערות מזוהה על ידי גלי מוח במתח נמוך עד בינוני בעקבות EEG ופעילות EMG משמעותית.
התקדמות טכנית לעתים קרובות זירזה קפיצות מדרגה בהבנה של תהליכים הנוירו-ביולוגיים. לדוגמא, גילויו של הנס ברגר בשינה 1929 כי פוטנציאל חשמלי נרשם מהקרקפת האדם לקח את הצורה של גלי סינוסי, התדירות שהייתה קשור ישירות לרמה של ערנות של הנושא, הוביל להתקדמות מהירה בהבנה של שינה ו רגולציה, היא חיות ובני אדם כאחד. 1 עד היום electroencephlogram (EEG), בשיתוף עם electromyogram (EMG), כלומר., פעילות חשמלית המיוצרת על ידי שרירי שלד, מייצגת את הנתונים "עמוד השדרה" של כמעט כל ניסויים קליניים ו הערכה שמבקשת לתאם התנהגות ופיזיולוגיה עם הפעילות של תאי עצב בקליפת המוח במתנהגים בעלי חיים, כולל בני אדם. ברוב מעבדות מחקר בסיסית שנת הקלטות EEG אלה מבוצעות באמצעות מערכת מבוססת כבל (איור 1) שבו רכש דאתא הוא נתון לא מחובר לניתוח דפוס וקשת [למשל., החלת פורייה מהיר להפוך אלגוריתם (FFT)] כדי לקבוע את מצב הערנות של הנושא מוקלט. 2, 3 שינה מורכבת מהתנועה המהירה את העין (REM) ו שינה עמוקה (NREM). שנת REM מאופיינת במתח נמוך מהיר EEG, תנועות עיניים אקראיות, וחוסר טונוס שרירים, מצב שבו השרירים משותקים ביעילות. שנת REM ידועה גם בשינה פרדוכסלית, כי הפעילות המוחית דומה לזו של ערות, ואילו הגוף הוא מנותק במידה רבה מהמוח ונראה בשינה עמוקה. לעומת זאת, הנוירונים מוטוריים הם מגורה במהלך שנת NREM אבל אין תנועות עיניים. שנת NREM אדם ניתן לחלק ל 4 שלבים, לפי שלב 4 נקרא שינה עמוקה או שינה איטי-גל ומזוהה על ידי גלים גדולים, איטיים מוח עם פעילות דלתא בין 0.5-4 הרץ בEEG. מצד השני, יחידת משנה בין השלבים של שנת NREM בבעלי חיים קטנים יותר, כמו חולדותND עכברים, לא הוקמו, בעיקר משום שאין להם תקופות ארוכות של שינה מאוחדות כפי שניתן לראות בבני אדם.
במהלך השנים, ועל בסיס פרשנות EEG, מספר דגמים של רגולציה שינה ו, שני circuit- ומבוסס הלחות, הוצעו. העצבי והבסיס סלולארי של הצורך בשינה, או לחלופין, "כונן שינה," נשאר לא פתורים, אבל כבר נתפסים כלחץ homeostatic שבונה בתקופת ההתעוררות ומתפזר על ידי שינה. תאוריה אחת היא שגורמי somnogenic אנדוגני לצבור במהלך ערות ושההצטברות ההדרגתית שלהם היא את הבסיס של לחץ homeostatic שינה. בעוד ההשערה הרשמית הראשונה ששינה הוא מוסדרת על ידי גורמי הלחות זוכה לעבודתו של רוזנבאום פורסמה בשינה 1892 4, זה היה 5 Ishimori, 6 ו -7 Pieron שבאופן עצמאי, ולפני למעלה מ -100 שנים, הוכיח את קיומו של כימיקלים קידום שינה. שני החוקרים הציעו, ואכן הוכיחו, כי חומרי hypnogenic או 'hypnotoxins' נכחו בנוזל מוח השדרה (CSF) של כלבים-נשלל שינה. 8 במאת השנים האחרונות כמה חומרי hypnogenic משוערים נוספים המעורבים בתהליך homeostatic השינה זוהו (לסקירה, ראה נ"צ. 9), כולל פרוסטגלנדין (PG) D 2, 10 ציטוקינים, 11 אדנוזין, אננדמיד 12, 13 ופפטיד urotensin השני. 14
עבודה ניסויית על ידי 15 אקונומו, 16, Moruzzi וMagoun 17, ואחרים בממצאים בתחילת המאה ו -20 אמצע ה מיוצרים בהשראת תאוריות המבוסס על מעגל של שינה לערויות ו, במידה מסוימת, בצל תיאורית הלחות ששררה אז ב לִישׁוֹן. עד כה, כמה "מודלים מעגל" הוצעו, כל הודיעו על ידי נתונים של משתנה איכות וכמות (לסקירה, ראו נ"צ. 18). מודל אחד, למשל, מציע ששינה איטי גל נוצרה באמצעות עיכוב בתיווך אדנוזין של שחרור אצטילכולין מתאי עצב במוח הקדמי כולינרגית הבסיסי, בעיקר באזור consisiting של הגרעין של האיבר האופקי של הלהקה האלכסונית של ברוקה וinominata substantia. 19 נוסף מודל הפופולרי של רגולציה שינה / בעקבות מתאר מנגנון מתג כפכף על בסיס אינטראקציות הדדיות בין הנוירונים מעכבים וישכנע שינה באזור הקדם-האופטי התיכון ventrolateral ונוירונים וישכנע בעקבות בגזע המוח וההיפותלמוס. 18, 20, 21 יתר על כן, למיתוג ובמתוך שנת REM, אינטראקציה הדדית מעכבת דומה הוצעה לאזורים בגזע המוח, שהוא אפור הגחון periaqueductal, tegmentum פונטיני רוחב, וגרעין sublaterodorsal. 22 ביחד, מודלים אלה הוכיחו יקרים היוריסטיקה ומסגרות פרשניות חשובות העניקו ללימודים בחקר שינה; עם זאת, אתםהבנה מלאה יותר של t מנגנונים המולקולריים ומעגלים המסדירים את מחזור השינה ותדרוש ידע של מרכיביו מלאים יותר. המערכת להקלטת פוליגרפים המפורטות להלן צריכה לסייע במטרה זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הצהרת אתיקה: נהלים כרוכים בנושאים בעלי חיים אושרו על ידי ועדת הניסוי בבעלי חיים המוסדיים באוניברסיטת צוקובה.
1. הכנת אלקטרודות וכבלים לEEG / EMG הקלטות
2. השרשה של אלקטרודות בראש העכבר (משך הפעילות:. כ 20 דקות)
3. הקלטה ורכישת EEG / EMG נתונים
4. ניקוד של התנהגות מדינה בהתבסס על EEG / EMG נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1 מדגים דוגמאות של EEG העכבר במדינות ערנות השונות. כפי שניתן לראות בטבלה 1, תקופות מסווגות כשנת NREM אם EEG תערוכות גלים גדולים, איטיים מוח עם קצב דלתא מתחת ל -4 הרץ ויש EMG רק אות חלשה או לא. תקופות מסווגות כשנת REM אם EEG תערוכות גלי מוח במתח נמוך מהירים בטווח תטא בין 6 ל -10 הרץ וEMG מציג משרעת נמוך. תקופות אחרות צריכים להיות מסווגות כערות (כלומר., נמוך עד בינוני EEG מתח והתרחשות של פעילות EMG).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מתאר הגדרה להקלטות EEG / EMG המאפשרת ההערכה של שינה לערויות תחת רעש נמוך, תנאים חסכוניים, ותפוקה גבוהה. בשל גודלו הקטן של מכלול ראש האלקטרודה EEG / EMG, מערכת זו יכולה להיות משולבת עם שתלים אחרים לניסויים תוך-מוחי, כוללים optogenetics (השתלה של סיבים אופטיים) או, בשיתוף עם השתלת צינורית בו זמנית, microinfusion של תרופות לעכבר מוח. 31 יתר על כן, העיצוב של ההרכבה ראש האלקטרודה ביחס לכותרות רבת-סיכה מציע גמישות במספר ערוצי הקלטה, אם נדרשת המדידה של אותות חשמליי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים Yujiro Tauguchi ו-Sayaka Kohtoh הם עובדים של Kissei Comtech Co., Ltd המפתחת תוכנת SleepSign לרכישה וניקוד אוטומטי של נתוני EEG/EMG המשמשים במאמר זה.
אנו מודים לד"ר לארי ד. פריי על עזרתו בעריכה בכתב היד הזה. עבודה זו נתמכה על ידי האגודה היפנית לקידום מענקי המדע למחקר מדעי 24300129 (ל-M.L.), 25890005 (ל-Y.O.) ו-26640025 (ל-Y.T.), הארגון הלאומי לחקר החקלאות והמזון (ל-Y.U.), יוזמת מרכז המחקר הבינלאומי המוביל בעולם (WPI) ממשרד החינוך, התרבות, הספורט, המדע והטכנולוגיה (ל-Y.O., י.ט., י.ו. ומ.ל.) ומועצת התזונה של נסטלה, יפן (ל-M.L.).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| כותרת 4 פינים | Hirose | A3B-4PA-2DSA (71) | |
| Ampicillin | Meiji Seika | ||
| ממיר אנלוגי לדיגיטלי | Contec | AD16-16U (PCIEV) | |
| קפאין | סיגמא | C0750 | |
| חותך קרביד | Minitor | B1055 | |
| בית מלחץ | Hirose | DF11-4DS-2C | |
| שקע מלחץ | Hirose | DF11-30SC | |
| צמנט שיניים (Toughron Rebase) | מיקי מוצר | ||
| דבק אפוקסי | Konishi | #16351 | |
| מחבר FFC / FPC | הונדה טסושין קוגיו | FFC-10BMEP1 (B) | |
| כבל שטוח | כבל היטאצ'י | 20528-ST LF | |
| דבק מיידי (ארון אלפא A) | Toagosei | N/A | |
| Meloxicam | Boehringer Ingelheim | N/A | |
| Pentobarbital | Kyoritsu Seiyaku | N/A | |
| מגבר אות | Biotex | N/A | |
| תא הקלטה שינה | APL | N/A | |
| תוכנת | SleepSign Kissei Comtec | N/A | להקלטה/ניתוח |
| EEG/EMGטבעת החלקה | Biotex | N / A | |
| בורג נירוסטה | Yamazaki N | / A | φ 1.0 ופעמים; 2.0 |
| חוט נירוסטה | חוט קונר | AS633 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה