אנו מציגים פרוטוקול חדשני למניעת שינת תנועת עיניים מהירה (REM) סלקטיבית אצל מכרסמים.
Method Article
אנו מציגים פרוטוקול חדשני למניעת שינת תנועת עיניים מהירה (REM) סלקטיבית אצל מכרסמים.
שינה מסווגת באופן רחב לשלבים של תנועת עיניים מהירה (REM) ושלבים שאינם REM, ופותחו טכניקות שונות למניעת שינה כדי לחקור את תפקידן. שיטות מסורתיות — כמו גירוי מכני או הפלת החיה במהלך שנת REM — מובילות לעיתים קרובות להתרגלות מהירה ולהשפעות לחץ לא מכוונות, מה שמקשה על הפרשנות. כאן אנו מציגים שיטה חדשנית, עדינה ועדינה למניעת שינה REM אצל מכרסמים: SNiFFer. מכרסמים ידועים כרגישים מאוד לגירויים באף. בשיטה זו, מברשת צבע רכה מלטפת בעדינות את אף החיה במהלך שנת REM, ומפעילה באופן אמין עוררות. כדי ליישם טכניקה זו באופן סלקטיבי במהלך שנת REM, השתמשנו במערכת סיווג שלב שינה מבוססת בינה מלאכותית (EEG) בזמן אמת (EEG). ההתערבות הופעלה רק במהלך פרקי REM, וקבוצת ביקורת מחוברת ל-Ey נכללה, שקיבלה את אותו דפוס גירוי ללא קשר למצב השינה. בנוסף, יישמנו את SNiFFer בפרדיגמת Trace Fear Conditioning כדי לבדוק האם חוסר שינה ב-REM בתוך 6 שעות לאחר הלמידה מפריע לחיזוק הזיכרון. בהשוואה לביקורת עם יוק, בעלי חיים שטופלו ב-SNiFER הראו ירידה משמעותית בפרק ה-REM הכולל ובמשך פרק ה-REM, מה שמעיד על הספציפיות והיעילות של השיטה. לסיכום, טכניקת SNiFFer מציעה גישה מישושית סלקטיבית ומינימלית פולשנית למניעת שינה REM בעכברים. הוא מאפשר שליטה מדויקת בתנאי הניסוי ופותח אפשרויות חדשות לחקירת תפקיד שינת REM בזיכרון ובקוגניציה—עם טוויסט מדגדג.
תנועת עיניים מהירה (REM) בשינה ממלאת תפקיד מרכזי בתהליכים קוגניטיביים כמו חיזוק זיכרון 1,2. כדי לחקור את המשמעות התפקודית של שנת REM במוח, נעשה שימוש נפוץ במניעת שינה ב-REM כגישה ניסויית. כיום, ארבע שיטות עיקריות משמשות באופן נרחב לגרימת חוסר שינה REM אצל מכרסמים: שיטת דיסק מסתובב1, שיטת עציץ3, שיטת אייר-פאפ4, וטכניקות גירוי פיזי 5,6. בעוד ששיטות הדיסק המסתובב והעציץ יעילות מאוד בביטול שינת REM, הן לעיתים קרובות מוסיפות לחץ משמעותי לבעל החיים, כמו חשיפה למים או עייפותפיזית, מה שעלול לבלבל את הפרשנות של תוצאות התנהגותיות ופיזיולוגיות. באופן דומה, שיטות ה-air-puff והגירוי הפיזי הקונבנציונלי נוטות לספק גירויים רחבים ולא ספציפיים לגוף, מה שמוביל לשונות בעוצמת הגירוי ולבחירה מוגבלת בקבוצות ביקורת 4,8.
ערכנו השוואת ספרות מקיפה שהתפרסה על פני יותר משישה עשורים של מחקר על מניעת שינה ב-REM, המופיעה בקובץ המשלים 1 ובטבלה משלימה 1. שילבנו מחקרים היסטוריים, מכניים, נוירוכימיים, הורמונליים והתנהגותיים בסיסיים מקווי המחקר המרכזיים, כולל Jouvet, Rechtschaffen, Bergmann, Tufik, Andersen ו-Borbély. טבלה משלימה 1 מארגנת את המאמרים המרכזיים בסדר כרונולוגי. הוא עוקב אחר ההתפתחות המתודולוגית של טכניקות מניעת שינה ב-REM ומסכם את הממצאים הביולוגיים, הנוירוכימיים, ההורמונליים, החיסוניים, התרמורגולטוריים וההתנהגותיים המרכזיים שלהן. מכיוון שכתב היד הנוכחי בנוי כמאמר שיטות ולא כסקירה היסטורית מקיפה, הוא נוסף כמידע משלים.
כדי להתמודד עם מגבלות אלו, פיתחנו שיטה חדשנית המציעה סלקטיביות גבוהה למניעת שינת REM. טכניקה זו נועדה למנוע באופן סלקטיבי ממכרסמים את שינת REM בצורה מבוקרת במדויק. בגישה זו, אנו מגבילים את הגירוי לאף של בעל החיים—אחד האזורים הרגישים ביותר במכרסמים. בנוסף, אנו משתמשים במערכת סיווג שלב שינה בזמן אמת על ידי AI כדי לזהות ולקטוע פרקי שינה REM עם ספציפיות זמן10. מערכת הבינה המלאכותית הזו מתייחסת לאות ה-EEG בארבעת השניות האחרונות מערוץ יחיד ומעריכה את שלבי השינה הנוכחיים בעכבר. מבנה זה מאפשר גם יישום קבוצות ביקורת מחוברות, ומאפשר התערבות תואמת זמנית. למרות שהוא מסווג כטכניקת מניעת שינה מבוססת גירוי פיזי על ידי REM, הפרוטוקול שלנו שונה מהשיטות המסורתיות. ראשית, יישמנו ניתוח שלב שינה בזמן אמת באמצעות בינה מלאכותית להתערבות מדויקת ועקבית ספציפית ל-REM. שנית, הוא מגביל את אזור הגירוי רק לחלק העליון של האף, שהוא אחד האזורים הרגישים ביותר בעכברים6, מה שגורם לשונות מינימלית במשך ובעוצמת הגירוי. לבסוף, הקמנו קבוצת ביקורת מחוברת שקיבלה כמויות גירוי זהות לגורמים מבלבלים. פרוטוקול זה מציע שיטה לחקירת פונקציות ספציפיות לשנת REM.
כדי להעריך את התועלת של שיטה זו, יישמנו אותה כדי לחקור את תפקיד שנת REM באיחוד זיכרון פחד עקבי. מחקרים קודמים דיווחו כי חוסר שינת REM פוגע באיחוד זיכרון הפחד התלוי בהיפוקמפוס, כולל זיכרונות פחד מאוחרים11,12. עם זאת, קיימות ראיות סותרות לגבי השפעת חוסר שינה REM על תהליכי זיכרון המפעילים מעגלי מוח מבוזרים ומורכבים 5,13. קיבוע זיכרון פחד עקבי דורש קישור בין שוק רגליים (גירוי לא מותנה), רמז שמיעתי (גירוי מותנה), ומרווח הזריקה ביניהם — תהליך הידוע כמגייס אזורים מרובים במוח, כולל ההיפוקמפוס, הקורטקס הפרה-פרונטלי המדיאלי ואמיגדלה14. לכן, מנעו מעכברים שינת REM למשך 6 שעות מיד לאחר התניה של פחד זעיר15, חלון זמן הידוע כקריטי לחיזוק זיכרון16. באמצעות פרוטוקול זה, הערכנו את השפעת חוסר שינת REM על איחוד עקבות זיכרון התלויים בפעילות המתואמת של מערכות עצביות מבוזרות. מאמר זה מציג שיטה חדשנית המתארת פרוטוקול ניסויי מפורט הבודק את ההשפעות.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת צוקובה. עכברים זכרים ונקבות C57BL/6J (בגיל 11–13 שבועות, 20–35 גרם) שימשו במחקר זה. הרשימה המלאה של החומרים והכלים ששימשו במחקר זה מסופקת בטבלת החומרים.
1. השתלה כירורגית של אלקטרודות EEG17
2. טיפול והרגלה
3. הקלטת EEG בסיסית
4. התניה של פחד 18,19
5. חוסר שינה ב-REM
6. בדיקות שחזור זיכרון
7. ניתוח נתונים
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
השתלה כירורגית של אלקטרודות EEG
העכברים צריכים להיות מורדמים לחלוטין במהלך הניתוח. אם הם מראים סימני כישלון בהרדמה, כמו מאבק, יש להוציא אותם מהפרוטוקול. באופן דומה, אם הדימום נמשך יותר מ-10 שניות, הוא עלול לגרום לנזק חמור למוח העכבר, ומומלץ להסיר אותו מהניסויים. לאחר הניתוח, רוב העכברים בדרך כלל מתעוררים תוך שעה. תנועות ההליכה והעיניים שלהם אמורות לחזור לנורמליות, בדומה למצבים שלפני הניתוח.
טיפול והרגל
אם עכבר מראה סימני...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
פרוטוקול זה מאפשר מניעת שינת REM סלקטיבית בעכברים עם עכברים עם שליטה מחוברת. בניגוד לשיטות מסורתיות כמו עציץ פרחים וטכניקות דיסק מסתובב, מערכת זו מאפשרת יישום של קבוצות ביקורת תואמות במדויק, שבהן בעלי החיים מקבלים גירוי זהה באותו זמן צירקדי. יתרה מזאת, גישה זו מפחיתה שונות במיקום הגירוי, מגבלה נפוצה בשיטות טיפול עדין מסורתיות ונשיפת אוויר. כתוצאה מכך, טכניקה זו עשויה לאפשר בידוד מדויק יותר של תפקוד שנת REM.
שלב קריטי בפרוטוקול זה הוא הגירוי המדויק והעדין של הא...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.
אנו מודים לי. נקאטה על סיווג שלב השינה. אנו מודים לכל חברי IIIS. עבודה זו נתמכת על ידי מענקים של AMED JP21zf0127005, JP21KM0908001, JP23wm0525003, החברה היפנית לקידום המדע (JSPS) (26H02428, 24H00894, 23H02784, 22H00469, 16H06280 ל-M.S., 23K19393 ו-24K18212 ל-I.K., 25KJ0664 ל-C.K., 24H00893 ל-T.N.), וקרן המדע טאקדה.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 5% גלוקוז | אוצוקבה | 35061410 | |
| ראש 6 פינים | הירוזה | 172-0989 | |
| דבק | קונישי | 16351 | |
| מכונת הרדמה | שינאנו סייסאקושו | SN-487-0T | |
| דיור קרימפ | הירוזה | 688-9095 | |
| שקע קרימפ | הירוזה | 688-8982 | |
| Freezeflame4 | מד אסוסיאטס | RRID:SCR_014429 | גרסה 4.104 |
| פריזמת GraphPad | GraphPad | RRID:SCR_002798 | גרסה 10.5.0 |
| איבופרופן | תעשיית הכימיה של טוקיו | I0415 | |
| איזופלוראן | ויאטריס | 901036504 | |
| Loctite454 | הנקל | UFI: MAK2-7WRP-G202-F235 | |
| עכבר (C57BL/6J) | מעבדת ג'קסון | RRID: IMSR_JAX:000664 | 11.0 - 13.0 שבועות במפגש תרגיל פחד |
| מברשת צבע | נמוראטייסיידו | 4943668000448 | SDflat מס' 8, אורך קצה: 8.2 מ"מ; רוחב: 18.8 מ"מ |
| נוזל פרוביניס | שופו | 21400BZZ00451000 | 250 מ"ל |
| אבקת פרוביניס | שופו | 21400BZZ00451000 | 250 גרם |
| SleepSignRecorder | קיסיי קומטק | RRID:SCR_018200 | גרסה 1.2.10 |
| בורג נירוסטה | ימזאקי | לא זמין | φ 1.0 & 2.0 |
| כלי סטריאוטקס סטנדרטיים | ALA Scientific | 68038 | |
| שמן חמניות | סיגמא-אלדריץ' | S5007-250ML | |
| פטרולטום לבן | טאיו פארמה | K09-TS |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission