Quantificare la dinamica infrarosso del potere spettrale e della frequenza cardiaca nei topi addormentati

Laura M. J. Fernandez; Sandro Lecci; Romain Cardis; Gil Vantomme; Elidie Béard; Anita Lüthi

doi:10.3791/55863

Articolo metodologico

Quantificare la dinamica infrarosso del potere spettrale e della frequenza cardiaca nei topi addormentati

DOI:

10.3791/55863

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2 agosto 2017

Laura M. J. Fernandez¹ , Sandro Lecci¹ , Romain Cardis¹ , Gil Vantomme¹ , Elidie Béard¹ , Anita Lüthi¹

¹Department of Fundamental Neurosciences, University of Lausanne

In questo articolo

Sommario

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Qui presentiamo procedure sperimentali e analitiche per descrivere le dinamiche temporali delle variabili neurali e cardiache del sonno non REM nei topi, che modulano la risposta al sonno agli stimoli acustici.

Abstract

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Tre stati di vigilanza dominano la vita dei mammiferi: la veglia, il sonno non rapido (non REM) e il sonno REM. Poiché sono stati identificati più correlati neurali del comportamento negli animali in libertà di movimento, questa suddivisione a tre livelli diventa troppo simile. Durante la veglia, gli esempi delle attività corticali globali e locali, insieme ai parametri periferici come il diametro pupillare e l'equilibrio simpatico, definiscono diversi gradi di eccitazione. Rimane ancora chiaro la misura in cui il sonno forma anche un continuum di stati cerebrali, all'interno del quale il grado di resilienza agli stimoli sensoriali e l'arousabilità, e forse altre funzioni del sonno, variano gradualmente, e come gli stati fisiologici periferici co-variano. La ricerca che avanza i metodi per monitorare più parametri durante il sonno, nonché attribuire alle costellazioni di questi attributi funzionali, è fondamentale per raffinare la nostra comprensione del sonno come un processo multifunzionale durante il quale molti effetti benefici devono essere exeseguita sempre. L'individuazione di nuovi parametri che caratterizzano gli stati di sonno aprirà opportunità per nuovi percorsi diagnostici nei disturbi del sonno.

Presentiamo una procedura per descrivere le variazioni dinamiche degli stati di sonno non-REM del mouse attraverso il monitoraggio e l'analisi combinati di elettroencefalogrammi (EEG) / electrocorticogram (ECoG), elettromiogramma (EMG) e segnali elettrocardiogrammi (ECG) usando tecniche standard di registrazione polisomnografiche. Utilizzando questo approccio, abbiamo scoperto che il mouse non-REM sonno è organizzato in cicli di oscillazioni neurali e cardiache coordinate che generano intervalli di 25 secondi di alta e bassa fragilità agli stimoli esterni. Pertanto, i sistemi nervosi centrali e autonomi sono coordinati per formare stati di sonno comportamentali distinti durante il sonno non consolidato REM. Presentiamo manipolazioni chirurgiche per il monitoraggio polisomnografico ( cioè EEG / EMG combinato con ECG) per monitorare questi cicli nel mouse liberamente addormentato, l'analisi a quantiFy la loro dinamica e i protocolli di stimolazione acustica per valutare il loro ruolo nella probabilità di svegliarsi. Il nostro approccio è stato già esteso al sonno umano e promette di svelare i principi comuni di organizzazione di stati di sonno non-REM nei mammiferi.

Introduzione

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Il sonno dei mammiferi è uno stato comportamentale di riposo e di resistenza agli stimoli ambientali. Nonostante questa apparente uniformità, i parametri polisomnografici e autonomi indicano che il sonno si muove tra stati nervosi e somatici qualitativamente e quantitativamente diversi su varie scale temporali e spaziali ¹ . Durante i minuti a decine di minuti, si verifica il passaggio tra il sonno non REM e REM. Il sonno non REM è accompagnato da un'ampia ampiezza e bassa frequenza nell'EEG, con un picco spettrale intorno a ~ 0,5-4 Hz, mentre il sonno REM mostra un'attività regolare di EEG nella banda theta (6-10 Hz), insieme a Mu....

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Protocollo

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Tutte le procedure sperimentali sono state eseguite in conformità con il comitato per la cura degli animali di Losanna e il Servizio di Consummazione e Affari Vétérinari del Cantone di Vaud.

1. Chirurgia per le registrazioni EEG / EMG-ECG

Alloggiamento e selezione degli animali.
1. Tenere gli animali (C57Bl / 6J, 7-9 settimane, 25-30 g) in un ciclo scuro / leggero 12: 12 h, alloggiati singolarmente e in condizioni standard (umidità del 40%, 22 ° C), con alimenti e acqua Disponibile ad libitum .
2. Utilizzare solo soggetti maschi per evitare tutte le influenze del ciclo ormonale nel sonno. ....

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Risultati

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La figura 2 A (pannello superiore) mostra 100 min di tratti spontanei di sonno-sveglia, registrati mediante elettrodi polisomnografi impiantati come descritto (vedi Figura 1 ). Gli aumenti e le diminuzioni dell'ampiezza di EEG e EMG all'insorgenza del sonno non-REM sono chiaramente visibili. Il sonno intermittente REM è segnato da una diminuzione dell'ampiezza di EEG e da una ulteriore diminuzione de.......

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Discussione

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Qui mostriamo come stabilire un profilo temporale continuo di sonno non REM che integra le variabili EEG, EMG e ECG. Questo è un primo passo verso lo sviluppo di una descrizione integrativa del sonno del mouse, che può aiutare a identificare la scadenza temporale non riconosciuta in precedenza in cui sono organizzate elevate e basse resistenze al rumore durante il sonno non REM ¹ . Una struttura temporale simile è stata descritta anche nel sonno non-REM umano attraverso un'analisi analoga

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Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

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Ringraziamo tutti i membri del laboratorio per il loro contributo alla scrittura e attenta lettura di questo manoscritto. Siamo grati a Paul Franken per stimolare le discussioni, il Dr. Gisèle Ferrand per i commenti utili sul protocollo chirurgico e il dottor Jean-Yves Chatton per fornire i file eseguibili Labview originale per l'esposizione al rumore. Il finanziamento è stato fornito dalla Fondazione nazionale della scienza nazionale (Grants 31003A_146244 e 31003A_166318) e l'Etat de Vaud.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Colla epossidica a 2 componenti	Henkel	Loctite EA 3450
Fibra di sutura assorbibile (prolene)	Ethicon	5-0 FS-3
Pinza Adson FST		11006-12
Tampone antisettico	VWR	149-0332
Attane Isoflurano	Piramal	Isoflurano 250mL
Connettori 3 x 2 canali	ENA AG	2.316	Raster 2,54 x 2,54 mm; dimensioni 5 x 8 x 9 mm; pin 5 mm; commutatore http://www.ena.ch/
Dragonfly	Amplificatore EMBLA	modello #SL-10
Amplificatore EMBLA EMBLA		A10 Forbici
fini	FST	14108-09
Vite in acciaio placcato oro a testa piatta	J.I. Morris	FF00CE125	https://jimorrisco.com/
Filo d'oro	CMSA	T.69 5gr	http://www.cmsa.ch/en/
Spugna emostatica	Pfizer	Gelfoam
disinfettante a base di iodio (Betadine)	Mundipharma	soluzione standard 60mL
Acciaio per trapano Komet 1/005PM104	UNOR AG	22310
Software di analisi Matlab	MathWorks	R2016b	https://ch.mathworks.com/products/matlab.html
Microdrill	Fine Science Tools	96758
Supporto per testa per anestesia a gas di topo	Kopf Instruments	Modello 923-B	http://kopfinstruments.com/product/model-923-b-mouse-gas-anesthesia-head-holder/
Unguento oftalmico	Pharmamedica	VITA-POS
Paladur (liquido)	UNOR AG	2260215	per cemento odontoiatrico
Palavit (polvere)	UNOR AG	5410929	per cemento dentale
Telaio stereotassico per piccoli animali	Kopf Instruments	Modello 930	http://kopfinstruments.com/product/model-930-small-animal-stereotaxic-frame-assembly/
Filo per saldatura	Stannol	593072
Regolatore di temperatura - Mini sonda rettale	Phymep	4090502	http://www.phymep.com/produit/dc-temperature-controller/
Termoregolatore- termoforo	Phymep	4090205	http://www.phymep.com/produit/dc-temperature-controller/

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lecci, S., et al. Coordinated infra-slow neural and cardiac oscillations mark fragility and offline periods in mammalian sleep. Sci Adv. 3 (2), 1602026(2017).
Rechtschaffen, A., Kales, A. A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep of human subjects. U.S. Department of Health, Education, and Welfare. , Washington, DC. (1968).
Blake, H., Gerard, R. W.

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Analisi EEG ed ECoG monitoraggio EMG ed ECG registrazione polisonnografica cicli del sonno non REM protocollo di stimolazione acustica dinamiche della potenza sigma

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