Name: Quantificare la dinamica infrarosso del potere spettrale e della frequenza cardiaca nei topi addormentati (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 56 s
Description: Scopri come analizzare la coordinazione tra attività neuronali e cardiache durante il sonno non-REM nei topi utilizzando polisonnografia standard. Questo metodo innovativo valuta la risposta comportamentale a stimoli acustici.

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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&#39;esposizione al rumore. Il finanziamento è stato fornito dalla Fondazione nazionale della scienza nazionale (Grants 31003A_146244 e 31003A_166318) e l&#39;Etat de Vaud.

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

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&#39;analisi analoga <su...

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&#39;ampia ampiezza e bassa frequenza nell&#39;EEG, con un picco spettrale intorno a ~ 0,5-4 Hz, mentre il sonno REM mostra un&#39;attività regolare di EEG nella banda theta (6-10 Hz), insieme a Muscolo atonia 2 . All&#39;interno del sonno non REM, gli esseri umani attraversano la luce (S2) e il sonno profondo dell&#39;onda lenta (SWS). Come indica la loro denominazione, queste due fasi mostrano rispettivamente soglie di aroazione inferiori e superiori 3 , 4 e differiscono in primo luogo dalla densità di bassa frequenzaEnte corticale EEG, indicata come attività a onde lente (SWA, 0,75-4 Hz). La non uniformità persiste durante i singoli attacchi di S2 e SWS dal minuto al sotto secondario, come documentato ampiamente dalla presenza variabile di SWA nel corso di un incontro 5 , 6 , ma anche da EEG e dai ritmi potenziali in campo Frequenze superiori, comprese le onde del mandrino nella banda sigma (10-15 Hz) e ritmi gamma (80-120 Hz) (per una recensione, vedi 7 , 8 , 9 , 10 ). Piuttosto che essere sottili, queste variazioni spostano lo stato corticale del sonno negli esseri umani agli estremi dello spettro. Per il sonno non REM, questi variano da una predominanza di SWA a stati che approssimano l&#39;attività sveglia perché contengono una parte sostanziale di componenti ad alta frequenza 11 <suP&gt;, 12 . Nei roditori e nei gatti, anche se il sonno non-REM non è suddiviso in fasi, emerge un breve periodo chiamato sonno intermedio (IS) prima dell&#39;insorgenza del sonno REM 13 . Durante IS, le funzioni di sonno REM, come l&#39;attività ippocampale theta e le onde ponto-geniculo-occipitali, iniziano, mentre le firme del sonno non-REM, come le onde mandrino e SWA, sono ancora presenti, indicando un mix tra i due stati di sonno 14 , 15 . Tuttavia, l&#39;IS potrebbe essere funzionalmente distinto poiché è modulata dagli antidepressivi 16 e attraverso una nuova presentazione di oggetti durante la veglia precedente 17 e contribuisce a impostare la soglia di eccitazione 18 . Inoltre, i diagrammi dello spazio statale dei parametri EEG e EMG di ratti liberamente in movimento mostrano un gruppo di punti 14 che è continuo tra il sonno non REM, il sonno REM e la veglia. Ci sono anche discontinuità sporadiche in SWA, senza entrare nella sveglia o nel sonno REM, che porta a notevoli fluttuazioni nella presenza relativa dei componenti a bassa e alta frequenza durante un incontro non letto REM non consolidato 14 , 19 e 20 . Infine, i rapporti variabili di SWA e ritmi di frequenza più alti durante il sonno non REM si verificano non solo nel tempo, ma mostrano anche differenze regionali in ampiezza e sincronizzazione tra aree corticali 19 . Il sonno non-REM del mammifero è ben lungi dall&#39;essere uniforme. Tuttavia, se tale non uniformità porta a stati che differiscono per funzioni e attributi comportamentali, non è chiaro. In diversi tipi di disturbi del sonno, il sonno continuo viene interrotto da risvegli spontanei e comportamenti motori inappropriati. Inoltre, le analisi spettrali mostrano alterazioni nella presenza relativa di frequenze più alte nell&#39;EEG 21E in parametri autonomi, come i tassi di respirazione e battito cardiaco 22 . La sequenza ordinata di stati di sonno stabili è perciò turbata e gli elementi di eccitazione corticale e / o autonomica intrudono in maniera incontrollata. Pertanto, la comprensione del continuum degli stati di sonno è di una possibile rilevanza per la malattia. Inoltre, la perturbazione del sonno da rumore ambientale negli ambienti urbani è associata a rischi sanitari generali, rendendo cruciale identificare momenti di maggiore vulnerabilità durante il sonno 23 . Gli esperimenti di arousal comportamentali nel sonno degli esseri umani indicano che è più difficile svegliarsi dal sonno non-REM dominato da SWA (fase S3), mentre il sonno non-REM leggero (fase S2) e il sonno REM mostrano soglie comparabili e inferiori di stimolazione 4 . L&#39;elaborazione corticale di stimoli sonori corti varia sensibilmente tra il sonno REM, S2 e S3 24 ,25 , indicando che i modelli di attività corticali specifici dello stato modulano le prime fasi dell&#39;elaborazione sensoriale. Per il sonno non REM nell&#39;uomo, la propensione a svegliarsi in risposta al rumore varia con la presenza di onde mandrino e ritmi alfa nell&#39;EEG 26 , 27 , 28 . La ritmicità talamocorticale durante i mandrini è accompagnata da una maggiore inibizione sinaptica sia ai livelli talamici che a quelli corticali, che si suppone contribuiscano all&#39;attenuazione dell&#39;elaborazione sensoriale 7 . Come sono i periodi di sonno resistenti ai rumori e vulnerabili organizzati nel tempo e quali sono i loro determinanti? In entrambi i topi e umani, abbiamo recentemente individuato una oscillazione infrarossa, 0,02-Hz nei ritmi neurali. A seconda della fase di questa oscillazione di 0,02-Hz, i topi hanno mostrato una reattività variabile agli stimoli esterni, sia svegliarsi o dormireIl rumore. È interessante notare, questa oscillazione è stata correlata con il tasso del battito cardiaco, indicando che il sistema nervoso autonomo partecipa nella modulazione della vulnerabilità del sonno agli stimoli esterni 1. Durante questo ritmo sono stati organizzati anche ritmi ippocampali correlati alla memoria e, in modo più sorprendente, la sua forza è correlata alla qualità del consolidamento della memoria negli esseri umani. L&#39;oscillazione di 0,02 Hz sembra quindi essere un principio organizzativo di sonno non umano REM e rodente che modula sia la sensibilità all&#39;ambiente che l&#39;elaborazione della memoria interna. Ciò sottolinea nuovamente la necessità di valutazioni multiparametriche e continue di stati di sonno per riconoscere la loro funzionalità e per individuare siti di potenziale vulnerabilità. Ecco una procedura per estrarre la forma d&#39;onda di queste dinamiche, incluso l&#39;impianto chirurgico dei topi per le misure combinate EEG / ECoG e EMG-ECG, l&#39;esposizione a stimoli sensoriali,Rutine di analisi. Questa procedura fornisce una base per la visualizzazione del sonno come uno stato di vigilanza continuamente variabile ma altamente organizzato durante il quale vengono eseguite diverse funzioni fondamentali del sonno in sequenza. Più in generale, la procedura è applicabile agli approcci che mirano ad estrarre le caratteristiche spettrali e autonome che precedono un esito comportamentale durante il sonno sia negli stati di salute che nelle malattie.

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

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

Quantifying Infra-slow Dynamics of Spectral Power and Heart Rate in Sleeping Mice

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&#39;equilibrio simpatico, definiscono diversi gradi di eccitazione. Rimane ancora chiaro la misura in cui il sonno forma anche un continuum di stati cerebrali, all&#39;interno del quale il grado di resilienza agli stimoli sensoriali e l&#39;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&#39;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&#39;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&#39;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.

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&#39;ampiezza di EEG e EMG all&#39;insorgenza del sonno non-REM sono chiaramente visibili. Il sonno intermittente REM è segnato da una diminuzione dell&#39;ampiezza di EEG e da una ulteriore diminuzione de...

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.

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

Three vigilance states dominate mammalian life: wakefulness, non-rapid eye movement (non-REM) sleep, and REM sleep. As more neural correlates of behavior ...

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di descrivere come le attività neurali e cardiache sono coordinate durante il sonno non REM del topo. Attraverso il monitoraggio e l'analisi di segnali elettroencefalografici, elettromiografici ed elettrocardiografici. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del sonno.Come ad esempio il modo in cui il sonno concilia due bisogni essenziali ed evolutivamente conservati. Che devono essere sia continui che fragili. Il vantaggio principale di questa tecnica è che utilizza la polisonnografia standard per valutare il sonno non REM in un modo nuovo che si basa sulle risposte comportamentali variabili agli stimoli esterni.Abbiamo avuto l'idea di questo metodo quando abbiamo osservato che i topi addormentati mostravano risposte variabili al rumore come svegliarsi e dormire fino al sonno. Generalmente le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà perché combina abilità chirurgiche, sperimentazione minima e analisi avanzata. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto diversi passaggi essenziali sono nuovi per il campo.In particolare per quanto riguarda la progettazione comportamen

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Una tecnica chirurgica per l'impianto di trasmettitori telemetrici disponibili in commercio utilizzati per la misura continua della biopotenziale (un ECG), frequenza cardiaca, temperatura corporea e l'attività locomotoria nei topi liberamente in movimento è mostrato. Raccomandazioni e protocolli per il post-operatorio e del dolore, migliorare il recupero, il benessere e il tasso di sopravvivenza sono presentati.

L&#39;impianto di trasmettitori Radiotelemetry Cedendo dati su ECG, frequenza cardiaca, temperatura corporea e attività di movimento libero topi di laboratorio

Questo video mostra un protocollo per l'impianto di un elettroencefalogramma (EEG) e di un elettromiogramma (EMG) in un topo anestetizzato. Il processo prevede il fissaggio del topo su un telaio stereotassico, l'esecuzione di un'incisione della linea mediana nel cranio, la perforazione di fori per gli elettrodi e il fissaggio dell'unità elettrodo per la registrazione del segnale. Dopo il recupero, il comportamento sonno-veglia del topo viene analizzato utilizzando i segnali registrati.

Analisi del comportamento del sonno nei topi attraverso registrazioni di elettroencefalogramma ed elettromiogramma

La registrazione dell'elettroencefalogramma (EEG) e dell'elettromiogramma (EMG) nei topi che si comportano liberamente è un passo fondamentale per correlare il comportamento e la fisiologia con il sonno e la veglia. Il protocollo sperimentale qui descritto fornisce un sistema basato su cavo per l'acquisizione di registrazioni EEG ed EMG nei topi.

Procedura di registrazione poligrafica per la misurazione del sonno nei topi

Qui, presentiamo un protocollo per registrare il cervello e cuore bio segnali nei topi utilizzando il video simultanei, l'elettroencefalografia (EEG) ed elettrocardiografia (ECG). Descriviamo anche metodi per analizzare le registrazioni di EEG-ECG risultante per i grippaggi, potenza spettrale EEG, funzione cardiaca e variabilità della frequenza cardiaca.

Video-EEG-ECG simultaneo monitoraggio per identificare la disfunzione Neurocardiac in modelli murini di epilessia

Descriviamo un metodo di alto-rendimento di misurazione sonno per mezzo di monitoraggio basato su attività di home-gabbia. Questo metodo offre vantaggi rispetto ai metodi tradizionali basati su EEG. E è convalidata anche per la determinazione della durata totale di sonno e può essere un potente strumento per monitorare il sonno nei modelli del roditore della malattia umana.

Determinazione non invasiva, High-throughput di durata di sonno in roditori

Il baroriflesso è un meccanismo di regolazione della frequenza cardiaca da parte del sistema nervoso autonomo in risposta ai cambiamenti della pressione sanguigna. Descriviamo una tecnica chirurgica per impiantare trasmettitori di telemetria per la misurazione continua e simultanea dell'elettrocardiogramma e della pressione sanguigna nei topi. Questo può determinare la sensibilità baroriflessa spontanea, un importante marker prognostico per le malattie cardiovascolari.

Impianto combinato di ECG telemetrico e trasmettitori di pressione sanguigna per determinare la sensibilità baroriflessa spontanea in topi coscienti

Qui presentiamo un protocollo passo-passo per un approccio semiautomatico per analizzare i dati dell'elettrocardiografia a lungo termine (ECG) murina per i parametri ECG di base e le aritmie comuni. I dati sono ottenuti da trasmettitori di telemetria impiantabili in topi vivi e svegli e analizzati utilizzando Ponemah e i suoi moduli di analisi.

Analisi delle registrazioni elettrocardiografiche a lungo termine per rilevare le aritmie nei topi

Questo protocollo mira a descrivere una nuova metodologia per misurare la velocità di sparo cardiaca intrinseca utilizzando la registrazione di array di microelettrodi dell'intero tessuto del nodo senoatriale per identificare i difetti di pacemaking nei topi. Gli agenti farmacologici possono anche essere introdotti in questo metodo per studiare i loro effetti sul pacemaking intrinseco.

Registrazione di microelettrodi della velocità di attivazione dei nodi senoatriali per identificare i difetti intrinseci del pacemaking cardiaco nei topi

Presentiamo un pacchetto software con un'interfaccia utente grafica per i ricercatori senza esperienza di codifica per valutare le fasi del sonno nei topi con un semplice download e funzionamento.

IntelliSleepScorer, un pacchetto software con un'interfaccia utente grafica per il punteggio automatizzato delle fasi del sonno dei mouse

Un metodo efficace per studiare valanghe neuronale, cioè scala-invarianti spazio-temporale scoppia attività, indicativa delle dinamiche condizioni critiche nella corteccia. Valanghe emergere spontaneamente nello sviluppo di strati superficiali della corteccia cerebrale in coltura che permette di misure a lungo termine delle attività con gli array planare integrata multi-elettrodi (MEA), a condizioni ben controllate.

Multi-array di elettrodi Recordings Valanghe neuronali in Culture organotipica

Scopri come analizzare la coordinazione tra attività neuronali e cardiache durante il sonno non-REM nei topi utilizzando polisonnografia standard. Questo metodo innovativo valuta la risposta comportamentale a stimoli acustici.

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

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