Name: マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: 学ぶマウス海馬における薬理学的に誘導された高度に組織化されたシータ振動の検出法。埋め込み型EEG無線テレメトリとウェーブレット解析を用いて、認知機能と神経変性疾患におけるシータ活動の役割を解明する。

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著者は、動物の繁殖と動物の管理に協力してくれたクリスティーナ・ギンケル博士(ドイツ神経変性疾患センター、DZNE)とロバート・シュタルク博士(DZNE)に感謝したいと思います。この研究は、ドイツのボンにあるFederal Institute for Drugs and Medical Devices(Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte、BfArM)によって財政的に支援されました。

すべての動物実験は、ローカルおよび機関動物ケア協議会（ボン大学、BfArM、LANUV、ドイツ）のガイドラインに従って行いました。また、すべての動物実験は、優れた法律、 例えば、1986年11月24日（609分の86 / EEC）の欧州共同体理事会指令、または個々の地域または国の法律に準じて行きました。具体的な努力を使用する動物の数、ならびにそれらの苦痛を最小限にするためになされました。 1.動物飼育およびEEG記録条件<ol><li>フィルタートップケージの住宅マウスまたは個別換気ケージを使用しています。 </li><li>移植した動物や遠隔測定レコーディングに適した特殊なラボ室で換気キャビネットに動物施設からマウスを転送します。 </li><li> EEG電極注入とその後の録音を含むすべての動物実験を、実行し、標準化された条件の下で（22℃、TEMperature、12時間/ 12時間の明暗サイクル、50〜60％の相対湿度、ノイズ減衰、 等 ）18。 </li><li>食料と水を自由摂取とクリアタイプIIポリカーボネートケージ内の4から3のグループ内の無線周波数送信機注入、家の動物の前に。これはストレスの原因となり、その後の実験と結果を妨害することができるように、個々のマウスを分離しないでください。 </li><li>オープン住宅の条件を使用するのではなく、実験や録音中に換気キャビネットを使用しないでください。 </li></ol> 2. Radiotelemetric EEG電極移植およびEEGレコーディング<ol><li> 注射麻薬を使用して、マウスを麻酔、 例えば、ケタミン/ xylazinehydrochloride（100/10 mgの/ kgで、腹腔内、腹腔内）または吸入麻酔薬、 例えば、イソフルラン17、18。 <ol><li>イソフルラン麻酔のために、誘導cにマウスを置き4〜5％イソフルランおよび0.8〜1％の酸素またはカルボゲン（5％CO 2および95％O 2）でhamber。 </li><li>麻酔の所望の深さを制御し、掃気システムを使用してイソフルランに実験者の暴露を避けるために、動物の鼻/口の上にシリコンフェイスマスクを配置します。 </li><li>吸入麻酔が利用できない場合、注射用麻酔薬、 例えば、esketaminhydrochlorideた（100mg / kg、腹腔内）およびxylazinehydrochloride（10mg / kg、腹腔内）を使用します。 </li><li>テールピンチ反射、足のピンチ反射、および呼吸速度をチェックすることによって、麻酔深度を監視します。気管挿管を介して、人工呼吸はマウスでは必要ではないことに注意してください。 </li></ol></li><li> 動物の背中の皮下ポーチに無線周波数送信機をインプラント。 <ol><li>頭皮から体毛を削除し、2消毒剤、 すなわち、70％エタノール及びヨウ素系のスクラブで剃毛頭皮を前処理。 </li><li>メスを用いて、行いますnucheal地域への額から頭皮上正中切開。 </li><li>項部切開部から出発して、手術用はさみまたは外科プローブを使用して鈍的切開を行うことにより、動物の背中の片側の皮下袋を準備します。 </li><li>皮下ポーチに送信機を挿入し、柔軟な送信機の余分な長さは、同様にポーチにつながる入金。手術部位と送信機のインプラントの汚染を防止することに特別な注意を払ってください。適切にドレープを使用して、非無菌領域から無菌隔離します。 </li></ol></li><li>定位フレーム、 例えば、コンピュータ化された3D定位デバイス上で実験動物を置きます。鼻クランプと耳バーを使用して頭蓋骨を修正しました。 </li><li>頭蓋骨からさらに組織を除去し、頭蓋縫合とcraniometricsランドマークを照明するために、ブレグマとラムダ0.3％H 2 O 2を用いて頭蓋骨を前処理。 </li><li>選択した座標にドリル穴最大速度での圧力フリーモードでの高速脳神経外科ドリルを使用して（ステップ2.6参照）。 注：圧力フリーの掘削はドリルヘッドと皮質の損傷の突然のブレークスルーを回避することができます。開頭術のために、脳神経外科の高速ドリルが推奨されます。電極径に応じて、0.5ミリメートル - 0.3の標準ドリルヘッドの直径を選択してください。 </li><li>インピーダンス、直径、コーティングなどを考慮すると、電極の種類を慎重に選択します 注：パリレンコーティングされたタングステンまたはステンレス鋼電極が最も一般的です。電極の種類は、実験の要件に応じて選択されるべきです。先制操縦のように、70％エタノールを使用して、移植前に電極チップを滅菌します。電極コーティングは加熱滅菌を可能にしないことに注意してください。 </li><li>海馬内のCA1脳波記録のために、以下の座標に定位穴をドリル：ブレグマ、-2ミリメートル;内外側、1.5ミリメートル（右半球）。背腹、1.3ミリメートル（タージェトン地域：アンモン角（CA1）錐体層）。基準電極の場合は、以下の定位座標で小脳皮質上記の穴をドリル：ブレグマ、-6.2ミリメートル、内外、0ミリメートル;背腹、0ミリメートル。 注：小脳ではなく、サイレント脳領域であるとして小脳電極は、pseudoreference電極として機能します。定位座標は、標準的なマウスの脳アトラスに由来しました。 </li><li>電極を挿入する前に、必要な長さにそれらを短縮することができます。機械的に送信機のステンレス鋼製のらせんへの電極の頭蓋外の部分をクリップ。 注：これは、システムの大幅なノイズを導入することができるようにはんだ付けは、避けるべきです。 </li><li>定位装置の垂直アームに電極を取り付け、前述の定位座標に応じて電極を挿入します。 </li><li>グラスアイオノマーセメントを使用した電極を修正し、セメントが完全に硬化するまで待ちます。 </li><li>頭皮を閉じます過とオーバー非吸収性の5-0または6-0縫合材料と縫合糸を使用。 </li><li>術後疼痛管理のために、4日間連続移植後1日1回カルプロフェン（5 mgの/キログラム、皮下、皮下）投与。カルプロフェンは前最初の切開（ステップ2.2.2）に注入されるべきであることに注意してください。 </li><li>録音および/または注入実験が開始される前に、14日後に移植 - 動物が10回復することができます。 </li></ol>シータ振動および薬理学的誘導の3自発録音<ol><li>磁気スイッチを使用して、無線周波数送信機をアクティブにします。レシーバプレート上のそのホームケージで動物を置きます。少なくとも24〜48時間、長期海馬EEG記録を行います。 注：長期的な録音の脳波振幅とEEGの周波数特性の解析は、概日シータ振動の依存性や具体的な行動との関連に詳しい洞察を提供し、認知条件/タスク。常に実験動物のビデオモニタリングとEEG記録を兼ね備えています。 </li><li>シータ振動の薬理学的誘導のために、ウレタン（800ミリグラム/ kg、腹腔内）またはムスカリン受容体作動薬の単回投与、例えばピロカルピン（10mg / kgの腹腔内）、アレコリン（0.3ミリグラム/ kg、腹腔内）またはオキソトレモリンの単一用量を投与（0.03ミリグラム/ kg、腹腔内）。周辺ムスカリン性反応を避けるために、N-メチルスコポラミン（0.5ミリグラム/ kg、腹腔）をマウスに前処理。たて0.9％NaClまたはリンゲル液中に全ての薬剤を溶解します。 注：ムスカリン受容体アゴニストのより高い用量は、実験動物における発作の誘発につながる可能性があります。また、ここで与えられた投与量は、調査中のマウスラインの前の用量 - 効果の研究を必要とするランドマークを表すことを検討してください。ウレタンは、ストレージおよび取り扱いに適切な予防措置を必要とする変異原および発がん性物質であることに注意してください。 </li><li>アトロピン感受性のII型を区別するために（50mg / kg、腹腔内）アトロピンを注入アトロピンと小文字を区別しないタイプから私が振動をTHETA。 注：アトロピンの投与量は、再び、種および株に依存しており、前の用量 - 効果の評価を必要とします。アトロピン注射の最適な時点は、ムスカリン受容体作動薬の薬力学に依存します。 II型シータの同定のために、アトロピン注射はウレタン投与後1時間をお勧めします。 </li><li>全身薬物投与は、その後のEEG記録に影響を与える世界的な転写および翻訳パターンを変化させるように、いくつかの薬剤のその後の適用を避けるようにしてください。短時間のシータ振動はまた、tail-や足-ピンチとして、感覚刺激によって誘導することができることに注意してください。 </li><li>エキス/エクスポート代表プレ相（ベースライン）の脳波データセットと総EEG記録からポスト噴射相ASCIまたはTXTファイルなど、適用される薬や個々の研究プロトコルの要求の薬物動態を検討します。 </li></ol> 4。EEG電極配置の検証<ol><li>インキュベーション室内に置くことにより、動物を安楽死させると、100％の二酸化炭素を導入します。インキュベーションチャンバー内に存在する空気に加え二酸化炭素で毎分チャンバ容積の10〜30％の充填率を使用します。これは、動物への最小限のストレスで急速に意識不明になります。 </li><li>呼吸停止が起きた後にチャンバーからマウスを外し、色あせた目の色は2-3分間持続します。 </li><li>ステンレス製の電極をカットし、無線周波数送信機を外植。ハサミやギロチンを用いてマウスを刎ねると、手術用ハサミやピンセットで穏やかな操作により脳頭蓋から脳を削除します。 </li><li>一晩リン酸緩衝生理食塩水（PBS）（pH7.4）中4％パラホルムアルデヒドで脳を修正しました。凍結保護のために、さらなる処理まで4℃で、それらを30％グルコースに脳を転送し、保存します。 注：パラホルムアルデヒドは2012 OSHAハズにより有害とみなされていますARD通信規格（29 CFR 1910.1200）。必要な予防措置を講じてください：個人用保護具を使用し、適切な換気を確保し、粉塵の生成を避けます。また、発火源を除去し、静電放電に対する予防措置をとります。パラホルムアルデヒドは、環境中に放出されるべきではありません。 </li><li>接着剤を使用したクライオスタットの組織ホルダーに抽出された脳をマウントして、40に脳をカット - 75μmの冠状切片。スライドガラス上にスライスをマウントして、標準的な組織学的手順を使用して、ニッスルブルーでそれらを染色します。この手順は、前の電極位置を反映した分岐流路を可視化します。 vibroslicerを使用して、ネイティブ脳からの冠状スライスをカットすることも可能であることに注意してください</li><li>正しいEEG電極配置基準を満たすだけの動物を組み込みます。 CA1領域のために、深い電極の先端は、CA1錐体層の内側にローカライズする必要があります。 </li></ol><ol><li>いいえ先験的フィルタのカットオフを有する適切なサンプリングレートで録音CA1海馬脳波。 注：送信機固有のサンプリング・レートは、脳波解析の上限周波数を決定します。 </li><li>解析ソフトウェアで記録されたデータを処理します。プログラムの時間-周波数解析と分析方法の適切な制御（ 図5）20のためのカスタムメイドの手順で計算。 </li><li> 1時間ごとの長さのセクションに記録された脳波をカット。計算時間が高いため、高速のコンピュータ・プロセッサを使用します。また、複数のカーネル20上のコンピューティングを並列化することができるソフトウェアを使用しています。 </li></ol> 6.脳波データ分析<ol><li>周波数および振動の振幅の両方を計算するために複雑なモレットウェーブレットを使用して、データセグメントを分析します。 注：このウェーブレット（ 例えば、Ψ（x）は=（πb）は（ - 1/2）のexp（2 IπC x）はEXP（-x 2 / b）は 、bは 、中心周波数cは 、帯域幅パラメータであり、iは虚数単位）は、多くの場合、脳波を研究するために文献に適用されていますデータは、周波数と時間の23、24の両方で最適な解像度を保証します。 </li><li>まだ十分な時間分解能を無視していない間、特に重みが周波数分解能は0.1 Hzのレベルでの周波数差を区別するための帯域幅パラメータと、中心周波数設定を使用します。 注：ガンマ帯域におけるニューロンのプロセスは、短時間の25であり、これもシータリズム当てはまることができます。このように、分析的なアプローチは、十分な時間分解能を考慮しなければなりません。 </li><li> 、このように一般的なデルタを含む、0.1ヘルツのステップサイズで、12ヘルツ - 0.2の周波数範囲内のEEGデータを分析TA、アルファ周波数範囲。 </li><li>シータ振動の標準的な目視検査を置き換えることができシータ周波数アーキテクチャの精緻化のための自動化され、複雑な分析ツールを設定します。この手順は、シータ検出法（TDM）と呼ばれています。 </li><li>シータ周波数範囲（3.5から8.5ヘルツ）と2.5秒ごとのタイムウィンドウの上限デルタ周波数範囲（2から3.4ヘルツ）の最大振幅の最大振幅の商を計算します。 注：この商の値はシータ振動が発生したかどうかを決定するための尺度として役立ちます。シータ周波数範囲の定義は、分析される機能状態及び神経解剖学的回路/システムに依存して変化し得ます。 </li><li>このセグメントの間に計算された比率が1.5以上である場合」、シータ振動エポック」としてセグメントを分類します。 注：これは、最大のシータ振幅は、関連する2.5秒の間に、上部デルタ帯域における振幅EEGよりも少なくとも50％高くなっていることを保証しますセグメント。比率が使用する回線および/または種に応じて適応を必要とするかもしれないことに注意してください。 2.5秒の間隔が一定騒々しいエポックの偽陽性検出を防止し、シータ振動の最小持続時間を表し、および他の刊行物19 26の範囲の定義内にあります。生理学的に関連するデルタ活性が高いシータ活動中に減衰される徐波睡眠中に、例えば、非シータエポック中に表示されるので、上部デルタ周波数範囲は、制御周波数帯として機能します。 </li><li>すべての1時間区間について、この手順を繰り返します。したがって、すべてのセクションでは、2.5秒ごとの長さで1440 EEGセグメントから構成されています。 </li><li>統計的に識別されたシータ振動エポックのデータを評価します。 </li><li>検出されたシータエポックの総継続時間の統計を計算。明確な定義済みのグループ。このような明/暗サイクルも、。およびその他のパラメータ。 注：StatiSTICS 等 t検定、ANOVA、又はMANOVA、変数に応じて、グループの数、条件を含んでもよいです</li><li>検出されたシータエポックの振幅の統計を計算するが、唯一のシータ周波数範囲内（3.5から8.5ヘルツ）。 </li><li>検出されたシータエポックの周波数の統計を評価するが、唯一のシータ周波数範囲内（3.5から8.5ヘルツ）。 注：シータエポックのシータ周波数はシータエポックの最大シータ振幅に属する周波数として定義されています。 </li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

シータ活動は、全身の神経生理学において中心的な関連性があります。これは、特にそれが特定の行動および認知の状態に関連する海馬において、種々の脳領域で観察することができます。加えて、海馬のシータは、薬理学的にアトロピン感受性型IIおよびアトロピン非感受性型Iシータに分化させることができます。タイプIIは、アラート不動状態27、28、29、30の間に観察することができ、一方、タイプIは、例えば、ウォーキングまたはランニング27、28、29、30、31のように、移動に関...

脳内のシータ活動は覚醒、注意、随意運動、探索行動、注目の行動、学習および記憶、体性感覚の統合、および急速眼球運動（REM）1を寝て、2を含む様々な認知および機能状態、に関連しています。主に、リズミカルなエンティティとしてシータ活動は、様々な脳の領域で生成することができ、高度に組織化とシータ振動として同期されます。以下では、シータ活動/中隔海馬システム3、4内で生成される振動の解析と定量化に焦点を当てます。セプタム内では、GABA作動性、グルタミン酸、およびコリン作動性ニューロンのプロジェクト海馬へとシータ振動挙動の開始および維持に貢献しています。海馬シータ振動はすなわち 、中隔に開始されたかどうかについて継続的な議論があり、 </em&gt;海馬内の中隔ペースメーカー海馬フォロワーモデル、（extrahippocampal理論）または本質（海馬内理論）5、6、7。 かかわらず、その起源の、海馬シータ振動は、特にトランスジェニックマウスモデルでは、年間の関心の焦点になっています。これらのモデルは、深いEEG電極の移植のために、特定の認知および行動のタスク8下の海馬シータ振動の記録を可能にします。海馬シータ振動は、本質的に不均一です。シータ振動のいわゆる二元的な理論に基づいて、一方がアトロピン感応型間IIシータおよびアトロピン非感受性型Iシータ9、10、11を区別することができます。後者は、典型的には、1 / MムスカリンMにより誘導することができます<sUB&gt; 3受容体アゴニスト、 例えば、アレコリン、ピロカルピン、およびウレタン。しかし、ウレタンムスカリン活性化に加えて、他のイオンチャネルエンティティの複雑な効果を発揮する、多標的薬物です。 II型シータについては、ムスカリン性経路は、M 1の活性化/ M 3およびその後のG qを/ 11（Gα）1/4βホスホリパーゼCの媒介活性化（PLCβ1/4）、イノシトール三リン酸（INSP 3）が含まれ 、diacylglycerole（DAG） の Ca 2+、およびプロテインキナーゼC（PKC）。 - / -およびPLCβ4 - / -シータ振動12、13、14の完全な喪失または重大な減衰を示すマウスthetagenesisでPLCβ1およびPLCβ4の役割は、ノックアウトPLCβ1を用いた研究で確認されています。追加のM 1、M 3、およびM 5下流の標的（CHA;ムスカリン性シグナル伝達カスケードのnnels /電流）は、電位依存性K +チャネル（K V 7）を介してM型K +チャネル（K M）などの様々なコンダクタンスを含みます過分極K +チャネル（KS AHP）の後に遅いです。おそらくTWIK関連の酸感受性K +チャネルを介してリークK +チャネル（K 漏れ ）、（TASK1 / 3）;おそらくのNa +漏洩チャネルを介してカチオン電流（I CAT）、（NALCN）。過分極および環状ヌクレオチド依存性チャネル（HCN）を介して、私の時間 。また、M 2 / M 4アセチルコリン受容体（AChRs）は内向き整流K + 3.1（3.1 IR K）をチャネルと内向き整流K + 3.2（KのIR 3.2）15チャネルを妨害することが報告されました。 現在、市販の解析ソフトウェアは、（P、mVの2）高速FFTによる周波数解析、 例えば、電力の分析を可能にしますまたはパワースペクトル密度（PSD、mVの2 /ヘルツ）。電力またはシータ周波数範囲のパワースペクトル密度（PSD）分析は、その活性の全体概要を示します。しかし、認知と行動に関連したシータ活動への詳細な洞察を得るために、高度に組織化さシータ振動の解析が必須です。高度に組織化さシータ振動の評価は、神経変性および神経精神疾患の分野で非常に重要です。ほとんどの実験的疾患研究は硬膜外表面及び深部脳脳波を記録するために、高度に洗練された神経外科的アプローチを使用して、トランスジェニックマウスモデルにおいて行われます。これらの技術は、テザーシステム16とradiotelemetricセットアップ17、18の両方が含まれます。シータ振動長期記録条件の下で自発的及び行動関連シータ振動として記録することができます。また、シータ振動がRECOすることができます薬理学的誘導後だけでなく、行動や認知タスクへの、またはそのような尾がピンチなどの感覚刺激に対する動物の曝露後のrded。 早期シータ振動がCsicsvari らによって記載された特徴づけるために近づきます。 19。長時間EEG記録には適していません - （50分15）著者らは、短期シータ分析のための半自動化ツールを開発しました。ここで説明する私たちの方法は、&gt; 48時間20長期脳波記録の分析を可能にします。 Csicsvari ら。 10はまた、シータ-デルタ比と呼ばれるが、高度に組織化さシータ振動の決意にはしきい値が提供されていません。デルタとシータ範囲の定義は、私たちの周波数範囲の定義と一致しています。それが明示的に言及されていないように、我々は、FFTベースの方法はCsicsvari らによって使用されていることを前提としています。シータ・デルタ周波数帯域の電力を計算します。この我々ははるかに高い精度が得られ、周波数スケールの大きな数（周波数はΔ（F）= 0.05 Hzのステップ）にウェーブレットベースの振幅を計算するので、再び明らかに、我々の方法は異なります。個別に分析したEEGエポックの持続時間は、私たちの定義と同様です。 Klausberger ら。 図21は 、長期のEEG記録の分析のためのシータ-デルタ比を利用します。しかし、我々のアプローチに比べて3主要な違いがあります：ⅰ）EEGエポック時間、 すなわち、少なくとも6秒、はるかに長いですが、 II）、シータ、デルタ比は、我々のしきい値よりもはるかに高く、異なる周波数範囲の定義に関連している、4に設定されています。およびiii）電力の定義は、特に、非常に短い時間枠（2秒、 すなわち、2.5ヘルツの周波数で振動するための5サイクル）のために、高精度に欠けるFFT方式に基づいてされる可能性があります。このような場合には、ウェーブレットに基づく手順がより推奨されます。キャプランらの研究。シータ-デルタ電力比を無視し22は、単独シータ電力を計算しました。このように、カプラン・アプローチ22は、高いか低いデルタを伴う認知シータ豊富なプロセスを区別することはできません。 以下のプロトコルでは、我々は確実にマウスから海馬EEG記録で高度に組織化さシータ振動を解析するために、当社の分析ウェーブレットベースのアプローチを提示します。この手順は自動的に動作するので、それは大きなデータセットおよび長期EEG測定に適用することができます。

<table><tbody><tr><td>カルプロフェン(Rimadyl VET - Injektionsl&ouml;sung)</td><td>ファイ</td><td>ザーPZN 0110208208</td><td>20ml</td></tr><tr><td>双眼手術倍率顕微鏡</td><td>ツァイスステミ2000</td><td>0000001003877、4355400000000、0000001063306、4170530000000、4170959255000、4551820000000、4170959040000、4170959050000</td><td></td></tr><tr><td>デクスパンテノール(Bepanthen Wund-und Heilsalbe)</td><td>バイエル</td><td>PZN:1578818</td><td></td></tr><tr><td>ドレープ(滅菌)</td><td>Hartmann</td><td>PZN 0366787</td><td></td></tr><tr><td>70% エタノール</td><td>Carl Roth</td><td>9065.5</td><td></td></tr><tr><td>0.3% / 3% 過酸化水素溶液</td><td>Sigma</td><td>95321</td><td>30% ストック溶液</td></tr><tr><td>手袋 (滅菌)</td> <td>Unigloves</td><td>1570</td><td></td></tr><tr><td>歯科用グラス アイオノマー セメント</td><td>KentDental /NORDENTA</td><td>957 321</td><td></td></tr><tr><td>熱ベースの手術器具滅菌器</td><td>F.S.T.</td><td>18000-50</td><td></td></tr>高速<tr><td>歯科用ドリル</td><td>Adeor</td><td>SI-1708</td><td></td></tr><tr><td>吸入麻薬システム(イソフルラン)</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>イソフルラン</td><td>バクスター 250ml</td><td>PZN 6497131</td><td></td></tr><tr><td>ケタミン</td><td>ファイザー</td><td>PZN 07506004</td><td></td></tr><tr><td>Lactated Ringer's solution (sterile)</td><td>Braun</td><td>L7502</td><td></td></tr><tr><td>Nissl staining solution</td><td>Armin Baack</td><td>BAA31712159</td><td></td></tr><tr><td>pads (sterile)</td><td>ReWa Krankenhausbedarf</td><td>2003/01</td><td></td></tr><tr><td>Steel and tungsten electrodes parylene coated</td><td>FHC Inc., USA</td><td>UEWLGESEANND</td><td></td></tr><tr><td>stereotaxic frame</td><td>Neurostar</td><td>51730M</td><td>ordered at Stoelting</td></tr><tr><td>(ステレオドライブ-新しい電動定位固定装置)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>テープ(滅菌)</td><td>BSN medical GmbH & Co.</td><td>KG 626225</td><td></td></tr><tr><td>TA10ETA-F20</td><td>DSI</td><td>270-0042-001X</td><td>無線周波数送信機 3.9 g, 1.9 cc, 入力電圧範囲 &plusmn; 2.5 mV, チャネル帯域幅 (B) 1 - 200 Hz, 公称サンプリングレート (f) 1,000 Hz (f = 5B) 動作温度範囲 34 - 41 &deg;C 保証電池寿命 4ヶ月</td></tr><tr><td>TL11M2-F20EET</td><td>DSI</td><td>270-0124-001X</td><td>無線周波数送信機 3.9 g、1.9 cc、入力電圧範囲 &plusmn; 1.25 mV、チャネル帯域幅 (B) 1 - 50 Hz、公称サンプリングレート (f) 250 Hz (f = 5B) 温度 動作範囲 34 - 41 &deg;C保証電池寿命1.5ヶ月</td></tr><tr><td>バイブロスライサー 5000 MZ</td><td>電子顕微鏡科学</td><td>5000-005</td><td></td></tr><tr><td>キシラジン(ロンプン)</td><td>バイエル</td><td>PZN:1320422</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td></td><td>プログラミング、コンピューティング、視覚化ソフトウェア</td></tr><tr><td>SPSS</td><td>IBM</td><td></td><td>統計分析ソフトウェア</td></tr></tbody></table>

マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出

Automatic Detection of Highly Organized Theta Oscillations in the Murine EEG

シータ活動が中隔海馬のシステムで生成され、深い海馬内の電極及び植込み型脳波（EEG）radiotelemetryまたはテザーシステムアプローチを使用して記録することができます。薬理学的に、海馬シータは不均一である（二元的な理論を参照）、I型およびII型シータに分化させることができます。これらの個々の脳波のサブタイプは、アルツハイマー病などの神経変性疾患において等覚醒、探査、学習や記憶、高い統合的な機能、特定の認知および行動状態に関連している、中隔海馬システムの構造的および機能的変化が損なわシータ活性をもたらすことができます/振動。海馬EEGの標準定量分析は、高速フーリエ変換（FFT）ベースの周波数分析を含んでいます。しかし、この手順は、一般、特に高度に組織化さシータ振動でシータ活動に関する詳細を提供していません。 DETAを得るために海馬で高度に組織化さシータ振動に関する情報をILED、我々は新しい分析手法を開発しました。このアプローチは、高度に組織化さシータ振動とその周波数特性の持続期間の時間と費用対効果の定量化を可能にします。

シータ活性は、中枢神経系（CNS）領域の広い範囲で記録することができます。ここでは、マウスの海馬からシータ振動の分析を提示します。このような振動は異なる行動と認知の状態の間に発生する可能性があります。非常に両方の自発的、長期的、タスク関連の短期的、および薬理学的に誘導される条件下でシータ振動を解析することをお勧めします。 図1は、制御条件下で代表海馬CA1の記録を示します。動物は自発的でない場合には、「シータ状態、「海馬内EEGは、多くの場合、大不規則な振幅（LIA）活性によって特徴付けられます。ムスカリン受容体アゴニストの投与（ 例えば、アレコリン、ピロカルピン、またはウレタン）アトロピンによって遮断することができる高度に組織化さシータ振動における結果（50mg / kg、腹腔内、 図1）。 <p class="jove_content" fo:keep-together.内ページ= &quot;1&quot;&gt;適切な時間分解能と高編成シータ振動を定量化する...

海馬でのシータ活動は、特定の認知および行動段階に関連しています。ここでは、時間-周波数ベースのアプローチ(ウェーブレット解析)を使用して、海馬内の高度に組織化されたシータ振動を検出する解析手法について説明します。

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

本手順の全体的な目的は、植込み型EEG無線テレメトリを用いて、マウスにおいて薬理学的に誘発された高度に組織化されたシータ振動を解析することです。この手法は、長期的な海馬EEG無線テレメトリ記録を用いて、マウスのEEGにおける高度に組織化されたシータ振動をどのように誘発、検出、および定量化するかといった、システム神経科学分野における重要な疑問への回答に役立ちます。この技術の主な利点は、大規模なマウス海馬EEG記録において、高度に組織化されたシータ振動の解析が可能になることです。この手法の意義は、シータ波のジスリズミア（不整律）などの周波数変化がしばしば関連しているため、アルツハイマー病などの神経精神疾患や神経変性疾患の治療にまで及びます。本手法はマウスの海馬におけるシータ波ジスリズミアへの知見を提供できますが、調整を行うことで、ヒトを含む他種のEEG記録にも適用可能です。一般的に、新しい儀式（タスク）を行う場合は、シータ振動の検出分析に適切なEEG電極の植込みとシータ波の誘導が必要となるため、本手法での解析は困難になります。電極を挿入する前に、先端からパリレンコーティングを削り取ります。次に、電極の頭蓋外部分を送信機のステンレス製ヘリックスに機械的にクリップで固定します。その後、必要な長さに短縮します。高周波送信機を埋植するため、麻酔をかけたマウスを手術台に置き、フェイスマスクを通じてイソフルランを投与し続けます。尾をつねる反射、足をつねる反射、および呼吸数を確認し、麻酔深度を確保してください。次に、頭皮の被毛を除去し、除毛した頭皮を70%ethanolとヨード系スクラブ剤で消毒します。その後、メスを用いて、前頭部から項部にかけて頭皮に正中切開を加えます。次に、外科用鋏を用いて血清剥離を行い、動物の背部片側に皮下ポケットを作成します。続いて、送信機を皮下ポケットに挿入し、柔軟な送信機リードの余剰分をポケット内に収めます。次に、ノーズクランプを使用して頭蓋骨を固定します。その後、実験動物をステレオタキシス装置に配置し、イヤーバーをセットします。0.3% 過酸化水素を頭蓋骨に塗布し、組織を除去して、前囟（ブレグマ）や後囟（ラムダ）などの頭蓋計測上の指標および頭蓋縫合線を視認しやすくします。次に、高速神経外科用ドリルを圧力フリーモードの最大速度で使用し、任意の座標に穴を開けます。適切な電極を選択し、植え込み前に70%エタノールで電極を滅菌します。電極の種類は、実験上の要件に従って慎重に選択する必要があります。通常、パリレンコーティングされたタングステン電極またはステンレス鋼電極が最も一般的です。その後、グラスアイオノマーセメントを用いて電極を固定し、セメントが完全に硬化するまで待ちます。次に、非吸収性縫合糸を用いて、頭皮をオーバーハンド結節で縫合します。術後の疼痛管理として、インプラント留置後4日間、1日1回カルプロフェンを皮下投与します。記録または注入実験を行う前に、10〜14日間の回復期間を設けます。本手順では、マグネットスイッチを用いて高周波送信機を起動します。少なくとも24時間から48時間、海馬のEEG（脳波）の長期記録を行います。長期記録されたEEG振幅およびEEG周波数特性の解析により、シータ振動の概日リズム依存性や、特定の行動・認知状態またはタスクとの関連性について詳細な知見が得られます。テータ波を薬理学的に誘発するために、まずメチルスコポラミンを前処理し、末梢性のムスカリン受容体反応を抑制します。続いて、テータ波を開始させるために、ウレタンまたはムスカリン受容体アゴニストをマウスに単回投与します。約60分後、アトロピンを注射し、アトロピン感受性のタイプ2テータ波と、アトロピン非感受性のタイプ1テータ波を区別します。そのまま記録を継続します。EEG電極の配置を検証するため、ステンレス電極を切断し、高周波送信器を取り除きます。その後、マウスを安楽死させ、神経頭蓋から脳を摘出します。電極の留置位置を検証するため、摘出した脳を接着剤を用いてVibroslicerの組織ホルダーに固定します。次に、脳を100 µmの冠状断スライスに切断します。スライスをガラススライドに載せ、標準的な組織学的処置に従ってニッスル染色を行います。EEG電極の配置基準を正しく満たしている動物のみを解析に組み込んでください。CA1領域については、深部電極の先端がCA1錐体細胞層の内部に位置している必要があります。EEGデータをアップロードしてください。以下は、代表的な30分間のEEGセグメントです。時間周波数解析には、ここに表示されている複素モルレウェーブレット関数を使用します。時間周波数解析において、周波数範囲は0.2から12 Hzに設定し、ステップサイズは0.1 Hzに設定します。このEEGセグメントの色分けされた時間周波数プロットは、シータ波およびデルタ波の上限周波数範囲を示しています。ここでは、抽出された2.5秒間のEEGエポックについて、シータセグメントの解析を行います。シータ帯域の最大振幅を上限デルタ帯域の最大振幅で除した値が1.5より大きいため、このセグメントはシータ振動エポックとして分類されます。これにより、算出されたEEGエポックにおいて、最大シータ振幅が上限デルタ帯域の振幅よりも少なくとも50%高いことが保証されます。この図は、EEG記録における高度に組織化されたシータ振動とシータ検出尺度の相関を示しており、これによりシータ振動セグメントを定量化し、統計的に分析することが可能です。ここでは、視覚的にそれぞれ非シータセグメントおよびシータセグメントとして分類された2つの2.5秒間のEEGエポックを示しています。そして、ここにあるのがCA1 EEGセグメントの時間周波数解析であり、上の対応するグラフに0.2から12 Hzの範囲で表示されています。振幅が色分けされており、非シータEEGセグメントの時間周波数解析では、時間的な周波数に関して規則的に変動するシータ構造が見て取れます。高度に同期したシータ振動を伴うセグメントは、ほぼ一定の周波数である6 Hzの、変動のない規則的な高振幅シータ波によって特徴付けられます。このマップにおける最大シータ波振幅に対する最大デルタ波振幅の比は1.25であり、こちらのマップでは4.67です。これにより、このEEGエポックは明確にシータ振動EEGセグメントとして分類されます。習得すれば、適切に実施することでこの手技は1時間で完了できます。本手順に続き、他の周波数帯域の時間周波数解析や自動発作検出などの手法を用いることで、他のEEG帯域が影響を受けているか、それらがどのように結合し、神経過剰興奮とどのように関連しているかといった疑問に対する検証が可能です。本技術の開発後、システム神経科学分野の研究者は、アルツハイマー病マウスモデルなどの遺伝子組換えマウスモデルにおいて、海馬シータ波構造の変化を探索することが可能となりました。このビデオを視聴することで、高度に組織化されたシータ振動を誘導し、検出し、解析する方法について十分に理解できるはずです。

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Research

JoVE Journal

Behavior

行動

このビデオは、GABA作動性内側中隔ニューロンに光感受性イオンチャネルを持つ遺伝子操作マウスモデルでシータ振動を調節するプロトコルを示しています。このプロトコルは、光パルスを海馬に送達することにより、ニューロンの活動を同期させ、局所的な磁場電位として記録されるシータ振動を生成することを目的としています。...

マウスモデルにおけるシータ振動の選択的操作

このビデオは、孤立した海馬におけるリズミカルなニューロンネットワーク活動、別名シータ振動の記録を示しています。電極は、シータ振動を検出および分析するために、さまざまな層と空間位置に挿入されます。これは、海馬の異なる層にわたるニューロンネットワークのユニークなニューロン組成と接続性を示しています。...

マウス海馬におけるシータ振動のin vitro記録

自由に行動するマウスの脳波(EEG)と筋電図(EMG)の記録は、行動と生理機能を睡眠と覚醒と関連付けるための重要なステップです。本明細書に記載の実験プロトコルは、マウスにおけるEEGおよびEMG記録を取得するためのケーブルベースのシステムを提供する。...

マウスで睡眠を測定するためのポリグラフ記録手順

高周波発振（HFO類）は、医学的に難治性てんかんの小児患者におけるてんかんゾーンの識別のための術前のバイオマーカーとして浮上しています。同時頭皮脳波（EEG）と磁（MEG）とのHFO類の非侵襲的記録、検出、およびローカリゼーションのための方法論が提示されます。...

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この論文は、鍼治療、てんかんモデル、およびげっ歯類の睡眠の分析の性能を示しています。鍼治療の手順とツボの特定について説明します。ピロカルピンまたはペンチレンテトラゾール(PTZ)は、てんかんを誘発するために使用されます。睡眠分析には、皮質電図(ECoG)、筋電図(EMG)、脳温度、および自発運動活動の記録が使用されます。...

鍼治療によりラットとマウスにおけるてんかんElectrocorticograms（ECoGs）の操作とスリープ

ここでは、聴覚刺激に対する睡眠応答性を調節するマウスにおける非レム睡眠の神経および心臓変数の時間的ダイナミクスを記述するための実験的および分析的手順を提示する。...

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動作マウスにおける海馬シータ振動 (5-10 Hz) の選択を操作する光遺伝学、電気生理学的記録の使用について述べる。リズムの同調性は、ローカル フィールド...

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脳波データのためのコンピュータベースのマルチテーパースペクトログラムプログラム

同時ビデオ-EEG-ECG-オキシメトリー-カプノグラフィーを用いて、ウサギモデルの感受性を評価し、引き起こされた不整脈および発作を発症する方法論を開発した。この新しい記録システムは、治療薬の有効性と安全性をテストするプラットフォームを確立し、突然死に至るマルチシステムイベントの複雑なカスケードをキャプチャすることができます。...

意識的に拘束されたウサギにおける発作、不整脈および無呼吸の識別のためのマルチシステムモニタリング

このプロトコルは、自由に動くげっ歯類の脳波を記録するための信頼性が高く、簡単にアクセスできるシステムを作成するために開発されました。...

自由に動くマウスにおける慢性マルチサイト脳波記録のための費用対効果が高く低侵襲なプロトコル

学ぶマウス海馬における薬理学的に誘導された高度に組織化されたシータ振動の検出法。埋め込み型EEG無線テレメトリとウェーブレット解析を用いて、認知機能と神経変性疾患におけるシータ活動の役割を解明する。

マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出

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