Hier presenteren we een protocol aan record telemetrische electroencephalograms (hersenfotos) van de vrij bewegende biggen rechtstreeks in het varkenshok zonder het gebruik van een kalmerend middel, waardoor het mogelijk is graag typische EEG patronen tijdens non - REM-slaap, zoals spindel barst.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Noninvasive EEG opnamen vrij bewegen biggen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De methode staat de opname van kwalitatief hoogwaardige electroencephalograms (hersenfotos) vrij bewegen biggen rechtstreeks in het varkenshok. We gebruiken een één-kanaals telemetrische elektro-encefalografie systeem in combinatie met standaard zelfklevende hydrogel elektroden. De biggen zijn kalmeerde omlaag zonder het gebruik van sedativa. Na hun introductie in het varkenshok, gedragen de biggen normaal — ze drinken en slapen in de dezelfde cyclus als hun broers en zussen. Hun slaap-fasen worden gebruikt voor de opnames van de EEG.
Inleiding
Biggen zijn een opkomende modelsysteem voor Neurowetenschappen1. We uitgevonden om te versterken translationeel onderzoek, een methode voor het opnemen van niet-invasieve, klinische hersenfotos van ongeremde biggen2 (Figuur 1 en Figuur 2). Twee voorwaarden voor een translationeel gebruik van opnames van de EEG, met betrekking tot de EEG patronen gekoppeld corticale rijping, zijn een niet-invasieve methode, vergelijkbaar met de klinische setting, en de onthouding van sedativa of verdoving. De één-kanaals telemetrie systeem3 in combinatie met de zelfklevende elektroden kan worden opgelost in ongeveer 5 min. daarna, de biggen zal snel herstellen van de behandeling procedure en synchroniseren van hun voeding en gedrag met die van de andere slapen biggen en de zeug.
Hoewel er al pogingen om te gebruiken niet-invasieve EEG opnames van ingetogen dieren4, worden meeste elektro-encefalografie studies van dieren uitgevoerd met invasieve benaderingen. Deze methoden hebben bijwerkingen met betrekking tot de inflammatoire processen rond de geïmplanteerde elektroden5,6 , en in de meeste gevallen vereisen ze een sociale scheiding van de dieren als gevolg van de externe onderdelen van de geïmplanteerde EEG-systeem. Vandaar is de vertaling van deze gegevens aan de klinische context moeilijk. De noodzaak voor translationeel benaderingen wordt duidelijk door het feit dat het is nog niet bekend hoe een rijping van de "normale" brein tijdens de vroege ontwikkeling van de corticale wordt vertegenwoordigd door klinische, niet-invasieve elektro-encefalografie7. Deze kenniskloof wordt veroorzaakt door technische uitdagingen in verband met EEG opnames van vroeggeboorte baby's van8. In diermodel systemen zijn patronen van de vroege ontwikkeling van de corticale beter toegankelijk, aangezien de meeste dieren worden geboren met een "premature hersenen" in vergelijking met de ontwikkeling van menselijk corticale9. Naast geconserveerde patronen van corticale ontwikkelingsniveaus van soorten2, is onlangs gebleken dat EEG opnames van premature baby's ook de individuele klinische uitkomst tijdens latere leven10,11 voorspellen kunnen. De hier beschreven methode is vooral handig voor het translationeel aspecten van ontwikkelingsstoornissen neurowetenschappen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle procedures zijn goedgekeurd door de lokale ethische Commissie (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) en volgde de Europese en de Duitse nationale regelgevingen (Europese Gemeenschappen richtlijn 86/609/EEG; Tierschutzgesetz).
Alle dierlijke procedures werden uitgevoerd overeenkomstig het medisch centrum van de Johannes Gutenberg-Universiteit Mainz dierenverzorgers het Reglement.
1. setup
- Voorafgaand aan het experiment, controleren op eventuele ruis op de lijn en zoekt u een passende locatie voor de opzet en de antenne. Ruis op de lijn is zichtbaar als een sinusgolf 60 of 50 Hz.
Opmerking: De plaatsing van de antenne en met name de afstand tussen de zender en de ontvanger is afhankelijk van de sterkte van de transmissie van het systeem. Het systeem gebruikt hier is verstelbaar. Het werd aangepast aan een relatief laag vermogen, met een ongeveer 3 m-zendbereik. Bovendien kunnen de metalen hekken in het varkenshok temperen het signaal en storingen veroorzaken. In dit geval is het nodig om de plaats van de antenne in de metalen kooi. - U gebruikt een kabel trommel om de set-up met lijn kracht. Sluit de laptop, de ontvanger en de analoog-digitaalomzetter (indien nodig) voor de specifieke telemetriesysteem dat wordt gebruikt.
Opmerking: De telemetriesysteem gebruikt hier digitale gegevens naar de ontvanger gestuurd. Dit kan afwijken voor andere systemen. - Plaats de elektroden, de lijm, de Q-tips, en de doekjes, evenals de mengen blokken, op een afzonderlijke tabel.
- De elektroden met korte kabels voor te bereiden. Om dit te doen, snijd de elektroden en hen opnieuw te solderen met een lengte die zo kort mogelijk te zijn, afhankelijk van de grootte van het dier. De kabels moet lang genoeg om verbinding maken met de gewenste opname posities op het hoofd met de telemetrische EEG-eenheid, die de gegevens toezenden. Kabels die te lang moeten worden terugdeinsden en bedekt met huid klevende silicone-elastomeer. Langere kabels die moeten worden terugdeinsden maken de siliconen patch groter en zwaarder.
2. Knorretje
- Een biggen te vangen door het grijpen op het been of op de thorax. Houden en zich bewust zijn van ontlasting of plassen.
- Indien nodig, markeren de biggen met een nummer.
- De biggen wikkel in een handdoek. De biggen zal kalmeren. Zich bewust zijn van de oververhitting van de biggen.
- Houd de biggen met één hand op het lichaam of de onderarm. Gebruik de andere kant te houden van de snuit. Zich bewust zijn van de oververhitting van de biggen en zorg ervoor dat het is gratis om te ademen goed.
3. elektroden
- Heb een tweede persoon hechten de elektroden.
- Reinig de huid van vuil met water of ethanol. Indien nodig, de hoofd scheren.
- Verwijder eventuele dode huidcellen met een schurende EEG-gel en een Q-tip. Verwijder daarna de schurende gel. Alternatief, gebruik schuurpapier.
- De zelfklevende elektroden op de gewenste locatie vaststellen. Plaats van de elektrode van de grond boven het cerebellum (tussen de oren) en de referentie-elektrode op de neus. Plaats de elektrode van de opname op de gewenste locatie.
Opmerking: In dit geval een unipolaire opname werd uitgevoerd, omdat de verwijzing was geplaatst op een neutrale positie (neus). Er is geen gestandaardiseerde systeem beschikbaar voor biggen tot nu. Hier, werd de positie van een pariëtale opname gebruikt (tussen het oog en het oor) op de rechts-hersenhelft. - Sluit de kabels aan de telemetrie-unit. Schakel in de eenheid. Afhankelijk van de telemetriesysteem gebruikt, zou dit een magneetschakelaar of een signaal van radiofrequentie wakker.
- Dekking van de telemetrie-unit en alle kabels zo goed als alle elektroden met tweecomponenten huid zelfklevende siliconen rubber (Zie Tabel van materialen). Door het mengen van gelijke hoeveelheden van beide componenten, zal de uithardingstijd in het bereik van 1 min. ogen en wimpers moeten niet worden bedekt met een rubber.
- Wacht totdat het siliconen rubber is volledig genezen.
- Plaats de biggen terug in het varkenshok.
- Observeer de biggen om te zien of het vertoont tekenen van ongemak over een langere periode van tijd (enkele minuten).
4. meting
- Wacht totdat de biggen is hersteld en begint te synchroniseren zijn gedrag dat van zijn broers en zussen (eten, spelen, slapen), meestal na 30 s (Figuur 1).
- Wachten voor slaap fasen, indien gewenst. De opnametijd is afhankelijk van de specifieke wetenschappelijke vraag. Hier, werden 10 min opnamesessies gebruikt.
- Als de telemetrie-unit is bedekt door meer dan 2 andere biggen, misschien het signaal wel te laag is voor de ontvanger. Duw voorzichtig de biggen weg als ze op de top slapen. Zich bewust zijn van de zeug; het kan agressief reageren.
- De opname te starten met de data acquisitie software (Zie Tabel van materialen).
5. de afwerking
- Nadat de opname (meestal enkele uren), vangen de biggen weer als is beschreven in stap 2. Zich bewust zijn van de zeug; het kan agressief reageren.
- Til voorzichtig het siliconen rubber aan één rand. Verwijder vervolgens de hele patch van silicone rubber met de elektroden en de telemetrie-unit. Wees voorzichtig met de Knorretje's ogen.
- Plaats de biggen terug in het varkenshok.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
We konden opnemen typisch EEG patronen in verband gebracht met non - REM-slaap, zoals spindel uitbarstingen of delta borstels, vrij bewegen biggen (Figuur 1 en Figuur 2). We waren vooral geïnteresseerd in representatieve patronen tijdens non - REM-slaap, maar fasen van REM-achtige slaap12 met een zeer lage amplitude ook hebben geregistreerd (Figuur 3). De Fysiologie en het bed...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Een cruciale stap in het protocol is het voldoende huidcontact met de elektroden, met name de grond elektrode, om stabiele opnamen met weinig ruis. Bovendien, aangezien de biggen zijn zeer behendig, het is belangrijk ter dekking van het hele systeem met silicone rubber ter bescherming van de elektroden en de telemetrie-unit. Bovendien, als de experimenten zijn uitgevoerd in een stal met een lattenbodem vloer, wees voorzichtig met kleine apparaten of verbindingslijnen.
In het geval van een onvo...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
We zouden graag bedanken Helmut Scheu voor de gelegenheid om onze onderzoek in het varkenshok op Hofgut Neumühle.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Disposable adhesive zilver/zilverchloride elektroden | Spes Medica S.r.l., Genova, Italy | Zelfklevende hydrogel elektrode | |
| Abralyt HiCl | Easycap GmbH | Schuurcrème | |
| Body Double fast | Smooth On Inc. | Siliconen huidkleefstof | |
| Telemetriesysteem | Interne ontwikkeling | ||
| Picolog 1216 | Pico Technology | AD-converter | |
| Laptop | Panasonic | Robuuste laptop | |
| Ontvanger | Interne ontwikkeling |
Referenties
- Conrad, M. S., Sutton, B. P., Dilger, R. N., Johnson, R. W. An in vivo three-dimensional magnetic resonance imaging-based averaged brain collection of the neonatal piglet (Sus scrofa). PLoS ONE. 9 (9), e107650(2014).
- de Camp, N. V., Hense, F., Lecher, B., Scheu, H., Bergeler, J. Models for preterm cortical development using non invasive clinical EEG. Translational Neuroscience. 8, 211-224 (2017).
- Lapray, D., Bergeler, J., Dupont, E., Thews, O., Luhmann, H. J. A novel telemetric system for recording brain activity in small animals. Telemetry: Research, Technology and Applications. Barculo, D., Daniels, J. , Nova Science Publishers. 195-203 (2009).
- Kim, D., Yeon, C., Kim, K. Development and experimental validation of a dry non- invasive multi-channel mouse scalp EEG sensor through visual evoked potential recordings. Sensors. 17, 326(2017).
- Moshayedi, P., et al. The relationship between glial cell mechanosensitivity and foreign body reactions in the central nervous system. Biomaterials. 35, 3919-3925 (2014).
- Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10, 066014(2013).
- Hellström-Westas, L., Rosén, I. Electroencephalography and brain damage in preterm infants. Early Human Development. 81, 255-261 (2005).
- Lloyd, R. O., Goulding, R. M., Filan, P. M., Boylan, G. B. Overcoming the practical challenges of electroencephalography for very preterm infants in the neonatal intensive care unit. Acta Paediatrica. , 152-157 (2015).
- Clancy, B., Finlay, B. L., Darlington, R. B., Anand, K. J. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 28, 931-937 (2007).
- Iyer, K. K., et al. Cortical burst dynamics predict clinical outcome early in extremely preterm infants. Brain. 138, 2206-2218 (2015).
- Luhmann, H., de Camp, N., Bergeler, J. Monitoring brain activity in preterms: mathematics helps to predict clinical outcome. Brain. 138, 2114-2125 (2015).
- Dragomir, A., Akay, Y., Curran, A. K., Akay, M. Complexity measures of the central respiratory networks during wakefulness and sleep. Journal of Neural Engineering. 5, 254-261 (2008).
- Peever, J., Fuller, P. M. The biology of REM sleep. Current Biology. 27, R1237-R1248 (2017).
- Robert, S., Dallaire, A. Polygraphic Analysis of the sleep-wake states and the REM Sleep periodicity in domesticated pigs (Sus scrofa). Physiology & Behavior. 37 (2), 289-293 (1986).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
