Artykuł metodologiczny

Kwantyfikacja dynamiki mocy widmowej i tętna w podczerwieni u śpiących myszy

DOI:

10.3791/55863

⸱

2 sierpnia 2017

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Fundamental Neurosciences, University of Lausanne

W tym artykule

Podsumowanie

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

Tutaj prezentujemy eksperymentalne i analityczne procedury opisujące dynamikę czasową zmiennych neuronalnych i sercowych snu nie-REM u myszy, które modulują reakcję snu na bodźce akustyczne.

Streszczenie

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

Trzy stany czujności dominują w życiu ssaków: czuwanie, sen bez szybkich ruchów gałek ocznych (non-REM) i sen REM. W miarę jak u swobodnie poruszających się zwierząt identyfikuje się coraz więcej neuronalnych korelatów zachowania, ten potrójny podział staje się zbyt uproszczony. Podczas czuwania zespoły globalnych i lokalnych czynności korowych, wraz z parametrami obwodowymi, takimi jak średnica źrenic i równowaga współczulno-owagalna, określają różne stopnie pobudzenia. Nie jest jasne, w jakim stopniu sen tworzy również kontinuum stanów mózgu – w obrębie których stopień odporności na bodźce sensoryczne i pobudzenie, a być może także inne funkcje snu, zmieniają się stopniowo – oraz jak zmieniają się peryferyjne stany fizjologiczne. Badania rozwijające metody monitorowania wielu parametrów podczas snu, a także przypisywanie konstelacjom tych funkcjonalnych atrybutów, mają kluczowe znaczenie dla udoskonalenia naszego zrozumienia snu jako wielofunkcyjnego procesu, podczas którego musi zostać osiągniętych wiele korzystnych efektów. Identyfikacja nowych parametrów charakteryzujących stany snu otworzy możliwości dla nowych ścieżek diagnostycznych w zaburzeniach snu.

Przedstawiamy procedurę opisu dynamicznych zmian stanów snu myszy nie-REM poprzez połączone monitorowanie i analizę sygnałów elektroencefalogramu (EEG)/elektrokortykogramu (ECoG), elektromiogramu (EMG) i elektrokardiogramu (EKG) przy użyciu standardowych technik zapisu polisomnograficznego. Stosując to podejście, odkryliśmy, że sen myszy nie-REM jest zorganizowany w cykle skoordynowanych oscylacji nerwowych i sercowych, które generują kolejne 25-sekundowe interwały wysokiej i niskiej wrażliwości na bodźce zewnętrzne. Dlatego ośrodkowy i autonomiczny układ nerwowy są skoordynowane, aby tworzyć behawioralnie odrębne stany snu podczas skonsolidowanego snu nie-REM. Przedstawiamy manipulacje chirurgiczne do monitorowania polisomnograficznego (tj. EEG/EMG w połączeniu z EKG) w celu śledzenia tych cykli u swobodnie śpiącej myszy, analizy w celu ilościowego określenia ich dynamiki oraz protokołów stymulacji akustycznej w celu oceny ich roli w prawdopodobieństwie przebudzenia. Nasze podejście zostało już rozszerzone na sen człowieka i obiecuje rozwikłać powszechne zasady organizacji stanów snu innych niż REM u ssaków.

Wprowadzenie

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

Sen ssaków to behawioralny stan odpoczynku i odporności na bodźce środowiskowe. Pomimo tej pozornej jednorodności, parametry polisomnograficzne i autonomiczne wskazują, że sen porusza się między jakościowo i ilościowo różnymi stanami neuronalnymi i somatycznymi w różnych skalach czasowych i przestrzennych1. W ciągu kilku minut do kilkudziesięciu minut następuje przełączanie między snem innym niż REM a uśpieniem REM. Senowi non-REM towarzyszy aktywność EEG o dużej amplitudzie i niskiej częstotliwości, ze szczytem widmowym około ~0,5 - 4 Hz, podczas gdy sen REM wykazuje regularną aktywność EEG w paśmie theta (6 - 10 Hz), wraz z atonią mięśniową

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Wszystkie procedury eksperymentalne zostały przeprowadzone zgodnie z Komitetem Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu w Lozannie oraz Service de la Consommation et des Affaires Vétérinaires Kantonu de Vaud.

1. Chirurgia zapisów EEG/EMG-EKG

  1. Trzymanie i selekcja zwierząt.
    1. Zwierzęta (C57Bl/6J, 7 - 9 tygodni, 25 - 30 g) należy trzymać w cyklu ciemnym/jasnym 12:12 godzin, w pojedynczych pomieszczeniach i w standardowych warunkach (40% wilgotności, 22 °C), z jedzeniem i wodą dostępną ad libitum.
    2. Używaj tylko mężczyzn, aby uniknąć wszelkich wpływów cyklu hormonalnego na sen.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Rysunek 2A (górny panel) pokazuje 100-minutowe odcinki spontanicznych zachowań związanych ze snem i czuwaniem, rejestrowane przez elektrody polisomnograficzne wszczepione zgodnie z opisem (patrz Rysunek 1). Wzrosty i spadki amplitudy EEG i EMG przy początku snu innego niż REM są wyraźnie widoczne. Przerywany sen REM charakteryzuje się spadkiem amplitudy EEG i dalszym spadkiem tonu EMG, który nie jest widoczny w te.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Tutaj pokazujemy, jak ustalić ciągły profil czasowy snu innego niż REM, który integruje zmienne EEG, EMG i EKG. Jest to pierwszy krok w kierunku opracowania integracyjnego opisu snu myszy, który może pomóc w zidentyfikowaniu wcześniej nierozpoznanej skali czasowej, w której organizowana jest wysoka i niska odporność na hałas podczas snu innego niż REM1. Podobna struktura czasowa została również opisana w ludzkim śnie nie-REM za pomocą analogicznej analizy1.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnego interesu finansowego.

Podziękowania

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

Dziękujemy wszystkim członkom laboratorium za ich wkład w napisanie i uważne przeczytanie tego manuskryptu. Jesteśmy wdzięczni Paulowi Frankenowi za inspirujące dyskusje, dr Gisèle Ferrand za pomocne komentarze na temat protokołu chirurgicznego oraz dr Jean-Yves Chatton za dostarczenie oryginalnych plików wykonywalnych Labview do ekspozycji na hałas. Finansowanie zostało zapewnione przez Szwajcarską Narodową Fundację Nauki (granty 31003A_146244 i 31003A_166318) oraz Etat de Vaud.

....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
2-składnikowy klej epoksydowyHenkelLoctite EA 3450
Wchłanialne włókno szyjące (Prolen)Ethicon5-0 FS-3
Kleszcze AdsonFST11006-12
Wacik antyseptycznyVWR149-0332
Attane IsofluranePiramalIsofluran 250mL
Złącza 3 x 2-kanałoweENA AG2.316Raster 2,54 x 2,54 mm; rozmiar 5 x 8 x 9 mm; rozmiar pinu 5 mm; http://www.ena.ch/
KomutatorDragonfly Model#SL-10
Wzmacniacz EMBLAEMBLACienkie
nożyczkiFST14108-09
Śruba stalowa z płaskim pozłacanaJ.I. MorrisFF00CE125https://jimorrisco.com/
Złoty drutCMSAT.69 5grhttp://www.cmsa.ch/en/
Gąbka hemostatycznaPfizerGelfoam
środek dezynfekujący na bazie jodu (Betadine)Mundipharmastandardowy roztwór 60mL
Komet stal wiertnicza 1/005PM104UNOR AG22310
Oprogramowanie do analizy MatlabMathWorksR2016bhttps://ch.mathworks.com/products/matlab.html
MicrodrillFine Science Tools96758
Uchwyt głowicy do znieczulenia gazem dla myszyKopf InstrumentsModel 923-BMaść http://kopfinstruments.com/product/model-923-b-mouse-gas-anesthesia-head-holder/
okulistycznaPharmamedicaVITA-POS
Paladur (płyn)UNOR AG2260215do cementu dentystycznego
Palavit (proszek)UNOR AG5410929do cementu dentystycznego
Rama stereotaktyczna dla małych zwierzątKopf InstrumentsModel 930http://kopfinstruments.com/product/model-930-small-animal-stereotaxic-frame-assembly/
Drut lutowniczyRegulator temperatury Stannol593072
- Mini sonda doodbytniczaPhymep4090502http://www.phymep.com/produit/dc-temperature-controller/
Regulator temperatury - poduszka grzewczaPhymep4090205http://www.phymep.com/produit/dc-temperature-controller/
Wzmacniacz

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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).
  3. Blake, H., Gerard, R. W.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Analiza EEG i ECoGmonitorowanie EMG i ECGzapis polisomnograficznycykle snu non REMprotok stymulacji akustycznejdynamika mocy pasma sigma

Powiązane artykuły