Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Nieinwazyjne zapisy EEG od swobodnie poruszających się prosiąt

7.1K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/58226

⸱

13 lipca 2018

 ,  ,  , 
1Institute of Animal Welfare, Animal Behavior and Laboratory Animal Science, Veterinary Medicine, Free University Berlin, 2Department of Biology, Behavioral Physiology, Humboldt University Berlin, 3Lehr- und Versuchsanstalt für Viehhaltung Hofgut Neumühle

W tym artykule

Podsumowanie

Tutaj prezentujemy protokół do rejestrowania telemetrycznych elektroencefalogramów (EEG) od swobodnie poruszających się prosiąt bezpośrednio w kojcu bez użycia środka uspokajającego, umożliwiając rejestrowanie typowych wzorców EEG podczas snu non-REM, takich jak pęknięcia wrzeciona.

Streszczenie

Metoda pozwala na rejestrację wysokiej jakości elektroencefalogramów (EEG) od swobodnie poruszających się prosiąt bezpośrednio w kojcu. Stosujemy jednokanałowy system elektroencefalografii telemetrycznej w połączeniu ze standardowymi samoprzylepnymi elektrodami hydrożelowymi. Prosięta są uspokajane bez użycia środków uspokajających. Po wypuszczeniu do kojca dla świń prosięta zachowują się normalnie – piją i śpią w tym samym cyklu co ich rodzeństwo. Ich fazy snu są wykorzystywane do zapisów EEG.

Wprowadzenie

Prosięta to nowy model systemu dla neuronauki1. Aby wzmocnić badania translacyjne, wynaleźliśmy metodę rejestrowania nieinwazyjnych, klinicznych EEG od nieograniczonych prosiąt2 (Rysunek 1 i Rysunek 2). Dwa warunki wstępne translacyjnego wykorzystania zapisów EEG, dotyczące wzorców EEG związanych z dojrzewaniem kory mózgowej, to nieinwazyjna metodologia, porównywalna z warunkami klinicznymi, oraz abstynencja od środków uspokajających lub znieczulających. Jednokanałowy system telemetryczny3 w połączeniu z elektrodami samoprzylepnymi można zamocować w około 5 minut. Następnie prosięta szybko wracają do zdrowia po procedurze obchodzenia się i synchronizują swoje zachowanie podczas karmienia i spania z zachowaniem innych prosiąt i lochy.

Mimo że już podjęto próby wykorzystania nieinwazyjnych zapisów EEG od zwierząt poddanych sedacji4, większość badań elektroencefalograficznych na zwierzętach jest przeprowadzana za pomocą metod inwazyjnych. Metody te mają skutki uboczne dotyczące procesów zapalnych wokół wszczepionych elektrod5,6 i w większości przypadków wymagają społecznej separacji zwierząt ze względu na zewnętrzne elementy wszczepionego systemu EEG. W związku z tym przełożenie tych danych na kontekst kliniczny jest trudne. Potrzeba podejścia translacyjnego staje się jasna przez fakt, że nadal nie wiadomo, w jaki sposób "normalne" dojrzewanie mózgu podczas wczesnego rozwoju kory mózgowej jest reprezentowane przez kliniczną, nieinwazyjną elektroencefalografię7. Ta luka w wiedzy jest spowodowana wyzwaniami technicznymi związanymi z zapisami EEG od wcześniaków8. W systemach modeli zwierzęcych wzorce wczesnego rozwoju kory mózgowej są lepiej dostępne, ponieważ większość zwierząt rodzi się z "przedwczesnym mózgiem" w porównaniu do rozwoju kory mózgowej człowieka9. Oprócz zachowanych wzorców rozwoju kory mózgowej u różnych gatunków2, ostatnio wykazano, że zapisy EEG od wcześniaków mogą również przewidywać indywidualne wyniki kliniczne w późniejszym życiu10,11. Opisana tutaj metoda jest szczególnie przydatna w translacyjnych aspektach neuronauki rozwojowej.

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

Protokół

Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez lokalną komisję etyki (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) i były zgodne z europejskimi i niemieckimi przepisami krajowymi (Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich, 86/609/ECC; Tierschutzgesetz).

Wszystkie zabiegi na zwierzętach zostały przeprowadzone zgodnie z regulaminem Komitetu ds. Opieki nad Zwierzętami Centrum Medycznego Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji.

1. Konfiguracja

  1. Przed eksperymentem sprawdź, czy nie ma zakłóceń linii i znajdź odpowiednie miejsce dla konfiguracji i anteny. Szum linii jest widoczny jako fala sinusoidalna 60 lub 50 Hz.
    UWAGA: Umiejscowienie anteny, a zwłaszcza odległość między nadajnikiem a odbiornikiem, zależy od siły transmisji systemu. Zastosowany tutaj system jest regulowany. Był on przystosowany do stosunkowo niskiej mocy, z zasięgiem transmisji około 3 m. Dodatkowo metalowe ogrodzenia w kojcu dla świń mogą tłumić sygnał i powodować zakłócenia. W takim przypadku konieczne jest umieszczenie anteny w metalowej klatce.
  2. Użyj bębna kablowego, aby zasilić zestaw energią sieciową. Podłącz laptopa, jednostkę odbiorczą i konwerter analogowo-cyfrowy (jeśli to konieczne) do określonego systemu telemetrycznego, który jest używany.
    UWAGA: Zastosowany tutaj system telemetryczny przesyłał dane cyfrowe do odbiornika. Może to wyglądać inaczej w przypadku innych systemów.
  3. Umieść elektrody, kleje, patyczki higieniczne i chusteczki, a także bloki mieszające na osobnym stole.
  4. Przygotuj elektrody z krótkimi. Aby to zrobić, odetnij elektrody i je ponownie na jak najkrótszą długość, w zależności od wielkości zwierzęcia. muszą być na tyle długie, aby połączyć żądane pozycje zapisu na głowie z telemetrycznym aparatem EEG, przesyłającym dane. , które są zbyt długie, należy zwinąć i pokryć elastomerem silikonowym przylepnym do skóry. Dłuższe, które muszą być zwijane, sprawiają, że silikonowa łatka jest większa i cięższa.

2. Prosiaczek

  1. Złap prosię, chwytając je za nogę lub klatkę piersiową. Trzymaj go i uważaj na wszelkie defekacje lub oddawanie moczu.
  2. W razie potrzeby oznacz prosiaka numerem.
  3. Zawiń prosiaka w ręcznik. Prosiaczek się uspokoi. Należy pamiętać o przegrzaniu prosiaka.
  4. Trzymaj prosię jedną ręką przy tułowiu lub przedramieniu. Drugą ręką przytrzymaj pysk. Należy pamiętać o przegrzaniu prosiaka i upewnić się, że może swobodnie oddychać.

3. Elektrody

  1. Poproś drugą osobę o podłączenie elektrod.
  2. Oczyść skórę z brudu wodą lub etanolem. W razie potrzeby ogol głowę.
  3. Usuń martwe komórki naskórka za pomocą ściernego żelu EEG i patyczka higienicznego. Następnie usuń żel ścierny. Alternatywnie użyj papieru ściernego.
  4. Zamocuj elektrody samoprzylepne w żądanym miejscu. Umieść elektrodę masową nad móżdżkiem (między uszami), a elektrodę odniesienia na nosie. Umieść elektrodę rejestrującą w żądanym miejscu.
    UWAGA: W tym przypadku wykonano zapis jednobiegunowy, ponieważ odniesienie zostało umieszczone w pozycji neutralnej (nos). Do tej pory nie ma ustandaryzowanego systemu dla prosiąt. W tym przypadku zastosowano pozycję zapisu ciemieniowego (między okiem a uchem) na prawej półkuli mózgu.
  5. Podłącz do jednostki telemetrycznej. Włącz urządzenie. W zależności od używanego systemu telemetrycznego może to być przełącznik magnetyczny lub sygnał budzenia o częstotliwości radiowej.
  6. Przykryj jednostkę telemetryczną i wszystkie, a także wszystkie elektrody dwuskładnikową gumą silikonową przylepną do skóry (patrz Tabela materiałów). Po zmieszaniu równych ilości obu składników czas utwardzania będzie mieścił się w zakresie 1 minuty. Oczy i rzęsy nie powinny być zakrywane gumą.
  7. Poczekaj, aż guma silikonowa całkowicie się utwardzi.
  8. Umieść prosię z powrotem w kojcu dla świń.
  9. Obserwuj prosię, aby zobaczyć, czy wykazuje oznaki dyskomfortu przez dłuższy czas (kilka minut).

4. Pomiar

  1. Poczekaj, aż prosię wyzdrowieje i zacznie synchronizować swoje zachowanie z zachowaniem rodzeństwa (karmienie, zabawa, spanie), zwykle po 30 sekundach (Rysunek 1).
  2. W razie potrzeby poczekaj na fazy snu. Czas nagrywania zależy od konkretnego zagadnienia naukowego. Tutaj wykorzystano 10-minutowe sesje nagraniowe.
  3. Jeśli jednostka telemetryczna jest objęta zasięgiem więcej niż 2 innych prosiąt, sygnał może być zbyt niski dla odbiornika. Delikatnie odepchnij prosięta, jeśli śpią na górze. Uważaj na lochę; Może reagować agresywnie.
  4. Rozpocznij nagrywanie za pomocą oprogramowania do akwizycji danych (patrz tabela materiałów).

5. Zakończenie

  1. Po nagraniu (zwykle kilka godzin) ponownie złap prosię, jak opisano w kroku 2. Uważaj na lochę; Może reagować agresywnie.
  2. Delikatnie unieś gumę silikonową na jednej krawędzi. Następnie usuń cały plaster gumy silikonowej zawierający elektrody i jednostkę telemetryczną. Uważaj na oczy prosiaka.
  3. Umieść prosię z powrotem w kojcu dla świń.

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

Wyniki

Udało nam się zarejestrować typowe wzorce EEG związane ze snem non-REM, takie jak wrzeciona snu lub pędzle delta (delta brushes), u swobodnie poruszających się prosiąt (Rycina 1 oraz Rycina 2). Byliśmy głównie zainteresowani reprezentatywnymi wzorcami podczas snu non-REM, ale zarejestrowano również fazy snu przypominającego REM12 o bardzo niskiej amplitudzie (Rycina 3). Fizjol...

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

Dyskusja

Krytycznym krokiem w protokole jest odpowiedni kontakt skóry z elektrodami, zwłaszcza elektrodą masową, w celu uzyskania stabilnych nagrań o niskim poziomie szumów. Ponadto, ponieważ prosięta są bardzo zwinne, ważne jest, aby pokryć cały system gumą silikonową, aby chronić elektrody i jednostkę telemetryczną. Ponadto, jeśli eksperymenty są przeprowadzane w stajni z podłogą rusztową, należy zachować ostrożność w przypadku małych urządzeń lub łączników.

W przypadku nieodpowiedniego uchwycenia sa...

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

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Chcielibyśmy podziękować Helmutowi Scheu za możliwość przeprowadzenia naszych badań w zagrodzie dla świń w Hofgut Neumühle.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Jednorazowe elektrody samoprzylepne
powierzchniowe srebro/chlorek srebra		Spes
Medica S.r.l., Genua, Włochy		Samoprzylepna elektroda hydrożelowa
Abralyt HiClEasycap GmbHKrem ścierny
Body Double fastSmooth On Inc.Klej do skóry silikon
telemetrycznyRozwój wewnętrzny
Picolog 1216Pico TechnologyAD konwerter
LaptopPanasonicRugged
laptop OdbiornikRozwój wewnętrzny
System

Bibliografia

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Moshayedi, P., et al. The relationship between glial cell mechanosensitivity and foreign body reactions in the central nervous system. Biomaterials. 35, 3919-3925 (2014).
  6. 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).
  7. Hellström-Westas, L., Rosén, I. Electroencephalography and brain damage in preterm infants. Early Human Development. 81, 255-261 (2005).
  8. 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).
  9. Clancy, B., Finlay, B. L., Darlington, R. B., Anand, K. J. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 28, 931-937 (2007).
  10. Iyer, K. K., et al. Cortical burst dynamics predict clinical outcome early in extremely preterm infants. Brain. 138, 2206-2218 (2015).
  11. Luhmann, H., de Camp, N., Bergeler, J. Monitoring brain activity in preterms: mathematics helps to predict clinical outcome. Brain. 138, 2114-2125 (2015).
  12. 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).
  13. Peever, J., Fuller, P. M. The biology of REM sleep. Current Biology. 27, R1237-R1248 (2017).
  14. 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).

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

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Telemetryczny system EEGsamoprzylepne elektrody hydrożelowenieinwazyjna neuronaukarozwój kory mózgowejrejestracja faz snuocena dobrostanu zwierzątneuronauka rozwojowaanaliza wzorców EEG
Nieinwazyjne zapisy EEG od swobodnie poruszających się prosiąt
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.