Name: Automatyczne wykrywanie wysoce zorganizowanych oscylacji theta w mysim EEG (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Poznaj metodę analizy oscylacji theta w hipokampie myszy przy użyciu implantowalnej radiotelemetrii EEG. Technika ta umożliwia wykrywanie zorganizowanych oscylacji theta i ich roli w procesach poznawczych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować dr Christinie Ginkel (Niemieckie Centrum Chorób Neurodegeneracyjnych, DZNE) i dr Robertowi Starkowi (DZNE) za ich pomoc w hodowli zwierząt i opiece zdrowotnej. Prace te były wspierane finansowo przez Federalny Instytut Leków i Wyrobów Medycznych (Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM) w Bonn, Niemcy.

Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi lokalnej i instytucjonalnej Rady ds. Opieki nad Zwierzętami (Uniwersytet w Bonn, BfArM, LANUV, Niemcy). Ponadto wszystkie doświadczenia na zwierzętach były przeprowadzane zgodnie z nadrzędnym prawodawstwem, np. dyrektywą Rady Wspólnot Europejskich z dnia 24 listopada 1986 r. (86/609/EWG) lub indywidualnym ustawodawstwem regionalnym lub krajowym. Szczególny wysiłek dołożono do zminimalizowania liczby wykorzystywanych zwierząt, a także ich cierpienia.
1. Warunki przetrzymywania zwierząt i zapisu EEG
<ol>
	<li>Myszy domowe w klatkach z filtrem lub w klatkach wentylowanych indywidualnie.</li>
	<li>Przenieś myszy z pomieszczenia dla zwierząt do wentylowanych szaf w specjalnych pomieszczeniach laboratoryjnych, które są odpowiednie dla wszczepionych zwierząt i nagrań telemetrycznych.</li>
	<li>Wykonuj wszystkie eksperymenty na zwierzętach, w tym implantację elektrody EEG i późniejsze zapisy, w standardowych warunkach (temperatura 22 °C, cykl 12 h/12 h światło-ciemność, 50-60% wilgotności względnej, tłumienie hałasu itp.)18.</li>
	<li>Przed implantacją nadajnika częstotliwości radiowej zwierzęta trzymane są w grupach po 3-4 osoby w przezroczystych klatkach z poliwęglanu typu II, z jedzeniem i wodą ad libitum. Nie izoluj pojedynczych myszy, ponieważ może to powodować stres i zakłócać późniejsze eksperymenty i wyniki.</li>
	<li>Nie używaj otwartych warunków mieszkaniowych, ale zamiast tego używaj wentylowanych szaf podczas eksperymentowania i nagrywania.</li>
</ol>
2. Radiotelemetryczne wszczepienie elektrody EEG i zapisy EEG
<ol>
	<li>Znieczulenie myszy za pomocą narkotyków iniekcyjnych, np. chlorowodorku ketaminy/chlorowodorku ksylazyny (100/10 mg/kg, dootrzewnowo, i.p.) lub narkotyków wziewnych, np. izofluranu17,18.
	<ol>
		<li>W przypadku narkozy izofluranu umieść mysz w komorze indukcyjnej z 4-5% izofluranem i 0,8-1% tlenu lub karbogenu (5% CO2 i 95% O2 ).</li>
		<li>Umieść silikonową maskę na nosie/ustach zwierzęcia, aby kontrolować pożądaną głębokość znieczulenia i uniknąć narażenia eksperymentatora na izofluran za pomocą systemu oczyszczania.</li>
		<li>Stosować środki znieczulające do wstrzykiwań, np. chlorowodorek esketaminy (100 mg/kg i.p.) i chlorowodorek ksylazyny (10 mg/kg i.p.), jeśli znieczulenie wziewne nie jest dostępne.</li>
		<li>Monitoruj głębokość znieczulenia, sprawdzając odruch szczypania ogona, odruch szczypania stopy i częstość oddechów. Należy pamiętać, że sztuczne oddychanie poprzez intubację tchawicy nie jest konieczne u myszy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wszczepić nadajnik częstotliwości radiowej do podskórnej torebki na grzbiecie zwierzęcia.
	<ol>
		<li>Usuń owłosienie ze skóry głowy i wstępnie potraktuj ogoloną skórę głowy dwoma środkami dezynfekującymi, tj. 70% etanolem i peelingiem na bazie jodu.</li>
		<li>Za pomocą skalpela wykonaj nacięcie w linii środkowej na skórze głowy od czoła do okolicy policzka.</li>
		<li>Zaczynając od nacięcia karkowego, przygotuj worek podskórny po jednej stronie grzbietu zwierzęcia, wykonując wycięcie za pomocą nożyczek chirurgicznych lub sondy chirurgicznej.</li>
		<li>Włóż nadajnik do torebki podskórnej i umieść nadmiar elastycznych przewodów nadajnika również w woreczku. Zwróć szczególną uwagę na zapobieganie zanieczyszczeniu pola operacyjnego i implantu nadajnika. Prawidłowo odizoluj obszary sterylne od niesterylnych za pomocą serwetek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść zwierzę doświadczalne na ramie stereotaktycznej, np. skomputeryzowanym urządzeniu stereotaktycznym 3D. Zamocuj czaszkę za pomocą zacisku na nos i pasków do uszu.</li>
	<li>Wstępnie potraktuj czaszkę 0,3% H2O2 w celu usunięcia dalszej tkanki z czaszki i oświetlenia szwów czaszkowych i punktów orientacyjnych kraniometrii, bregmy i lambdy.</li>
	<li>Wywierć otwory w wybranych współrzędnych (patrz krok 2.6) za pomocą szybkoobrotowej wiertarki neurochirurgicznej w trybie bezciśnieniowym przy maksymalnej prędkości. 
	UWAGA: Wiercenie bezciśnieniowe pozwala uniknąć nagłego przebicia głowicy wiertniczej i uszkodzenia kory mózgowej. W przypadku kraniotomii zalecane jest neurochirurgiczne wiertło szybkoobrotowe. Wybierz standardowe średnice głowic wiertarskich 0,3 - 0,5 mm, w zależności od średnicy elektrody.</li>
	<li>Ostrożnie wybierz typ elektrody, biorąc pod uwagę impedancję, średnicę, powłokę itp. 
	UWAGA: Najczęściej spotykane są elektrody wolframowe lub ze stali nierdzewnej pokryte parylenem. Typy elektrod należy dobierać zgodnie z wymaganiami doświadczalnymi. W ramach manewru zapobiegawczego należy wysterylizować końcówki elektrod przed implantacją przy użyciu 70% etanolu. Należy pamiętać, że powłoka elektrody nie pozwala na sterylizację termiczną.</li>
	<li>W przypadku wewnątrzhipokampowych zapisów EEG CA1 należy wywiercić otwór stereotaktycznie o następujących współrzędnych: bregma, -2 mm; środkowo-boczny, 1,5 mm (prawa półkula); grzbietowo-brzuszny, 1,3 mm (obszar docelowy: warstwa piramidalna rogówki (CA1)). W przypadku elektrody referencyjnej wywierć otwór nad korą móżdżku o następujących współrzędnych stereotaktycznych: bregma, -6,2 mm, przyśrodkowo-boczna, 0 mm; grzbietowo-brzuszny, 0 mm. 
	UWAGA: Elektroda móżdżku służy jako elektroda pseudoreferencyjna, ponieważ móżdżek jest raczej cichym obszarem mózgu. Współrzędne stereotaktyczne zostały wyprowadzone ze standardowego atlasu mózgu myszy.</li>
	<li>Przed włożeniem elektrod należy je skrócić do wymaganej długości. Mechanicznie przypiąć zewnątrzczaszkową część elektrody do spirali ze stali nierdzewnej przetwornika. 
	UWAGA: Należy unikać, ponieważ może to spowodować znaczny hałas w systemie.</li>
	<li>Przymocuj elektrodę do pionowego ramienia urządzenia stereotaktycznego i włóż elektrodę zgodnie z wyżej wymienionymi współrzędnymi stereotaktycznymi.</li>
	<li>Zamocuj elektrody za pomocą cementu szkło-jonomerowego i poczekaj, aż cement całkowicie stwardnieje.</li>
	<li>Zamknij skórę głowy za pomocą szwów zakrywających z niewchłanialnego materiału szwowego 5-0 lub 6-0.</li>
	<li>W celu leczenia bólu pooperacyjnego karprofen (5 mg/kg mc., podskórnie, s.c.) należy podawać raz dziennie przez 4 kolejne dni po implantacji. Należy pamiętać, że karprofen należy wstrzyknąć przed pierwszym nacięciem (krok 2.2.2).</li>
	<li>Pozwól zwierzętom dojść do siebie przez 10 - 14 dni po implantacji przed rozpoczęciem nagrań i/lub eksperymentów z wstrzykiwaniem.</li>
</ol>
3. Spontaniczne zapisy oscylacji Theta i indukcji farmakologicznej
<ol>
	<li>Aktywuj nadajnik częstotliwości radiowej za pomocą przełącznika magnetycznego. Umieść zwierzę z jego domową klatką na płycie odbiornika. Wykonuj długoterminowe zapisy EEG hipokampa przez co najmniej 24-48 godzin 
	UWAGA: Analiza charakterystyki amplitudy i częstotliwości EEG EEG w zapisach długoterminowych dostarcza szczegółowych informacji na temat okołodobowej zależności oscylacji theta i ich związku z określonymi warunkami/zadaniami behawioralnymi i poznawczymi. Zapisy EEG należy zawsze łączyć z monitoringiem wizyjnym zwierząt doświadczalnych.</li>
	<li>W celu farmakologicznej indukcji oscylacji theta należy podać pojedynczą dawkę uretanu (800 mg/kg i.p.) lub pojedynczą dawkę agonisty receptora muskarynowego, np. pilokarpiny (10 mg/kg i.p.), arekoliny (0,3 mg/kg i.p.) lub oksotremoryny (0,03 mg/kg i.p.). Wstępnie potraktuj myszy N-metyloskopolaminą (0,5 mg / kg i.p.), aby uniknąć obwodowych reakcji muskarynowych. Świeżo rozpuść wszystkie leki w 0,9% roztworze NaCl lub roztworze Ringera. 
	UWAGA: Wyższe dawki agonistów receptora muskarynowego mogą powodować indukcję napadów u zwierząt doświadczalnych. Należy również wziąć pod uwagę, że podane tutaj dawki stanowią punkty orientacyjne, które wymagają wcześniejszych badań dawka-efekt w badanej linii myszy. Należy pamiętać, że uretan jest mutagenem i czynnikiem rakotwórczym, który wymaga odpowiednich środków ostrożności podczas przechowywania i obchodzenia się</li> z nim.
	<li>Wstrzyknąć atropinę (50 mg/kg, i.p.) w celu odróżnienia oscylacji theta typu I wrażliwych na atropinę od niewrażliwych na atropinę oscylacji theta typu I. 
	UWAGA: Dawkowanie atropiny jest ponownie zależne od gatunku i szczepu i wymaga wcześniejszej oceny dawki-efektu. Optymalny punkt czasowy wstrzyknięcia atropiny zależy od farmakodynamiki agonistów receptora muskarynowego. W celu identyfikacji theta typu II zaleca się wstrzyknięcie atropiny 1 godzinę po podaniu uretanu.</li>
	<li>Staraj się unikać późniejszego stosowania kilku leków, ponieważ ogólnoustrojowe podawanie leków zmienia globalne wzorce transkrypcyjne i translacyjne, które wpływają na kolejne zapisy EEG. Należy pamiętać, że krótkotrwałe oscylacje theta mogą być również wywoływane przez bodźce sensoryczne, takie jak szczypanie ogona lub łapy.</li>
	<li>Wyodrębnij/wyeksportuj reprezentatywne zestawy danych EEG fazy wstępnej (linia wyjściowa) i fazy po wstrzyknięciu z całkowitego zapisu EEG w postaci plików ASCI lub TXT, biorąc pod uwagę farmakokinetykę zastosowanych leków i wymagania indywidualnego protokołu badania.</li>
</ol>
4. Walidacja umieszczenia elektrody EEG
<ol>
	<li>Eutanazja zwierząt poprzez umieszczenie ich w komorze inkubacyjnej i wprowadzenie 100% dwutlenku węgla. Stosować szybkość napełniania 10-30% objętości komory na minutę dwutlenkiem węgla dodanym do powietrza znajdującego się w komorze inkubacyjnej; Spowoduje to szybką utratę przytomności przy minimalnym stresie dla zwierząt.</li>
	<li>Wyjmij mysz z komory, gdy dojdzie do zatrzymania oddechu, a wyblakły kolor oczu utrzymuje się przez 2-3 minuty.</li>
	<li>Wytnij elektrody ze stali nierdzewnej i usuń nadajnik częstotliwości radiowej. Odetnij głowę myszy za pomocą nożyczek lub gilotyny i usuń mózg z neurokranium poprzez delikatną manipulację nożyczkami chirurgicznymi i kleszczami.</li>
	<li>Utrwal mózgi w 4% paraformaldehydzie w roztworze soli fizjologicznej z buforem fosforanowym (PBS) (pH 7,4) przez noc. W celu krioprotekcji przenieś mózgi do 30% glukozy i przechowuj je w temperaturze 4 °C do czasu dalszego przetwarzania. 
	UWAGA: Paraformaldehyd jest uważany za niebezpieczny przez normę OSHA dotyczącą informowania o zagrożeniach z 2012 r. (29 CFR 1910.1200). Podejmij niezbędne środki ostrożności: używaj środków ochrony osobistej, zapewnij odpowiednią wentylację i unikaj tworzenia się pyłu. Ponadto należy usunąć źródła zapłonu i podjąć środki ostrożności przeciwko wyładowaniom elektrostatycznym. Paraformaldehyd nie powinien być uwalniany do środowiska.</li>
	<li>Zamontuj wyekstrahowany mózg na uchwycie tkanki kriostatu za pomocą kleju i pokrój mózg na plastry koronalne o wielkości 40 - 75 μm. Zamontuj plastry na szkiełkach podstawowych i zabarwić je kolorem Nissl blue przy użyciu standardowej procedury histologicznej; Ta procedura spowoduje wizualizację kanału rozgałęzienia, który odzwierciedla poprzednie położenie elektrody. Należy pamiętać, że możliwe jest również wycinanie wycinków koronalnych z rodzimego mózgu za pomocą wibrokrajalnicy</li>
	<li>Włącz tylko te zwierzęta, które spełniają prawidłowe kryteria umieszczenia elektrody EEG; w przypadku obszaru CA1 końcówka głębokiej elektrody powinna być zlokalizowana wewnątrz warstwy piramidalnej CA1.</li>
</ol>
5. Akwizycja danych
<ol>
	<li>Rejestruj EEG CA1 w hipokampie z odpowiednią częstotliwością próbkowania, bez a priori odcięcia filtra. 
	UWAGA: Częstotliwość próbkowania, która jest specyficzna dla nadajnika, określa górną granicę częstotliwości analizy EEG.</li>
	<li>Przetwarzaj zarejestrowane dane za pomocą oprogramowania analitycznego. Programowanie analiz czasowo-częstotliwościowych i obliczeń z niestandardowymi procedurami w celu odpowiedniej kontroli metod analizy (Rysunek 5)20.</li>
	<li>Nagrane EEG należy pociąć na odcinki o długości 1 h każda. Używaj szybkich procesorów komputerowych, ponieważ czas obliczeń jest długi. Dodatkowo skorzystaj z oprogramowania, które może zrównoleglić przetwarzanie na wielu jądrach20.</li>
</ol>
6. Analiza danych EEG
<ol>
	<li>Analizuj segmenty danych za pomocą złożonej falki Morleta, aby obliczyć zarówno częstotliwość, jak i amplitudę oscylacji. 
	UWAGA: Ta falka (np. Ψ(x)=(πb)(−1/2) exp(2iπcx) exp(−x2/b), gdzie b jest parametrem szerokości pasma, c częstotliwością środkową, a i jednostką urojoną) była często stosowana w literaturze do badania danych EEG, ponieważ gwarantuje optymalną rozdzielczość zarówno pod względem częstotliwości, jak i czasu23, 24.</li>
	<li>Użyj parametru szerokości pasma i ustawienia częstotliwości środkowej, które szczególnie waży rozdzielczość częstotliwości, aby rozróżnić różnice częstotliwości na poziomie 0.1 Hz, jednocześnie nie zaniedbując wystarczającej rozdzielczości czasowej. 
	UWAGA: Procesy neuronalne w paśmie gamma są krótkotrwałe25, co może być również prawdą w przypadku rytmów theta. W związku z tym podejście analityczne musi uwzględniać odpowiednią rozdzielczość czasową.</li>
	<li>Analizuj dane EEG w zakresie częstotliwości 0,2 - 12 Hz, z rozmiarem kroku 0,1 Hz, uwzględniając w ten sposób typowe zakresy częstotliwości delta, theta i alfa.</li>
	<li>Skonfiguruj zautomatyzowane, złożone narzędzie analityczne do opracowania architektury częstotliwości theta, które może zastąpić standardową wizualną kontrolę oscylacji theta; procedura ta nazywa się metodą wykrywania theta (TDM).</li>
	<li>Oblicz iloraz maksymalnej amplitudy w zakresie częstotliwości theta (3,5-8,5 Hz) i maksymalnej amplitudy w górnym zakresie częstotliwości delta (2-3,4 Hz) dla okien czasowych 2,5 s każde. 
	UWAGA: Wartość tego ilorazu służy jako miara do określenia, czy wystąpiła oscylacja theta. Definicja zakresu częstotliwości theta może się różnić w zależności od stanu funkcjonalnego i obwodów/układów neuroanatomicznych, które mają być analizowane.</li>
	<li>Sklasyfikuj segment jako "epokę oscylacyjną theta", jeśli obliczony współczynnik w tym segmencie jest wyższy niż 1,5, 
	UWAGA: Gwarantuje to, że maksymalna amplituda theta jest co najmniej o 50% wyższa niż amplituda w górnym paśmie delta podczas powiązanego 2,5-sekundowego segmentu EEG. Należy pamiętać, że stosunek ten może wymagać dostosowania w zależności od użytej linii i/lub gatunku. Interwał 2,5 s reprezentuje minimalny czas trwania oscylacji theta, zapobiega fałszywie dodatnim wykryciom niektórych hałaśliwych epok i mieści się w zakresie definicji innych publikacji19,26. Górny zakres częstotliwości delta służy jako pasmo częstotliwości kontrolnej, ponieważ fizjologicznie istotna aktywność delta pojawia się w epokach innych niż theta, na przykład podczas snu wolnofalowego, który jest silnie tłumiony podczas aktywności theta.</li>
	<li>Powtórz tę procedurę dla każdego odcinka trwającego 1 godzinę, dlatego każdy odcinek składa się z 1440 odcinków EEG o długości 2,5 s każdy.</li>
	<li>Statystycznie oceń dane zidentyfikowanych epok oscylacji theta.</li>
	<li>Oblicz statystyki całkowitego czasu trwania wykrytych epok theta; odrębnych lub predefiniowanych grup; cykli, takich jak światło/ciemność; i innych parametrów. 
	UWAGA: Statystyki mogą obejmować test t, ANOVA lub MANOVA, w zależności od zmiennej, liczby grup, warunków itp.</li>
	<li>Oblicz statystykę amplitudy wykrytych epok theta, ale tylko w zakresie częstotliwości theta (3,5 - 8,5 Hz).</li>
	<li>Oceń statystyki częstotliwości wykrytych epok theta, ale tylko w zakresie częstotliwości theta (3,5 - 8,5 Hz). 
	UWAGA: Częstotliwość theta epoki theta jest definiowana jako częstotliwość należąca do maksymalnej amplitudy theta epoki theta.</li>
</ol>

<ol><li>Vanderwolf, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+electrical+activity+and+voluntary+movement+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalogr+Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Hippocampal electrical activity and voluntary movement in the rat.</a> Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 26, 407-418 (1969).</li>
<li>Kahana, M. J., Seelig, D., Madsen, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theta+returns%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Theta returns.</a> Curr Opin Neurobiol. 11, 739-744 (2001).</li>
<li>Varga, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+presence+of+pacemaker+HCN+channels+identifies+theta+rhythmic+GABAergic+neurons+in+the+medial+septum%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">The presence of pacemaker HCN channels identifies theta rhythmic GABAergic neurons in the medial septum.</a> J Physiol. 586, 3893-3915 (2008).</li>
<li>Takano, Y., Hanada, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+driving+system+for+hippocampal+theta+in+the+brainstem%3A+an+examination+by+single+neuron+recording+in+urethane-anesthetized+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Lett%22%5BJournal%5D)">The driving system for hippocampal theta in the brainstem: an examination by single neuron recording in urethane-anesthetized rats.</a> Neurosci Lett. 455, 65-69 (2009).</li>
<li>Goutagny, R., Manseau, F., Jackson, J., Danik, M., Williams, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+activation+of+the+medial+septum-diagonal+band+complex+generates+atropine-sensitive+and+atropine-resistant+hippocampal+theta+rhythm%3A+an+investigation+using+a+complete+septohippocampal+preparation%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">In vitro activation of the medial septum-diagonal band complex generates atropine-sensitive and atropine-resistant hippocampal theta rhythm: an investigation using a complete septohippocampal preparation.</a> Hippocampus. 18, 531-535 (2008).</li>
<li>Manseau, F., Goutagny, R., Danik, M., Williams, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hippocamposeptal+pathway+generates+rhythmic+firing+of+GABAergic+neurons+in+the+medial+septum+and+diagonal+bands%3A+an+investigation+using+a+complete+septohippocampal+preparation+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The hippocamposeptal pathway generates rhythmic firing of GABAergic neurons in the medial septum and diagonal bands: an investigation using a complete septohippocampal preparation in vitro.</a> J Neurosci. 28, 4096-4107 (2008).</li>
<li>Hangya, B., Borhegyi, Z., Szilagyi, N., Freund, T. F., Varga, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GABAergic+neurons+of+the+medial+septum+lead+the+hippocampal+network+during+theta+activity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">GABAergic neurons of the medial septum lead the hippocampal network during theta activity.</a> J Neurosci. 29, 8094-8102 (2009).</li>
<li>Siwek, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+theta+oscillations+and+aberrant+cortical+excitatory+activity+in+the+5XFAD+model+of+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plast%22%5BJournal%5D)">Altered theta oscillations and aberrant cortical excitatory activity in the 5XFAD model of Alzheimer's disease.</a> Neural Plast. 2015, 781731(2015).</li>
<li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11832222">Theta oscillations in the hippocampus.</a> Neuron. 33, 325-340 (2002).</li>
<li>Buzsaki, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+network+patterns+of+activity+in+the+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Hippocampal network patterns of activity in the mouse.</a> Neuroscience. 116, 201-211 (2003).</li>
<li>Buzsaki, G., Moser, E. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Memory+navigation+and+theta+rhythm+in+the+hippocampal-entorhinal+system%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Memory navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system.</a> Nat Neurosci. 16, 130-138 (2013).</li>
<li>Shin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theta+rhythm+heterogeneity+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Theta rhythm heterogeneity in humans.</a> Clin Neurophysiol. 121, 456-457 (2010).</li>
<li>Shin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phospholipase+C+beta+4+in+the+medial+septum+controls+cholinergic+theta+oscillations+and+anxiety+behaviors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Phospholipase C beta 4 in the medial septum controls cholinergic theta oscillations and anxiety behaviors.</a> J Neurosci. 29, 15375-15385 (2009).</li>
<li>Shin, J., Kim, D., Bianchi, R., Wong, R. K., Shin, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+dissection+of+theta+rhythm+heterogeneity+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Genetic dissection of theta rhythm heterogeneity in mice.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 18165-18170 (2005).</li>
<li>Brown, D. A., Adams, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscarinic+suppression+of+a+novel+voltage-sensitive+K%2B+current+in+a+vertebrate+neurone%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Muscarinic suppression of a novel voltage-sensitive K+ current in a vertebrate neurone.</a> Nature. 283, 673-676 (1980).</li>
<li>Senkov, O., Mironov, A., Dityatev, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+versatile+hybrid+infusion-multielectrode+recording+%28HIME%29+system+for+acute+drug+delivery+and+multisite+acquisition+of+neuronal+activity+in+freely+moving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A novel versatile hybrid infusion-multielectrode recording (HIME) system for acute drug delivery and multisite acquisition of neuronal activity in freely moving mice.</a> Front Neurosci. 9, 425(2015).</li>
<li>Lundt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG+Radiotelemetry+in+Small+Laboratory+Rodents%3A+A+Powerful+State-of-the+Art+Approach+in+Neuropsychiatric%2C+Neurodegenerative%2C+and+Epilepsy+Research%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plast%22%5BJournal%5D)">EEG Radiotelemetry in Small Laboratory Rodents: A Powerful State-of-the Art Approach in Neuropsychiatric, Neurodegenerative, and Epilepsy Research.</a> Neural Plast. 2016, 8213878(2016).</li>
<li>Papazoglou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-restraining+EEG+radiotelemetry%3A+epidural+and+deep+intracerebral+stereotaxic+EEG+electrode+placement%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Non-restraining EEG radiotelemetry: epidural and deep intracerebral stereotaxic EEG electrode placement.</a> J Vis Exp. (112), (2016).</li>
<li>Csicsvari, J., Hirase, H., Czurko, A., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+and+state+dependence+of+pyramidal+cell-interneuron+synapses+in+the+hippocampus%3A+an+ensemble+approach+in+the+behaving+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Reliability and state dependence of pyramidal cell-interneuron synapses in the hippocampus: an ensemble approach in the behaving rat.</a> Neuron. 21, 179-189 (1998).</li>
<li>Muller, R., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22240250">Atropine-sensitive hippocampal theta oscillations are mediated by Cav2.3 R-type Ca2+ channels.</a> Neuroscience. 205, 125-139 (2012).</li>
<li>Klausberger, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain-state-+and+cell-type-specific+firing+of+hippocampal+interneurons+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Brain-state- and cell-type-specific firing of hippocampal interneurons in vivo.</a> Nature. 421, 844-848 (2003).</li>
<li>Caplan, J. B., Madsen, J. R., Raghavachari, S., Kahana, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+patterns+of+brain+oscillations+underlie+two+basic+parameters+of+human+maze+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Distinct patterns of brain oscillations underlie two basic parameters of human maze learning.</a> J Neurophysiol. 86, 368-380 (2001).</li>
<li>Montgomery, S. M., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gamma+oscillations+dynamically+couple+hippocampal+CA3+and+CA1+regions+during+memory+task+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Gamma oscillations dynamically couple hippocampal CA3 and CA1 regions during memory task performance.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 14495-14500 (2007).</li>
<li>Kronland-Martinet, R., Morlet, J., Grossman, A. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/263794237_Analysis_of_sound_patterns_through_wavelet_transforms">Analysis of sound patterns through wavelet transform.</a> Int J Pattern Recognit Artif Intell. 1, 29(1987).</li>
<li>Buzsaki, G., Wang, X. J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22443509">Mechanisms of gamma oscillations.</a> Annu Rev Neurosci. 35, 203-225 (2012).</li>
<li>Goutagny, R., Jackson, J., Williams, S. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19881503">Self-generated theta oscillations in the hippocampus.</a> Nat Neurosci. 12, 1491-1493 (2009).</li>
<li>Bland, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physiology+and+pharmacology+of+hippocampal+formation+theta+rhythms%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">The physiology and pharmacology of hippocampal formation theta rhythms.</a> Prog Neurobiol. 26, 1-54 (1986).</li>
<li>Leung, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+theta+and+gamma+rhythms+in+the+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">Generation of theta and gamma rhythms in the hippocampus.</a> Neurosci Biobehav Rev. 22, 275-290 (1998).</li>
<li>Shin, J., Talnov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single+trial+analysis+of+hippocampal+theta+frequency+during+nonsteady+wheel+running+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">A single trial analysis of hippocampal theta frequency during nonsteady wheel running in rats.</a> Brain Res. 897, 217-221 (2001).</li>
<li>Shin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+unifying+theory+on+the+relationship+between+spike+trains%2C+EEG%2C+and+ERP+based+on+the+noise+shaping%2Fpredictive+neural+coding+hypothesis%5BTitle%5D)+AND+%22Biosystems%22%5BJournal%5D)">A unifying theory on the relationship between spike trains, EEG, and ERP based on the noise shaping/predictive neural coding hypothesis.</a> Biosystems. 67, 245-257 (2002).</li>
<li>Kramis, R., Vanderwolf, C. H., Bland, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+types+of+hippocampal+rhythmical+slow+activity+in+both+the+rabbit+and+the+rat%3A+relations+to+behavior+and+effects+of+atropine%2C+diethyl+ether%2C+urethane%2C+and+pentobarbital%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Two types of hippocampal rhythmical slow activity in both the rabbit and the rat: relations to behavior and effects of atropine, diethyl ether, urethane, and pentobarbital.</a> Exp Neurol. 49, 58-85 (1975).</li>
<li>Lu, B. L., Shin, J., Ichikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+classification+of+single-trial+EEG+signals+using+a+min-max+modular+neural+network%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Massively parallel classification of single-trial EEG signals using a min-max modular neural network.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 51, 551-558 (2004).</li>
<li>Robinson, T. E., Kramis, R. C., Vanderwolf, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+types+of+cerebral+activation+during+active+sleep%3A+relations+to+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Two types of cerebral activation during active sleep: relations to behavior.</a> Brain Res. 124, 544-549 (1977).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Aktywność theta ma kluczowe znaczenie w neurofizjologii układowej. Można go zaobserwować w różnych obszarach mózgu, szczególnie w hipokampie, gdzie jest związany z określonymi stanami behawioralnymi i poznawczymi. Ponadto theta hipokampa może być farmakologicznie różnicowana na theta typu II wrażliwą na atropinę i niewrażliwą na atropinę typu I theta. Uważa się, że typ I jest związany z lokomocją, taką jak chodzenie lub bieganie 27,28,29,30,31, podczas...

Aktywność theta w mózgu jest związana z różnymi stanami poznawczymi i funkcjonalnymi, w tym pobudzeniem, uwagą, dobrowolnym ruchem, zachowaniami eksploracyjnymi, zachowaniem uwagi, uczeniem się i pamięcią, integracją somatosensoryczną i szybkimi ruchami gałek ocznych (REM) sen1,2. Zasadniczo, aktywność theta jako jednostka rytmiczna może być generowana w różnych obszarach mózgu i jest wysoce zorganizowana i zsynchronizowana jako oscylacje theta. Poniżej skupimy się na analizie i kwantyfikacji aktywności/oscylacji theta, które są generowane w układzie septohipokampa3,4. W obrębie przegrody mózgowej neurony GABA-ergiczne, glutaminergiczne i cholinergiczne rzutują do hipokampa i przyczyniają się do inicjacji i utrzymania oscylacyjnego zachowania theta. Trwa dyskusja na temat tego, czy oscylacje theta hipokampa są inicjowane w przegrodzie, tj. w modelu naśladowcy przegrody międzymięśniowej i hipokampa (teoria pozahipokampowa), czy też wewnętrznie w obrębie hipokampa (teoria wewnątrzhipokampowa)5,6,7.
Bez względu na ich pochodzenie, oscylacje theta hipokampa były przedmiotem zainteresowania od lat, szczególnie w transgenicznych modelach mysich. Modele te pozwalają na wszczepienie głębokich elektrod EEG i rejestrację oscylacji theta hipokampa w ramach określonych zadań poznawczych i behawioralnych8. Oscylacje theta w hipokampie mają charakter niejednorodny. Opierając się na tak zwanej dualistycznej teorii oscylacji theta, można rozróżnić między wrażliwym na atropinę typem II theta a niewrażliwym na atropinę typem I theta9,10,11. Te ostatnie mogą być zwykle indukowane przez agonistów receptora muskarynowego M1 /M 3, np. Arekolinę, pilokarpinę i uretan. Jednak uretan jest lekiem wielokierunkowym, który oprócz aktywacji muskaryny wywiera również złożone działanie na inne jednostki kanałów jonowych. W przypadku theta typu II szlak muskarynowy obejmuje aktywację M1 / M3, a następnie aktywację fosfolipazy β C za pośrednictwem Gq / 11 (Gα) za pośrednictwem 1/4 (PLCβ1/4), trifosforanu inozytolu (InsP3), diacyloglicerolu (DAG), Ca2+ i kinazy białkowej C (PKC). Rola PLCβ1 i PLCβ4 w tetagenezie została potwierdzona w badaniach nokautujących z użyciem myszy PLCβ1-/- i PLCβ4-/- wykazujących całkowitą utratę lub znaczne tłumienie oscylacji theta12,13,14. Dodatkowe cele M1, M3 i M5 (kanały/prądy) muskarynowej kaskady sygnalizacyjnej obejmują różne przewodności, takie jak kanał K + typu M (KM) przez zależny od napięcia kanał K + (Kv7); spowolnienie po hiperpolaryzacji kanału K+ (KsAHP); nieszczelny kanał K+ (nieszczelność K), prawdopodobnie przez wrażliwy na kwasy kanał K+ związany z TWIK (TASK1/3); prąd kationowy (ICAT), prawdopodobnie przez kanał wyciekowy Na+ (NALCN); i Ih poprzez hiperpolaryzację i cykliczne kanały bramkowane nukleotydami (HCN). Ponadto stwierdzono, że receptory acetylocholiny M2 / M4 (AChR) zakłócają kanał 3.1 prostownika wewnętrznego K + (Kir3.1) i prostownika wewnętrznego K + kanał 3.2 (Kir3.2) 15.
Obecnie dostępne na rynku oprogramowanie analityczne pozwala na szybką analizę częstotliwości opartą na FFT, np. analizę mocy (P, mV2) lub gęstości widma mocy (PSD, mV2/Hz). Analiza mocy lub gęstości widma mocy (PSD) zakresu częstotliwości theta daje jedynie globalny przegląd jego aktywności. Jednak, aby uzyskać szczegółowy wgląd w poznawczą i behawioralną aktywność theta, obowiązkowa jest analiza wysoce zorganizowanych oscylacji theta. Ocena wysoce zorganizowanych oscylacji theta ma kluczowe znaczenie w dziedzinie chorób neurodegeneracyjnych i neuropsychiatrycznych. Większość eksperymentalnych badań nad chorobami przeprowadza się na transgenicznych modelach myszy przy użyciu wysoce wyrafinowanych podejść neurochirurgicznych w celu rejestrowania powierzchniowego znieczulenia zewnątrzoponowego i głębokiego śródmózgowego EEG. Techniki te obejmują zarówno systemy uwięzi16, jak i radiotelemetryczne setups17,18. Oscylacje theta mogą być rejestrowane jako spontaniczne i związane z zachowaniem oscylacje theta w długotrwałych warunkach nagrywania. Dodatkowo, oscylacje theta mogą być rejestrowane po indukcji farmakologicznej, ale także po ekspozycji zwierząt na zadania behawioralne lub poznawcze lub na bodźce sensoryczne, takie jak szczypanie ogona.
Wczesne podejścia do charakterystyki oscylacji theta zostały opisane przez Csicsvari et al.19. Autorzy zaprojektowali półautomatyczne narzędzie do krótkoterminowej analizy theta (15 - 50 min), które nie nadaje się do długoterminowych zapisów EEG. Nasza metoda, opisana tutaj, pozwala na analizę długoterminowego zapisu EEG > 48 h20. Csicsvari i wsp.10 również odnosił się do stosunku theta-delta, ale nie podano progu dla określenia wysoce zorganizowanych oscylacji theta. Definicje zakresu delta i theta są zgodne z naszymi definicjami zakresu częstotliwości. Ponieważ nie jest to wyraźnie wspomniane, zakładamy, że metoda oparta na FFT jest używana przez Csicsvari i in. do obliczania mocy pasm częstotliwości theta-delta. To znowu wyraźnie różni się od naszej metody, ponieważ obliczamy amplitudy falkowe na dużej liczbie skal częstotliwości (kroki częstotliwości Δ(f) = 0,05 Hz), co daje znacznie większą precyzję. Czas trwania indywidualnie analizowanej epoki EEG jest zbliżony do naszej definicji.
Klausberger et al.21 również wykorzystują współczynniki theta-delta do analizy długoterminowych zapisów EEG. Istnieją jednak trzy zasadnicze różnice w porównaniu z naszym podejściem: i) czas trwania epoki EEG jest znacznie dłuższy, tj. co najmniej 6 s; ii) stosunek theta-delta jest ustawiony na 4, który jest znacznie wyższy niż nasz próg i jest związany z różnymi definicjami zakresu częstotliwości; oraz (iii) definicja mocy prawdopodobnie będzie oparta na podejściu opartym na wskaźniku FFT, któremu brakuje wysokiej precyzji, w szczególności w przypadku bardzo krótkich okien czasowych (2 s, tj. 5 cykli dla oscylacji o częstotliwości 2,5 Hz). W takich przypadkach bardziej zalecana jest procedura oparta na falkach. Badanie przeprowadzone przez Caplan i wsp.22 obliczał wyłącznie moc theta, ignorując stosunek mocy theta-delta. W związku z tym podejście Caplana22 nie jest w stanie rozróżnić procesów poznawczych bogatych w theta, którym towarzyszy wysoka lub niska delta.
W poniższym protokole przedstawimy nasze analityczne podejście oparte na falkach, aby wiarygodnie analizować wysoce zorganizowane oscylacje theta w zapisach EEG hipokampa od myszy. Ponieważ ta procedura działa automatycznie, może być stosowana do dużych zbiorów danych i długoterminowych pomiarów EEG.

<table><tbody><tr><td>Karprofen (Rimadyl VET - Injektionsl&ouml; sung)</td><td>Pfizer</td><td>PZN 0110208208</td><td>20ml</td></tr><tr><td>dwuokularowy mikroskop chirurgiczny z powiększeniem</td><td>Zeiss Stemi 2000</td><td>0000001003877, 435540000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000</td><td></td></tr><tr><td>Dexpanthenol (Bepanthen Wund- und Heilsalbe)</td><td>Bayer</td><td>PZN: 1578818</td><td></td></tr><tr><td>serwety (sterylne)</td><td>Hartmann</td><td>PZN 0366787</td><td></td></tr><tr><td>70% etanol</td><td>Carl Roth</td><td>9065.5</td><td></td></tr><tr><td>0,3% / 3% roztwór nadtlenku wodoru</td><td>Sigma</td><td>95321</td><td>30% roztwór podstawowy</td></tr><tr><td>rękawice (sterylne)</td><td>Unigloves</td><td>1570</td><td></td></tr><tr><td>dentystyczny cement szklarsko-jonomerowy</td><td>KentDental /NORDENTA</td><td>957 321</td><td></td></tr><tr><td>termiczny sterylizator narzędzi chirurgicznych</td><td>FST</td><td>18000-50</td><td></td></tr><tr><td>szybkoobrotowa wiertarka dentystyczna</td><td>Adeor</td><td>SI-1708</td><td></td></tr><tr><td>Wziewny system narkotyczny (izofluran)</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>Isoflurane</td><td>Baxter 250 ml</td><td>PZN 6497131</td><td></td></tr><tr><td>Ketamina</td><td>Pfizer</td><td>PZN 07506004</td><td></td></tr><tr><td>Mleczanowy roztwór Ringera (sterylny)</td><td>Braun</td><td>L7502</td><td></td></tr><tr><td>Nissl roztwór barwiący</td><td>Armin Baack</td><td>BAA31712159</td><td></td></tr><tr><td>pady (sterylne)</td><td>ReWa Krankenhausbedarf</td><td>2003/01</td><td></td></tr><tr><td>Elektrody stalowe i wolframowe pokryte parylenem</td><td>FHC Inc., USA</td><td>UEWLGESEANND</td><td></td></tr><tr><td>rama stereotaktyczna</td><td>Neurostar</td><td>51730M</td><td>zamówiona w Stoelting</td></tr><tr><td>(Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>taśmy (sterylne)</td><td>BSN medical GmbH & Co. KG</td><td>626225</td><td></td></tr><tr><td>TA10ETA-F20</td><td>DSI</td><td>270-0042-001X</td><td>Nadajnik częstotliwości radiowej 3,9 g, 1,9 cc, zakres napięcia wejściowego &plusmn; 2,5 mV, szerokość pasma kanału (B) 1 - 200 Hz, nominalna częstotliwość próbkowania (f) 1,000 Hz (f = 5B) zakres temperatur pracy 34 - 41 &deg; C gwarantowana żywotność baterii 4 miesiące</td></tr><tr><td>TL11M2-F20EET</td><td>DSI</td><td>270-0124-001X</td><td>Nadajnik częstotliwości radiowej 3,9 g, 1,9 cc, zakres napięcia wejściowego &plusmn; 1,25 mV, szerokość pasma kanału (B) 1 - 50 Hz, nominalna częstotliwość próbkowania (f) 250 Hz (f = 5B) zakres temperatury pracy 34 - 41 &deg; C Gwarantowana żywotność baterii 1,5 miesiąca</td></tr><tr><td>Wibrokrajalnica 5000 MZ</td><td>Mikroskopia elektronowa Sciences</td><td>5000-005</td><td></td></tr><tr><td>Ksylazyna (Rompun)</td><td>Bayer</td><td>PZN: 1320422</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td></td><td>oprogramowanie do programowania, obliczeń i wizualizacji</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do analizy statystycznej</td> <td>SPSS</td><td>IBM</td><td></td></tr></tbody></table>

automatyczne wykrywanie wysoce zorganizowanych oscylacji theta w mysim eeg

Automatic Detection of Highly Organized Theta Oscillations in the Murine EEG

Aktywność Theta jest generowana w systemie septohipokampa i może być rejestrowana za pomocą głębokich elektrod wewnątrzhipokampowych i wszczepialnej elektroencefalografii (EEG), radiotelemetrii lub podejścia systemu tether. Farmakologicznie theta hipokampa jest niejednorodna (patrz teoria dualistyczna) i można ją różnicować na theta typu I i typu II. Te indywidualne podtypy EEG są związane z określonymi stanami poznawczymi i behawioralnymi, takimi jak pobudzenie, eksploracja, uczenie się i pamięć, wyższe funkcje integracyjne itp. W chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, strukturalne i funkcjonalne zmiany układu septohipokampa mogą powodować upośledzenie aktywności/oscylacji theta. Standardowa analiza ilościowa EEG hipokampa obejmuje analizę częstotliwości opartą na szybkiej transformacji Fouriera (FFT). Jednak procedura ta nie dostarcza szczegółowych informacji na temat aktywności theta w ogóle, a w szczególności wysoce zorganizowanych oscylacji theta. W celu uzyskania szczegółowych informacji na temat wysoce zorganizowanych oscylacji theta w hipokampie, opracowaliśmy nowe podejście analityczne. Podejście to pozwala na efektywne pod względem czasu i kosztów ilościowe określenie czasu trwania wysoce zorganizowanych oscylacji theta i ich charakterystyki częstotliwościowej.

Aktywność theta może być rejestrowana w szerokim zakresie obszarów ośrodkowego układu nerwowego (OUN). W niniejszej pracy przedstawiamy analizę oscylacji theta z hipokampa mysiego. Oscylacje te mogą występować podczas różnych stanów behawioralnych i poznawczych. Wysoce zaleca się analizowanie oscylacji theta zarówno w warunkach spontanicznych długoterminowych, krótkoterminowych związanych z zadaniem, jak i indukowanych farmakologicznie. 
Rysunek 1 przedstawia reprezent...

Aktywność theta w hipokampie jest związana z określonymi etapami poznawczymi i behawioralnymi. W tym miejscu opisujemy metodę analityczną wykrywania wysoce zorganizowanych oscylacji theta w hipokampie przy użyciu podejścia opartego na czasowo-częstotliwościowym (tj. analizie falkowej).

Automatyczne wykrywanie wysoce zorganizowanych oscylacji theta w mysim EEG

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest analiza farmakologicznie indukowanych, wysoce zorganizowanych oscylacji theta u myszy przy użyciu implantowalnej radiotelemetrii EEG. Metoda ta pozwala odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu neuronauki systemowej, takie jak sposób indukowania, wykrywania i kwantyfikowania wysoce zorganizowanych oscylacji theta w EEG myszy za pomocą długoterminowych radiotelemetrycznych zapisów EEG z hipokampa. Główną zaletą tej techniki jest możliwość analizy wysoce zorganizowanych oscylacji theta w wielkoskalowych zapisach EEG z hipokampa myszy.Implikacje tej techniki wykraczają poza naszą terapię chorób neuropsychyiatrycznych i neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, ponieważ często towarzyszą im zmiany częstotliwości, takie jak dysrytmia theta. Choć metoda ta może dostarczyć wglądu w dysrytmię theta w hipokampie myszy, może być ona również zastosowana do zapisów EEG innych gatunków, w tym ludzi, po odpowiedniej adaptacji. Zazwyczaj, jeśli rytuał jest nowy, metoda ta będzie napotykać trudności, ponieważ analiza detekcji oscylacji theta wymaga prawidłowej implantacji elektrod EEG oraz indukcji fal theta.Przed wprowadzeniem elektrod należy zeskrobać powłokę z parylenu z ich końców. Następnie należy mechanicznie przymocować pozaczaszkową część elektrody do stalowej spirali nadajnika. Na koniec należy przyciąć je do wymaganej długości.Aby zaimplantować nadajnik radiowy, należy umieścić zanurzoną w narkozie mysz na stole operacyjnym i kontynuować podawanie izofluranu zwierzęciu przez maskę twarzową. Głębokość anestezji należy sprawdzić, badając odruch zaciśnięcia ogona, odruch zaciśnięcia łapy oraz częstotliwość oddychania. Następnie należy usunąć owłosienie z okolic czaszki i zdezynfekować ogoloną skórę za pomocą 70% ethanol oraz scrubu na bazie jodu.Następnie, za pomocą skalpela, wykonaj cięcie w linii środkowej skóry głowy, od czoła do karku. Następnie, wykonując tępe rozczepianie tkanek nożyczkami chirurgicznymi, przygotuj kieszeń podskórną po jednej stronie grzbietu zwierzęcia. Po tym wprowadź nadajnik do kieszeni podskórnej i umieść nadmiar długości elastycznych przewodów nadajnika wewnątrz kieszeni.Następnie należy unieruchomić czaszkę za pomocą zacisku do nosa. Potem umieść zwierzę doświadczalne w aparacie stereotaksycznym i ustaw pręty uszne.Nanieś 0,3 procent nadtlenku wodoru na czaszkę, aby usunąć wszelkie tkanki i ułatwić wizualizację szwów czaszkowych oraz punktów kraniometrycznych, takich jak bregma i lambda. Następnie wywierć otwory w wybranych współrzędnych, używając neurochirurgicznego wiertła o wysokiej prędkości w trybie bez nacisku przy maksymalnej prędkości. Wybierz odpowiednie elektrody i zdezynfekuj je 70% ethanol przed implantacją.Typ elektrody należy starannie dobrać zgodnie z wymaganiami eksperymentalnymi. Zazwyczaj najczęściej stosuje się elektrody z wolframu lub stali nierdzewnej powlekane parylenem. Następnie należy przymocować elektrody za pomocą cementu szklano-jonomerowego i odczekać do pełnego utwardzenia cementu.Następnie zamknąć powłokę skórną czaszki, stosując szwy przerywane z niewchłanialnego materiału szewnego. W celu łagodzenia bólu pooperacyjnego podawać karprofen podskórnie raz dziennie przez cztery dni po implantacji. Pozostawić zwierzę do rekonwalescencji na okres od 10 do 14 dni przed rozpoczęciem rejestracji lub eksperymentów z iniekcjami.W tej procedurze aktywuj nadajnik radiowy za pomocą przełącznika magnetycznego. Przeprowadź długoterminowe rejestracje EEG hipokampa przez co najmniej 24 do 48 godzin. Analiza amplitudy EEG oraz charakterystyki częstotliwości EEG w rejestracjach długoterminowych pozwala na szczegółowe poznanie dobowej zależności oscylacji theta oraz ich związku ze specyficznymi zachowaniami, stanami poznawczymi lub zadaniami.W celu farmakologicznej indukcji oscylacji theta, podaj zwierzęciu w ramach wstępnej obróbki metyskopolaminę, aby uniknąć obwodowych reakcji muskarynowych. Następnie, w celu zainicjowania rytmu theta, podaj myszy pojedynczą dawkę uretanu lub agonistę receptorów muskarynowych. Po około 60 minutach wstrzyknij atropinę, aby odróżnić oscylacje theta typu drugiego, wrażliwe na atropinę, od oscylacji typu pierwszego, niewrażliwych na atropinę.Następnie kontynuuj rejestrację. W celu walidacji rozmieszczenia elektrod EEG, przetnij elektrody ze stali nierdzewnej i usuń nadajnik częstotliwości radiowych. Następnie uśmierć mysz i wyjmij mózg z czaszki.Aby zweryfikować rozmieszczenie elektrod, przymocuj wyjęty mózg do uchwytu na tkanki w wibroslicerze za pomocą kleju. Następnie przetnij mózg na koronalne plastry o grubości 100 µm. Umieść plastry na szkiełkach przedmiotowych i zabarw je błękitem Nissla, stosując standardową procedurę histologiczną.Włączyć zwierzę do analizy tylko wtedy, gdy spełnia ono kryteria prawidłowego rozmieszczenia elektrod EEG. W przypadku obszaru CA1 końcówka głębokiej elektrody powinna znajdować się wewnątrz warstwy piramidowej CA1. Przesłać dane EEG.Oto przykładowy 30-minutowy segment EEG. Do analizy czasowo-częstotliwościowej należy użyć przedstawionej tutaj funkcji falki Morleta. W analizie czasowo-częstotliwościowej zakres częstotliwości ustawiono od 0,2 do 12 Hz, a krok ustawiono na 0,1 Hz. Ten kolorowy wykres czasowo-częstotliwościowy segmentu EEG ilustruje zakresy częstotliwości theta oraz górny zakres delta.W tym przypadku wyekstrahowana epoka EEG trwająca 2,5 sekundy jest analizowana pod kątem segmentu theta. Ponieważ maksymalna amplituda w zakresie theta podzielona przez amplitudę w górnym zakresie delta jest większa niż 1,5, segment ten zostaje zaklasyfikowany jako oscylacyjna epoka theta. Gwarantuje to, że maksymalna amplituda theta jest co najmniej o 50% wyższa niż amplituda w górnym paśmie delta w obliczonej epoce EEG.Rysunek ten przedstawia korelację wysoce zorganizowanych oscylacji theta oraz miary detekcji theta w zapisie EEG, w którym segmenty oscylacji theta mogą być kwantyfikowane i analizowane statystycznie. Przedstawiono tutaj dwie epoki EEG o długości 2,5 s, zaklasyfikowane wizualnie odpowiednio jako segmenty nie-theta i theta. Poniżej znajduje się analiza czasowo-częstotliwościowa segmentów EEG z obszaru CA1, wyświetlona na odpowiadających im wykresach powyżej w zakresie od 0,2 do 12 Hz. Przy zastosowaniu kodowania amplitudy kolorem, analiza czasowo-częstotliwościowa segmentu EEG nie-theta wykazuje regularną, fluktuującą architekturę theta w odniesieniu do częstotliwości w czasie.Podczas gdy fragment z silnie zsynchronizowanymi oscylacjami theta charakteryzuje się regularną, niewahaną wysoką amplitudą theta o niemal stałej częstotliwości 6 Hz. Stosunek maksymalnej amplitudy theta do maksymalnej amplitudy delta wynosi 1,25 na tej mapie i 4,67 na tej mapie. Pozwala to na jednoznaczne zaklasyfikowanie tej epoki EEG jako segmentu EEG z oscylacjami theta. Po opanowaniu techniki, przy prawidłowym wykonaniu, procedura ta może zostać przeprowadzona w ciągu jednej godziny.Po przeprowadzeniu tej procedury można zastosować inne metody, takie jak analiza czasowo-częstotliwościowa innych pasm częstotliwości lub zautomatyzowana detekcja napadów, aby odpowiedzieć na pytania dotyczące tego, czy inne pasma EEG są dotknięte, w jaki sposób są one sprzężone i jak wiążą się z nadpobudliwością neuronalną. Po opracowaniu ta technika otworzyła badaczom w dziedzinie systemowej neuronauki drogę do badania zmian w architekturze rytmu theta hipokampa w transgenicznych modelach mysich, takich jak modele myszy z chorobą Alzheimera. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak indukować, wykrywać i analizować wysoce zorganizowane oscylacje theta.

automatic-detection-highly-organized-theta-oscillations-murine

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Ten film demonstruje protokół modulacji oscylacji theta w genetycznie zmodyfikowanym modelu myszy z światłoczułymi kanałami jonowymi w neuronach przegrody przyśrodkowej GABA-ergiczne. Dostarczając impulsy świetlne do hipokampa, protokół ma na celu synchronizację aktywności neuronalnej i generowanie oscylacji theta, które są rejestrowane jako lokalne potencjały pola.

Selektywna manipulacja oscylacjami theta w modelu mysim

Ten film pokazuje rejestrację rytmicznej aktywności sieci neuronalnej, znanej również jako oscylacje theta, w izolowanym hipokampie. Elektrody są umieszczane w różnych warstwach i pozycjach przestrzennych w celu wykrywania i analizowania oscylacji theta. Pokazuje to unikalny skład neuronalny i łączność sieci neuronalnej w różnych warstwach hipokampa.

Zapis in vitro oscylacji theta w hipokampie myszy

Zapis elektroencefalogramu (EEG) i elektromiogramu (EMG) u swobodnie zachowujących się myszy jest kluczowym krokiem do skorelowania zachowania i fizjologii ze snem i czuwaniem. Opisany w niniejszym dokumencie protokół eksperymentalny zapewnia przewodowy system do pozyskiwania zapisów EEG i EMG u myszy.

Procedura rejestracji poligraficznej do pomiaru snu u myszy

Oscylacje o wysokiej częstotliwości (HFO) pojawiły się jako przedoperacyjne biomarkery do identyfikacji strefy padaczkowej u pacjentów pediatrycznych z padaczką oporną na leczenie. Przedstawiono metodykę nieinwazyjnego rejestrowania, wykrywania i lokalizacji HFO z jednoczesną elektroencefalografią skóry głowy (EEG) i magnetoencefalografią (MEG).

Międzynapadowe oscylacje o wysokiej częstotliwości wykryte za pomocą jednoczesnej magnetoencefalografii i elektroencefalografii jako biomarkera padaczki dziecięcej

Ten artykuł demonstruje skuteczność akupunktury, modeli epilepsji i analizy snu u gryzoni. Opisano procedurę akupunktury i identyfikację punktów akupunkturowych. Pilokarpina lub pentylenotetrazol (PTZ) jest stosowany w celu wywołania padaczki. Do analizy snu wykorzystuje się elektrokortykogram (ECoG), elektromiogram (EMG), temperaturę mózgu i zapisy aktywności lokomotorycznej.

Manipulacja elektrokortykogramem padaczkowym (ECoG) i snem u szczurów i myszy za pomocą akupunktury

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.

Kwantyfikacja dynamiki mocy widmowej i tętna w podczerwieni u śpiących myszy

Opisujemy użycie optogenetyki i zapisów elektrofizjologicznych do selektywnych manipulacji oscylacjami theta hipokampa (5-10 Hz) u zachowujących się myszy. Skuteczność porywania rytmu jest monitorowana za pomocą lokalnego potencjału pola. Połączenie inhibicji opto- i farmakogenetycznej rozwiązuje eferentny odczyt synchronizacji hipokampa.

Optogenetyczne porywanie oscylacji theta hipokampa u zachowujących się myszy

Ten protokół dostarcza otwarty program MATLAB, który generuje spektrogramy wielostożkowe dla danych elektroencefalograficznych.

Komputerowy program do spektrogramu wielostożkowego do danych elektroencefalograficznych

Korzystając z jednoczesnego wideo-EEG-EKG-oksymetrii-kapnografii, opracowaliśmy metodologię oceny podatności modeli królików na rozwój prowokowanych arytmii i napadów. Ten nowatorski system rejestracji stanowi platformę do testowania skuteczności i bezpieczeństwa terapii i może uchwycić złożoną kaskadę zdarzeń wielosystemowych, których kulminacją jest nagła śmierć.

Wielosystemowe monitorowanie w celu identyfikacji napadów padaczkowych, zaburzeń rytmu serca i bezdechu u przytomnych, unieruchomionych królików

Protokół ten został opracowany, aby stworzyć niezawodny i łatwo dostępny system do rejestrowania swobodnie poruszającego się EEG gryzoni.

Opłacalny i minimalnie inwazyjny protokół do przewlekłej wielomiejscowej elektroencefalografii u swobodnie poruszających się myszy

Poznaj metodę analizy oscylacji theta w hipokampie myszy przy użyciu implantowalnej radiotelemetrii EEG. Technika ta umożliwia wykrywanie zorganizowanych oscylacji theta i ich roli w procesach poznawczych.

Automatyczne wykrywanie wysoce zorganizowanych oscylacji theta w mysim EEG

Przeglądaj więcej filmów