Name: Detecção automática de altamente organizada Oscilações Theta no Murino EEG (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Aprenda a detectar oscilações theta altamente organizadas em camundongos usando radiotelemetria de EEG implantável. Este método utiliza análise wavelet para estudar atividade cerebral em modelos murinos e investigar disritmias associadas a doenças neurodegenerativas.

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Os autores gostariam de agradecer à Dra. Christina Ginkel (Centro Alemão de Doenças Neurodegenerativas, DZNE) e ao Dr. Robert Stark (DZNE) por sua assistência na criação de animais e cuidados com a saúde animal. Este trabalho foi apoiado financeiramente pelo Instituto Federal de Medicamentos e Dispositivos Médicos (Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM), Bonn, Alemanha.

Todos experimentação animal foi realizada de acordo com as orientações do Conselho local e institucional on Animal Care (Universidade de Bonn, BfArM, LANUV, Alemanha). Além disso, toda a experimentação animal foi realizada em conformidade com a legislação superior, por exemplo, a Directiva Comunidades Europeias de 24 de Novembro de 1986 (86/609 / CEE), ou a legislação regional ou nacional individual. esforço específico foi feito para minimizar o número de animais utilizados, bem como o seu sofrimento. 1. Habitação e EEG Condições de gravação de Animais <ol><li> Os ratos domésticos em filtro-top gaiolas ou usar gaiolas individualmente ventiladas. </li><li> Transferir ratos do biotério para armários ventilados em salas especiais do laboratório que são apropriados para animais implantados e gravações de telemetria. </li><li> Executar toda a experimentação animal, incluindo implante de eletrodos de EEG e as gravações posteriores, sob condições padronizadas (22 ° C dezratura, 12 h / 12 h claro-escuro ciclo, 50-60% de umidade relativa, atenuação de ruído, etc.) 18. </li><li> Antes da implantação do transmissor de radiofrequência, animais de casas em grupos de 3-4 no tipo II gaiolas de policarbonato transparente, com comida e água ad libitum. Não isolar ratos individuais, pois isso pode causar estresse e interferir com a experimentação e os resultados posteriores. </li><li> Não use as condições de habitação abertos, mas usar armários ventilados vez durante a experimentação e gravação. </li></ol> 2. Radiotelemetric EEG Eletrodo Implantação e EEG Recordings <ol><li> Anestesiar os ratos usando narcóticos de injecção, por exemplo, ketaminehydrochloride / xylazinehydrochloride (100/10 mg / kg, por via intraperitoneal, ip) ou de narcóticos de inalação, por exemplo, isoflurano 17, 18. <ol><li> Para anestesia isoflurano, posicione o mouse em uma indução cHamber com 4-5% de isoflurano e 0,8-1% de oxigénio ou de carbogénio (5% de CO 2 e 95% de O 2). </li><li> Coloque uma máscara de silício no nariz / boca do animal para controlar a profundidade desejada da anestesia e para evitar a exposição experimentador isoflurano utilizando um sistema de remoção. </li><li> Use anestésicos injectáveis, por exemplo, esketaminhydrochloride (100 mg / kg, ip) e xylazinehydrochloride (10 mg / kg, ip), se a anestesia por inalação não está disponível. </li><li> Monitorar a profundidade da anestesia, verificando o reflexo da cauda pitada, pé reflexo pitada, e taxa de respiração. Note-se que a respiração artificial por entubação traqueal não é necessário em ratinhos. </li></ol></li><li> Implante o transmissor de radiofrequência numa bolsa subcutânea no dorso do animal. <ol><li> Remover os pêlos do corpo do couro cabeludo e pré-tratar o couro cabeludo raspado com dois desinfetantes, ou seja, 70% de etanol e uma esfoliação à base de iodo. </li><li> Usando um bisturi, fazeruma incisão na linha média no couro cabeludo da testa até a região nucheal. </li><li> A partir da incisão da nuca, preparar uma bolsa subcutânea de um lado do dorso do animal, efectuando uma dissecção romba usando tesouras cirúrgicas ou uma sonda cirúrgica. </li><li> Inserir o transmissor dentro da bolsa subcutânea e depositar o excesso de comprimento do transmissor flexível leva na bolsa, bem. Preste especial atenção à prevenção da contaminação do local da cirurgia e implante transmissor. Corretamente isolar estéril de áreas não-estéreis, utilizando cortinas. </li></ol></li><li> Colocar o animal experimental sobre a estrutura estereotáxica, por exemplo, um dispositivo estereotáxico 3D computadorizado. Corrigir o crânio com uma braçadeira nariz e barras de ouvido. </li><li> Pretreat o crânio com 0,3% de H 2 O 2 para remover adicionalmente o tecido a partir do crânio e para iluminar as suturas cranianas e craniometrics marcos, bregma e lambda. </li><li> Faça furos nas coordenadas de escolha(Ver passo 2.6), utilizando uma broca neurocirúrgica de alta velocidade de um modo livre de pressão na velocidade máxima. NOTA: perfuração livre de pressão evita o avanço repentino da cabeça de perfuração e danos ao córtex. Para uma craniotomia, uma broca de alta velocidade neurocirúrgico é recomendado. Escolha diâmetros padrão de perfuração de cabeça de 0,3 - 0,5 mm, dependendo do diâmetro do eléctrodo. </li><li> Cuidadosamente selecione o tipo de eletrodo, considerando a impedância, o diâmetro, revestimento, etc. NOTA: tungsténio parileno-revestido ou aço inoxidável eléctrodos são as mais comuns. Os tipos de eléctrodos deverão ser escolhidos de acordo com os requisitos experimentais. Como uma manobra de preferência, esterilizar dicas de eletrodos antes da implantação usando 70% de etanol. Note-se que o revestimento do eléctrodo não permitir a esterilização por calor. </li><li> Para gravações CA1 EEG intra-hipocampal, faça um furo estereotáxicamente nas seguintes coordenadas: bregma, -2 mm; mediolateral, 1,5 mm (hemisfério direito); dorsoventral, 1,3 mm (targeregião t: Cornu Ammonis (CA1) camada piramidal). Para o eletrodo de referência, faça um furo acima do córtex cerebelar nos seguintes coordenadas estereotáxica: bregma, -6,2 mm, médio-lateral, 0 mm; dorsoventral, 0 mm. NOTA: O eletrodo cerebelar serve como um eléctrodo pseudoreference, como o cerebelo é uma região do cérebro bastante silencioso. As coordenadas estereotáxicas foram derivados a partir de um atlas de cérebro de rato padrão. </li><li> Antes da inserção dos eléctrodos, encurtar-los para o comprimento requerido. Mecanicamente, cortar a parte extracraniana do eletrodo para a hélice de aço inoxidável do transmissor. NOTA: solda deve ser evitada, pois esta pode introduzir ruído substancial no sistema. </li><li> Anexar o eléctrodo para o braço vertical do dispositivo estereotáxico e inserir o eléctrodo de acordo com as coordenadas estereotáxicas acima mencionados. </li><li> Fixar os eletrodos com cimento de ionômero de vidro e aguarde até que o cimento esteja completamente endurecido. </li><li> Feche o couro cabeludoutilizando sobre-e-mais de suturas com não absorvível 5-0 ou 6-0 material de sutura. </li><li> Para a gestão da dor pós-operatória, administrar carprofeno (5 mg / kg, por via subcutânea, SC), uma vez por dia durante 4 dias consecutivos pós-implantação. Note-se que carprofeno deve ser injectado antes da incisão inicial (passo 2.2.2). </li><li> Permitir que os animais recuperassem durante 10 - 14 dias de pós-implantação antes das gravações e / ou experiências de injecção são iniciados. </li></ol> 3. Recordings espontâneos de Theta oscilações e farmacológico Indução <ol><li> Ativar o transmissor de radiofreqüência usando a chave magnética. Colocar o animal com sua gaiola na placa receptor. Realizar gravações de EEG do hipocampo a longo prazo, pelo menos, 24-48 h. NOTA: A análise de EEG amplitude e características de freqüência do EEG de gravações a longo prazo proporciona uma visão detalhada sobre a dependência circadiano de oscilações teta e sua associação com específica comportamental econdições cognitivas / tarefas. Sempre combinar gravações de EEG com monitoramento de vídeo dos animais experimentais. </li><li> Para a indução farmacológica de teta oscilações, administrar uma dose única de uretano (800 mg / kg ip) ou uma única dose de um agonista de receptores muscarinicos, por exemplo, pilocarpina (10 mg / kg ip), a arecolina (0,3 mg / kg ip) ou oxotremorina (0,03 mg / kg ip). Pré-tratamento de ratos com N-metilescopolamina (0,5 mg / kg ip) para evitar reacções muscarínicos periféricos. Recém dissolver todas as drogas em solução de NaCl ou Ringer 0,9%. NOTA: Superior dosagens de agonistas dos receptores muscarínicos pode resultar na indução de convulsões em animais experimentais. Considere também que as dosagens aqui apresentadas representam marcos que exigem anteriores estudos dose-efeito na linha do mouse sob investigação. Note-se que uretano é mutagênico e carcinogênico que exige precauções adequadas no armazenamento e manuseio. </li><li> Injectar atropina (50 mg / kg, IP) para diferenciar sensível ao tipo II atropinade tipo atropina-insensitive I theta oscilações. NOTA: A dose de atropina é novamente de espécies e dependentes de tensão e requer uma avaliação dose-efeito antes. O ponto de tempo óptimo de injecção atropina depende a farmacodinâmica de agonistas dos receptores muscarínicos. Para identificação do tipo II theta, a injeção de atropina é recomendado 1 h após a administração de uretano. </li><li> Tente evitar a aplicação posterior de várias drogas, como a administração da droga sistêmica altera transcrição e tradução padrões globais que influenciam EEG subsequentes. Note-se que de curta duração teta oscilações também pode ser induzida por estímulos sensoriais, tais como Cauda ou paw-beliscar. </li><li> Extrair / conjuntos de dados representante de exportação de EEG do pré-fase (basal) e a fase pós-injeção do total de gravação EEG como arquivos ASCI ou TXT, considerando-se a farmacocinética dos medicamentos aplicados e as exigências do protocolo de estudo individual. </li></ol> 4.Validação de EEG Colocação de eletrodos <ol><li> Euthanize animais, colocando-os em uma câmara de incubação e introduzir 100% de dióxido de carbono. Usar uma taxa de preenchimento de 10-30% do volume da câmara por min com dióxido de carbono adicionado ao ar existente na câmara de incubação; isso vai resultar em inconsciência rápida, com o mínimo de stress para os animais. </li><li> Remover o rato a partir da câmara, uma vez parada respiratória e uma cor dos olhos desapareceu persiste por 2-3 min. </li><li> Corte os eletrodos de aço inoxidável e explante do transmissor de radiofrequência. Decapitar o mouse usando uma tesoura ou uma guilhotina e remover o cérebro do neurocranium por manipulação gentil com uma tesoura cirúrgica e uma pinça. </li><li> Fixar os cérebros em 4% de paraformaldeído em tampão fosfato salino (PBS) (pH 7,4) durante a noite. Para crioprotecção, transferir os cérebros de glucose de 30% e armazená-las a 4 ° C até posterior processamento. NOTA: O paraformaldeído é considerado perigoso pela OSHA Haz 2012ard Communication Standard (29 CFR 1910.1200). Tome as precauções necessárias: usar equipamento de protecção individual, assegurar uma ventilação adequada, e evitar a formação de poeira. Além disso, eliminar as fontes de ignição e tomar medidas de precaução contra descargas estáticas. Paraformaldeído não deve ser deitado para o meio ambiente. </li><li> Montar o cérebro extraído no suporte do tecido de um criostato, utilizando um adesivo e cortar os cérebros em 40 - 75 um fatias coronais. Montar as fatias em lâminas de vidro e manchá-las com Nissl azul usando o procedimento histológico padrão; este procedimento irá visualizar o canal ramo que reflete a posição do eletrodo anterior. Note-se que também é possível cortar fatias coronais do cérebro nativo usando um vibroslicer </li><li> Incorporar apenas os animais que satisfazem os critérios corretos de colocação de eléctrodos de EEG; para a região CA1, a ponta do eléctrodo de fundo deve ser localizada no interior da camada piramidal CA1. </li></ol><ol><li> Grave CA1 EEG intra-hipocampal com uma taxa de amostragem adequada sem a priori de corte do filtro. Nota: A taxa de amostragem, que é específico do transmissor, determina o limite de frequência superior de análise de EEG. </li><li> Processar os dados gravados com um software de análise. Programa de tempo-frequência análises e cálculos com procedimentos feitos sob medida para o controle adequado de métodos de análise (Figura 5) 20. </li><li> Corte o EEG registrado em seções com um comprimento de 1 h cada um. Utilize processadores de computador rápido, uma vez que o tempo de computação é alta. Além disso, fazer uso de um software que pode paralelizar computação em múltiplos kernels 20. </li></ol> 6. Análise de Dados de EEG <ol><li> Analisar segmentos de dados usando um complexo de Morlet Wavelet para calcular tanto a frequência ea amplitude das oscilações. NOTA: Este wavelet (por exemplo, Ψ (x) = (π b)(- 1/2) exp (2 i π c x) exp (-x 2 / b), onde b é o parâmetro de largura de banda, c a frequência central, e eu a unidade imaginária) tem sido muitas vezes aplicada na literatura para estudar EEG de dados, uma vez que garante melhor resolução em freqüência e tempo de 23, 24. </li><li> Use uma definição de frequência parâmetro largura de banda e centro que particularmente os pesos, a resolução de frequência para distinguir as diferenças de frequência no nível de 0,1 Hz, enquanto ainda não negligenciar uma resolução de tempo suficiente. NOTA: processos neuronais na banda gama são de curta duração 25, e isso também pode valer para teta ritmos. Assim, a abordagem analítica deve considerar resolução temporal adequada. </li><li> Analisar os dados de EEG na gama de 0,2 frequência - 12 Hz, com um passo de tamanho de 0,1 Hz, incluindo, assim, a delta típico, ota, e de frequência alfa faixas. </li><li> Configurar uma ferramenta analítica automatizado, complexo para a elaboração da arquitetura de freqüência theta, que pode substituir uma inspeção visual padrão de teta oscilações; este procedimento é chamado de método de detecção teta (TDM). </li><li> Calcular o quociente da amplitude máxima na faixa de freqüência teta (3,5-8,5 Hz) e a amplitude máxima na faixa de freqüência delta superior (2-3,4 Hz) para as janelas de tempo de 2,5 s cada. NOTA: O valor desse quociente serve como uma medida para decidir se uma oscilação teta ocorreu. A definição da gama de frequências de teta pode variar dependendo do estado funcional e neuroanatômico circuitos / sistema a ser analisado. </li><li> Classificar um segmento como &quot;época oscilatório teta&quot;, se o rácio calculado durante este segmento é superior a 1,5. Nota: Isto garante que a amplitude máxima teta é, pelo menos, 50% maior do que a amplitude na banda superior de delta durante o 2,5-relacionada s EEGsegmento. Note-se que a proporção pode precisar de adaptação, dependendo da linha e / ou espécies usadas. Um intervalo de 2,5 s representa uma duração mínima de uma oscilação theta, impede que as detecções de falsos positivos de certas épocas ruidosos, e encontra-se dentro das definições série de outras publicações 19, 26. A faixa de freqüência delta superior serve como uma banda de frequência de controle porque a atividade delta fisiologicamente relevante aparece durante épocas não-teta, por exemplo, durante o sono de ondas lentas, que é altamente humedecido durante a atividade theta. </li><li> Repita esse procedimento para cada seção 1 h; Portanto, cada seção é composta de 1.440 segmentos de EEG com comprimentos de 2,5 s cada. </li><li> Estatisticamente avaliar os dados das épocas de oscilação teta identificados. </li><li> Computar as estatísticas dos tempos totais de duração das detectados teta épocas; grupos distintos ou pré-definidos; ciclos, como o claro / escuro; e outros parâmetros. NOTA: Statios paus podem incluir t-teste, ANOVA, ou MANOVA, dependendo da variável, o número de grupos, as condições, etc. </li><li> Calcular as estatísticas da amplitude das épocas teta detectados, mas apenas na faixa de frequências teta (3,5-8,5 Hz). </li><li> Avaliar as estatísticas da frequência das épocas teta detectados, mas apenas na faixa de freqüência teta (3,5-8,5 Hz). NOTA: A frequência teta de uma época teta é definido como a frequência que pertencem à amplitude máxima teta de uma época teta. </li></ol>

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<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>

Os autores não têm nada a divulgar.

Theta atividade é de relevância central em neurofisiologia sistêmica. Pode ser observado em várias regiões do cérebro, particularmente no hipocampo, onde ela está relacionada com os estados comportamentais e cognitivas específicas. Além disso, teta do hipocampo pode ser farmacologicamente diferenciadas em sensível à atropina tipo II e tipo I teta atropina-insensível. Tipo I é pensado para ser relacionado a locomoção, tais como caminhar ou correr 27, 28,</su...

Theta atividade no cérebro está relacionada com diferentes estados cognitivos e funcionais, incluindo excitação, atenção, o movimento voluntário, o comportamento exploratório, o comportamento de atenção, aprendizagem e memória, a integração somatossensorial e movimento rápido dos olhos (REM) 1, 2. Principalmente, teta actividade rítmica como uma entidade pode ser gerada em diferentes regiões cerebrais e é altamente organizado e sincronizado como teta oscilações. Abaixo, vamos concentrar-se na análise e quantificação de teta atividade / oscilações que são gerados dentro do sistema septohippocampal 3, 4. Dentro do septo, gabaérgica, projecto glutamatérgicos e neurónios colinérgicos no hipocampo e contribuir para a iniciação e manutenção de teta comportamento oscilatório. Há uma discussão se a oscilações do hipocampo teta são iniciadas no septo, ou seja, </em&gt; O modelo do septo pacemaker-hipocampal seguidor, (teoria extrahippocampal) ou intrinsecamente dentro do hipocampo (teoria intra-hipocampal) 5, 6, 7. Independentemente da sua origem, oscilações teta do hipocampo têm sido no foco de interesse durante anos, particularmente em modelos de camundongos transgênicos. Estes modelos permitem a implantação de eletrodos de EEG profundas e para a gravação de oscilações teta do hipocampo sob tarefas cognitivas e comportamentais específicas 8. oscilações do hipocampo teta são heterogéneos na natureza. Com base na assim chamada teoria dual de teta de oscilações, pode-se diferenciar entre sensível à atropina tipo II e atropina teta-teta insensível tipo I 9, 10, 11. Este último pode, tipicamente, ser induzida por M muscarínico 1 / M <sagonistas&gt; 3 receptores ub, por exemplo, arecolina, pilocarpina, e uretano. No entanto, uretano é uma droga multi-alvo que, além de ativação muscarínica, também exerce efeitos complexos em outras entidades de canais iônicos. Para o tipo II theta, a via muscarínico inclui a ativação de M 1 / M 3 e um subsequente G q / 11 (Gu) activação mediada da fosfolipase C β 1/4 (PLCβ 1/4), inositol trifosfato (INSP 3) , diacylglycerole (DAG), Ca2 +, e a proteína quinase C (PKC). O papel da PLCβ 1 e PLCβ 4 em thetagenesis foi validado em estudos de knock-out usando PLCβ1 - / - e PLCβ4 - / - ratos que apresentam uma perda completa ou atenuação significativa da teta oscilação 12, 13, 14. M adicional de 1, M 3 e M 5 alvos a jusante (channels / correntes) da cascata de sinalização incluem vários muscarínico condutâncias, tais como a M-tipo de canal de K + (K H) através do canal de K + dependentes de voltagem (K v 7); lento depois hiperpolarização K + canal (Ks AHP); vazar K + canal (vazamento K), provavelmente através Twik relacionadas com K sensível ao ácido + canal (TASK1 / 3); atual catiônica (I CAT), provavelmente através de Na + canal de vazamento (NALCN); e I h através hiperpolarização e canais de nucleótidos cíclicos fechado (HCN). Além disso, foram relatados os receptores H 2 / H 4 acetilcolina (AChRs) para interferir com rectificador de entrada canal de K + 3.1 (IR K 3.1) e para dentro canal de K + rectificador 3.2 (IR K 3.2) 15. Atualmente, software analítico disponível no mercado permite a análise rápida baseada em FFT frequência, por exemplo, a análise do poder (P, mV 2)ou a densidade do espectro de potência (PSD, mV 2 / Hz). Poder ou análise de densidade de espectro de potência (PSD) da faixa de freqüência teta só dá uma visão global da sua actividade. No entanto, a fim de obter uma visão detalhada sobre a atividade theta cognitivo e relacionados com o comportamento de, a análise das oscilações teta altamente organizados é obrigatória. A avaliação das oscilações teta altamente organizados é de importância central no domínio das doenças neurodegenerativas e neuropsiquiátricas. A maioria dos estudos de doenças experimentais são realizados em modelos de ratos transgénicos utilizando abordagens neurocirúrgicas altamente sofisticados para gravar superfície epidural e EEGs intracerebrais profundas. Essas técnicas incluem ambos os sistemas tirante 16 e configurações radiotelemetric 17, 18. oscilações teta pode ser gravado como oscilações teta espontâneas e afins-comportamentais em condições de gravação de longo prazo. Além disso, teta oscilações pode ser recorded após a indução farmacológica, mas também após a exposição dos animais a tarefas comportamentais ou cognitivas ou a estímulos sensoriais, como a cauda de beliscar. Cedo se aproxima para caracterizar teta oscilações foram descritos por Csicsvari et ai. 19. Os autores concebido uma ferramenta semi-automatizada para análise teta de curto prazo (15 - 50 min), que não é adequado para gravações de EEG de longa data. O nosso método, descrito aqui, permite a análise do registo de EEG de longa duração&gt; 48 h 20. Csicsvari et ai. 10 também se refere ao rácio de teta-delta, mas nenhum limite para a determinação de oscilações teta altamente organizado é fornecida. As definições de gama delta e teta coincidir com as nossas definições de faixas de freqüência. Como não é explicitamente mencionada, presumimos que um método baseado em FFT é usado por Csicsvari et al. para calcular o poder das faixas de frequências teta-delta. estenovamente difere claramente do nosso método, uma vez que calcular as amplitudes baseado no wavelet em um grande número de escalas de frequência (frequência Δ passos (f) = 0,05 Hz), resultando em muito mais elevado de precisão. A duração do epoch EEG individualmente analisada é semelhante à nossa definição. Klausberger et ai. 21 também fazer uso de proporções de teta-delta para a análise de EEG de longo prazo. No entanto, existem três diferenças importantes, em comparação com a nossa abordagem: i) a duração epoch EEG é muito mais longo, ou seja, pelo menos, 6 s; ii) a razão de teta-delta é ajustado para 4, o qual é muito maior do que a nossa limiar, e está relacionada com a diferentes definições de faixa de frequências; e iii) a definição de potência é susceptível de ser baseada numa abordagem FFT, que carece de alta precisão, particularmente para janelas de tempo muito curto (2 s, ou seja, a 5 ciclos de oscilações com uma frequência de 2,5 Hz). Em tais casos, um procedimento baseado no wavelet é mais recomendável.Um estudo realizado por Caplan et al. 22 calculado apenas poder teta ignorando a razão de poder teta-delta. Assim, a aproximar Caplan 22 não é possível diferenciar entre processos cognitivos rico-teta acompanhados por um delta alto ou baixo. No protocolo seguinte, apresentaremos a nossa abordagem baseada em wavelet analítica para analisar de forma confiável oscilações teta altamente organizados em gravações de EEG do hipocampo de ratos. Uma vez que este procedimento funciona automaticamente, que pode ser aplicado a grandes conjuntos de dados e medições EEG longo prazo.

<table><tbody><tr><td>Carprofeno (Rimadyl VET - Injektionsl&ouml; sung)</td><td>Pfizer</td><td>PZN 0110208208</td><td></td></tr><tr><td>microscópio de ampliação cirúrgica binocular</td> de 20ml <td>Zeiss Stemi 2000</td><td>0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000</td><td></td></tr><tr><td>Dexpantenol (Bepanthen Wund- und Heilsalbe)</td><td>Bayer</td><td>PZN:</td> 1578818 <td></td></tr><tr><td>cortinas (estéreis)</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% solução de peróxido de hidrogênio</td><td>Sigma</td><td>95321</td><td>30% luvas de solução estoque</td></tr><tr><td>(estéreis)</td><td>Unigloves</td><td>1570</td><td></td></tr><tr><td>cimento de ionômero de vidros dentários</td><td>KentDental /NORDENTA</td><td>957 321</td><td></td></tr><tr><td>esterilizador de instrumentos cirúrgicos à base de calor</td><td>FST</td><td>18000-50</td><td></td></tr><tr><td>broca odontológica de alta velocidade</td><td>Adeor</td><td>SI-1708</td><td></td></tr><tr><td>Sistema narcótico por inalação (isoflurano)</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>Isoflurano</td><td>Baxter 250 ml</td><td>PZN 6497131</td><td></td></tr><tr><td>Cetamina</td><td>Pfizer</td><td>PZN 07506004</td><td></td></tr><tr><td>Solução de Ringer com lactato (estéril)</td><td>Braun</td><td>L7502</td><td></td></tr><tr><td>Solução de coloração Nissl</td><td>Armin Baack</td><td>BAA31712159</td><td></td></tr><tr><td>almofadas (estéreis)</td><td>ReWa Krankenhausbedarf</td><td>2003/01</td><td></td></tr><tr><td>Eletrodos de aço e tungstênio revestidos com parileno</td><td>FHC Inc., EUA</td><td>UEWLGESEANND</td><td></td></tr><tr><td>quadro estereotáxico</td><td>Neurostar</td><td>51730M</td><td>encomendado em Stoelting</td></tr><tr><td>(Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>fitas (estéreis)</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>Transmissor de radiofrequência 3,9 g, 1,9 cc, faixa de tensão de entrada &plusmn; 2,5 mV, largura de banda do canal (B) 1 - 200 Hz, taxa de amostragem nominal (f) 1.000 Hz (f = 5B) faixa de operação de temperatura 34 - 41 &deg; C vida útil da bateria garantida 4 meses</td></tr><tr><td>TL11M2-F20EET</td><td>DSI</td><td>270-0124-001X</td><td>Transmissor de radiofrequência 3,9 g, 1,9 cc, faixa de tensão de entrada &plusmn; 1,25 mV, largura de banda do canal (B) 1 - 50 Hz, taxa de amostragem nominal (f) 250 Hz (f = 5B) faixa de operação de temperatura 34 - 41 &deg; C com duração garantida da bateria 1,5 meses</td></tr><tr><td>Vibroslicer 5000 MZ</td><td>Microscopia Eletrônica Ciências</td><td>5000-005</td><td></td></tr><tr><td>Xilazina (Rompun)</td><td>Bayer</td><td>PZN: 1320422</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td></td><td>software de programação, computação e visualização</td></tr><tr><td>SPSS</td><td>IBM</td><td></td><td>software de análise estatística</td></tr></tbody></table>

detecção automática de altamente organizada oscilações theta no murino eeg

Automatic Detection of Highly Organized Theta Oscillations in the Murine EEG

Teta actividade é gerado no sistema septohippocampal e podem ser gravados utilizando eléctrodos intrahipocampal profundas e implantável electroencefalografia (EEG) de radiotelemetria ou sistema de precintas abordagens. Farmacologicamente, hipocampo teta é heterogênea (ver teoria dualista) e podem ser diferenciadas em tipo I e tipo II theta. Estes subtipos de EEG individuais estão relacionadas com estados cognitivos e comportamentais específicas, tais como excitação, exploração, aprendizagem e memória, funções de integração maiores, etc Em doenças neurodegenerativas tais como a doença de Alzheimer, estrutural e alterações funcionais do sistema septohippocampal pode resultar em actividade teta prejudicada / oscilações. Uma análise quantitativa padrão do EEG do hipocampo inclui uma análise de frequência baseado Fast-Fourier-Transformation (FFT). No entanto, este procedimento não fornece detalhes sobre teta atividade em geral e altamente organizados oscilações teta em particular. A fim de obter DETAinformações iLED nas oscilações teta altamente organizados no hipocampo, desenvolvemos uma nova abordagem analítica. Esta abordagem permite a quantificação tempo e custo-efetivo da duração das oscilações teta altamente organizados e suas características de frequência.

Teta actividade podem ser gravados em uma ampla gama de regiões do sistema nervoso central (SNC). Aqui, apresentamos uma análise da teta oscilações do hipocampo murino. Tais oscilações podem ocorrer em diferentes estados comportamentais e cognitivas. É altamente recomendável para analisar teta oscilações em ambas as de longo prazo, relacionado com a tarefa de curto prazo e as condições induzidas farmacologicamente espontâneas. A Figura 1 ilustra uma gravação intra...

A atividade no hipocampo está relacionada a estágios cognitivos e comportamentais específicos. Aqui, descrevemos um método analítico para detectar oscilações altamente organizadas dentro do hipocampo usando uma abordagem baseada em frequência de tempo (ou seja, análise wavelet).

Detecção automática de altamente organizada Oscilações Theta no Murino EEG

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

O objetivo geral deste procedimento é analisar oscilações teta altamente organizadas induzidas farmacologicamente em camundongos utilizando radiotelemetria de EEG implantável. Esta abordagem pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de neurociência sistêmica, como a forma de induzir, detectar e quantificar oscilações teta altamente organizadas no EEG de camundongos por meio de gravações radiotelemétricas de longo prazo do EEG do hipocampo. A principal vantagem desta técnica é que ela auxilia na análise de oscilações teta altamente organizadas em gravações de EEG hipocampal murino em larga escala.As implicações desta técnica estendem-se ao tratamento de doenças neuropsiquiátricas e neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, porque alterações de frequência, como a disritmia teta, estão frequentemente associadas a ela. Embora este método possa fornecer informações sobre a disritmia teta hipocampal em camundongos, ele também pode ser aplicado a gravações de EEG de outras espécies, incluindo humanos, após adaptação. De modo geral, se o procedimento for novo, este método terá dificuldades, porque a análise de detecção da oscilação teta exige uma implantação adequada dos eletrodos de EEG e a indução da onda teta.Antes da inserção dos eletrodos, remova mecanicamente o revestimento de parileno da ponta. Em seguida, prenda mecanicamente a parte extracraniana de um eletrodo à hélice de aço inoxidável do transmissor. E corte-os no comprimento necessário.Para implantar o transmissor de radiofrequência, posicione um camundongo anestesiado sobre a mesa cirúrgica e continue administrando isoflurano ao animal por meio de uma máscara facial. Verifique a profundidade da anestesia por meio do reflexo de preensão da cauda, reflexo de preensão do pé e frequência respiratória. Em seguida, remova os pelos do couro cabeludo e desinfete a área depilada com etanol 70% e uma solução antisséptica à base de iodo.Em seguida, faça uma incisão mediana no couro cabeludo, da testa até a região nuca, utilizando um bisturi. Então, prepare uma bolsa subcutânea em um dos lados das costas do animal realizando uma dissecação subcutânea com tesoura cirúrgica. Posteriormente, insira o transmissor na bolsa subcutânea e acomode o excesso de comprimento dos eletrodos flexíveis do transmissor dentro da bolsa.A seguir, fixe o crânio utilizando um grampo nasal. Em seguida, posicione o animal experimental no estereotáxico e ajuste as barras auriculares.Aplicar peróxido de hidrogênio a 0,3% sobre o crânio para remover qualquer tecido e ajudar a visualizar as suturas cranianas e os pontos anatômicos cranimétricos, como bregma e lambda. Em seguida, perfurar os orifícios nas coordenadas escolhidas usando uma broca neurocirúrgica de alta velocidade em modo livre de pressão e na velocidade máxima. Selecionar os eletrodos apropriados e esterilizá-los usando etanol a 70% antes da implantação.O tipo de eletrodo deve ser cuidadosamente escolhido de acordo com os requisitos experimentais. Geralmente, eletrodos de tungstênio ou aço inoxidável revestidos com parileno são os mais comuns. Em seguida, fixe os eletrodos utilizando cimento de ionômero de vidro e aguarde até que o cimento tenha curado completamente.Em seguida, feche o couro cabeludo utilizando pontos contínuos com material de sutura não absorvível. Para o controle da dor pós-operatória, administre carprofeno por via subcutânea uma vez ao dia durante quatro dias após o implante. Permite-se que o animal se recupere por 10 a 14 dias antes dos registros ou experimentos de injeção.Neste procedimento, ative o transmissor de radiofrequência utilizando o interruptor magnético. Realize gravações de EEG do hipocampo de longo prazo por pelo menos 24 a 48 horas. A análise da amplitude do EEG e das características de frequência do EEG em gravações de longo prazo fornece uma visão detalhada da dependência circadiana das oscilações teta e de sua associação com comportamentos específicos e condições ou tarefas cognitivas.Para a indução farmacológica de oscilações theta, trate previamente o animal com metescopolamina para evitar reações muscarínicas periféricas. Posteriormente, administre uma dose única de uretano ou de um agonista do receptor muscarínico ao camundongo para iniciar a atividade theta. Após cerca de 60 minutos, injete atropina para diferenciar as oscilações theta do tipo dois, sensíveis à atropina, das do tipo um, insensíveis à atropina.E continue gravando. Para validar a colocação dos eletrodos de EEG, corte os eletrodos de aço inoxidável e remova o transmissor de radiofrequência. Em seguida, sacrifique o camundongo e remova o cérebro do neurocrânio.Para validar a colocação do eletrodo, monte o cérebro extraído no suporte de tecido de um Vibroslicer usando um adesivo. Em seguida, corte o cérebro em fatias coronais de 100 micrômetros. Monte as fatias em lâminas de vidro e as marque com azul de nissl utilizando um procedimento histológico padrão.Incorpore o animal para análise somente quando ele atender aos critérios corretos de posicionamento dos eletrodos de EEG. Para a região CA1, a ponta do eletrodo profundo deve estar localizada dentro da camada piramidal do CA1. Faça o upload dos dados de EEG.Aqui está um segmento exemplar de EEG de 30 minutos. Utilize a função de onda complexa de Morlet, exibida aqui, para a análise no domínio tempo-frequência. Para a análise tempo-frequência, a faixa de frequência é definida entre 0,2 e 12 Hz e o tamanho do passo é definido como 0,1 Hz. Este gráfico colorido no domínio tempo-frequência do segmento de EEG ilustra as faixas de frequência theta e delta superior.Aqui, um período EEG extraído de 2,5 segundos é analisado quanto ao segmento teta. Como a amplitude máxima na faixa teta dividida pela amplitude na faixa delta superior é maior que 1,5, este segmento é classificado como um período oscilatório teta. Isso garante que a amplitude máxima teta seja pelo menos 50% maior que a amplitude na banda delta superior no período EEG calculado.Esta figura mostra a correlação entre as oscilações teta altamente organizadas e a medida de detecção de teta no registro de EEG, no qual os segmentos oscilatórios de teta podem ser quantificados e analisados estatisticamente. Aqui estão duas épocas de EEG de 2,5 segundos, classificadas visualmente como segmentos sem teta e com teta, respectivamente. E aqui estão as análises de tempo-frequência dos segmentos de EEG do CA1, exibidas nos gráficos correspondentes acima na faixa de 0,2 a 12 Hz. Com a amplitude codificada por cores, a análise de tempo-frequência do segmento de EEG sem teta exibe uma arquitetura teta flutuante regular em relação às frequências ao longo do tempo.Enquanto o segmento com oscilações teta altamente sincronizadas é caracterizado por uma teta de amplitude elevada regular e não flutuante, com frequência quase constante de seis Hz. A razão entre a amplitude máxima de teta e a amplitude máxima de delta é de 1,25 neste mapa e de 4,67 neste outro mapa. Classificando claramente esta época de EEG como um segmento de EEG de oscilação teta. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em uma hora, se for executada corretamente.Após este procedimento, outros métodos, como a análise de frequência-tempo de outras bandas de frequência ou a detecção automatizada de crises epilépticas, podem ser realizados para responder perguntas como se outras bandas de EEG são afetadas, como elas são acopladas e como se relacionam com a hiperexcitabilidade neural. Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para pesquisadores na área de neurociência sistêmica explorarem alterações na arquitetura teta do hipocampo em modelos de camundongos transgênicos, como modelos de camundongos para a doença de Alzheimer. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como induzir, detectar e analisar oscilações teta altamente organizadas.

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Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

Este vídeo demonstra um protocolo para modular as oscilações em um modelo de camundongo geneticamente modificado com canais iônicos sensíveis à luz em seus neurônios do septo medial GABAérgico. Ao fornecer pulsos de luz ao hipocampo, o protocolo visa sincronizar a atividade neuronal e gerar oscilações, que são registradas como potenciais de campo locais.

Manipulação seletiva de oscilações em um modelo de camundongo

Este vídeo demonstra a gravação da atividade da rede neuronal rítmica, também conhecida como oscilações, em um hipocampo isolado. Os eletrodos são inseridos em várias camadas e posições espaciais para detectar e analisar as oscilações. Isso mostra as composições neuronais únicas e a conectividade da rede neuronal em diferentes camadas do hipocampo.

Registro in vitro de oscilações no hipocampo de camundongos

O registro de eletroencefalograma (EEG) e eletromiograma (EMG) em camundongos com comportamento livre é um passo crítico para correlacionar o comportamento e a fisiologia com o sono e a vigília. O protocolo experimental aqui descrito fornece um sistema baseado em cabo para aquisição de gravações de EEG e EMG em camundongos.

Procedimento de gravação Polygraphic para medição Sleep in Mice

Oscilações de alta frequência (HFO) surgiram como biomarcadores pré-cirúrgicos para a identificação da zona epileptogênica em pacientes pediátricos com epilepsia refratária. Uma metodologia para a gravação não-invasiva, a detecção e localização de HFO com electroencefalográfica couro cabeludo simultânea (EEG) e magnetoencephalography (MEG) é apresentada.

Oscilações de alta frequência interictais detectado com simultânea Magnetoencefalografia e Eletroencefalografia como biomarcador da Pediatric epilepsia

Este artigo demonstra o desempenho da acupuntura, modelos de epilepsia e a análise do sono em roedores. O procedimento de acupuntura e a identificação dos pontos de acupuntura são descritos. Pilocarpina ou pentilenotetrazol (PTZ) é usado para induzir epilepsia. Eletrocorticograma (ECoG), eletromiograma (EMG), temperatura cerebral e registros de atividade locomotora são empregados para análise do sono.

Manipulação de epileptiforme Electrocorticograms (ECoGs) e do sono em ratos e camundongos por Acupuntura

Aqui, apresentamos procedimentos experimentais e analíticos para descrever a dinâmica temporal das variáveis ​​neurais e cardíacas do sono não REM em camundongos, que modulam a capacidade de resposta do sono aos estímulos acústicos.

Quantificando a dinâmica infra-lenta do poder espectral e da freqüência cardíaca em ratos dormindo

Nós descrevemos o uso de optogenetics e eletrofisiológicas gravações para manipulações seletivas das oscilações de theta hippocampal (5-10 Hz) no comportamento de ratos. A eficácia do arrastamento ritmo é monitorada utilizando o potencial do campo local. Uma combinação de opto - e inibição farmacogenética aborda a leitura eferente de sincronização hippocampal.

Optogenetic de arrastamento de Theta Hippocampal oscilações em comportar-se ratos

Este protocolo fornece um programa MATLAB compilado de código aberto que gera espectrogramas multitaper para dados eletroencefalográficos.

Programa multitaper spectrograma baseado em computador para dados eletroencefalográficos

Utilizando vídeo simultâneo EEG-ECG-oximetria-capnografia, desenvolvemos uma metodologia para avaliar a suscetibilidade de modelos de coelhos para desenvolver arritmias provocadas e convulsões. Este novo sistema de gravação estabelece uma plataforma para testar a eficácia e a segurança da terapêutica e pode capturar a complexa cascata de eventos multi-sistemas que culminam em morte súbita.

Monitoramento multissuso para identificação de convulsões, arritmias e apneia em coelhos conscientes contidos

Este protocolo foi desenvolvido para criar um sistema confiável e de fácil acesso para registrar EEG de roedores em movimento livre.

Um protocolo econômico e minimamente invasivo para gravação crônica de eletroencefalografia em vários locais em camundongos que se movem livremente

Aprenda a detectar oscilações theta altamente organizadas em camundongos usando radiotelemetria de EEG implantável. Este método utiliza análise wavelet para estudar atividade cerebral em modelos murinos e investigar disritmias associadas a doenças neurodegenerativas.

Detecção automática de altamente organizada Oscilações Theta no Murino EEG

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