Мы описываем высок объём метод измерения сна посредством деятельности на основе мониторинга дома клетке. Этот метод предлагает преимущества по сравнению с традиционными методами на основе ЭЭГ. Он также проверяется для определения продолжительности сна и может быть мощным инструментом для мониторинга сна в грызунов моделях заболеваний человека.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Неинвазивный, высок объём определение продолжительности сна в грызунов
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Традиционно сон контролируется электроэнцефалограммы (ЭЭГ). ЭЭГ исследования на грызунах требуют хирургического вживления электродов, последовал длительный период восстановления. Для выполнения записи ЭЭГ, животное подключен к приемнику, создание неестественных троса к Голова гора. ЭЭГ-мониторинг времени, несет риск для животного и не является вполне естественным местом для измерения сна. Альтернативные методы для обнаружения сна, особенно в моде высокой пропускной способности, значительно продвинет области исследования сна. Здесь мы описываем проверяемого метода для обнаружения сна через мониторинг на основе деятельности дома Кейдж. Предыдущие исследования показали, что сна, оценивать через этот метод имеет высокую степень согласия с сна, определяется традиционных мер, основанных на ЭЭГ. В то время как этот метод проверяется на время сна, важно отметить, что продолжительность сна схватки должны оцениваться ЭЭГ, которая имеет более временного разрешения. ЭЭГ можно различать также быстрое движение глаз (REM) и сна БЭРА, давая более подробно о точный характер сна. Тем не менее определение на основе деятельности сна может использоваться для анализа нескольких дней безмятежный сон и оценить сна в ответ на событие острый (как стресс). Здесь мы покажем власть этой системы, чтобы обнаружить ответ мышей на ежедневные внутрибрюшинной инъекции.
Введение
Сна имеет важные функции для восстановления тела и мозга после ежедневного бремени бодрствования1. Было показано, что сон играет определенную роль в памяти хранения и общие мозга пластичности1. ЭЭГ является золотым стандартом для обнаружения сна2. Грызунов ЭЭГ-мониторинг требует хирургической имплантации электродов, прикреплены к Голова гора, после чего животное требуется некоторое время для восстановления2. После восстановления, животное прилагается к устройству записи и другой период привыкания2. Из-за этих необходимых периодов восстановления и привыкания ЭЭГ кропотливая и занимают много времени и не может быть выполнена в достаточно крупных масштабах. Кроме того хирургическая процедура вживления электродов носит имманентный риск для животного. Наконец анализ данных для озвучивания сна ЭЭГ исследования также является весьма трудоемким. Альтернатива, неинвазивная, высок объём метод мониторинга сна значительно помогло бы грызунов сна исследований.
На основе деятельности дома Кейдж систему мониторинга для обнаружения сна устраняет ограничения ЭЭГ исследования. Простой предпосылке что является неактивным животное вероятно сна животного. Было показано, что 40 s непрерывного простоя (сегментирование в 10 s эпох) является надежной мерой сна как измеряется с ЭЭГ (показано на 88-94% соглашение)3. Главная Кейдж систем мониторинга может использоваться для изучения больших групп животных с минимальной установки времени. Мы показали, что он принимает животных примерно один день, чтобы приучать к индивидуального жилья в доме Кейдж мониторинга системы4 в отличие от недели восстановления необходимых для ЭЭГ исследования2. Кроме того некоторые настройки можно также обнаружить физиологических параметров, таких как ядро температуры тела, частоты пульса, деятельности и кормления. Температуры и частоты сердечных сокращений, определяются из имплантации небольшой передатчик. Эти параметры могут предоставить дополнительные сведения о мыши и могут использоваться параллельно с записью сна для дальнейшего добавления нашего понимания сна и как она влияет.
Хотя это мощный инструмент, существуют некоторые ограничения на типы данных, которые могут быть приобретены из дома Кейдж мониторинг на основе деятельности. ЭЭГ исследования может продифференцировать между REM и не - REM сна, которые могут иметь важное значение для более глубокого сна архитектуры. Только на основе деятельности систем мониторинга дома клетка может предоставлять данные для продолжительность сна. Кроме того хотя вывод для дома Кейдж мониторинг на основе деятельности дает информацию о Бута продолжительность сна, мы не может точно оценить продолжительность схватки за ограничение, свойственное 40 s интервалов3. Несмотря на эти ограничения дома Кейдж мониторинг продолжительность сна обеспечивает важной биологической мерой, могут влиять многие течению факторов, включая поведение5и здоровью животных.
Мониторинг на основе деятельности дома Кейдж был использован для обнаружения сна во многих исследованиях, указывающий его универсальность. Приведем пример этих исследований4,6,,78,9,10,11,12. В дополнение к представил метод есть другие методы обнаружения сна через мониторинг на основе деятельности, каждый из которых содержит свои собственные ограничения13,14. Некоторые из этих исследований изучить длительного непрерывного сна (72 ч) в то время как некоторые изучения сна в блоках 24 ч. В этом исследовании мы представляем анализ сна для каждого периода 24 ч после ответа ежедневные внутрибрюшинной инъекции (IP) и периодические Кейдж изменения в модель мыши ломкая Х-хромосома (Fmr1 KO мышей). Мы выбрали Fmr1 KO мышей, потому что они сократили сна4 и являются предположить, чтобы быть гипер реактивной сенсорной информации15. Наши данные выделите способности обнаруживать изменения в сон в ответ на стрессовые события. Этот метод идеально подходит для получения общей информации о сна в большой когорты мышей. Метод может быть полезен для понимания последствий конкретных генетических изменений на сон, эффекты фармакологических препаратов, или ответы на события, такие как stressor. Кроме того метод предоставляет простой способ скрининга для ответа до начала исследования более активное участие.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все процедуры были утверждены Национальный институт психического здоровья животных ухода и использования Комитетом и в соответствии с национальных институтов здравоохранения руководящие принципы по уходу и использованию животных.
1. Настройка единицы обнаружения сна
- Приобрести нужное количество единиц и программного обеспечения.
- Следуйте инструкциям для установки систем мониторинга.
- Совместите детектор напротив эмитентом. Убедитесь, что инфракрасные лучи обращены вовнутрь и совмещаются на одинаковой высоте.
- Используйте винтами для расположения детекторов и излучателей на желаемой высоте на металлической подставке. Эта высота должна быть скорректирована таким образом, чтобы постельные принадлежности клетки ниже уровня инфракрасных лучей, но луч на правильной высоте для обнаружения деятельности животного. Это создает внутреннюю площадь 27 × 32 см (10.625 × 12,75 в).
- Если необходимы более винтов, приобретение более оборудования хранения (¼ 6-32 в Пан головкой).
- Подключите каждый детектор с каждой компанией-эмитентом. Подключите излучатель к предоставленной концентратору, связаны с приемником. Выполните это для x и y плоскости. Повторите этот шаг для всех установок.
- Подключите приемник к компьютеру с USB-концентратор предоставляемых.
2. программное обеспечение установки
- Установите программное обеспечение для анализа и выберите файл конфигурации предоставленного оборудования по умолчанию. Файл конфигурации оборудования только быть изменены компанией.
- Щелкните файл | Открыть настройки эксперимента. Откройте настройки эксперимента по умолчанию.
- Нажмите эксперимент | Свойства.
- Щелкните вкладку сканирование изменить скорость сканирования до 10 s.
- Щелкните вкладку действие изменить деятельность дискретизации до 10 s.
- Щелкните файл | Сохранить эксперимент как чтобы сохранить эти параметры конфигурации для дальнейших экспериментов.
3. животных установки
- Поодиночке Дом мышей в чистой клетках, которые 31 см (12,25) длиной и шириной 16,5 см (6,5 дюйма). Чтобы предотвратить мыши из здания вверх постельные принадлежности и препятствуя балки, используйте постельные принадлежности на глубине 3 мм. Не обеспечивают дополнительное раскроя материал для мышей.
- Предоставить доступ к продовольствию мышей и воды ad libitum посредством Проволокоподающее, что лежит в верхней части отсека сторону балки. При необходимости пополнения продовольственной и изменить бутылки с водой, когда клетки меняются каждые 3-5 дней на протяжении всего срока исследования.
- Совместите клетки мыши внутри инфракрасный луч, Настройка, обеспечение того, что он лежит в примерно в середине балки для полного охвата.
- Обеспечить свет, который темные цикла номер присваивается зеркало света темные цикла нормальных жилищных условий мышей, или при необходимости измените, основанный на эксперимент.
4. Подготовка и инъекции наркотиков
- Получения стерильной водой и стерильные циклодекстрина.
- Для всех инъекций используйте 1 мл шприц с иглой подкожных 25.5-30,5 G. Для каждой мыши должны использоваться новые стерильных игл и шприцев.
- Чтобы сократить время между инъекциями, соберите все шприцы заранее.
- Для инъекций циклодекстрина: приготовляют раствор циклодекстрин, добавив 3 g циклодекстрина 10 мл воды, чтобы сделать раствор циклодекстрина 30%.
- Администрировать 0,3 мл физиологического раствора или циклодекстрина через IP инъекций.
5. программное обеспечение для записи сна
- Откройте файл конфигурации оборудования по умолчанию.
- Щелкните файл | Открыть настройки эксперимента. Откройте требуемый или эксперимент конфигурация по умолчанию.
- Нажмите эксперимент | Установки.
- Указать расположение для сохранения файла данных, а также расположение для сохранения файла резервной копии. Программное обеспечение требует, что файл данных храниться в Program Files в папке программы.
Примечание: учитывая, что некоторые компьютеры просмотреть Файлы программы как конфиденциальные, доступ к файлу данных может не быть возможным после эксперимента. Поэтому рекомендуется сохранить файл резервной копии в другую, не учитывающих области на локальном компьютере. - Назначить животное ID для каждого сна камеры и при желании введите вес животного. Если камера не используется в эксперименте, сняв флажок будет отключить эту камеру. После идентификации информация введена, нажмите кнопку Готово.
- Указать расположение для сохранения файла данных, а также расположение для сохранения файла резервной копии. Программное обеспечение требует, что файл данных храниться в Program Files в папке программы.
- Щелкните файл | Сохранить эксперимент как для сохранения текущей конфигурации эксперимент под имя нужного файла.
- Нажмите эксперимент | Запустить или клавишу F5 , чтобы начать запись. Ждать 10 s эпохи, чтобы убедиться, что все камеры собирание активности. Как только вводили животным, это весьма вероятно, что животных будет двигаться достаточно для того чтобы быть обнаружены с помощью инфракрасных лучей.
- Если обнаружено никакой деятельности, попробуйте переместить мышь Кейдж вручную, чтобы убедиться, что лучи забрать движения. Продолжить устранение неполадок или переместить в рабочую камеру, если деятельность до сих пор не зарегистрированы.
Примечание: Запустить эксперимент, как только закончите инъекции.
- Если обнаружено никакой деятельности, попробуйте переместить мышь Кейдж вручную, чтобы убедиться, что лучи забрать движения. Продолжить устранение неполадок или переместить в рабочую камеру, если деятельность до сих пор не зарегистрированы.
- Обложка на компьютерных экранах с непрозрачной крышкой, чтобы блокировать свет. Обложка мигающие огни на индикаторе активности.
- Запуск эксперимента для 24 h.
Примечание: Из-за времени, необходимого для выполнения инъекции, она не будет полный 24 h. Инъекции должны быть выполнены в то же время ежедневно. Сон не должны быть записаны во время инъекции. - На следующий день, в то время инъекции, нажмите эксперимент | Остановить до конца записи. Щелкните файл | Экспорт | Создавать тему CSV для сбора исходных данных для каждой мыши.
Примечание: Это может занять некоторое время для экспорта, так что сделать это немедленно и затем перейти к инъекции, в то время как компьютер обрабатывает. - Щелкните файл | Экспорт | Сон для экспорта файла сна для каждого эксперимента, открыв сырья. CDTA файл данных на любом компьютере установлено программное обеспечение.
- В разделе Обнаружение параметров деятельности источникубедитесь, что оси x и оси y установлены флажки.
- Под Спать порог эпохубедитесь, что выбраны 4 эпох.
- Под Порог активности порог спатьубедитесь, что отмечены 0 пунктов.
- В Свет/темно циклаустановите флажок соответствующее время для цикла свет/темно.
- В разделе Анализ окновыберите необходимое время для анализа. В случае инъекций исследования оставьте на день по умолчанию. Установите время начала , как ExpSTART. Установите Продолжительность 24:00 за 24 ч. анализ с использованием программного обеспечения может быть сделано для более 72 ч.
- Сохраните конфигурацию, чтобы сэкономить время для экспорта данных.
- Нажмите кнопку Обновить.
- Нажмите кнопку Создать CSV-файл и сохраните файл в нужное место.
6. анализ данных
- Для каждого сеанса записи откройте файл сна. Чтобы назначить идентификатор субъекта, откройте отдельные CSV-файл для каждой камеры для определения идентификатора субъекта. Запись чч сна малыш так на свет и темные фазы для всех животных.
- Проверка отдельных предметных CSV-файла для несоответствия, указывая на сбой записи. Если высокий луч графов были обнаружены в одной плоскости, но не рассчитывает наблюдаются на другой самолет, это указывает луч сбой.
Примечание: «% спящих» для светлых и темных этапов рассчитывается за период всего записи, которая включает в себя светлые и темные фазы. Для 12 h свет/темно циклов умножьте это число на 2, чтобы получить «спящих %» в 12 ч света или темные фазы. Учитывая, что исследования инъекции не ходил на полный 24 h, рассчитанной «% спящих» не является точным. Для создания правильной «спящих» %, разделить «малыш сна чч», «эксперимент затраченного времени: чч, «умножить на 2, а затем умножить на 100, чтобы получить процент. Если инъекции были исполнены в участке свет, свет этапа необходимо скорректировать таким образом.
- Проверка отдельных предметных CSV-файла для несоответствия, указывая на сбой записи. Если высокий луч графов были обнаружены в одной плоскости, но не рассчитывает наблюдаются на другой самолет, это указывает луч сбой.
- Поскольку различные дни и фазы сравниваются друг с другом, анализируйте продолжительность процент сна для каждой фазы и каждый день.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Чтобы определить влияние ежедневных инъекций на сон и ли животные приучать к инъекции, мы провели ежедневные инъекции IP для 14 дней подряд в 9:00 утра (света цикл начался в 6:00 утра) и продолжительность сна в 12 Fmr1 KO C57Bl/6J мышей. Мы использовали в рамках дисциплин дизайн, инъекций каждого животного с физиологическим 4 дней подряд (дни 1-4) и затем 30% циклодекстрина для следующих десяти дней подряд (5-14 дней). Циклодекстрины был выбран потому что он может использоваться ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Здесь мы представляем неинвазивный, высок объём метод для определения продолжительности сна, основанный на мониторинг активности в дома клетке. Этот метод оценки времени сна протестирована против ЭЭГ исследования3. Мониторинг на основе деятельности дома Кейдж простой, неинвазивная и применимым к демографических исследований в большом количестве животных. Она ограничена в том, что он не может дать подробную информацию о сна (например, продолжительность и сна стадий сна схватки).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы не имеют ничего сообщать.
Благодарности
Авторы хотели бы признать редколлегии NIH стипендиатов для их редакционной помощи. Это исследование финансировалось интрамуральных исследовательской программы NIMH (Зия MH00889). RMS был также поддержан FRAXA докторантура стипендий.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Комплексная лабораторная система мониторинга животных (CLAMS) | Columbus Instruments | Оборудование и программное обеспечение для анализа продолжительности сна | |
| Captisol Research Grade | Captisol | RC-0C7-100 | Captisol для растворения гидрофобных соединений |
| 30 г BD Игла 1/2 дюйма | BD | 305106 | Игла для инъекций |
| BD Одноразовые шприцы | Fisher | 14-823-30 | Шприцы для инъекций |
| B6.129P2-Fmr1tm1Cgr/J | Jackson Labs | 3025 | Fmr1 KO мыши |
| Super Mouse 750 Mouse Cage | Lab Products, Inc. | Домашние клетки для мышей | |
| SANI-Chips Подстилка | PJ Murphys | Подстилка для мышей |
Ссылки
- Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. Sleep, plasticity and the pathophysiology of neurodevelopmental disorders: the potential roles of protein synthesis and other cellular processes. Brain sciences. 4, 150-201 (2014).
- Ingvar, M. C., Maeder, P., Sokoloff, L., Smith, C. B. The effects of aging on local rates of cerebral protein synthesis in rats. Monographs in neural sciences. 11, 47-50 (1984).
- Pack, A. I., et al. Novel method for high-throughput phenotyping of sleep in mice. Physiological genomics. 28, 232-238 (2007).
- Sare, R. M., et al. Deficient Sleep in Mouse Models of Fragile X Syndrome. Front Mol Neurosci. 10, (2017).
- Alvarez, G. G., Ayas, N. T. The impact of daily sleep duration on health: a review of the literature. Progress in cardiovascular nursing. 19, 56-59 (2004).
- Kincheski, G. C., et al. Chronic sleep restriction promotes brain inflammation and synapse loss, and potentiates memory impairment induced by amyloid-beta oligomers in mice. Brain, behavior, and immunity. 64, 140-151 (2017).
- Sare, R. M., Levine, M., Hildreth, C., Picchioni, D., Smith, C. B. Chronic sleep restriction during development can lead to long-lasting behavioral effects. Physiology & behavior. 155, 208-217 (2015).
- Moretti, P., Bouwknecht, J. A., Teague, R., Paylor, R., Zoghbi, H. Y. Abnormalities of social interactions and home-cage behavior in a mouse model of Rett syndrome. Human molecular genetics. 14, 205-220 (2005).
- Guzman, M. S., et al. Mice with selective elimination of striatal acetylcholine release are lean, show altered energy homeostasis and changed sleep/wake cycle. Journal of neurochemistry. 124, 658-669 (2013).
- Vecsey, C. G., et al. Daily acclimation handling does not affect hippocampal long-term potentiation or cause chronic sleep deprivation in mice. Sleep. 36, 601-607 (2013).
- Bogdanik, L. P., Chapman, H. D., Miers, K. E., Serreze, D. V., Burgess, R. W. A MusD retrotransposon insertion in the mouse Slc6a5 gene causes alterations in neuromuscular junction maturation and behavioral phenotypes. PloS one. 7, e30217(2012).
- Angelakos, C. C., et al. Hyperactivity and male-specific sleep deficits in the 16p11.2 deletion mouse model of autism. Autism research: official journal of the International Society for Autism Research. 10, 572-584 (2017).
- Fisher, S. P., et al. Rapid assessment of sleep-wake behavior in mice. Journal of biological rhythms. 27, 48-58 (2012).
- Mang, G. M., et al. Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/ electromyogram recordings in mouse sleep studies. Sleep. 37, 1383-1392 (2014).
- Chen, L., Toth, M. Fragile X mice develop sensory hyperreactivity to auditory stimuli. Neuroscience. 103, 1043-1050 (2001).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
