Количественная оценка инфра-медленной динамики спектральной мощности и частоты сердечных сокращений у спящих мышей

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы описать, как нервная и сердечная деятельность координируются во время быстрого сна мышей. Посредством мониторинга и анализа электроэнцефалографических, электромиографических, электрокардиографических сигналов. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области сна.

Например, как сон примиряет две основные и эволюционно сохраненные потребности. Которые должны быть как непрерывными, так и хрупкими. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он использует стандартную полисомнографию для оценки быстрого сна новым способом, основанным на переменных поведенческих реакциях на внешние раздражители.

Впервые идея этого метода пришла нам в голову, когда мы заметили, что спящие мыши по-разному реагируют на шум, например, просыпаются и высыпаются. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, будут испытывать трудности, потому что он сочетает в себе хирургическое мастерство, минимальные эксперименты и продвинутый анализ. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку несколько важных шагов являются новыми для этой области.

В частности, это касается поведенческого дизайна и анализа данных. Применение этого метода распространяется и на диагностику расстройств сна у людей. Потому что он определяет моменты сна, которые очень хрупкие.

Чтобы начать процедуру, подготовьте к ЭЭГ экогелектроды с помощью кусочков золотой проволоки длиной 0,5 сантиметра, каждый из которых припаян сверху к позолоченному стальному винту. Затем очистите их в 70% этаноле. Далее подготавливают два электрода ЭМГ-ЭКГ с золотыми проволоками длиной три-четыре сантиметра.

Согните провода под углом 90 градусов в одном сантиметре от одного конца и подготовьте катушку на другом конце. Между двумя концами сгибаем проволоку, чтобы создать небольшую кривизну, соответствующую поверхностному профилю кости между мозжечком и лямбдой. После этого подготовьте шестиканальный разъем «мама-головка», заклеив скотчем разъем как гнездового, так и мужского контактов в основании.

Затем добавьте к контактам по углам немного олова, чтобы облегчить процесс пайки. На этом этапе поместите животное, находящееся под наркозом, на стереотаксический аппарат, расположив рот. Это зафиксирует головку мыши.

Затем зафиксируйте голову, расположив ушные планки у черепа их тупыми обратными концами. Затем подтяните кожу в центре черепа и аккуратно разрежьте подтянутую часть кожи по средней линии от верхней части шеи до уровня глаз. Затем снимите кожу головы.

Убедитесь, что окно достаточно большое, чтобы хорошо видеть брегму и лямбда-трещины черепа. Зафиксируйте кожу с обеих сторон серафинами бульдога, чтобы обеспечить доступ к кости. Далее аккуратно удалите соединительную ткань с помощью скальпеля.

Очистите область дезинфицирующим средством на основе йода и высушите череп антисептическим тампоном. Затем с помощью острого лезвия скальпеля процарапают череп, чтобы получить очищенную и матированную поверхность кости. Используя только кончик скальпеля, процарапают сетку в виде сетки из бороздок с расстоянием от одного до двух миллиметров между бороздками.

После этого выполните четыре краниотомии черепа в определенных местах с помощью микродрели. Во время сверления сдуйте костную пыль с помощью пастеровской пипетки и очистите кровотечение антисептическими тампонами. Если кровотечение возникло, убедитесь, что оно полностью остановлено, прежде чем возобновить процесс.

Используйте гемостатическую губку для ускорения гемостаза. Закрепите винт в кровоостанавливающем зажиме. В левом полушарии вкрутите два позолоченных винта через краниотомию.

Держите зажим вертикально над краниотомией и вращайте винт, не отклоняясь от вертикального положения. Осторожно откройте кровоостанавливающий зажим, чтобы освободить винт. На правое полушарие вкрутите заранее подготовленные электроды через краниотомии.

Добавьте каплю клея на среднюю часть черепа, чтобы обеспечить плотное сцепление левой ЭМГ-ЭКГ. Осторожно приподнимите щипцами границу кожи мышц шеи и вставьте спицы ЭМГ-ЭКГ со скрученными концами в мышцы. Чтобы обнаружить сигналы сердечной ЭКГ во время сна, убедитесь, что провод ЭМГ-ЭКГ введен в мышцу на глубину от 0,8 до одного сантиметра.

Расположите левый ЭМГ-ЭКГ рядом с задним левым анкерным винтом. Повторите процедуру, чтобы ввести правый ЭМГ-ЭКГ. Расположите правый ЭМГ-ЭКГ рядом с передним левым анкерным винтом.

Следите за тем, чтобы концы петель располагались как можно дальше друг от друга. Важно, чтобы провода ЭМГ-ЭКГ были введены достаточно глубоко в мышцу, чтобы можно было надежно определить частоту сердечных сокращений. С помощью шпателя нанесите двухкомпонентный эпоксидный клей на череп между винтами и вокруг них.

Дайте ему высохнуть на свету, но берегите глаза животного от чрезмерного освещения. Постарайтесь расположить контакты разъема как можно ближе, чтобы свести к минимуму высоту имплантата, используя небольшую лампу типа «крокодил». Припаяйте четыре контакта в углу разъема к четырем проводам.

Сведите к минимуму время контакта с жалом паяльника, так как это быстро нагревает винты. Далее заполните пространство между клеем и коннектором стоматологическим цементом и накройте спаянные детали. Создайте гладкую поверхность и избегайте острых краев, которые могут поранить животное.

Кроме того, избегайте прикосновений к коже, так как это приводит к зуду. Теперь снимите серафины бульдога. Продезинфицируйте рану дезинфицирующим средством на основе йода.

При необходимости закройте рану точками наложения швов спереди и сзади разъема. После этого наблюдайте за животным каждый день в течение недели и ищите потерю веса, сниженную или ненормальную активность, а также признаки инфекции. Через пять-шесть дней после операции подключите записывающий кабель к разъему для головы животного, оставив его в домашней клетке.

Подождите еще четыре-пять дней до начала записи, чтобы животное привыкло к этому состоянию и уснуло естественным образом. С помощью коммерческого полисомнографического программного обеспечения можно записывать данные ЭЭГ и ЭМГ-ЭКГ в течение 48 часов, используя типичные настройки, такие как усиление 2000 x , частота дискретизации 2000 герц при регистрации, уменьшенная до 200 герц после регистрации. Примените фильтр высоких частот 0,7 Гц для всех трасс ЭЭГ и фильтр высоких частот 10 Гц для всех трасс ЭМГ-ЭКГ.

В этой демонстрации мышь находится в спящем режиме более 40 секунд. Здесь характерны низкочастотные, высокоамплитудные сигналы на ЭЭГ и низкий мышечный тонус на ЭМГ-следах. Важно, чтобы мышь стабильно спала не менее 40 секунд до воспроизведения шума, чтобы обеспечить длинную базовую линию для анализа сна, прежде чем проснуться или заснуть.

Теперь будет подаваться акустический стимул, в данном случае белый шум. В этом случае мышь просыпается в течение 10 секунд. Обратите внимание, что ЭЭГ десинхронизируется, когда мышь просыпается.

В другом случае мышь не просыпается, даже несмотря на то, что шум подавался более 20 секунд. Обратите внимание, что ЭЭГ не рассинхронизируется. Здесь показаны необработанные следы ЭЭГ, выделенные черным цветом, и соответствующие сигналы ЭМГ-ЭКГ серым цветом, за 40 секунд до начала шума и в течение 20 секунд шума.

Это событие для сна. И это пример события пробуждения. Соответствующие проанализированные данные для динамики мощности сигма в 40-секундном окне до начала шума показаны здесь для сна и пробуждения.

Ключевым результатом этого анализа является то, что сигма-мощность находится на своем дне перед началом шума при наступлении сна и на пике при пробуждении. В отличие от пробуждения и сна через события, представленные ранее, мы отбросили события с ранним переходом в быстрый сон. И мы также отбросили события с ранним подъемом до начала шума.

При попытке выполнить эту процедуру важно убедиться, что сигнал ЭМГ определяет частоту сердечных сокращений в течение всего периода быстрого сна. Более того, помните, что процедура анализа должна быть понята и реализована в программном скрипте для извлечения инфрамедленных колебаний. После этой процедуры могут быть применены другие методы, такие как локальная электрофизиологическая запись или подходы к визуализации, чтобы проследить паттерны активности в определенных областях мозга.

После перестройки этот метод открывает путь исследователям в области человеческого сна, чтобы изучить, как нейронная и сердечная деятельность организована на разных стадиях сна у здоровых спящих людей и у пациентов с расстройствами сна. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как оценивать и анализировать небыстрый сон ретроспективно на основе поведенческой реактивности спящей мыши на акустический стимул.