Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

تسجيل الطباعة الداخلي لقياس النوم في الفئران

Published: January 25, 2016 doi: 10.3791/53678
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 1, 1
1International Institute for Integrative Sleep Medicine (WPI-IIIS), University of Tsukuba, 2Public Sector/Medical Solutions, Kissei Comtech Co., Ltd

Introduction

في كثير من الأحيان التقدم التقني عجلت قفزات نوعية في فهم العمليات العصبية الحيوية. على سبيل المثال، اكتشاف هانس بيرغر في عام 1929 أن إمكانات الكهربائية المسجلة من فروة الرأس الإنسان اتخذت شكل موجات جيبية، والتردد الذي كان مرتبطا مباشرة إلى مستوى اليقظة من هذا الموضوع، وأدت إلى التقدم السريع في فهم النوم واليقظة تنظيم، في كل من الحيوانات والبشر على حد سواء. 1 لهذا اليوم electroencephlogram (EEG)، بالتزامن مع كهربية (EMG)، أي، النشاط الكهربائي التي تنتجها العضلات والهيكل العظمي، يمثل البيانات "العمود الفقري" للما يقرب من كل التجريبية والسريرية تقييم تسعى إلى ربط السلوك وعلم وظائف الأعضاء مع نشاط الخلايا العصبية القشرية في التصرف الحيوانات، بما في ذلك البشر. في معظم المختبرات البحثية النوم الأساسية يتم تنفيذ هذه التسجيلات EEG باستخدام نظام قائم على كابل (الشكل 1) حيث حصل ديخضع آتا خارج الخط إلى نمط والطيف التحليل [على سبيل المثال، تطبيق تحويل فورييه السريع (الاتحاد الفرنسي للتنس) خوارزمية] لتحديد حالة يقظة موضوع يتم تسجيلها. 2، ويتكون 3 نوم حركة العين السريعة (REM) و غير REM (NREM) النوم. يتميز النوم REM التي كتبها a-الجهد المنخفض السريع EEG، حركة العين بشكل عشوائي، وارتخاء العضلات، وهي الدولة التي بالشلل العضلات بشكل فعال. ومن المعروف النوم REM أيضا النوم المتناقض، لأن نشاط الدماغ يشبه ذلك من اليقظة، في حين أن الجسد هو قطع إلى حد كبير من الدماغ ويبدو أن في نوم عميق. على النقيض من ذلك، يتم تحفيز الخلايا العصبية الحركية أثناء النوم NREM لكن ليس هناك حركة العين. ويمكن تقسيم النوم NREM البشري إلى 4 مراحل، حيث تسمى مرحلة 4 نوم عميق أو نوم الموجة البطيئة والتي حددها كبيرة، وموجات الدماغ بطيئة مع النشاط دلتا بين 0،5-4 هرتز في EEG. من ناحية أخرى، إحدى وحداتها بين مراحل النوم NREM في الحيوانات الصغيرة، مثل الفئران لالثاني الفئران، لم يثبت، لأن معظمهم ليس لديهم فترات طويلة من النوم الموحدة كما رأينا في البشر.

على مر السنين، وعلى أساس تفسير EEG، عدة نماذج من تنظيم النوم واليقظة، سواء الدارة والقائم على الخلطية، وقد اقترحت. العصبية والأساس الخلوي للحاجة إلى النوم أو، بدلا من ذلك، "حملة النوم،" لا تزال دون حل، ولكن تم تصور كورقة ضغط استتبابي أن يبني خلال فترة الاستيقاظ ويتبدد قبل النوم. نظرية واحدة هي أن العوامل الذاتية somnogenic تتراكم أثناء اليقظة، وأن تراكمها التدريجي هو دعامة من النوم الضغط التماثل الساكن. في حين كان لها الفضل الأول الفرضية الرسمية أن النوم هو تنظمها العوامل الخلطية للعمل روزنباوم التي نشرت في عام 1892 4، وكان Ishimori 5 و 6 و Pieron 7 الذين مستقل، ومنذ أكثر من 100 سنة، أظهرت وجود المواد الكيميائية التي تعزز النوم. اقترح كل من الباحثين، وثبت في الواقع، أن المواد منومة أو "hypnotoxins" كانت موجودة في السائل الدماغي الشوكي (CSF) من الكلاب بالحرمان من النوم. 8 وعلى مدى القرن الماضي عدة مواد منومة المفترضة إضافية المتورطين في عملية التماثل الساكن النوم تم تحديدها (للمراجعة، انظر المرجع 9)، بما في ذلك البروستاغلاندين (PG) D 2، 10 السيتوكينات، 11 الأدينوزين، 12 anandamide و 13 و الببتيد urotensin الثاني (14).

العمل التجريبي قبل إيكونومو 15، 16، Moruzzi وMagoun 17، وغيرهم في النتائج المبكرة والمتوسطة 20 ال تنتج القرن التي ألهمت النظريات القائمة على الدوائر النوم واليقظة، وإلى درجة معينة، طغت نظرية الخلطية ثم السائدة نوم. حتى الآن، العديد من "نماذج الدوائر" وقد اقترحت، كل علم بها بيانات نوعية وكمية متفاوتة (للمراجعة، انظر المرجع 18). نموذج واحدعلى سبيل المثال، يقترح أن يتم إنشاء نوم الموجة البطيئة من خلال بوساطة الأدينوزين تثبيط إطلاق سراح أستيل من الخلايا العصبية كوليني في الدماغ الأمامي القاعدية، وهي منطقة consisiting أساسا من نواة الطرف الأفقي للالفرقة قطري من بروكا وinominata substantia. 19 نموذج آخر شعبية لتنظيم النوم / الاستيقاظ يصف آلية تبديل الوجه بالتخبط على أساس التفاعلات المثبطة المتبادلة بين الخلايا العصبية الذي يحفز النوم في المنطقة أمام البصرية البطنية الوحشية والخلايا العصبية الذي يحفز أعقاب في جذع تحت المهاد والدماغ. 18، 20، 21 وعلاوة على ذلك، لتبديل الدخول والخروج من النوم REM، وقد اقترح تفاعل المثبطة بالتبادل مماثل لمناطق في جذع الدماغ، وهذا هو رمادي بطني المحيطة بالمسال، الجانبية جسري سقيفة، ونواة sublaterodorsal 22 بشكل جماعي، وقد أثبتت هذه النماذج قيمة الاستدلال والأطر التفسيرية المهمة الممنوحة للدراسات في مجال البحوث النوم. ومع ذلك، أنتمور أكمل فهم الآليات الجزيئية ودوائر تنظيم دورة النوم واليقظة تتطلب معرفة أكثر اكتمالا من مكوناته. ينبغي للنظام لتسجيل الطباعة المفصلة أدناه تساعد في تحقيق هذا الهدف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

بيان الأخلاق: إجراءات التي تجرى على الحيوانات قد وافقت عليها اللجنة تجربة المؤسسي الحيوان في جامعة تسوكوبا.

1. إعداد الأقطاب الكهربائية والكابلات EEG / EMG تسجيلات

  1. إعداد EEG / EMG تسجيل الكهربائي وفقا للإجراءات التالية.
    ملاحظة: القطب هو المتاح، ويمكن استخدامها فقط ل1 الحيوان. تخطط بعناية التكوين الأسلاك لجميع الموصلات. وضع علامات على وصلات للالاتجاه الصحيح.
    1. لحام كل طرف من رأس دبوس 4 إلى 2 سم، أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ. وباختصار، عقد واحدة من نهاية السلك إلى دبوس، ضع حام الحديد الساخن على المفصل سلك دبوس، وتذوب بعض حام للتأكد من أن لحام يكفي يسير بشكل سلس في المفصل. يجب الحرص على عدم تطبيق الكثير من الحرارة إلى دبوس. وإلا فإن البلاستيك حول دبابيس تذوب.
    2. لحام خالية من نهاية كل من 2 الأسلاك المعلقة على رأس دبوس في الرأسمن 1.0 ملم القطر الفولاذ المقاوم للصدأ المسمار. وباختصار، عقد نهاية خالية من السلك إلى موضوع تحت رأس المسمار، ضع حام الحديد الساخن على الاسلاك المشتركة المسمار، وتذوب بعض حام للتأكد من أن لحام يكفي يسير بشكل سلس في المفصل. الأسلاك 2 مع مسامير بمثابة أقطاب تسجيل EEG، بينما الأسلاك 2 بدون مسامير بمثابة EMG أقطاب تسجيل.
    3. استخدام مقص لتجريدها من 1 ملم من العزل في نهاية الأقطاب EMG لزيادة جودة الإشارة EMG.
    4. تغطي تماما جميع دبابيس ملحوم مع الايبوكسي لاصقة باستخدام عصا خشبية أو الأسنان معول رقيقة للحد من الضجيج الكهربائي خلال التسجيلات EEG / EMG.
  2. إعداد كابل لتوصيل القطب مع عصابة الانزلاق كما هو موضح أدناه. يمكن إعادة استخدامها هذا الكابل.
    1. لحام كل طرف من 4 دبوس FFC / الشركة العامة للفوسفات موصل بسلك من كابلات مسطحة 30 سم. وباختصار، عقد نهاية جردت من الأسلاك إلى دبوس، ضع حام الحديد الساخنعلى الاسلاك المشتركة دبوس، وتذوب بعض جندى لضمان ما يكفي فقط لحام يسير بشكل سلس في المفصل.
      ملاحظة: اختيار طول الكابل المسطح الذي يتناسب مع ارتفاع القفص حيوانات التجارب المستخدمة للتسجيلات EEG / EMG.
    2. لحام تجعيد مآخذ إلى غيض من الأسلاك على الطرف الآخر من كابل مسطح. وباختصار، عقد مأخذ تجعيد إلى نهاية خالية جردت من الأسلاك، ووضع لحام الحديد الساخن على المفصل سلك مأخذ، وتذوب بعض حام للتأكد من أن لحام يكفي يسير بشكل سلس في المفصل.
    3. إدراج كل تجعيد مأخذ الى موقف 4 تجعيد الإسكان.
    4. تغطية كامل تجعيد مآخذ مع الايبوكسي لاصقة باستخدام عصا خشبية أو الأسنان معول رقيقة.

2. زرع الأقطاب الكهربائية في الرأس ماوس (المدة: حوالي 20 دقيقة)

  1. تعقيم جميع الأدوات الجراحية في حبة تعقيم الساخن قبل الجراحة. تخدير ماوس الذكور (10-20 أسابيع من العمر، 20 - 30 غرام)مع حقنة داخل الصفاق من بنتوباربيتال (50 ملغ / كلغ). بعد التحقق من أن الفأر هو تخدير عميق معسر أخمص القدمين، حلاقة الشعر على الرأس والرقبة مع كليبرز.
  2. تحريك الماوس إلى الإطار التجسيمي، وإصلاح الرأس بين القضبان الأذن 2. تطبيق الفازلين على العيون لمنع جفاف. تطهير الجلد حلق مع الكحول وقطع عليه على طول خط الوسط مع مشرط لفضح الجمجمة. مقطع الجلد للحفاظ على منطقة العمليات الجراحية المفتوحة.
  3. باستخدام القاطع كربيد (حجم الحفر: 0.8 مم)، وحفر 2 ثقوب في الجمجمة، واحدة فوق المنطقة القشرية الأمامية (1 ملم الأمامي إلى bregma، 1.5 ملم الجانبي لخط الوسط) والآخر على المنطقة الجدارية ( 1 مم وفقا لإحداثيات التجسيمي من Paxinos وفرانكلين سابقة لامدا، 1.5 ملم الجانبي لخط الوسط) من النصف الأيمن، 23
  4. باستخدام مفك صائغ، والمكان الفولاذ المقاوم للصدأ مسامير EEG تسجيل في الثقوب وجعل 2-2،5 يتحول لكل screث لتحديد المواقع فوق الجافية على القشرة.
    ملاحظة: لا إدراج مسامير عميقة جدا لمنع تلف أنسجة المخ. تأكد من أن مسامير ثابتة بإحكام على الجمجمة. هذا من المهم أن يكون إشارات EEG مستقرة خلال فترة طويلة من التسجيلات متعددة (عادة أكثر من 1 في الشهر). مسامير بتلو تنتج القطع الأثرية EEG ويمكن أن تؤتي ثمارها قبل نهاية الموعد المحدد التجريبي.
  5. إصلاح التجمع الكهربائي (راجع القسم 1.1، تحولت دبابيس أعلى) مع الغراء لحظة في الجمجمة، وتغطي مع الاسمنت الأسنان. جعل ثقوب صغيرة ثنائي مع ملقط في شبه المنحرفة (الرقبة) العضلات وإدراج الأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تشكل أقطاب EMG في الثقوب. خياطة الجلد مع خيط الحرير (0.1 مم) لتجنب التعرض للعضلة.
  6. إزالة الماوس من الإطار التجسيمي. إدارة الأمبيسلين (100 ملغ / كلغ) وميلوكسيكام (1 ملغ / كلغ) البريتونى على الماوس لتجنب العدوى البكتيرية وتقليل الألم بعد الجراحة، على التوالي. كهEP الماوس على وسادة الحرارة ومراقبة حتى استعاد وعيه أنه كاف للحفاظ على الاستلقاء القصية. بيت الماوس بشكل فردي خلال الانتعاش لتجنب إزالة من الأقطاب الكهربائية من قبل الحيوانات الأخرى، وتدير ميلوكسيكام (1 ملغ / كلغ) البريتونى في اليوم الأول بعد الجراحة.

3. تسجيل والحصول EEG / EMG البيانات

  1. بعد فترة نقاهة 1-الاسبوع، بيت كل فأر على حدة في قفص التجريبية وضعت في غرفة تسجيل عازلة للصوت. الحفاظ على درجة حرارة الغرفة من 23 ± 1 درجة مئوية، وتلقائيا السيطرة على دورات من 12 ساعة ضوء / 12 ساعة الظلام (أضواء على الساعة 08:00، شدة الإضاءة ~ 100 لوكس).
  2. ربط التجمع الكهربائي EEG / EMG على رأسه الماوس إلى كابل تسجيل. تأكد من توصيل كابل لتسجيل حلقة الانزلاق (الذي تم تصميمه بحيث لا تقتصر حركات الماوس عن طريق التواء كابل) ومكبر للصوت إشارة EEG / EMG. مرشح EEG / EMG إشارات (EEG، 0،5-64 هرتز. EMG، 16-64 هرتز)، رقمنة بمعدل عينة من 128 هرتز قبل تحويل التناظرية إلى الرقمية (A / D) وسجل في النهاية على كمبيوتر يعمل بنظام التشغيل EEG / EMG برنامج تسجيل (جدول 'المواد'، دخول 4 عشر من أسفل).
  3. روض الماوس ل2-3 أيام في غرفة تسجيل. إذا كان تسجيل EEG / EMG يشمل الإدارات المخدرات داخل الصفاق، والتعامل بلطف الماوس في كل يوم التعود على وقت تناول الدواء.
  4. وفي وقت لاحق، بدء EEG / EMG تسجيل برنامج (جدول 'المواد'، دخول ال 4 من الأسفل).
    1. حدد علامة التبويب "ملف بيانات المعلومات" وانقر على المربع بجانب اسم الملف. أدخل اسم الملف ثم انقر فوق "حفظ".
    2. حدد علامة التبويب "تسجيل حالة" وتحديد جميع القنوات EEG / EMG التي سيتم تسجيلها.
    3. حدد تردد أخذ العينات (128 هرتز) في علامة التبويب "حالة تسجيل.
    4. معرفة ما اذا كان يتم عرض القنوات المختارة بشكل صحيح في ال"معلومات قناة" علامة التبويب البريد.
    5. حدد علامة التبويب "إعداد الموقت" وانقر على "مراقب" لعرض EEG وEMG.
    6. معرفة ما اذا كان يتم عرض إشارات EEG / EMG بشكل صحيح.
    7. حدد علامة التبويب "إعداد الموقت" وتعيين وقت على مدار الساعة لبداية ونهاية التسجيل في المجال 'الموقت الرئيسية.
    8. انقر على "مراقب" في علامة التبويب "إعداد الموقت" لبدء التسجيل.
  5. سجل EEG / EMG إشارات تحت خط الأساس (أي.، سلوك النوم / اعقاب ماوس يتصرف بحرية) والشروط معاملة مختلفة (على سبيل المثال، إدارة الكافيين أو المعاملة صورية) على مدى عدة أيام. الموت ببطء الفأر مع حقنة داخل الصفاق من بنتوباربيتال (200 ملغ / كلغ) بعد يوم تجريبي الماضي.

4. تحديد درجات السلوكية الدولة بناء على EEG / EMG البيانات

  1. بدء برنامج لتحليل EEG / EMG (جدول 'المواد'، دخول ال 4 من الأسفل). فتح البيانات الخام EEG / EMG (ملف .kcd) المنتجة في إطار الخطوة 3. انقر فوق علامة التبويب "النوم"، ثم حدد الوقت الحقبة. تحديد 10 ثانية.
  2. انقر فوق علامة التبويب "النوم" وحدد "متعدد فحص" ليسجل تلقائيا كل العهود 10 ثانية إلى 3 مراحل (أي.، NREM والنوم REM، واليقظة) على أساس سعة من EEG وEMG والتحليل الطيفية من EEG. 3
  3. انقر على "حالة الاتحاد الفرنسي للتنس للEEG".
  4. تعيين المعلمات لتحليل الطيفية [256 نقطة مسند (الموافق 2 ثانية من EEG)، هانينج وظيفة النافذة، ومتوسط ​​5 الأطياف في عصر]. 3 انقر على "موافق".
  5. انقر فوق "ابدأ الفحص" لبدء الفحص التلقائي. فتح البيانات وسجل (ملف .raf).
  6. تحقق نتائج الفحص التلقائي، وإذا لزم الأمر، تصحيحها يدويا على أساس المعايير القياسية (انظر ممثل النتائج، 1B الشكل والجدول 1 2، 3 لفترة وجيزة، انقر فوق والاستمرار على زر الماوس الأيسر على عصر تسجيل بشكل غير صحيح واسحب المؤشر عبر سلسلة من العهود تسجيل بشكل غير صحيح. الافراج عن زر الماوس الأيسر واختر الدولة السلوكية الصحيحة في نافذة منبثقة.
    ملاحظة: أحيانا، العهود في الانتقال بين دولتين يقظة يصعب يسجل بشكل لا لبس فيه لدولة واحدة. في مثل هذه الحالات، يجب أن يكون سجل العصر للدولة المزعومة وينبغي أن تطبق نفس المعايير على العهود مماثلة في كافة مراحل التجربة لضمان استنساخ البيانات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يوضح الشكل 1B أمثلة من الماوس EEG في دول اليقظة مختلفة. كما هو مبين في الجدول رقم 1، تصنف العهود كما النوم NREM إذا تبين EEG كبيرة، وموجات الدماغ بطيئة مع إيقاع الدلتا أقل من 4 هرتز وEMG ليس لديها سوى إشارة ضعيفة أو معدومة. تصنف العهود كما النوم REM إذا تبين EEG موجات الدماغ ذات الجهد المنخفض السريع في نطاق ثيتا بين 6 و 10 هرتز ويظهر EMG منخفضة السعة. ينبغي أن تصنف العهود الأخرى واليقظة (أي.، منخفضة الى متوسطة EEG الجهد وقوع النشاط EMG).

على سبيل المثال، وتسجيل EEG / EMG انشاء الموصوفة في هذا البروتوكول يمكن استخدامها لتحديد كمية النوم و ملفه الشخصي النوم / اعقاب C57BL / 6 الفئران في ظل ظروف خط الأساس أو بعد العلاج مع الكافيين (أرقام 2 و 3).

تحت بشروط المعطيات الأساسية، والفئران، والتي هي حيوانات ليلية، أظهرت واضحة الساعة البيولوجية إيقاع النوم واليقظة، كما رأينا في هذه الأرقام، مع كميات أكبر من النوم خلال فترة الخفيفة من خلال الظلام واحد (الشكل 2A). خلال الفترة ضوء لمدة 12 ساعة، وأظهرت الفئران 6.7 ساعة و 0.9 ساعة من النوم REM NREM و، على التوالي؛ بينما خلال فترة مظلمة لمدة 12 ساعة، واليقظة السائد (الشكل 2B). من ناحية أخرى، يمكن تقييم نوعية النوم على أساس تحليل حالة اليقظة وEEG طيف الطاقة (الشكل 2C-F). عادة، تسجيلات الطباعة من EEG EMG ويمكن استخدامها لتحديد توزيع مدة الحلقة، يعني المدة، وعدد مرحلة انتقالية لكل دولة اليقظة (الشكل 2C-E). وعلاوة على ذلك، فإن طيف الطاقة EEG لNREM والنوم REM في الفئران خلال الضوء والظلام الفترة (الشكل 2F) يظهر قوية كثافة الطاقة EEG في مدى التردد من 0،5-4 هرتز و 6-10هرتز، على التوالي. وتجدر الإشارة إلى أن EEG أثناء النوم REM يشمل كميات صغيرة من موجات دلتا (0،5-4 هرتز)، لأن الدول المختلطة من NREM والنوم REM في بعض الأحيان ملوثة.

لتقييم آثار المخدرات على سلوك النوم واليقظة من الفئران، وعادة ما تسجل 24-30 EEG وEMG لمدة 2 أيام متتالية. لتحديد، على سبيل المثال، وتأثير الشهوة الكافيين على C57BL / 6 الفئران، تم علاج 24 الفئران مع سيارة (10 مل / كغ المالحة؛ البريتونى) في يوم 1 في 10:00 في المرحلة المبكرة من فترة الخفيفة. وبعد ذلك تعامل الحيوانات مع الكافيين (15 مغ / كغ) بعد 24 ساعة، وصنفت الدول اليقظة حاليا إلى الاستيقاظ والنوم REM، والنوم NREM. ويبين الشكل 3A أمثلة نموذجية للEEG، EMG، وhypnograms بعد إدارة الكافيين (لوحات polysomnographic أقل) أو مركبة (لوحات polysomnographic العليا) في C57BL / 6 الماوس. الكافيين increASED كمية من اليقظة في C57BL / 6 الفئران 2.8 أضعاف لمدة 3 ساعة بعد الحقن (الشكل 3B).

الشكل 1
الشكل 1. النوم النظام الأحيائي بالنسبة للفئران.

(A) رصد إشارات EEG، وزرع مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ epidurally على المناطق القشرية والجدارية الأمامية من 1 نصف الكرة الغربي. بالإضافة إلى ذلك، يتم مراقبة النشاط EMG عن طريق أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ وضعت ثنائيا داخل العضلات شبه المنحرفة. (B) ومن الأمثلة النموذجية لEEG، EMG، وEEG كثافة الطاقة لمدة 10 ثانية أثناء النوم REM NREM أو أو اليقظة في الماوس. في النوم NREM، يظهر EEG موجات عالية السعة؛ والفرقة الدلتا (0،5-4 هرتز) هو المهيمن (يسار). في النوم REM، ويظهر EEG موجات السعة المنخفضة، مع الفرقة ثيتا (6-10 هرتز) يجري المهيمن (وسط). في اليقظة، وEEG يظهر موجات منخفضة السعة، مع عدم وجود تردد يجري المهيمن (يمين). إشارات EMG أقل في كل من NREM وREM من النوم مما كانت عليه في اليقظة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
الشكل 2. الملامح النوم واليقظة في ظل الشروط الأساسية في C57BL / 6 الفئران المقررة من قبل EEG / EMG تسجيلات.

(A) التغييرات الوقت بالطبع في مقدار ساعة من كل مرحلة السلوكية. الأبيض وأشرطة سوداء فوق X -axes تشير إلى الضوء والظلام فترات، على التوالي. (B) المبلغ الإجمالي من كل مرحلة لمدة 12 ساعة وتظهر قدرا أكبر من NREM والنوم REM خلال فترة الخفيفة بالمقارنة مع أنه في الفترة المظلمة. (C) توزيع البريد مدة pisode كل مرحلة. (D) متوسط ​​مدة كل مرحلة أطول للاليقظة في الفترة المظلمة. (E) عدد مسارح انتقال كل مرحلة يظهر التحولات على نحو أكثر تواترا خلال الفترة الخفيفة. (F) EEG طيف الطاقة خلال NREM والنوم REM يظهر أساسا عدم وجود فروق السلطة الكثافة بين الضوء والفترات المظلمة. وتعرض البيانات كما يعني ± SEM (ن = 5). * P <0.05، ** p <0.01، وفقا لتقييم ر الطالب اختبار يقترن اثنين من الذيل و. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. الإثارة تأثير الكافيين المقررة من قبل EEG / EMG تسجيلات.

. في غضون صفحة = "1"> (A) ومن الأمثلة النموذجية لEEG، EMG، وhypnograms بعد إدارة المركبات (اللوحة العليا) أو الكافيين في جرعة من 15 ملغ / كغ (اللوحة السفلى). (ب) دورات وقت اليقظة في الفئران التي عولجت مع الكافيين. (C) اليقظة خلال فترة 3-ساعة بعد الحقن من الكافيين. وتعرض البيانات كما يعني ± SEM (ن = 5). ** ف <0.01 مقارنة مع حقن السيارة، وفقا لتقييم ر الطالب اختبار يقترن اثنين من الذيل و. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

NREM النوم النوم REM يقظة
EEG السعة عالي منخفض منخفض
تردد EEG المهيمن دلتا الفرقة (0،5-4 هرتز) الفرقة ثيتا (6-10 هرتز) لا شيء
EMG السعة منخفض منخفض عالي

الجدول 1: المعايير العامة ليسجل الولايات السلوكية التي كتبها إشارات EEG / EMG.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يصف هذا البروتوكول مجموعة المتابعة للتسجيلات EEG / EMG التي تسمح للتقييم النوم واليقظة تحت ضجيج منخفض وظروف فعالة من حيث التكلفة، والإنتاجية العالية. ونظرا لصغر حجم الرأس الكهربائي EEG / EMG التجمع، وهذا النظام يمكن الجمع بين غرسات أخرى لإجراء التجارب داخل الدماغ، بما في ذلك optogenetics (زرع الألياف الضوئية)، أو بالاشتراك مع المتزامن قنية الزرع، microinfusion المخدرات إلى الماوس المخ. 31 وعلاوة على ذلك، وتصميم للجمعية رئيس الكهربائي فيما يتعلق رؤوس متعددة دبوس يوفر مرونة في عدد من القنوات تسجيل، إذا كنت بحاجة قياس إشارات إضافية الكهربائية (على سبيل المثال، EEG المقابل، electrooculogram أو إمكانات الميدانية المحلية) .

ومع ذلك، هناك حاجة المساكن الفردية لتصميم القائم على كابل الموصوفة في هذا البروتوكول، وبالتالي مما يحد من تقييم الدول السلوكية، أي، النوم وواkefulness، إلى جانب التفاعل الاجتماعي أو اختبار السلوك المعقد. في هذه الحالات، هو نظام مراقبة النوم اللاسلكية المرجح أكثر ملاءمة، على الرغم من أن أجهزة القياس عن بعد لا تخلو من الميزات الخاصة بهم الحد، وخاصة تكلفة البطارية والحياة.

جودة إشارات EEG / EMG مهمة لالتهديف من الدول السلوكية وفقا للمعايير هو مبين في الشكل 1 والجدول 1. أقطاب بتلو (أي.، مسامير) وغالبا ما تكون السبب في الضجيج الكهربائي الناتج في القطع الأثرية في EEG والاتحاد الفرنسي للتنس تحليل. وعلاوة على ذلك، من المهم للجودة الإشارة EEG لتغطية كامل مسامير القطب مع الاسمنت الأسنان لتجنب فقاعات الهواء بين مسامير والاسمنت، مما أدى إلى زيادة الضجيج الكهربائي. ويمكن التحقق من نوعية إشارات EEG في الماوس الواضح النوم عن طريق التأكد بصريا أن لديهم سعة عالية ومنخفضة التردد.

التكلفة والوقت لأقطاب زرع عوامل حاسمة بالنسبة للعديد من مختبرات الأبحاث النوم ويعتبر العيب الرئيسي لنطاق واسع فحص سلوك النوم واليقظة في الفئران. يمكن إنشاء نظام تسجيل EEG / EMG الموصوفة هنا وتعمل بتكلفة منخفضة الى متوسطة التكلفة، بما في ذلك تكاليف المتكررة للمواد الكهربائي والمستلزمات الطبية (حوالي 2 دولار لكل الماوس) والاستثمارات لEEG / EMG معدات التسجيل (حلقة الانزلاق، ومكبر للصوت ، وتحويل A / D؛ USD حوالي 2000 في الماوس).

مع الاحترام لآخر، يمكن للباحث المهرة خلص زرع قطب كهربائي ل1 الماوس في أقل من 20 دقيقة. وبالتالي، فمن الممكن أن تعمل على أكثر من 20 الفئران يوميا. وثمة عامل آخر رئيسي للالكفاءة الكلية للتقييم من النوم على أساس قياس EEG / EMG هو استخدام البرمجيات لاقتناء والتسجيل التلقائي للبيانات EEG / EMG. لهذه الأغراض، ومجموعة متنوعة من البرامج التجارية وتطويرها في منزل تتوفر معالتباين الشديد في التسعير أو التسجيل دقة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4-pin header Hirose A3B-4PA-2DSA(71)
Ampicillin Meiji Seika
Analog-to-digital converter Contec AD16-16U(PCIEV)
Caffeine Sigma C0750
Carbide cutter Minitor B1055
Crimp housing Hirose DF11-4DS-2C
Crimp socket Hirose DF11-30SC
Dental cement (Toughron Rebase) Miki Chemical Product
Epoxy adhesive Konishi #16351
FFC/FPC connector Honda Tsushin Kogyo FFC-10BMEP1(B)
Flat cable Hitachi Cable 20528-ST LF
Instant glue (Aron Alpha A) Toagosei N/A
Meloxicam Boehringer Ingelheim N/A
Pentobarbital Kyoritsu Seiyaku N/A
Signal amplifier Biotex N/A
Sleep recording chamber APL N/A
SleepSign software Kissei Comtec N/A for EEG/EMG recording/analysis
Slip ring Biotex N/A
Stainless steel screw Yamazaki N/A φ1.0 × 2.0
Stainless steel wire Cooner Wire AS633

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Berger, H. Über das Elektrenkephalogramm des Menschen. Arch. Psych. 87 (1), 527-570 (1929).
  2. Tobler, I., Deboer, T., Fischer, M. Sleep and sleep regulation in normal and prion protein-deficient mice. J. Neurosci. 17 (5), 1869-1879 (1997).
  3. Kohtoh, S., et al. Algorithm for sleep scoring in experimental animals based on fast Fourier transform power spectrum analysis of the electroencephalogram. Sleep Biol. Rhythm. 6 (3), 163-171 (2008).
  4. Rosenbaum, E. Warum müssen wir schlafen? : eine neue Theorie des Schlafes. , August Hirschwald. (1892).
  5. Kubota, K. Kuniomi Ishimori and the first discovery of sleep-inducing substances in the brain. Neurosci. Res. 6 (6), 497-518 (1989).
  6. Ishimori, K. True cause of sleep: a hypnogenic substance as evidenced in the brain of sleep-deprived animals. Tokyo Igakkai Zasshi. 23, 429-457 (1909).
  7. Legendre, R., Pieron, H. Recherches sur le besoin de sommeil consécutif à une veille prolongée. Z. Allegem. Physiol. 14, 235-262 (1913).
  8. Inoué, S., Honda, K., Komoda, Y. Sleep as neuronal detoxification and restitution. Behav. Brain. Res. 69 (1-2), 91-96 (1995).
  9. Urade, Y., Hayaishi, O. Prostaglandin D2 and sleep/wake regulation. Sleep Med. Rev. 15 (6), 411-418 (2011).
  10. Ueno, R., Ishikawa, Y., Nakayama, T., Hayaishi, O. Prostaglandin D2 induces sleep when microinjected into the preoptic area of conscious rats. Biochem. Biophys. Res. Commun. 109 (2), 576-582 (1982).
  11. Krueger, J. M., Walter, J., Dinarello, C. A., Wolff, S. M., Chedid, L. Sleep-promoting effects of endogenous pyrogen (interleukin-1). Am. J. Physiol. 246 (6 Pt 2), R994-R999 (1984).
  12. Porkka-Heiskanen, T., et al. Adenosine: a mediator of the sleep-inducing effects of prolonged wakefulness. Science. 276 (5316), 1265-1268 (1997).
  13. Garcia-Garcia, F., Acosta-Pena, E., Venebra-Munoz, A., Murillo-Rodriguez, E. Sleep-inducing factors. CNS Neurol. Disord. Drug. Targets. 8 (4), 235-244 (2009).
  14. Huitron-Resendiz, S., et al. Urotensin II modulates rapid eye movement sleep through activation of brainstem cholinergic neurons. J. Neurosci. 25 (23), 5465-5474 (2005).
  15. Wilkins, R. H., Brody, I. A. Encephalitis lethargica. Arch. Neurol. 18 (3), 324-328 (1968).
  16. von Economo, C. Die encephalitis lethargica. Wien. Klin. Wochenschr. 30, 581-585 (1917).
  17. Moruzzi, G., Magoun, H. W. Brain stem reticular formation and activation of the EEG. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1 (4), 455-473 (1949).
  18. Saper, C. B., Fuller, P. M., Pedersen, N. P., Lu, J., Scammell, T. E. Sleep state switching. Neuron. 68 (6), 1023-1042 (2010).
  19. Jones, B. E. Progress in Brain Research. Krnjevic , K., L, D. escarries, S, M. ircea 145, Elsevier. 157-169 (2004).
  20. Saper, C. B., Scammell, T. E., Lu, J. Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms. Nature. 437 (7063), 1257-1263 (2005).
  21. Fort, P., Bassetti, C. L., Luppi, P. H. Alternating vigilance states: new insights regarding neuronal networks and mechanisms. Eur. J. Neurosci. 29 (9), 1741-1753 (2009).
  22. Lu, J., Sherman, D., Devor, M., Saper, C. B. A putative flip-flop switch for control of REM sleep. Nature. 441 (7093), 589-594 (2006).
  23. Paxinos, G., Franklin, K. B. J. The mouse brain in stereotaxic coordinates. , Academic. (2001).
  24. Lazarus, M., et al. Arousal effect of caffeine depends on adenosine A2A receptors in the shell of the nucleus accumbens. J. Neurosci. 31 (27), 10067-10075 (2011).
  25. Huang, Z. L., et al. Adenosine A2A, but not A1, receptors mediate the arousal effect of caffeine. Nat. Neurosci. 8 (7), 858-859 (2005).
  26. Qu, W. M., Huang, Z. L., Xu, X. H., Matsumoto, N., Urade, Y. Dopaminergic D1 and D2 receptors are essential for the arousal effect of modafinil. J. Neurosci. 28 (34), 8462-8469 (2008).
  27. Huang, Z. L., et al. Arousal effect of orexin A depends on activation of the histaminergic system. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98 (17), 9965-9970 (2001).
  28. Xu, Q., et al. A mouse model mimicking human first night effect for the evaluation of hypnotics. Pharmacol. Biochem. Behav. 116, 129-136 (2014).
  29. Cho, S., et al. Marine polyphenol phlorotannins promote non-rapid eye movement sleep in mice via the benzodiazepine site of the GABAA receptor. Psychopharmacol. 231 (14), 2825-2837 (2014).
  30. Liu, Y. Y., et al. Piromelatine exerts antinociceptive effect via melatonin, opioid, and 5HT1A receptors and hypnotic effect via melatonin receptors in a mouse model of neuropathic pain. Psychopharmacol. 231 (20), 3973-3985 (2014).
  31. Qu, W. M., et al. Lipocalin-type prostaglandin D synthase produces prostaglandin D2 involved in regulation of physiological sleep. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (47), 17949-17954 (2006).

Tags

علم الأعصاب، العدد 107، السلوك، حالة الدماغ، كهربية، اليقظة، القطب، جراحة
تسجيل الطباعة الداخلي لقياس النوم في الفئران
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Oishi, Y., Takata, Y., Taguchi, Y.,… More

Oishi, Y., Takata, Y., Taguchi, Y., Kohtoh, S., Urade, Y., Lazarus, M. Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice. J. Vis. Exp. (107), e53678, doi:10.3791/53678 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter