Summary
在这里, 我们提出了一个协议, 记录遥测脑电图 (脑电图) 从自由移动仔猪直接在猪圈没有使用镇静剂, 使其能够记录典型的脑电图模式在非 REM 睡眠, 如纺锤爆发。
Abstract
该方法允许在猪圈中直接从自由移动的仔猪中记录高质量的脑电图 (脑电图)。采用单通道遥测脑电图系统与标准自粘水凝胶电极结合使用。小猪在没有镇静剂的情况下平静下来。在释放到猪圈后, 小猪的行为正常--他们在同兄弟姐妹一样的循环中喝酒睡觉。他们的睡眠阶段用于脑电图录音。
Introduction
仔猪是神经科学1的新兴模型系统。为了加强翻译研究, 我们发明了一种从无节制仔猪2 (图 1和图 2) 中记录无侵袭性、临床脑电图的方法。对脑电图记录的翻译使用的两个先决条件, 关于与皮质成熟有关的脑电图模式, 是一种非侵入性的方法, 可与临床设置相媲美, 也可以节制镇静剂或麻醉。单通道遥测系统3与自粘电极结合, 可固定在5分钟左右. 此后, 仔猪将迅速从处理过程中恢复, 并将其喂养和睡眠行为与其他小猪和母猪。
虽然已经有尝试使用非侵入性脑电图记录从镇静动物4, 多数脑电图研究从动物是以侵入的方法进行。这些方法对植入电极5、6周围的炎症过程有副作用, 在大多数情况下, 由于植入脑电图系统的外部成分, 它们需要动物的社会分离。因此, 将这些数据翻译到临床背景是困难的。对翻译方法的需要越来越清楚, 因为它仍然不知道如何在早期皮质发育期间的 "正常" 大脑成熟是由临床, 非侵入性脑电图7表示。这一知识缺口是由8早产儿脑电图记录所带来的技术挑战引起的。在动物模型系统中, 早期皮质发育的模式更容易获得, 因为大多数动物与人类皮质发育相比, 出生时有 "早产儿"9。除了2种动物皮质发育的保守模式外, 最近还发现早产儿的脑电图记录也可以预测10、11以后的个体临床结局。这里描述的方法对于发展神经科学的转化方面特别有用。
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Protocol
所有程序均经当地道德委员会批准 (#23177 07/G10-1-010/G 15-15-011), 并遵循欧洲和德国国家条例 (欧洲共同体理事会指令, 86/609/ECC;Tierschutzgesetz)。
所有动物程序都是按照古腾堡的医疗中心-大学美因法动物保育委员会的规定进行的。
1. 设置
- 在实验之前, 检查任何线路噪音, 并找到一个适当的位置, 设置和天线。线噪声是可见的60或50赫兹正弦波。
注意: 天线的位置, 特别是发射机和接收器之间的距离取决于系统的传输强度。这里使用的系统是可调整的。它被调整了到一个相对地低力量, 与大约 3 m 传输范围。此外, 猪圈中的金属栅栏可以抑制信号并引起干扰。在这种情况下, 有必要将天线放在金属笼内。 - 使用电缆鼓提供线路电源设置。将笔记本电脑、接收器单元和模拟数字转换器 (如有必要) 连接到正在使用的特定遥测系统。
注: 这里使用的遥测系统向接收器发送数字数据。这可能与其他系统不同。 - 将电极、粘合剂、Q 尖和湿巾以及混合块放在一个单独的桌子上。
- 用短电缆准备电极。要做到这一点, 切电极和焊料, 其长度尽可能短, 取决于动物的大小。电缆必须足够长的时间将所需的记录位置与遥测脑电图单元连接, 传输数据。太长的电缆必须退缩和覆盖与皮肤胶粘剂硅胶弹性体。更长的电缆必须退缩, 使硅胶补丁更大, 更重。
2. 小猪
- 抓一只小猪, 抓住它的腿或胸部。保持它, 并注意任何大便或排尿。
- 如有必要, 用数字标记小猪。
- 把小猪裹在毛巾里。小猪会冷静下来的。注意使小猪过热。
- 用一只手握住小猪的身体或前臂。用另一只手握住鼻子。注意使小猪过热, 并确保它是自由呼吸正常。
3. 电极
- 有第二个人连接电极。
- 用水或乙醇清洁皮肤。如有必要, 剃掉头。
- 用磨料脑电图凝胶和 Q 尖清除任何死皮细胞。以后去掉磨料凝胶。或者, 使用砂纸。
- 固定在所需位置的自粘电极。将接地电极置于小脑 (耳朵之间) 和鼻子上的参考电极之上。将录音电极放在所需位置。
注: 在这种情况下, 执行单极录音, 因为参考被放置在一个中性位置 (鼻子)。目前尚无标准的仔猪可供使用。在这里, 在右脑半球使用了一个顶叶记录位置 (眼睛和耳朵之间)。 - 将电缆连接到遥测设备。打开设备。根据所使用的遥测系统, 这可能是一个磁开关或射频唤醒信号。
- 覆盖遥测装置和所有电缆以及所有电极与双组分皮肤胶粘剂硅橡胶 (参见材料表)。通过混合相同数量的两个组分, 固化时间将在1分钟的范围内, 眼睛和睫毛不应该覆盖橡胶。
- 等到硅橡胶完全固化。
- 把小猪放回猪圈。
- 观察小猪, 看看它是否在较长的时间内显示出不适的迹象 (几分钟)。
4. 测量
- 等待, 直到小猪恢复, 并开始同步其行为与它的同胞 (喂养, 玩耍, 睡眠), 通常在三十年代后 (图 1)。
- 如果需要, 等待睡眠阶段。记录时间取决于具体的科学问题。这里使用了10分钟的录音会话。
- 如果遥测单元的覆盖范围超过2其他仔猪, 信号可能过低, 接收器。如果他们睡在上面, 轻轻地把小猪推开。注意母猪;它可能会有积极的反应。
- 用数据采集软件开始录音 (见材料表)。
5. 完成
- 录音之后 (通常几个小时), 再次捕捉小猪, 正如在步骤2中所描述的那样。注意母猪;它可能会有积极的反应。
- 轻轻地举起硅橡胶在一边。然后, 除去含有电极和遥测装置的硅橡胶的整个补丁。小心小猪的眼睛。
- 把小猪放回猪圈。
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Representative Results
我们能够记录与非 REM 睡眠相关的典型脑电图模式, 如主轴爆裂或三角洲刷子, 从自由移动的仔猪 (图 1和图 2)。我们主要对非 REM 睡眠期间的代表性模式感兴趣, 但也记录了一个非常低振幅的 REM 睡眠12的阶段 (图 3)。13种动物的生理和 REM 睡眠量各不相同。短 REM 阶段在几分钟的范围是典型的为猪14。在喂养 (哺乳) 期间也可获得良好的录音质量 (图 4)。对于玩耍行为, 肌肉活动会导致肌肉制品;然而, 过滤器的设计, 以提取脑电图带。进一步可能的分析工具是计算功率谱密度或分析工具聚焦于网络活动, 例如, 相位振幅耦合。这些分析工具也可以用于单声道脑电图记录。
图 1: 一只沉睡的小猪与遥测脑电图系统.请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 在一个自由移动的小猪的睡眠阶段记录的典型脑电图模式, 在它的兄弟姐妹旁边休息.四事件由框突出显示。从左到右, 第一个框显示肌肉活动引起的典型模式;例如, 睡眠中的短抽搐, 其特点是高剂量的快速伽玛活动 (超过80赫兹) 和爆裂样的外观。第二个框显示一个三角洲画笔类似的情节, 其特点是三角洲活动与叠加活动在θ和 alpha 范围。第三和第四盒显示伽玛爆发的短集 (睡眠纺锤状事件), 其特征是α、β和伽玛波段的频率分量。请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 睡眠期间的 REM 阶段.第一个和第二个框显示慢波睡眠阶段。第三个框表示大约二十年代的低振幅脑电图阶段在期间。请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: 一个10分钟的脑电图记录一只饮用的小猪 (哺乳) 的踪迹.100s 后的低谷是由于发射机和脑电图记录系统的接收器之间的无线电通信的短的损失。之后, 有一些肌肉或运动的工件。肌肉制品的特点是非常高的三角洲带振幅。相比之下, EEG 活动的特点是从慢到快波的振幅功率逐渐下降 (见, 例如, 200 和 250s)。请单击此处查看此图的较大版本.
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Discussion
该协议的一个关键步骤是适当的皮肤接触与电极, 特别是接地电极, 以实现稳定的录音, 低噪音。此外, 由于仔猪非常敏捷, 所以必须用硅橡胶覆盖整个系统, 以保护电极和遥测装置。此外, 如果实验是在一个稳定的板条地板, 小心与小设备或连接器。
如果不充分掌握自粘性水凝胶电极, 尽量去除磨料奶油尽可能。另一种去除外层死皮层的方法是使用砂纸。酒精的预处理不是强制性的。肮脏的皮肤也可以用清水清洗。请勿使用石膏条代替车身双硅胶固定遥测系统。石膏带会引起皮肤发炎和大量的不适症状。在这种情况下, 小猪很快就能摆脱这个系统。
该方法的局限性是水凝胶电极的稳定性。他们可能在几个小时后干燥, 导致记录质量的损失。此外, 与所有脑电图技术一样, 强烈的运动通常与记录跟踪的肌肉工件相关 (如图 4所示)。另外, 天线的良好位置对于减少可能因接收器信号差而产生的工件很重要。金属栅栏也会引起高频干扰, 导致数据序列丢失。解决这个问题的办法是把天线放在金属栅栏的最佳位置。该天线的最佳位置只能通过试验和误差在现场进行评估。母猪和其他仔猪不会导致人工制品, 因为服用该系统的仔猪通常不允许其他仔猪操纵头部。这可能与其他物种不同。
该方法对于神经科学中的平移方法尤为重要。有了这种技术, 就有可能在没有镇静的情况下使用无创记录。由此产生的脑电图记录与临床设置非常相似。该技术可能开辟新的可能性, 以表征早产儿脑电图成熟的手段, 动物模型系统。除此之外, 许多神经科学研究的问题, 特别是关于皮质领域的潜力, 也可能由这种无创技术检查。因此, 该方法有可能减少神经科学领域动物实验的数量和严重性。
未来, 有超过一个电极的录音计划。先决条件是电极的小型化。此外, 电极的长期稳定性是未来创新的一个问题。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
我们要感谢 Scheu 的机会, 在猪圈 Hofgut Neumühle 进行我们的研究。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Disposable adhesive surface silver/silver chloride electrodes |
Spes Medica S.r.l., Genova, Italy |
Self adhesive hydrogel electrode | |
| Abralyt HiCl | Easycap GmbH | Abrasive cream | |
| Body Double fast | Smooth On Inc. | Skin adhesive silicone | |
| Telemetry system | Internal development | ||
| Picolog 1216 | Pico Technology | AD converter | |
| Laptop | Panasonic | Rugged laptop | |
| Receiver | Internal development |
References
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