Summary
Ici, nous présentons un protocole Records télémétriques électroencéphalogrammes (EEG) de bouger librement des porcelets directement dans la porcherie sans l’utilisation d’un sédatif, ce qui permet d’enregistrer patrons EEG typiques pendant non - sommeil paradoxal, comme axe éclate.
Abstract
La méthode permet l’enregistrement de haute qualité électroencéphalogrammes (EEG) de bouger librement des porcelets directement dans la porcherie. Nous utilisons un système d’électroencéphalographie télémétrique monocanal en combinaison avec des électrodes standard hydrogel auto-adhésives. Les porcelets sont calmés sans l’utilisation de sédatifs. Après leur libération dans la porcherie, les porcelets se comportent normalement, ils boivent et dorment dans le même cycle que leurs frères et sœurs. Leurs phases de sommeil sont utilisés pour les enregistrements EEG.
Introduction
Porcelets sont un système de modèle émergent pour les neurosciences1. Afin de renforcer la recherche translationnelle, nous avons inventé une méthode pour enregistrer l’EEG non invasif, clinique de porcelets effrénée2 (Figure 1 et Figure 2). Deux conditions préalables pour une utilisation translationnelle des enregistrements EEG, au sujet de l’EEG motifs liés à la maturation corticale, sont une méthode non invasive, comparable au milieu clinique et l’abstinence de sédatifs ou d’anesthésie. La télémétrie un canal système3 en combinaison avec électrodes autocollantes peut être fixé à environ 5 min. par la suite, les porcelets seront récupérer rapidement de la procédure de gestion et de synchroniser leur alimentation et sommeil comportement à celui de l’autre porcelets et la truie.
Bien qu’il y a déjà des tentatives d’utilisation des enregistrements EEG non invasif de sédation animaux4, la plupart des études électroencéphalographie d’animaux sont menées avec des méthodes invasives. Ces méthodes présentent des effets secondaires des processus inflammatoires autour de l’implanté des électrodes5,6 et, dans la plupart des cas, ils nécessitent une séparation sociale des animaux due à des composants externes du système EEG implanté. Par conséquent, la traduction de ces données dans le contexte clinique est difficile. La nécessité d’approches translationnelles devient clairement par le fait qu’on ne sait toujours pas comment une maturation du cerveau « normal » pendant le début du développement cortical est représentée par l’électroencéphalographie clinique, non invasif,7. Cette lacune est causée par les difficultés techniques associées aux enregistrements EEG de naissances prématurées babies8. Dans systèmes de modèles animaux, modèles de développement cortical précoce sont plus accessibles, étant donné que la plupart des animaux sont nés avec un cerveau « prématuré » en comparaison du développement cortical humain9. Outre les modèles conservés du développement cortical ensemble espèces2, il a récemment été démontré qu’enregistrements EEG de bébés prématurés peuvent également prédire l’issue clinique individuelle pendant plus tard la vie10,11. La méthode décrite ici est particulièrement utile pour les aspects translationnelles des neurosciences du développement.
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Protocol
Toutes les procédures ont été approuvées par le Comité d’éthique local (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) et suivi les européennes et les réglementations nationales allemandes (communautés Directive du Conseil européen, 86/609/CEE ; Tierschutzgesetz).
Toutes les procédures d’animaux ont été effectuées selon le centre médical du règlement du Comité de protection des animaux de la Johannes-Gutenberg-Universität Mainz.
1. le programme d’installation
- Avant l’expérience, recherchez n’importe quel bruit de ligne et de trouver un emplacement adéquat pour le montage et l’antenne. Bruit de ligne apparaît sous forme d’une sinusoïde de 60 ou 50 Hz.
Remarque : Le placement de l’antenne et surtout la distance entre l’émetteur et le récepteur dépend de la puissance d’émission du système. Le système utilisé ici est réglable. Il a été réglé à une puissance relativement faible, avec une portée de transmission environ 3 m. En outre, les clôtures métalliques dans la porcherie peuvent atténuer le signal et provoquer des perturbations. Dans ce cas, il est nécessaire de placer l’antenne à l’intérieur de la cage métallique. - Utiliser un enrouleur de câble pour fournir la mise en place avec une alimentation électrique. Connecter l’ordinateur portable, le récepteur et le convertisseur analogique-numérique (si nécessaire) pour le système de télémétrie spécifique qui est utilisé.
NOTE : Le système de télémétrie utilisé ici envoyé des données numériques au récepteur. Cela peut être différent pour d’autres systèmes. - Placer les électrodes, les adhésifs, les Q-tips et les lingettes, ainsi que les blocs de mélange, sur une table séparée.
- Préparer les électrodes avec des câbles courts. Pour ce faire, coupez les électrodes et souder à nouveau avec une durée aussi courte que possible, selon la taille de l’animal. Les câbles doivent être assez longues pour connecter les postes d’enregistrement désiré sur la tête avec l’appareil télémétrique de EEG, transmission des données. Les câbles trop longs doivent être recula et recouvert d’élastomère de silicone adhésif de peau. Des câbles plus longs qui doivent être recula faire le patch silicone plus gros et plus lourd.
2. Porcinet
- Attraper un porcelet en saisissant il à la jambe ou au thorax. Tenir et être au courant d’une défécation ou de miction.
- Le cas échéant, marquer le cochon de lait avec un certain nombre.
- Enveloppez le porcelet dans une serviette. Le cochon de lait se calmera. Soyez conscient de la surchauffe du porcelet.
- Tenez le porcelet avec une main à l’organisme ou l’avant-bras. Utilisez l’autre main pour tenir le museau. Être conscient de la surchauffe du porcelet et assurez-vous qu’il est libre de respirer correctement.
3. les électrodes
- Demander une seconde personne d’associer les électrodes.
- Nettoyer la peau de la saleté avec l’eau ou l’éthanol. Si nécessaire, raser la tête.
- Enlever les cellules mortes de la peau avec un gel EEG abrasif et un coton-tige. Retirer le gel abrasif par la suite. Vous pouvez également utiliser du papier de verre.
- Fixer les électrodes autocollantes à l’endroit désiré. Placer l’électrode de terre au-dessus du cervelet (entre les oreilles) et l’électrode de référence sur le nez. Placer l’électrode d’enregistrement à l’endroit désiré.
Remarque : dans ce cas, un enregistrement unipolaire a été effectué, car la référence a été placée dans une position neutre (nez). Il n’y a pas de système normalisé disponible pour les porcelets jusqu'à présent. Ici, un poste d’enregistrement pariétal a été utilisé (entre le œil et l’oreille) sur l’hémisphère droit du cerveau. - Connectez les câbles de l’appareil de télémesure. Allumez l’appareil. Selon le système de télémétrie utilisé, cela pourrait être un interrupteur magnétique ou un signal de réveil radio fréquence.
- Couvrir l’appareil de télémesure et tous les câbles ainsi que tous les électrodes avec le caoutchouc de silicone adhésif bi-composant peau (voir Table des matières). En mélangeant des quantités égales des deux composants, le temps de durcissement sera de l’ordre de 1 min. yeux et cils ne devraient pas être couvertes avec le caoutchouc.
- Attendez que le caoutchouc de silicone est complètement guéri.
- Replacez le porcelet dans la porcherie.
- Observer le cochon de lait pour voir si elle montre des signes d’inconfort sur une longue période de temps (plusieurs minutes).
4. mesure
- Attendez que le porcelet a récupéré et commence à synchroniser son comportement avec celui de ses frères et sœurs (alimentation, jouer, dormir), habituellement au bout de 30 s (Figure 1).
- Attendez que les phases de sommeil, si vous le souhaitez. La durée d’enregistrement dépend de la question scientifique spécifique. Ici, les sessions d’enregistrement de 10 min ont été utilisées.
- Si l’appareil de télémétrie est couvert par plus de 2 autres porcelets, le signal peut être trop faible pour le récepteur. Poussez doucement les porcelets loin si ils dorment sur le dessus. Être conscient de l’ÉT ; Il peut réagir de façon agressive.
- Lancer l’enregistrement avec le logiciel d’acquisition de données (voir la Table des matières).
5. finition
- Après l’enregistrement (généralement plusieurs heures), catch le cochon de lait à nouveau comme a été décrit à l’étape 2. Être conscient de l’ÉT ; Il peut réagir de façon agressive.
- Soulevez doucement le caoutchouc de silicone à un bord. Ensuite, retirez le patch entier de caoutchouc de silicone contenant les électrodes et l’appareil de télémesure. Soyez prudent avec les yeux du porcelet.
- Replacez le porcelet dans la porcherie.
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Representative Results
Nous avons été en mesure d’enregistrer des profils typiques de EEG associés avec non - sommeil paradoxal, comme broche rafales ou brosses delta, de bouger librement les porcelets (Figure 1 et Figure 2). Nous étaient surtout intéressés par les modèles représentatifs pendant non - sommeil paradoxal, mais les phases de sommeil de REM-comme12 avec une très faible amplitude ont également été enregistrées (Figure 3). La physiologie et la quantité de sommeil paradoxal diffèrent selon les espèces,13. Courtes phases REM de l’ordre de quelques minutes sont typiques pour les porcs,14. Bonne qualité d’enregistrement est également disponible lors de l’alimentation (allaitement) (Figure 4). Comme pour jouer le comportement, l’activité musculaire forte conduit à artefacts musculaires ; Cependant, les filtres ont été conçus pour extraire les bandes de l’EEG. D’autres outils d’analyse possibles sont des calculs de densité spectrale de puissance ou d’outils d’analyse mettant l’accent sur l’activité du réseau, comme, par exemple, couplage de phase-amplitude. Ces outils d’analyse peuvent aussi servir avec enregistrements EEG monocanal.
Figure 1 : un porcelet endormi avec le système d’EEG télémétrique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : typique EEG enregistrés durant la phase de sommeil d’un porcelet librement mobile, se reposer à côté de ses frères et sœurs. Quatre événements sont illustrés par des boîtes. De gauche à droite, la première case montre des profils typiques induites par l’activité musculaire ; par exemple, court secousses durant le sommeil, que se caractérise par des quantités élevées d’activité gamma rapide (supérieure à 80 Hz) et une apparence de rafale. La deuxième zone montre un épisode de type brosse delta, caractérisé par une activité delta avec activité superposée dans la gamme theta et alpha. Les troisième et quatrième cases montrent des épisodes peu de sursauts gamma (événements de type broche de sommeil), caractérisées par des composantes de fréquences dans les bandes alpha, bêta et gamma. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : phases REM pendant le sommeil. La première et la deuxième case montrent des phases de sommeil à ondes lentes. La troisième zone indique une phase d’EEG de faible amplitude d’environ 20 s dans la durée. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : une trace d’enregistrement de 10 min EEG d’un porcelet boire (lactation). La fosse après 100 s est due à une courte perte de communication radio entre l’émetteur et le récepteur du système d’enregistrement de l’EEG. Par la suite, il y a quelques artefacts musculaires ou de mouvement. Artefacts musculaires sont caractérisés par des amplitudes de bande delta très élevé. En revanche, l’activité EEG est caractérisée par une baisse progressive du pouvoir d’amplitude de lent à rapide des ondes (voir, par exemple, entre 200 et 250 s). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Une étape cruciale dans le protocole est le contact avec la peau adéquate avec les électrodes, en particulier l’électrode de terre, pour réaliser des enregistrements stables avec peu de bruit. En outre, puisque les porcelets sont très agiles, il est important couvrir l’ensemble du système avec le caoutchouc de silicone pour protéger les électrodes et l’appareil de télémesure. En outre, si les expériences sont réalisées dans une écurie avec un plancher latté, soyez prudent avec les petits appareils ou connecteurs.
Dans le cas d’une emprise inadéquate des électrodes auto-adhésives hydrogel, essayez de supprimer la crème abrasive autant que possible. Un autre moyen pour enlever la couche externe de peau morte est à l’aide de papier de verre. Un traitement préalable avec de l’alcool n’est pas obligatoire. La peau sale peut aussi être nettoyée avec de l’eau. N’utilisez pas les bandelettes de plâtre au lieu de silicone double corps pour réparer le système télémétrique. Bandes de plâtre peuvent provoquer des signes d’inconfort et les irritations cutanées. Porcelets se débarrasser du système très vite dans cette affaire.
Une limitation de la méthode est la stabilité des électrodes d’hydrogel. Ils peuvent sécher après quelques heures, ce qui entraîne une perte de qualité d’enregistrement. En outre, comme pour toutes les techniques de l’EEG, des mouvements sont généralement associés aux artefacts musculaires sur la trace d’enregistrement (comme on le voit à la Figure 4). En outre, un bon placement de l’antenne est important pour réduire les artefacts qui peuvent résulter d’un signal de mauvaise récepteur. Clôtures en métal peuvent également provoquer des interférences haute fréquence, ce qui entraîne une perte de séquences de données. Une solution pour ce problème consiste à placer l’antenne à l’intérieur de la clôture en métal dans une position optimale. La position optimale de l’antenne ne peut être évaluée sur le terrain par essais et erreurs. La truie et les porcelets autres n’entraînent pas d’artefacts, les porcelets portant le système habituellement n’autorisent pas les autres porcelets manipuler leur tête. Cela peut être différent pour d’autres espèces.
La méthode est particulièrement importante pour des approches en neuroscience translationnelles. Avec cette technique, il est possible d’utiliser des enregistrements non invasive sans sédation. Les enregistrements EEG qui en résultent sont très semblables à la clinique. La technique pourrait ouvrent de nouvelles possibilités pour caractériser la maturation EEG prématurée au moyen de systèmes de modèle animal. En outre, neuroscientifique beaucoup de questions, notamment concernant les potentiels de champ corticale, pourrait aussi être examinées par cette technique non invasive. Par conséquent, la méthode a la possibilité de réduire le nombre et la gravité de l’expérimentation animale dans le domaine des neurosciences.
Pour l’avenir, enregistrements avec plusieurs électrodes sont prévues. La condition préalable est la miniaturisation des électrodes. En outre, la stabilité à long terme des électrodes est un problème pour les innovations futures.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Nous tenons à remercier Helmut Scheu pour l’occasion de diriger nos recherches dans la porcherie au Hofgut Neumühle.
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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