Summary
כאן, אנחנו מציגים פרוטוקול electroencephalograms שיא telemetric (האא ג) לנוע בחופשיות חזירונים ישירות באבי ללא שימוש הרגעה, מהצנרת להקליט דפוסי EEG אופייני במהלך ללא השינה, כמו ציר התפרצויות.
Abstract
השיטה מאפשרת ההקלטה של איכות גבוהה electroencephalograms (האא ג) לנוע בחופשיות חזירונים ישירות באבי. אנו משתמשים במערכת ערוץ אחד אלקטרואנצפלוגרם telemetric בשילוב עם אלקטרודות הידרוג הדבקה רגיל. החזרזירים הם חלולים ללא שימוש בכדורי שינה. לאחר שחרורם אל אבי, החזרזירים והפיהרר — הם לשתות, לישון תוכלת כמו אחיהם. שלבי השינה שלהם משמשים ההקלטות EEG.
Introduction
החזרזירים הם מערכת מודל מתפתחים המוח1. על מנת לחזק את המחקר translational, שהמצאנו שיטה כדי להקליט האא ג לא פולשנית, קליניים חזירונים ערככם2 (איור 1 ואיור 2). שני תנאים מוקדמים לשימוש translational של הקלטות EEG, לגבי דפוסי EEG הקשורים עם ההבשלה בקליפת המוח, הם מתודולוגיה לא פולשנית, להשוות את ההגדרה הקלינית, על ההתנזרות של כדורי הרגעה או הרדמה. מערכת טלמטריה אחד-ערוץ3 בשילוב עם אלקטרודות הדבקה יכול להיות קבוע בבערך 5 דק. לאחר מכן, החזרזירים להתאושש במהירות הליך הטיפול ולסנכרן את ההתנהגות של המודם האחר האכלה ושינה חזירונים, החזירה.
למרות שיש כבר ניסיונות לשימוש לא פולשנית EEG הקלטות חיות מסומם4, רוב המחקרים אלקטרואנצפלוגרם מחיות מתנהלים עם גישות פולשניות. שיטות אלה יש תופעות לוואי לגבי תהליכים דלקתיים סביב5,מושתל אלקטרודות6 , ברוב המקרים, הם דורשים הפרדה חברתית של החיות בגלל הרכיבים החיצוניים של מערכת EEG מושתל. ומכאן, התרגום של הנתונים הללו ההקשר הקליני הוא קשה. הצורך גישות translational הופך להיות ברור על ידי העובדה כי עדיין לא ידוע כיצד ההבשלה המוח "נורמלי" במהלך הפיתוח המוקדם בקליפת המוח מיוצג על-ידי אלקטרואנצפלוגרם קלינית, לא פולשנית7. פער הידע זה נגרמת בשל האתגרים הטכניים הקשורים EEG הקלטות של לידה מוקדמת תינוקות8. במערכות המודל החייתי, דפוסי התפתחות מוקדמת קורטיקלית נגישים יותר, שכן רוב החיות נולדים עם "שכל לידה מוקדמת" בהשוואה הפיתוח בקליפת המוח האנושי9. מלבד שנשמרת דפוסי פיתוח בקליפת המוח על פני מינים2, לאחרונה הוכח כי הקלטות EEG תינוקות לידה מוקדמת ניתן גם לחזות את התוצאה הקלינית בודדים במהלך החיים מאוחר יותר10,11. השיטה המתוארת כאן היא שימושית במיוחד עבור ההיבטים translational של מיינדפולנס.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל ההליכים אושרו על ידי ועדת האתיקה המקומית (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) ועקבתי האירופאי ותקנות הלאומית הגרמנית (באירופה קהילות םיאנתל, 86/609/ECC; Tierschutzgesetz).
כל ההליכים בבעלי חיים בוצעו על פי המרכז הרפואי לתקנות הוועדה יוהנס גוטנברג-אוניברסיטת מיינץ טיפול בבעלי חיים.
1. הגדרת
- לפני הניסוי, לבדוק אם כל רעש בקו ולמצוא בעל מיקום הולם את האנטנה הקמה. רעש בקו מוצגת כמו גל סינוס Hz 60 או 50.
הערה: המיקום של האנטנה, במיוחד את המרחק בין המשדר והמקלט תלוי הכוח התמסורת של המערכת. המערכת המשמש כאן היא מתכווננת. זה היה מותאם כוח נמוך יחסית, עם טווח שידור כ 3 מ'. בנוסף, גדרות מתכת אבי יכול לצנן את האות ולגרום הפרעות. במקרה זה, יש צורך למקם את האנטנה בתוך הכלוב ממתכת. - השתמש תוף כבל כדי לספק את הסידור עם קו חשמל. חבר את המחשב הנייד, היחידה מקלט, לממיר אנלוגי-לדיגיטלי (במקרה הצורך) עבור מערכת טלמטריה מסוים נמצא בשימוש.
הערה: המערכת. טלמטריה המשמש כאן לשלוח נתונים דיגיטליים למקבל. זה עשוי להיות שונה עבור מערכות אחרות. - מקם את האלקטרודות, מהאיכותיים, Q-הטיפים, את המגבונים, וכן אבני ערבוב, בטבלה נפרדת.
- להכין את האלקטרודות עם כבלים קצרים. כדי לעשות זאת, לחתוך את האלקטרודות ו הלחמה אותם שוב באורך קצר ככל האפשר, בהתאם לגודל של החיה. הכבלים חייב להיות מספיק זמן. לחבר את העמדות ההקלטה הרצוי על הראש עם יחידת אא ג telemetric, לשדר את הנתונים. עליך להיות נסוג ולאחר מכוסה עור סיליקון דביק elastomer כבלים ארוכים מדי. כבלים ארוכים זה חייב להיות נסוג להפוך את התיקון סיליקון גדולים וכבדים.
2. חזרזיר
- לתפוס חזרזיר על ידי גרירה זה על הרגל או בית החזה. . תתאפק, להיות מודע כל עשיית צרכים או הטלת שתן.
- אם יש צורך בכך, סמן את חזרזיר עם מספר.
- לעטוף את חזרזיר במגבת. . חתימה חזרזיר. להיות מודע התחממות יתר של חזרזיר.
- החזק את חזרזיר ביד אחת הגוף או האמה. תשתמש ביד השנייה כדי להחזיק את החוטם. להיות מודע התחממות יתר של חזרזיר וודא כי זה בחינם לנשום כראוי.
3. אלקטרודות
- יש אדם השני לצרף האלקטרודות.
- לנקות את העור מלכלוך עם מים או אתנול. במידת הצורך, לגלח את הראש.
- הסר את כל תאי עור מתים עם ג'ל שוחקים EEG, מקלון. להסיר את הג'ל שוחקים לאחר מכן. לחלופין, השתמש בנייר זכוכית.
- לתקן את האלקטרודות הדבקה על המיקום הרצוי. מקם את האלקטרודות הקרקע מעל המוח הקטן (בין האוזניים), האלקטרודה הפניה על האף. המקום האלקטרודה הקלטה על המיקום הרצוי.
הערה: במקרה זה, הקלטה unipolar בוצעה, כי ההפניה הונח עמדה ניטראלית (האף). יש אף מערכת סטנדרטית זמינה עבור חזירונים עד עכשיו. . הנה, עמדה הקלטה הקודקוד שימש (בין העין האוזן) על האונה הימנית במוח. - חבר את כבלי ליחידה טלמטריה. הפעל את היחידה. בהתאם לסוג מערכת טלמטריה בשימוש, ייתכן מתג מגנטי או אות התעוררות תדר רדיו.
- מכסה את יחידת טלמטריה, כל כבלים אלקטרודות כל עם גומי סיליקון דביק עור שני (ראה טבלה של חומרים). על ידי ערבוב כמויות שוות של שני הרכיבים, הפעם ריפוי יהיו בטווח של 1 מינימלית עיניים, ריסים לא יכוסה עם הגומי.
- המתן עד גומי סיליקון הוא נרפא לגמרי.
- מקם את חזרזיר חזרה אבי.
- לבחון את חזרזיר כדי לראות אם זה מראה סימנים של אי נוחות לאורך תקופה ארוכה יותר של זמן (מספר דקות).
4. מדידות
- המתן עד לחזיר שיחזר ומתחיל לסנכרן את אופן הפעולה שלו עם זה של האחים והאחיות שלה (האכלה, משחק, שינה), בדרך כלל לאחר 30 s (איור 1).
- המתן שינה שלבים, אם רצונך בכך. זמן ההקלטה תלויה השאלה מדעיים ספציפיים. . הנה, שימשו מאולפן ההקלטות 10 דקות.
- אם יחידת טלמטריה מכוסה על ידי יותר מ-2 חזירונים אחרים, ייתכן האות נמוכה מדי עבור המקבל. בעדינות לדחוף החזרזירים משם, אם הם ישנים על העליונה. להיות מודע החזירה; זה עלול להגיב באגרסיביות.
- להתחיל את ההקלטה עם התוכנה רכישת נתונים (ראה טבלה של חומרים).
5. סיום
- לאחר ההקלטה (בדרך כלל מספר שעות), לתפוס חזרזיר שוב כמו כבר המתואר בשלב 2. להיות מודע החזירה; זה עלול להגיב באגרסיביות.
- הרם בעדינות את גומי סיליקון בקצה אחד. לאחר מכן, להסיר את תיקון שלם של גומי סיליקון המכילה האלקטרודות והתגובה היחידה טלמטריה. להיזהר עם העיניים של חזרזיר.
- מקם את חזרזיר חזרה אבי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
הצלחנו להקליט דפוסי EEG טיפוסי משויכת ללא השינה, כמו ציר צרורות או מברשות דלתא, לנוע בחופשיות חזירונים (איור 1 ואיור 2). אנחנו התעניינו בעיקר דפוסים נציג במהלך ללא ראם שינה, אבל השלבים של תרדמה דמוית-REM12 עם משרעת נמוכה מאוד היו גם הקליט (איור 3). הפיזיולוגיה וכמות השינה שונים על פני מינים13. שלבים קצרים REM בטווח של דקות ספורות אופייניות עבור החזירים14. איכות הקלטה טובה היה זמין גם במהלך האכלה (הנקה) (איור 4). לגבי משחק התנהגות, פעילות שרירים חזקים מוביל לחפצים שריר; עם זאת, מסננים עוצבו כדי לחלץ להקות EEG. יותר כלים אנליטיים אפשרי הם חישובים של צפיפות ספקטרלי כוח או כלים אנליטיים בדגש על פעילות הרשת, כמו, לדוגמה, שלב-משרעת צימוד. כלים אנליטיים אלה יכולים לשמש גם עם הקלטות EEG ערוץ אחד.
איור 1: חזרזיר שינה עם מערכת EEG telemetric. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: דפוסי EEG אופייני הוקלט במהלך שלב השינה חזרזיר נעה בחופשיות, נח ליד האחים והאחיות שלה. ארבעה אירועים מודגשים על-ידי תיבות. משמאל לימין, התיבה הראשונה מציגה דפוסי טיפוסי שהפיק פעילות שרירים; לדוגמה, קצרים מפרכס בשינה, המאופיינת על ידי כמויות גבוהות של פעילות גמא מהיר (מעל 80 הרץ), מראה דמוי-פרץ. התיבה השניה מציגה פרק כמו מברשת דלתא, המאופיינת על ידי פעילות דלתא עם פעילות-גבי בטווח תטא ו- alpha. בתיבות השלישית והרביעית להראות פרקים קצרים של התפרצויות גמא (שינה, כמו ציר אירועים), מאופיין על-ידי רכיבי התדר בלהקות אלפא, בטא וגמא. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: REM שלבים בשינה. הראשון, התיבה השנייה הצג שלבי שינה-קלה. התיבה השלישית מציינת שלב EEG משרעת נמוכה כ 20 s במשך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: זכר 10 דקות EEG הקלטה חזרזיר שתייה (הנקה). השוקת לאחר 100 s הוא בשל איבוד תקשורת רדיו בין המשדר והמקלט של מערכת הקלטה EEG קצר. לאחר מכן, ישנם כמה חפצים שריר או תנועה. שריר חפצים מאופיינים amplitudes הלהקה דלתא גבוהה מאוד. לעומת זאת, פעילות EEG מאופיין על ידי ירידה הדרגתית של כוח משרעת איטי לצום גלים (ראה, למשל, בין 200 ל-250 s). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
שלב קריטי בפרוטוקול הוא הקשר העור נאותה עם האלקטרודות, במיוחד האלקטרודה הקרקע, כדי להשיג הקלטות יציב עם רעש נמוכה. יתר על כן, מאז חזירונים זריז מאוד, חשוב לכסות את כל המערכת עם גומי סיליקון כדי להגן על האלקטרודות והתגובה היחידה טלמטריה. יתר על כן, אם מתבצעות באורווה עם רצפת מחורצת, להיות זהיר עם מכשירים קטנים או מחברים.
במקרה של אחוז לקוי האלקטרודות הידרוג דביק, לנסות להסיר את הקרם שוחקים ככל האפשר. דרך חלופית כדי להסיר את שכבת העור המת החיצוני היא באמצעות נייר זכוכית. רעלני עם אלכוהול אינה חובה. עור מלוכלך ניתן גם לנקות עם מים. אין להשתמש רצועות גבס במקום סיליקון כפול הגוף לתקן את המערכת telemetric. רצועות גבס יכול לגרום לגירוי העור מסיבית סימנים של אי נוחות. חזירונים להיפטר המערכת מהר מאוד במקרה הזה.
מגבלה של השיטה הוא היציבות של הידרוג אלקטרודות. הם עשויים יבש לאחר כמה שעות, והתוצאה היא איבוד הקלטה באיכות. יתר על כן, כמו עם כל EEG טכניקות, תנועות חזקות משויך בדרך כלל שריר חפצים על הסימן הקלטה (כפי שניתן לראות באיור4). בנוסף, מיקום טוב של האנטנה חשוב להפחית לכלוכים אשר עלולים להיגרם כתוצאה אות מקלט המסכן. גדרות מתכת יכול גם לגרום הפרעות בתדירות גבוהה, וכתוצאה מכך איבוד נתונים רצפים. פתרון לבעיה זו היא למקם את האנטנה בתוך גדר המתכת במצב אופטימלי. המיקום האופטימלי של האנטנה בלבד ניתן להעריך בשטח על ידי ניסוי וטעייה. החזירה החזרזירים אחרים לא לגרום לחפצים, כי החזרזירים לובש את המערכת בדרך כלל אינם מאפשרים אחרים חזירונים לתמרן את הראש שלהם. זה עשוי להיות שונה עבור מינים אחרים.
השיטה זו משמעותי במיוחד עבור גישות translational במדעי המוח. טכניקה זו, זה ניתן להשתמש בהקלטות לא פולשנית ללא הרדמה. ההקלטות EEG וכתוצאה מכך הם דומים מאוד להגדרה הקלינית. הטכניקה יפתחו בפניך אפשרויות חדשות כדי לאפיין את ההבשלה EEG לידה מוקדמת באמצעות מערכות במודל חיה. מעבר לכך, הרבה שאלות neuroscientific, במיוחד לגבי פוטנציאל שדה בקליפת המוח, אולי גם להיבדק על ידי שיטה לא פולשנית זו. לפיכך, שיטת יש פוטנציאל להפחית את מספר וחומרת של ניסויים בבעלי חיים בתחום מדעי המוח.
לעתיד, מתוכננים הקלטות עם אלקטרודה אחד או יותר. תנאי מוקדם הוא המזעור של האלקטרודות. יתר על כן, היציבות האלקטרודות לטווח ארוך היא בעיה לחידושים עתידיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
ברצוננו להודות הלמוט Scheu עבור הזדמנות לערוך את המחקר שלנו אבי-Neumühle שבאזור.
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
- Conrad, M. S., Sutton, B. P., Dilger, R. N., Johnson, R. W. An in vivo three-dimensional magnetic resonance imaging-based averaged brain collection of the neonatal piglet (Sus scrofa). PLoS ONE. 9 (9), e107650 (2014).
- de Camp, N. V., Hense, F., Lecher, B., Scheu, H., Bergeler, J. Models for preterm cortical development using non invasive clinical EEG. Translational Neuroscience. 8, 211-224 (2017).
- Lapray, D., Bergeler, J., Dupont, E., Thews, O., Luhmann, H. J. A novel telemetric system for recording brain activity in small animals. Telemetry: Research, Technology and Applications. Barculo, D., Daniels, J. , Nova Science Publishers. 195-203 (2009).
- Kim, D., Yeon, C., Kim, K. Development and experimental validation of a dry non- invasive multi-channel mouse scalp EEG sensor through visual evoked potential recordings. Sensors. 17, 326 (2017).
- Moshayedi, P., et al. The relationship between glial cell mechanosensitivity and foreign body reactions in the central nervous system. Biomaterials. 35, 3919-3925 (2014).
- Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10, 066014 (2013).
- Hellström-Westas, L., Rosén, I. Electroencephalography and brain damage in preterm infants. Early Human Development. 81, 255-261 (2005).
- Lloyd, R. O., Goulding, R. M., Filan, P. M., Boylan, G. B. Overcoming the practical challenges of electroencephalography for very preterm infants in the neonatal intensive care unit. Acta Paediatrica. , 152-157 (2015).
- Clancy, B., Finlay, B. L., Darlington, R. B., Anand, K. J. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 28, 931-937 (2007).
- Iyer, K. K., et al. Cortical burst dynamics predict clinical outcome early in extremely preterm infants. Brain. 138, 2206-2218 (2015).
- Luhmann, H., de Camp, N., Bergeler, J. Monitoring brain activity in preterms: mathematics helps to predict clinical outcome. Brain. 138, 2114-2125 (2015).
- Dragomir, A., Akay, Y., Curran, A. K., Akay, M. Complexity measures of the central respiratory networks during wakefulness and sleep. Journal of Neural Engineering. 5, 254-261 (2008).
- Peever, J., Fuller, P. M. The biology of REM sleep. Current Biology. 27, R1237-R1248 (2017).
- Robert, S., Dallaire, A. Polygraphic Analysis of the sleep-wake states and the REM Sleep periodicity in domesticated pigs (Sus scrofa). Physiology & Behavior. 37 (2), 289-293 (1986).
