Summary
Здесь мы представляем протокол записи телеметрической электроэнцефалограмм (ЭЭГ) от свободно перемещающихся поросят непосредственно в свинарник без применения седативных препаратов, что делает его возможным для записи типичный ЭЭГ во время сна БЭРА, Номера как шпинделя очередей.
Abstract
Метод позволяет запись электроэнцефалограмм высокого качества (ЭЭГ) от свободно перемещающихся поросят непосредственно в свинарник. Мы используем систему 1 канальный телеметрический электроэнцефалография в сочетании со стандартной самоклеящиеся гидрогеля электродов. Поросят успокоился без применения седативных средств. После их освобождения в свинарник, поросят ведут себя нормально — они пить и спать в том же цикле как их братьев и сестер. Для записи ЭЭГ используются их фаз сна.
Introduction
Поросят в формирующейся системе модель для неврологии1. В целях укрепления трансляционного исследования, мы изобрели метод для записи-неинвазивный, клинические ЭЭГ от безудержного поросят2 (рис. 1 и рис. 2). Два условия для поступательного использования записи ЭЭГ, относительно ЭЭГ связанных с корковой созревания, являются неинвазивные методологии, сопоставимые в клинических условиях и воздержание успокоительные или анестезии. 1 канальная телеметрическая система3 в сочетании с самоклеющимися электродами может быть зафиксирован в около 5 минут позже, поросят быстро восстанавливаться после процедуры обработки и синхронизировать их кормления и сна поведение другого поросят и свиноматок.
Даже несмотря на то, что уже есть попытки использовать неинвазивный записи ЭЭГ от седативных животных4, большинство исследований ЭЭГ от животных проводятся с инвазивной подходов. Эти методы имеют побочные эффекты относительно воспалительные процессы вокруг имплантированных электродов5,6 и, в большинстве случаев, они требуют социальное разделение животных из-за внешних компонентов системы имплантированных ЭЭГ. Таким образом перевод этих данных клинических контексте трудно. Ясно, тот факт, что до сих пор не известно как «нормальный» мозг созревания в течение раннего развития корковых представлена клинической, неинвазивная электроэнцефалография7становится необходимость поступательного подхода. Этот пробел в знаниях вызвана технические проблемы, связанные с записи ЭЭГ от недоношенных младенцев8. В животной модели систем доступны лучше модели раннего корковых развития, поскольку большинство животных рождаются с «преждевременных мозг» по сравнению с корковой развития человека9. Помимо сохраненных шаблонов корковых развития различных видов2недавно показано, что записи ЭЭГ от недоношенных младенцев можно также прогнозировать отдельных клинических исходов при поздней жизни10,11. Метод, описанный здесь особенно полезна для трансляционного аспекты развития неврологии.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры были утверждены Комитетом по местным этики (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) и следуют европейские и немецкие национальные правила (сообществ директивы Европейского Совета, 86/609/ECC; Tierschutzgesetz).
Все животные процедуры выполнялись в соответствии с медицинский центр правил Комитета Иоганн Гутенберг-университет Mainz ухода за животными.
1. Установка
- До эксперимента Проверьте любой шум в линии и найти достаточное место для установки и антенны. Шум в линии виден как 60 или 50 Гц синусоидальной волны.
Примечание: Размещение антенны и особенно расстояние между передатчиком и приемником зависит от передачи прочности системы. Система, используемая здесь является регулируемым. Она была скорректирована на относительно низкой мощности, с приблизительно 3 м дальность передачи. Кроме того металлические заборы в свинарник может ослабить сигнал и привести к помехам. В этом случае необходимо поставить антенну внутри металлической клетке. - Для установки мощностью линии используйте Кабельный барабан. Подключите ноутбук, приёмник и аналого цифровой преобразователь (если необходимо) для конкретных телеметрическая система, которая используется.
Примечание: Телеметрическая система, используемая здесь направил приемник цифровых данных. Это может быть различным для других систем. - Место электроды, клеи, Q-советы и салфетки, а также смешивание блоков, на отдельной таблице.
- Подготовка электродов с короткие кабели. Чтобы сделать это, вырезать электродов и паять их снова с длиной максимально коротким, в зависимости от размера животного. Кабели должны быть достаточно долго, чтобы подключить желаемый запись позиции на голове с блоком телеметрической ЭЭГ, передачи данных. Кабели, которые слишком длинны должен быть отпрянул и покрыты кожей самоклеющиеся силиконовые эластомера. Длиннее кабели, которые должны быть отпрянул делают силиконовые патч больше и тяжелее.
2. Пятачок
- Поймать поросенка, захватывая его на ноги или грудной клетки. Держите его и быть в курсе любых дефекация и мочеиспускание.
- Если необходимо, пометьте Пятачок с номером.
- Оберните Пятачок в полотенце. Пятачок успокоится. Быть в курсе перегрева Пятачок.
- Держите Пятачок с одной стороны тела или предплечья. Используйте другой стороны провести морду. Быть в курсе перегрева Пятачок и убедитесь, что это бесплатно правильно дышать.
3. электроды
- У второго лица прикрепить электроды.
- Очистите кожу от грязи с водой или этанола. При необходимости, бритье головы.
- Удалите все мертвые клетки кожи с абразивной гель ЭЭГ и Q-tip. После этого удалите абразивные гель. В качестве альтернативы используйте наждачную бумагу.
- Прикрепите самоклеющимися электродами в нужное место. Место местах электрода выше мозжечка (между ушами) и электрод сравнения на носу. Место записи электрода в нужное место.
Примечание: В этом случае однополярного запись была выполнена, потому что ссылка была помещена в нейтральном положении (нос). Существует нет стандартной системы для поросят до сих пор. Здесь теменную записи положение использовалось (между глаз и ухо) на полушарие правое полушарие мозга. - Подключите кабели к блоку телеметрии. Включите устройство. В зависимости от телеметрическая система используется это может быть Mагнитный выключатель или радиочастотного сигнала.
- Обложка телеметрия единицу и все кабели, а также все электроды с кожи двухкомпонентный клей Силиконовый каучук (см. Таблицу материалы). Путем смешивания равное количество обоих компонентов, время лечения будет в диапазоне от 1 мин глаз и ресниц не должны охватываться с резиновой.
- Подождите, пока силиконовая резина полностью вылечить.
- Место поросенка обратно в свинарник.
- Наблюдать за Пятачок, чтобы увидеть, если он проявляет признаки дискомфорта течение более длительного периода времени (несколько минут).
4. измерение
- Подождите, пока Пятачок восстановился и начинает синхронизировать его поведение с тем из его братьев и сестер (питание, играть, спать), обычно после 30 s (Рисунок 1).
- Ждать для фаз сна, при желании. Время записи зависит от конкретных научный вопрос. Здесь 10 мин записи сессий были использованы.
- Если прибор телеметрии покрыта более чем 2 поросят, сигнал может быть слишком низкой для получателя. Осторожно, отталкивают поросят, если они спят на вершине. Быть в курсе сеять; Он может реагировать агрессивно.
- Начать запись с помощью программного обеспечения сбора данных (см. Таблицу материалы).
5. отделка
- После записи (обычно несколько часов), поймать Пятачок снова как было описано в шаге 2. Быть в курсе сеять; Он может реагировать агрессивно.
- Аккуратно поднимите силиконовой резины на одном из краев. Затем удалите весь патч силиконового каучука, содержащие электродов и телеметрия единицу. Будьте осторожны с Пятачка глазами.
- Место поросенка обратно в свинарник.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Мы были в состоянии записать типичный ЭЭГ, связанные с не - REM сна, как шпинделя очередей или Дельта кисти, от свободно перемещающихся поросят (рис. 1 и рис. 2). Мы были в основном заинтересованы в представительных структур во время сна БЭРА, номера, но также были фазы сна REM-как12 с очень низкой амплитудой Записанная (рис. 3). Физиологии и количество сна отличаться для разных видов13. Короткие этапы REM в диапазоне нескольких минут типичны для свиней14. Качество хорошее записи также был доступен во время кормления (лактации) (Рисунок 4). Что касается игры поведение, сильные мышцы деятельность приводит к мышечной артефактов; Однако фильтры были разработаны для извлечения диапазонов ЭЭГ. Далее возможно аналитические инструменты являются вычисления спектральной плотности мощности или аналитических инструментов, посвященных деятельности сети, как, например, фаза амплитуда сцепления. Эти аналитические инструменты могут также использоваться с одноканальной записи ЭЭГ.
Рисунок 1: Спящая Пятачок с системой телеметрии ЭЭГ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: типичный ЭЭГ, записанная во время фазы сна свободно движущихся поросенка, отдыхая рядом с ее братьями и сестрами. Четыре события выделяются коробки. Слева направо первое поле показывает типичные шаблоны с мышечной активности; например короткий дергается во время сна, характерно большое количество быстрых гамма-активности (выше 80 Гц) и взрыв как внешний вид. Второе поле показывает Дельта кисти как эпизод, характеризуется Дельта активности с наложенными активности в диапазоне тета и альфа. Третий и четвертый прямоугольники показывают короткие эпизоды всплесков гамма (сна шпинделя подобных мероприятий), характеризуется частоты компонентов в альфа, бета и гамма-диапазонах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: REM фазы во время сна. Первое и второе поле Показать фазы сна медленные волны. Третье поле указывает ЭЭГ фазу низкой амплитудой приблизительно 20 s в продолжительности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: 10 мин ЭЭГ записи след питьевой поросенка (лактации). Корыта после 100 s из-за короткого потери радиосвязи между передатчиком и приемником системы записи ЭЭГ. Потом есть некоторые мышцы или движение артефакты. Мышцы артефакты характеризуются очень высокой Дельта группы амплитуд. В отличие от этого ЭЭГ характерно постепенное снижение амплитуды власти с медленного на более быстрый волн (см., например, между 200 и 250 s). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Важнейшим шагом в протоколе является адекватной кожи контакт с электродами, особенно земли электрода, добиться стабильной записи с низким уровнем шума. Кроме того поскольку поросят являются очень гибкими, важно охватить всю систему с силиконовой резины для защиты электродов и телеметрия единицу. Кроме того если эксперименты проводятся в стабильной с решетчатым полом, будьте осторожны с небольших устройств или соединителей.
В случае неадекватной сцепления самоклеящейся гидрогеля электродов попробуйте удалить абразивные крем как можно больше. Альтернативный способ удалить слой наружной мертвой кожи является использование наждачной бумагой. Предварительная обработка с алкоголем не является обязательным. Грязные кожи можно также мыть в воде. Не используйте пластырь полоски вместо тела двойной Силиконовой исправить телеметрической системы. Полоски штукатурки может вызвать раздражение кожи и массовые признаки дискомфорта. Поросята избавиться от системы в этом случае очень быстро.
Ограничения метода является стабильность гидрогеля электродов. Они могут сухой после нескольких часов, что привело к потере качество записи. Кроме того как и в случае со всеми методами ЭЭГ, сильные движения обычно связаны с мышц артефактов на запись трассировки (как показано на рис. 4). Кроме того хорошее размещение антенны имеет важное значение для уменьшения артефактов, которые могут возникнуть в результате плохого приемник сигнала. Металлические заборы могут также вызвать высокочастотных помех, что приводит к потере данных последовательностей. Решение для этой проблемы является размещение антенны внутри загородка металла в оптимальное положение. Оптимальное положение антенны может оцениваться только в поле методом проб и ошибок. Сеять и другие поросят не приводят к артефакты, потому что поросят, носить системы обычно не позволяют другим поросят манипулировать их головы. Это может быть различным для других видов.
Метод имеет особенно важное значение для поступательного подхода в неврологии. С помощью этого метода можно использовать неинвазивный записи без седации. Результирующие записи ЭЭГ очень похожи на клинических условиях. Метод может открыть новые возможности характеризовать созревания недоношенных ЭЭГ с помощью систем модели на животных. Кроме того многие neuroscientific вопросы, особенно касающиеся потенциалов корковые поля, также может быть рассмотрен это неинвазивный метод. Следовательно этот метод имеет потенциал для снижения числа и тяжести животных экспериментов в области нейробиологии.
В будущем планируется запись с более чем одного электрода. Необходимым условием является миниатюризация электродов. Кроме того долгосрочная стабильность электродов является проблемой для будущих инноваций.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить Helmut шой за возможность проведения нашего исследования в свинарник в 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
- 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).
