Summary
Burada, biz bir protokol serbestçe domuz yavruları çevrilmesin sakinleştirici kullanmaya gerek kalmadan doğrudan içinde hareket üzerinden kayıt telemetric electroencephalograms (EEG'ler) mevcut, tipik EEG desenleri non - REM uykusu iğ gibi sırasında kaydetmek için yapım o olanaklı patlamaları.
Abstract
Yöntemi yüksek kaliteli electroencephalograms (EEG'ler) kayıt domuz yavruları doğrudan çukuru içinde serbestçe hareket etmesini sağlar. Biz bir tek kanallı telemetric elektroansefalografi sistemi standart kendinden yapışkanlı hidrojel elektrotlar ile kullanın. Domuz yavruları sakinleştirici kullanımı olmadan sakinleşti. Pigpen içine onların yayımlanmasından sonra normal domuz yavruları davranır — iç ve onların kardeşleri olarak aynı döngüsü uyku. Onların uyku aşamaları EEG kayıtları için kullanılır.
Introduction
Domuzcuklar Nörobilim1için gelişmekte olan bir modeli sistemi vardır. Translasyonel araştırma güçlendirmek için non-invaziv, klinik EEG'ler kontrolsüz domuz yavruları2 (resim 1 ve Şekil 2) kaydetmek için bir yöntem icat. Non-invaziv bir metodoloji, benzer klinik ayarı ve sakinleştirici ya da anestezi perhiz EEG kayıtları, kortikal olgunlaşma ile ilişkili EEG desenleri ile ilgili translasyonel kullanımı için iki önkoşul vardır. Kendinden yapışkanlı elektrotlar ile birlikte tek kanallı telemetri sistemi3 yaklaşık 5 dk. sonra sabit olabilir, domuz yavruları hızlı bir şekilde işleme yordamdan yeniden elde etmek ve onların beslenme ve davranış için diğerinden uyku eşitlemek Domuz yavruları ve ekmek.
Olsa bile zaten uyuşturulmuş hayvanlar4non-invaziv EEG kayıtları kullanmak için girişimleri, hayvanlardan en elektroansefalografi çalışmaları invaziv yaklaşımlar ile yapılmaktadır. Bu yöntemler implante elektrotlar5,6 etrafında iltihabi süreçleri ile ilgili yan etkileri vardır ve çoğunlukla, onlar implante EEG sistemi harici bileşenleri nedeniyle hayvanların sosyal bir ayırma gerektirir. Bu nedenle, bu verilerin klinik içeriğinde çeviri zordur. Translasyonel yaklaşımlar ihtiyacını açık gerçeği o hala nasıl bir "normal" beyin olgunlaşma ön Kortikal gelişim sırasında klinik, non-invaziv elektroansefalografi7tarafından temsil edilir bilinmiyor olduğunu haline geliyor. Bu bilgi boşluğu erken Doğum EEG kayıtları ile ilgili teknik sorunlar nedeniyle oluşur bebekler8. Hayvanların çoğu insan kortikal gelişimi9ile karşılaştırıldığında bir "erken beyin" doğuştan beri hayvan modeli sistemlerinde, desen erken Kortikal gelişim daha iyi, erişilebilir. Kortikal gelişme karşısında türler2korunmuş şekillerinin yanı sıra, bu son zamanlarda preterm bebeklerin EEG kayıtları sırasında daha sonra hayat10,11bireysel klinik sonuçlar da tahmin edebilirsiniz gösterilmiştir. Burada açıklanan yöntemi gelişimsel nörolojik translasyonel yönleri için kullanışlıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm yordamlar Yerel Etik Komitesi (#23177-07/G10-1-010/G 15-15-011) tarafından kabul edildi ve ardından Avrupa ve Alman ulusal düzenlemeler (Avrupa Toplulukları Konsey Direktifi, 86/609/ECC; Tierschutzgesetz).
Tüm hayvan yordamları Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz hayvan bakımı komitenin Yönetmeliği uyarınca Tıp Merkezi yapıldı.
1. Kurulum
- Deneme önce herhangi bir hat gürültüsü için kontrol ve kurulum ve anten için yeterli bir yer bulmak. Hat gürültüsü 60 veya 50 Hz sinüs dalga görünür.
Not: Anten ve özellikle gönderici ve alıcı arasındaki mesafeyi yerleşimini sistemin iletim gücünü bağlıdır. Burada kullanılan ayarlanabilir sistemidir. Yaklaşık 3 m iletim aralığı nispeten düşük bir güç için ayarlandı. Ayrıca, çukuru metal çit sinyal nemlendirin ve parazit türleri neden olabilir. Bu durumda, anten metal kafesin içinde yerleştirmek gereklidir. - Bir kablo davul çizgi güç ile kurulum sağlamak için kullanın. Dizüstü bilgisayar, alıcı ünitesi ve analog dijital dönüştürücü (gerekirse) kullanılan belirli telsiz sistemi için bağlanın.
Not: burada kullanılan telsiz sistemi için alıcı dijital veri gönderdi. Bu diğer sistemler için farklı olabilir. - Elektrotlar, yapıştırıcılar, pamuklu ve mendil yanı sıra karıştırma bloklar, ayrı bir masaya koyun.
- Kısa kablolar ile elektrotları hazırlayın. Bunu yapmak için elektrotlar kesin ve onları tekrar hayvan büyüklüğüne bağlı olarak mümkün olduğunca kısa bir süre ile lehim. Kablolar istenilen kayıt pozisyonlar kafasına veri iletimini telemetric EEG birimi ile bağlamak yeterince uzun olmalıdır. Çok uzun kablolar olmalı çözüçü ve deri yapışkanlı silikon elastomer ile kaplı. Recoiled gerekir uzun kablolar silikon yama daha büyük ve daha ağır olun.
2. domuz yavrusu
- Bir domuz yavrusu bacak veya toraks kapma yakalamak. Durun ve herhangi bir dışkılama ve işeme unutmayın.
- Gerekiyorsa bir numarayla piglet işaretleyin.
- Piglet bir havlu sarın. Piglet sakin. Piglet aşırı ısınma unutmayın.
- Tek elle vücut veya önkol piglet tutun. Öte yandan burun tutmak için kullanın. Piglet aşırı ısınma farkında olmak ve düzgün nefes almak ücretsiz olduğundan emin olun.
3. elektrotlar
- Elektrotlar eklemek ikinci bir kişi var.
- Toprak su veya etanol ile cilt temizlemek. Gerekirse, kafasını tıraş.
- Herhangi bir ölü deri hücreleri aşındırıcı bir EEG jel ve Q-tip kaldırın. Aşındırıcı jel sonra kaldırın. Alternatif olarak, zımpara kağıdı kullanın.
- Kendinden yapışkanlı elektrotlar istenilen yerde düzeltmek. Zemin elektrot beyincik (kulak arasında) yukarıda yer ve referans elektrot burnuna. Kayıt elektrot istediğiniz konuma yerleştirin.
Not: başvuru tarafsız bir konumda (burun) yerleştirildi çünkü bu durumda, tek kutuplu bir kayıt, gerçekleştirildi. Şu ana kadar domuz yavruları için kullanılabilir hiçbir standart sistem. Burada, parietal kayıt konumu (göz ve kulak arasında) sağ beyin yarım küre üzerinde kullanıldı. - Kablolar telemetri birimine bağlayın. Birimi açın. Kullanılan telemetri sistemine bağlı olarak, bu bir manyetik anahtar ya da radyo frekansı uyandırma sinyali olabilir.
- Telemetri birim kapak ve tüm kablolar iki deri yapışkanlı silikon kauçuk ile de tüm elektrotlar ( Tablo malzemelerigörmek). Her iki bileşenin eşit miktarda karıştırma, kür saat 1 dk. gözleri menzilde olacak ve kirpik kauçuk ile örtülmelidir değil.
- Silikon kauçuk tamamen tedavi kadar bekleyin.
- Piglet çevrilmesin geri yerleştirin.
- Bu süre (birkaç dakika) uzun bir süre içinde rahatsızlık belirtileri gösteriyor diye piglet gözlemlemek.
4. ölçüm
- Piglet kurtarıldı ve davranışını bu (besleme, oynama, uyku), eşdeğerleri ile eşitlemeye başlar genellikle 30'dan sonra bekleyin s (Şekil 1).
- Uyku aşamaları için isterseniz bekleyin. Kayıt süresi belirli bilimsel soru üzerine bağlıdır. Burada, 10 dk kayıt oturumları kullanılmıştır.
- Telemetri birim 2'den fazla diğer domuz yavruları tarafından kapatılmışsa, sinyal alıcı için çok düşük olabilir. Yavaşça üstüne uyuyorlar mı Eğer domuz yavruları uzaklaştırmak. Ekmek unutmayın; agresif tepki.
- Veri toplama yazılımı ile Kayýt iþlemini baþlatmak ( Tablo malzemelerigörmek).
5. bitiş
- Kayıt (genellikle birkaç saat), yakaladıktan sonra piglet tekrar olarak adım 2 tanımlanmıştır. Ekmek unutmayın; agresif tepki.
- Yavaşça silikon kauçuk bir kenarında kaldır. O zaman, silikon kauçuk elektrotlar ve telemetri birimi içeren tüm düzeltme ekini kaldırmak. Piglet's gözlerini ile dikkatli olun.
- Piglet çevrilmesin geri yerleştirin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Biz tipik EEG desenleri ile non - REM uykusu, iğ patlamaları veya delta fırçalar, özgürce hareket domuz yavruları (resim 1 ve Şekil 2) gibi ilişkili kaydetmek başardık. Biz çoğunlukla non - REM uykusu, sırasında temsilcisi desenleri baktılar ama REM gibi uyku12 ile çok düşük bir genlik aşamalarını da olmuştur (Şekil 3) kaydedildi. Fizyolojisi ve REM uyku miktarı türler13arasında farklılık gösterir. Bir kaç dakika aralığında kısa REM aşamaları domuz14için tipik örnekleridir. İyi kayıt kalitesi de (emzirme) (Şekil 4) besleme sırasında kullanılabilir. Davranış oynamaya gelince, güçlü kas aktivitesi kas eserler yol açar; Ancak, filtreler EEG bantları ayıklamak için tasarlanmıştır. Olası analitik araçlar daha fazla güç spektral yoğunluğu veya analitik araçlar olarak, örneğin, ağ etkinliğini odaklanan hesaplamalardır faz-genlik kancası. Bu analitik araçlar tek kanallı EEG kayıtları ile de kullanılabilir.
Şekil 1: telemetric EEG sistemi ile uyuyan bir domuzcuğa. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: tipik EEG desenleri kaydedilen eşdeğerleri istirahat serbestçe hareket eden bir domuz yavrusu uyku aşamasında. Dört olaylar kutuları ile vurgulanır. Soldan sağa, ilk kutu tipik desenleri kas aktivitesi tarafından elde edildi görünür; Örneğin, uyku, yüksek miktarda hızlı gama etkinlik (yukarıda 80 Hz) ve bir patlama gibi bir görünüm tarafından karakterize twitches kısa. İkinci kutu delta etkinlik teta ve Alfa aralığın üst üste aktivite ile karakterize bir delta fırça benzeri Bölüm gösterir. Üçüncü ve dördüncü kutuları frekans bileşenlerinin Alfa, beta ve gama bantlarında karakterize gama patlamaları (uyku iğ gibi olaylar), kısa bölümlerini göster. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: REM uyku aşamalarında. İlk ve ikinci kutu yavaş-dalga uyku aşamaları gösterir. Üçüncü kutuyu yaklaşık 20 düşük-genlik EEG aşaması gösterir s süresi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: içme piglet (emzirme) 10 dk EEG kaydı iz. 100 sonra yalak s var verici ve EEG kayıt sistemi alıcı arasındaki radyo iletişimi kısa bir kaybı nedeniyle. Daha sonra bazı kas veya taşıma eserler vardır. Kas yapıları çok yüksek delta grup genlikleri ile karakterizedir. Buna ek olarak, EEG etkinlik genlik iktidardan yavaş dalgalar (bkz, örneğin, 200 ve 250 s arasında) hızlı kademeli bir düşüş ile karakterizedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokol bir kritik elektrotlar, özellikle toprak elektrodu düşük gürültü ile istikrarlı kayıtları elde etmek için yeterli deri temas adımdır. Ayrıca, domuz yavruları çok çevik olduğundan, tüm sistem elektrotlar ve telemetri birimi korumak için silikon kauçuk kapak önemlidir. Eğer istikrarlı bir çıtalı bir döşeme ile deneyler yaptı, Ayrıca, küçük cihazlar veya bağlayıcıları ile dikkatli olun.
Kendinden yapışkanlı hidrojel elektrotlar yetersiz bir kavrama durumunda, mümkün olduğu kadar aşındırıcı krem kaldırmayı deneyin. Dış ölü deri kat kaldırmak için alternatif bir yol zımpara kullanarak. Önarıtma alkol ile zorunlu değildir. Kirli cilt de su ile temizlenir. Alçı şeritler vücut Çift Kişilik silikon yerine telemetric sistemi düzeltmek için kullanmayın. Alçı şeritler cildi tahriş ve büyük rahatsızlık belirtileri neden olabilir. Domuz yavruları bu durumda çok hızlı sistem kurtulmak.
İstikrar hidrojel elektrot yöntemi bir kısıtlamasıdır. Onlar bir kaybı kayıt kalitesi ile sonuçlanan bir kaç saat sonra kuru. Ayrıca, tüm EEG teknikleri olduğu gibi güçlü hareketler genellikle kas yapıları ( Şekil 4' te görüldüğü gibi) kayıt izleme ile ilişkili. Ayrıca, iyi bir yerleşim anten bir zavallı alıcı sinyal neden olabilir eserler azaltmak önemlidir. Metal çitler de yüksek frekanslı parazit türleri, bir kaybı veri dizileri ile sonuçlanan neden olabilir. Bu soruna yönelik bir çözüm en iyi bir konumda metal çit içinde anten yerleştirmektir. Anten en uygun konumunu sadece alanında deneme yanılma ile değerlendirilebilir. Sistem genellikle giyen domuz yavruları kafalarını işlemek diğer domuz yavruları izin vermemesi nedeniyle ekmek ve diğer domuz yavruları eserler, yol açmayan. Bu diğer türler için farklı olabilir.
Özellikle nörolojik translasyonel yaklaşımlar için önemli bir yöntemdir. Bu teknik ile non-invaziv kayıtları sedasyon olmadan kullanmak mümkündür. Elde edilen EEG kayıtları için klinik ayarı çok benzer. Teknik preterm EEG olgunlaşma hayvan modeli sistemleri aracılığı ile karakterize için yeni olanaklar açmak. Bunun ötesinde, birçok neuroscientific sorularınız, özellikle kortikal alan potansiyelleri, ayrıca noninvaziv bu tekniği ile muayene etmek. Bu nedenle, yöntem numarası ve Nörobilim alanında hayvan deneyleri şiddeti azaltmak potansiyeline sahiptir.
Gelecek için birden fazla elektrot ile kayıtları planlanmaktadır. Elektrotlar minyatür bir önkoşuldur. Ayrıca, elektrotlar uzun vadeli istikrar gelecekteki yenilikler için bir konudur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Helmut Scheu çukuru Hofgut Neumühle, bizim araştırma yapmak fırsat için teşekkür etmek istiyorum.
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).
