Summary
Protokollen, der præsenteres her, giver information om samtidig elektroencefalografi (EEG) og adfærdsmæssig vurdering i realtid. Vi har diskuteret alle trin, der er involveret i denne protokol, som en attraktiv løsning for forskere inden for mange områder af neurovidenskab, især inden for lærings- og hukommelsesområder.
Abstract
Brainwaves amplitude opnået fra elektroencefalografi (EEG) har været velkendt som grundlag for kognitiv kapacitet, hukommelse og læring på dyr og mennesker. Voksen neurogenese mekanisme er også forbundet med hukommelse og læring forbedring. Traditionelt plejede forskere at vurdere lærings- og hukommelsesparametre i gnavermodeller ved adfærdsmæssige opgaver. Derfor er samtidig overvågning af adfærdsændringer og EEG særlig interessant i korrelering af data mellem hjerneaktivitet og opgaverelateret adfærd. Imidlertid er det meste af det udstyr, der kræves for at udføre begge undersøgelser, enten komplekst, dyrt eller bruger et kablet opsætningsnetværk, der forhindrer de naturlige dyrs bevægelse. I denne undersøgelse blev EEG registreret med en trådløs elektrofysiologisk enhed sammen med udførelsen af en ny objektgenkendelsesopgave (NORT). Dyrets adfærd blev overvåget samtidigt af et videosporingssystem. Begge optagelser blev analyseret offline af deres tidsstempler, som blev synkroniseret for at forbinde EEG-signaler med dyrets handlinger. Forsøgspersonerne består af voksne Wistar-rotter efter mellemfristet miljøberigelsesbehandling. Seks kranieskrueelektroder blev fastgjort parvis på begge halvkugler over frontale, centrale og parietale regioner og blev henvist til en elektrode placeret bageste af næsebenet. NORT protokollen består i at udsætte dyret for to identiske genstande i 10 min. Efter 2 timer og 24 timer blev et af objekterne erstattet med en roman. Udforskningstiden for hvert objekt blev overvåget af en adfærdssporingssoftware (BTS) og EEG-dataregistrering. Analysen af EEG synkroniseret med adfærdsdata består af estimater af alfa- og beta-relativ båndeffekt og sammenligninger mellem ny objektgenkendelse versus velkendt objektudforskning mellem tre eksperimentelle faser. I dette manuskript har vi diskuteret elektrodefremstillingsproces, epiduralelektrodeimplantationskirurgi, miljøberigelsesprotokol, NORT-protokol, BTS-opsætning, EEG - BTS-kobling til samtidig overvågning i realtid og EEG-dataanalyse baseret på automatisk hændelsesdetektion.
Introduction
Adfærdstest er afgørende i neurovidenskabelig forskning for en stor mængde information genereret i en in vivo-sammenhæng. I denne henseende har forskere i vid udstrækning brugt forskellige adfærdstest til at analysere sensorisk motorisk funktion, sociale interaktioner, angstlignende og depressiv-lignende adfærd, stofafhængighed og forskellige former for kognitive funktioner1. Manuel registrering af adfærdstest kan være vanskelig, udmattende og unøjagtig, selv for de fleste ekspertobservatører. Selvom der er gjort en vis indsats for at udvikle gratis og open source-software til adfærdsregistrering (f.eks. sexrat male2-app til seksuel adfærd), tillader flere alternativer automatisk og realtids adfærdsregistrering af forskellige dyrearter fra fisk3 til gnavere 4,5,6. Videosporing er en værdifuld metode til hurtig og præcis adfærdsregistrering, der anvendes i en lang række applikationer7. En mere potentiel funktion i adfærdsregistreringsområdet er at udforske neural aktivitet under adfærdsmæssig manifestation. Samtidig registrering af neuronal aktivitet (fra enkeltceller til de store hjerneområder) og adfærdsmæssige opgaver kunne vise os, hvordan hjernen genererer specifikke adfærdsmønstre8. Adfærd er en sekvens af mindre komponenter, der kan afsløre korrelater mellem den neurale aktivitet og bevægelser eller handlinger. Hvis neuronal aktivitet og adfærdsmønstre kunne registreres samtidigt gennem flere tidsskalaer, kunne de forklare, hvordan hver hjernetilstand korrelerer med hver enkelt adfærd (for en mere dybdegående undersøgelse af adfærdsmæssig optagelse, se Datta et al., 2019 anmeldelse8). Derfor betragtes synkroniseret optagelse af adfærdsmæssig og neuronal aktivitet i den ønskede skala (fra neuroner til store områder af hjernen) som et yderst nyttigt værktøj. Der er flere systemer beregnet til at integrere adfærdsmæssige optagelser med andre målinger som neural aktivitet 4,5.
Selvom elektroencefalografi betragtes som en af de mest anvendte teknikker inden for klinisk og forskningsneurovidenskab, gør den relativt høje mobilitet såvel som størrelsen på EEG-registreringsenheden denne teknik unik og udfordrende til detektion i tilfælde af in vivo-modeller9. Nogle løsninger på dette problem er blevet udviklet, f.eks. brugen af kabler og drejeanordninger, der gør det muligt for dyr at bevæge sig frit i arenaen. Ikke desto mindre medfører kabelbaserede systemer ofte problemer med at gennemføre undersøgelser, f.eks. under overførsel af et dyr fra et bur til et andet observeres hindring eller sammenfiltring af dyret med kablerne. Telemetriske enheder er udviklet til trådløse elektrofysiologiske optagelser for at øge fleksibiliteten i optagelsessituationen10,11. Sådanne systemer har imidlertid vist betydelige begrænsninger på grund af deres lave antal optagekanaler og lave samplingfrekvenser11. I denne undersøgelse brugte vi et kommercielt tilgængeligt trådløst system, der sender EEG-signaler fra dyret gennem en Wi-Fi-forbindelse med et frit bevægeligt gnaversystem12. Apparatet vejer 6 gram og kan modstå op til 16 kanaler optaget ved 1 kSps. Dette system tillader EEG- eller spike-registrering i dyremiljøet med en reduceret forstyrrelse, der fungerer som en økonomisk løsning sammenlignet med de traditionelle elektrofysiologiske systemer på markedet. Derudover har vi synkroniseret disse data ved hjælp af en videosporingssoftware for at give sammenhæng mellem EEG og adfærdsmønstre. Denne synkronisering udføres offline ved justering og interpolation af data og hændelser baseret på tidsstempler genereret af begge systemer og behandles på MATLAB.
Voksen neurogenese defineres som spredning, overlevelse og differentiering i neuroner af nygenererede celler i dentate gyrus af dyr13,14. Denne proces er kendt for at være forbundet med hukommelses- og læringsforbedring, hvilket øger voksen neurogenese hos gnavere gennem berigede miljøforhold (EE)15. EE består i at huse gnavere i små grupper inde i et stort bur forsynet med legetøj og rør, hvor dyr har ny og kompleks, men ingen biologisk relevans15. Selvom EE stimulerer hippocampus neurogenese, varierer det også i mange faktorer såsom alder, dyrestamme, specifikke stimuleringsbetingelser eller neurogenesedetektionsprocedure. Hos midaldrende mus udsat for EE-boliger i syv dage er fødslen af nye granulære celler (GC) i hippocampus dentate gyrus (DG) blevet rapporteret16. Undersøgelser, der forsøger selektivt at ablate voksen neurogenese hos voksne rotter, har antydet, at nye granulære celler på ca. 1 - 2 uger er nødvendige i det lærte respons17. Omkring 2 eller 3 uger efter, at GC er født hos voksne DG, begynder flere karakteristiske træk såsom dendritiske rygsøjler, som er afgørende for excitatorisk synaptisk transmission18, at dukke op. Zhao et al. udførte en kvantitativ analyse for at vise, at toppen af rygsøjlevæksten forekommer i løbet af de første 3 - 4 uger19. Flere elektrofysiologiske in vivo-undersøgelser tyder på, at kun tre ugers EE-boligforhold giver ændringer i GD's synaptiske transmission og øger celleexcitabiliteten20. Det er også blevet rapporteret, at eksponering for et beriget miljø 1-4 uger efter BrdU-injektioner signifikant øgede densiteten af BrdU/NeuN-celler i DG-granulatlaget hos mus21. Disse forfattere foreslår, at der eksisterer en kritisk periode mellem en og tre uger efter EE-eksponering, da der blev observeret en betydelig stigning i antallet af nye neuroner21. Undersøgelser af hippocampus neurogenese hos voksne (AHN) hos mennesker har været kontroversielle, da der ikke var nogen direkte beviser. En nylig rapport beskrev imidlertid udviklingsstadierne af AHN i den menneskelige voksne hjerne og identificerede tusindvis af umodne neuroner i DG og demonstrerede derved vigtigheden af AHN under aldring hos mennesker22. Baseret på de tidligere nævnte beviser er undersøgelsen af AHN i dyremodeller vigtigere end nogensinde (for en mere dybdegående undersøgelse af AHN, se Leal-Galicia et al., 2019 review15).
Som tidligere nævnt har hippocampus været forbundet med en grundlæggende funktion i lærings- og hukommelseskapacitet. Dannelsen af minder gennemgår tre forskellige processer: kodning (hukommelsesopsamling), konsolidering (hukommelseslagring) og hentning (hukommelsesgenkendelse)23. Genkendelseshukommelse hos mennesker testes ved hjælp af den visuelle parrede sammenligningsopgave24. Grundlaget for menneskelige og dyremodeller for hukommelse og hukommelsestab er adfærdstestene, der vurderer evnen til at genkende en tidligere præsenteret stimuli25,26, som den visuelle parrede sammenligningsopgave gør hos mennesker. Derfor er en af de mest anvendte adfærdsmæssige tests til vurdering af en gnavers evne til at genkende en tidligere præsenteret stimulus, det vil sige lærings- og hukommelseskapaciteten den spontane nye objektgenkendelsesopgave (NORT)23,27. NORT-protokollen består af to identiske nye objekter i en velkendt arena i 10 minutter i erhvervelsesforsøget. Efter en bestemt tid mellem 0 28 og48 timer29 (variabel tid i henhold til hver protokol) returneres dyret til den samme arena, der indeholder en af de samme velkendte genstande og en ny genstand. Dyret udforsker spontant det nye objekt, hvis det velkendte objekt blev husket26. Præferenceforholdet bruges almindeligvis til vurdering af efterforskningsresultater. Det bestemmes ved at dividere den samlede objektudforskningstid fra udforskningstiden for romanen eller det velkendte objekt. NORT har nogle fordele i forhold til andre genkendelseshukommelsestest. Vigtigst af alt kræver det ingen ekstern motivation, belønning eller straf. Det skaber ikke stressende forhold. Endelig er der ikke behov for træning for at fremkalde adfærden ved at udforske objekterne (for en mere dybtgående undersøgelse af NORT, se ref.23).
Derfor er samtidig registrering af flere datamodaliteter og deres integration i studiet af læring og hukommelse som en effekt af voksen hippocampal neurogenese meget attraktiv og giver en overbevisende løsning for forskere på området. Dette arbejde vil afsløre alle processer, der er involveret i samtidig adfærdsmæssig videosporingsvurdering (ny objektgenkendelsesopgave) og trådløs elektroencefalografioptagelse. Her har vi gennemgået elektrodefremstillingsprocessen, epidural (kranieskrue) elektrodeimplantationskirurgi, miljøberigelsesprotokol (til hippocampus neurogeneseinduktion), efter NORT-protokol, BTS-opsætning, EEG - BTS-kobling til samtidig overvågning i realtid og EEG- og adfærdsdataanalyse udført på MATLAB-computermiljø.
Protocol
Alle procedurer følger vejledningen til pleje og brug af forsøgsdyr (NIH Publications nr. 8023, revideret i 1978) implementeret af nationale sundhedsinstitutioner og lokale mexicanske love for at reducere antallet af dyr, der anvendes til dyrevelfærd og forbud mod dyrs lidelse. Den etiske komité ved Universidad Iberoamericana godkendte forsøgsprotokollerne for anvendelse af dyr i denne undersøgelse.
1. Generel opsætning
- Installer adfærdssporingssoftwaren på en computer i henhold til fremstillingsvejledningen.
- Monter kameraet direkte over enheden, så det vender nedad. Kameraet skal være tilsluttet computeren.
- Installer den driversoftware, der kræves af kameraet (følg fremstillingsvejledningen).
- Hvis kameraet indeholder zoomobjektiv, skal du justere det, så det passer perfekt i kameraets display.
- Sluk kameraets autofokustilstand (AF) ved at følge produktionssoftwaren.
- Sørg for, at kameraet fungerer korrekt i realtid, og test videooptagelsestilstanden, indtil den er klar til brug.
2. Protokol for miljøberigelse (jf. figur 1)
BEMÆRK: Tre måneder gamle Wistar-hanrotter blev brugt til dette forsøg og blev opretholdt under naturlige mørkelysforhold.
- Placer savsmuldsstrøelse i en gennemsigtig akryl firkantet arena (500 x 500 x 500 mm).
- Sæt tre forskellige slags legetøj på arenaen, som gnavere kan interagere med (f.eks. aktivitetshjul, dobbeltdæk, trapper osv.).
- Tilføj fire 2-tommer og fire buede grå uigennemsigtige PVC-rør.
- Giv fødevare- og vanddispensere ad libitum adgang til dyr.
- Placer tre gnavere pr. Bur inde i vivariumrummet under regelmæssige forhold.
- Lad dyrene være i denne arena i den tid, der kræves i henhold til den tilsvarende protokol. I dette forsøg skal dyrene forblive inde i arenaen i 20 dage.
BEMÆRK: Efter elektrodeimplantationsoperationen går dyrene ikke tilbage til miljøberigelsesbehandling. I stedet blev de sat i enkeltbure, indtil den nye objektgenkendelsestest er afsluttet.
3. Elektroder fremstillingsproces
- Skær et stykke kobbertråd på ca. 2 cm og brug et sandpapir til at gnide ca. 0,5 cm fra hver ende.
- Rul den ene ende af kobbertråden til hovedet på en lille skrue (elektroder), og sørg for, at den er ordentligt fastgjort, da dette er et afgørende trin. Korrekt kontakt mellem begge materialer skal garanteres for at undgå artefakter i EEG-signalerne.
- Indsæt den anden ende på stikkets terminalspids, og sørg for, at den er korrekt fastgjort ved at forstærke med fine pincet. Dette tip skal tilsluttes med et forstærkerkabel.
- Mål den passende ledningsevne fra spidsen til skruen ved hjælp af et multimeter. Denne proces garanterer, at elektrodeforbindelsen er korrekt installeret.
4. Epidural (kranieskrue) elektroder implantationskirurgi
BEMÆRK: Efter 20 dages miljøberigelsesbehandling vil dyrene blive opereret efter proceduren beskrevet nedenfor:
- Dyret injiceres med en cocktail af ketamin/xylazin (90/10 mg/kg, i.p.).
BEMÆRK: For at undgå luftvejsobstruktion skal du vente, indtil rotten holder op med at bevæge sig, derefter tage den ud af husburet og placere dyret på en plan overflade. Injicer en ikke-steroide antiinflammatorisk (meloxicam 1 mg/kg, s.c.) og et antibiotikum (enrofloxacin 2,5 mg/kg, p.o.) som forebyggende analgesi. - Når rotten er helt bedøvet, barberes rottens hovedområde.
BEMÆRK: Sørg for, at dyret er fuldstændig bedøvet, før du fortsætter med operationen. Klem forsigtigt et af benene eller halen. Hvis dyret reagerer på stimulus, vent et par minutter og klem det igen. Hvis dyret ikke reagerer på klemmen, skal du gå til næste trin. Hvis det nødvendige udstyr er tilgængeligt, anbefales det stærkt at bruge gasbedøvelse (såsom isofluran), da det lettere titreres for sikkerheden. - Placer dyret på stereotaksapparatet ved først at fastgøre begge ører med ørestængerne (pas på ikke at skade dyrets indre øre). Til sidst skal du placere fortænderne over bidstangen og fastgøre næsestangen.
BEMÆRK: Giv dyret en varmepude til al operationen, da anæstesi, der anvendes i denne procedure, normalt forårsager hypotermi og vejrtrækningsproblemer. - Rengør toppen af hovedområdet ved hjælp af tre vekslende runder chlorhexidin eller jodbaseret skrubbe efterfulgt af saltvand eller alkoholskylning.
- Indgiv lidokain subkutant (20 mg/ml) under huden på hovedområdet (0,5 ml).
- Indsæt en dråbe oftalmisk opløsning eller saltvand til hvert dyrs øjne hvert 5-10 minut for at hjælpe dem med ikke at tørre ud.
- Brug en skalpel til at lave et snit på ca. 2 cm fra forreste til bageste retning for korrekt at udsætte kraniets øverste region.
- Træk huden tilbage ved hjælp af bulldogklemmer og skrab vævet, der ligger over kraniet.
- Identificer og registrer de opnåede bregma-koordinater.
- Start fra Bregma, ved hjælp af de stereotaksiske Paxinos og Watson Atlas30, lokaliser og markér positionen for hvert af de syv punkter (koordinater), hvor elektroderne vil blive fastgjort i.
BEMÆRK: I dette eksperiment, F3, F4 skruer (+2,0 mm fra Bregma, 2,25 mm lateralt fra midterlinjen); C3, C4 skruer (-3,0 mm fra Bregma, 2,75 mm lateralt fra midterlinjen); og P3, P4 skruer (-7,0 mm fra Bregma, 2,75 mm lateralt fra midterlinjen) blev installeret. En syvende skrue var placeret bageste del af næsebenet (NZ) som jordreference (se figur 2). - Brug et boreværktøj med variabel hastighed til at lave et hul med en spidsstørrelse 2 (længde 44,5 mm) på hvert af mærkerne, pas på ikke at trænge helt ind i kraniet.
- Indsæt elektroden i hullet og skru den forsigtigt ind i kraniet.
- Gentag trin 4.10 og 4.11, indtil alle syv skruer er korrekt fastgjort.
- Fastgør alle 7 skruer med et første lag tandcement. Indsæt hver elektrode i et stik. Dæk ledningerne helt med et andet lag tandcement (det forhindrer dyret i at trække skruer af) og bunden af stikket. Dæk om nødvendigt med et tredje lag tandcement, og lad EEG-stikket være rent for en korrekt forbindelse, så EEG-enheden kan tilsluttes korrekt (se figur 3).
BEMÆRK: Efter placering af hvert par bilaterale skruer kan disse fastgøres med tandcement (valgfrit trin). - Lad rotten være i postoperativ pleje natten over. Overhold dyret og giv dyret en varmepude i 1-2 timer efter operationen, da anæstesi, der anvendes i denne procedure, normalt forårsager hypotermi og vejrtrækningsproblemer.
- Administrer 50 ml/kg/24 timer (vedligeholdelsesdosis) saltopløsning subkutant for at forhindre dehydrering. Injicer en ikke-steroide antiinflammatorisk (meloxicam 2 mg/kg, s.c.) og et antibiotikum (enrofloxacin 5 mg/kg, p.o.) efter operationen og i de næste 24 timer.
- Efter operationen skal du holde rotterne i enkeltbure for fuld genopretning i syv dage, før du udfører adfærdstestene.
- Forsigtigt manipulere dyret med jævne mellemrum (mindst en gang om dagen) for at hjælpe med at reducere stresset i fremtidige manipulationer. Mens du holder rotten med den ene hånd, påføres fingertrykket forsigtigt på bagsiden af dyret og glider fingrene gennem pelsen. Kontroller hovedsåret, helbredstilstanden, adfærd generelt og kropsvægt i en periode på en uge efter operationen.
BEMÆRK: Hvis der konstateres abnormitet eller tegn på sygdom/stress hos dyret, skal du underrette den ansvarlige dyrlæge. Efter denne periode skal du udføre Novel objektgenkendelsestesten og EEG-optagelsesteknikken.
5. Test af genkendelse af nye objekter (NORT)
BEMÆRK: Syv dage efter operationen, fortsæt til adfærdstest. Alle adfærdsmæssige procedurer i det præsenterede eksperiment blev udført mellem 14 h 00 min og 16 h 00 min, hvilket svarer til rottens lyscyklus.
- Placer en vest lavet af blødt stof (som EEG-enheden ville blive placeret under adfærdstesten) på rotten. Tillad habituation i 2-3 dage før udførelse af adfærdstesten.
- Placer en sort akryl firkantet arena (500 x 500 x 500 mm) i et svagt lys oplyst optagerum.
- Fastgør to identiske nye genstande til arenaens gulvcenter ved hjælp af dobbeltsidet tape (for at forhindre, at dyrene fortrænger det). Objekter skal være lige langt fra hinanden og arenaens vægge.
- Rengør hver genstand grundigt på forhånd med 50% ethanol samt arenaens gulv efter hvert forsøg (for at undgå lugtsignaler).
BEMÆRK: Overfør altid dyrene til staldrum (fra vivariumrummet til forsøgsrummet) mindst en halv time før hver session påbegyndes. Når optagelsen er afsluttet, skal du lade dyrene være i forsøgsrummet i en ekstra time. Dette er for at undgå den stress, der kan påvirke udførelsen af denne test. - Tilslut EEG-enheden, før du starter hver test. Fasthold forsigtigt dyret, og sæt kablet fast i stikket på dyrets hoved med EEG-sættet fastgjort på dyrets ryg (se figur 4). Kun én position er tilladt.
BEMÆRK: Skånsom tidligere manipulation af dyret kan bidrage til at reducere stress hos dyr under forbindelsesproceduren. Ellers øges risikoen for beskadigelse af enheden eller dyrene. Oplad enhedens batteri helt ved hjælp af en USB-port. - Test af nye objektgenkendelsesfaser
- Tilvænning: Håndter dyret med 5 minutters mellemrum i to på hinanden følgende dage, og umiddelbart derefter skal du placere dyret på arenaen (uden genstande) og lade dem udforske frit i 10 minutter.
BEMÆRK: Før der blev udført erhvervelses- og hukommelsestestsessioner, blev rotter omhyggeligt håndteret og forbundet til den tilsvarende EEG-enhed, som blev korrekt rettet, før testen startede. - Erhvervelsessession: Placer dyret på arenaen mod en af væggene modsat genstandene. Lad dyrene udforske frit i 10 min. Gå til trin 6.13 for testoptagelse ved hjælp af software til adfærdssporing.
BEMÆRK: Sørg for, at EEG-enheden holder vesten korrekt fastgjort på bagsiden af rotten (for at sikre korrekt sporing af dyret). For yderligere forstærkning skal du bruge maskeringstape. - Korttidshukommelsestest (SMT): Udskift et af objekterne med ethvert andet, der er helt anderledes i form, farve og tekstur. Placer dyret, 2 timer efter erhvervelsessessionen, i arenaen mod en af væggene modsat objekterne. Lad dyret udforske frit i 10 min. Gå til trin 6.13 for testoptagelse ved hjælp af softwaren til adfærdssporing.
- Langtidshukommelsestest (LMT): Udskift det anvendte objekt med ethvert andet, der er helt anderledes i form, farve og tekstur end korttidshukommelsestesten. Placer dyret 24 timer efter erhvervelsessessionen i arenaen mod en af væggene modsat objekterne. Lad dyret udforske frit i 10 min Gå til trin 6.13 for testoptagelse ved hjælp af adfærdssporingssoftwaren.
- Tilvænning: Håndter dyret med 5 minutters mellemrum i to på hinanden følgende dage, og umiddelbart derefter skal du placere dyret på arenaen (uden genstande) og lade dem udforske frit i 10 minutter.
6. Opsætning af adfærdssporingssoftware
- Åbn softwaren til adfærdssporing.
- Log ind på kontoen ved hjælp af institutionens bruger og adgangskode.
- Åbn hanen "Nyt tomt eksperiment", og vælg et navn til protokollen (f.eks. "NORT").
- Vælg "Videosporingstilstand."
BEMÆRK: I dette eksperiment er kameraet konfigureret til at streame videosporingen live. Der er dog en ekstra mulighed for at vælge forudindspillede videoer. - Gå til "Apparat." Definer arenaområdet ved at justere det orange rektangel til grænserne for den projicerede arena. Bestem objektets område, og tilpas de orange cirkler ved objektets kant inde i arenaen, der projiceres fra kameraet på skærmen.
- Konfigurer skalaen, der flytter lineallinjen til en position langs billedets kendte længde (arenaen). Indtast objektets længde i millimeter i indstillingen "Lineallinjens længde er" på panelet Indstillinger. I dette tilfælde måler arenaen 500 x 500 mm.
- Gå til "Sporing og adfærd". Fortsæt til "Zoner". Klik på menuen "Tilføj element" og vælg "Ny zone". Vælg arenaområdet, og navngiv den nye zone (f.eks. "Felt").
- Gentag det forrige trin med objekternes område, og navngiv den nye zone (f.eks. "Objekter").
- Gå til "Dyrefarve" og vælg "Dyrene er lettere end apparatets baggrund".
BEMÆRK: Hvide (Wistar) rotter blev brugt til dette forsøg. Softwaren har dog yderligere muligheder for forskere, der bruger sorte og plettede rotter. Begge racer af dyr kan bruges i samme eksperiment. - Gå til "Sporing af dyrets hoved og hale", og vælg "Ja, jeg ønsker, at dyrets hoved og hale skal spores."
- Gå til "Test" | "Etaper", og vælg "Ny fase" i menuen "Tilføj element". Navngiv den nye fase, "Anskaffelse". Definer varigheden af fasen (f.eks. 600 s).
- Gentag det forrige trin i trinene "Korttidshukommelsestest" og "Langtidshukommelsestest".
BEMÆRK: I denne protokol har alle faser samme varighed (10 min). - Gå til "Procedurer". Definer de hændelser, der skal spores for hvert trin (erhvervelse, korttidshukommelsestest og langtidshukommelsestest).
- Start testen (med hvert dyr). Gå til "Test" (i øverste menulinje) og vælg "Tilføj en test (+)." Angiv et nummer for det dyr, der skal testes (f.eks. "1").
- Vælg "Optag", og navngiv dyrene og sessionen (f.eks. "M1 Acq").
- Før du placerer dyret i arenaen, skal du klikke en gang på knappen "Afspil". En meddelelse "venter på at starte" vises.
- Når du har placeret dyret i arenaen, skal du klikke en anden gang på knappen "Afspil". Testen starter og slutter automatisk.
- Gentag trin 6.13-6.16 for korttidshukommelsestesten (2 timer efter anskaffelsessessionen) og langtidshukommelsestesten (24 timer efter anskaffelsessessionen).
7. Opsætning af trådløs elektrofysiologisk enhed
- Tilslut modemet til en pc-vært, og tænd det. Sluk for enhver anden netværksenhed på pc'en. Helst skal du dæmpe enhver anden trådløs kommunikation i registreringsrummet som Bluetooth, mobiltelefoner, andre modemer eller endda trådløse håndsæt.
- Fastgør forstærkeren til rottens ryg, som nævnt i trin 5.5.
- Tænd EEG-enheden ved at tilslutte batteriet.
BEMÆRK: 2 s efter tilslutning af enheden blinker en rød LED på EEG-forstærkeren, hvilket indikerer, at kommunikationen med modemet er aktiv, og derefter tændes grøn LED. Hvis kommunikationen lykkes, begynder LED'erne på modemet at blinke kontinuerligt. Forstærkeren er nu klar til at sende information til modemmet. - Start EEG-softwaren, og opsæt den i henhold til producentens instruktioner til integration i den trådløse EEG-anskaffelsesenhed
- Tryk på knappen "Start Display". EEG-softwaren viser den faktiske signaloptagelse.
BEMÆRK: Brug "Windows Task Manager" til at tildele prioritetstilstanden "Real-time" for at undgå manglende oplysninger under eksperimentering.
8. Elektroencefalografi (EEG) signaloptagelse
- Når du har kontrolleret, at EEG-softwaren indsamler data, skal du starte adfærdssporingssoftwaren og indstille eksperimentel protokol for at kontrollere, at dyret er i observationszonen, og opsætningen fungerer korrekt.
- På dette tidspunkt skal du starte EEG-softwareoptagelsen ved at trykke på knappen "Start optagelse". Når du har kontrolleret, at anskaffelsessignalet kører, skal du starte eksperimenteringen i BTS.
- Når eksperimentet er afsluttet, skal du vende tilbage til EEG-softwaren og stoppe optagelsesprocessen. Optagelsen gemmes ved hjælp af et standardnavn, der består af datoen for optagelsen ved hjælp af følgende format: "åååå-mmdd-hhmm_SubjectID_Ephys.plx". Som standard gemmes alle optagelser i mappen EEG-software (NeurophysData).
- Kontroller, at begge datafiler blev oprettet. Registrer eksperimentloggen, eller skift navnet for at undgå forvirring.
9. Adfærdsmæssig opgave og EEG-signalsynkronisering
- Åbn MATLAB og udfør kommandoen: convert_plx2mat. En sådan funktion åbner en browserboks. Konverteringsfunktionerne leveres af producenten og skal føjes til MATLABs sti.
- Vælg *.plx for at konvertere, og tryk på "Enter" på MATLABs kommandolinje for at konvertere den til standardparametre.
- Åbn BTS-eksperimenteringsfilen, og gå til "Protokol". Klik på indstillingen "Resultater, rapporter og data", vælg alle begivenheder for begge objekter, og klik på "Vælg tidsformat for rapporten", vælg den tredje mulighed: "Vis begivenhedstider som realtid i HH: MM: SS.sss - for eksempel 13: 20: 14.791."
- Gå nu til "File" og klik på "Export" og "Export experiment as XML", tjek "Dato og klokkeslæt for testen", klik til sidst på "Opret XML."
- Gå til "Eksporter testdata"Og klik på"Gem data." Der oprettes en .csv fil med tidspunkter for begivenheder.
- Gentag trin 9.1 til 9.5 for hver fil. I vores tilfælde var de tre eksperimenter: ACQ, STM og LTM.
- Når EEG- og adfærdsfilerne er konverteret, skal du samle dem i en enkelt mappe. Mappen skal indeholde seks filer, henholdsvis de tre .mat-filer og tre .csv. I vores tilfælde blev filer kaldt: PID_01_ACQ_N.mat, PID_02_STM_N.mat, PID_03_LTM_N.mat, PID_01_ACQ_M.csv, PID_02_STM_M.csv og PID_03_LTM_M.csv. ID henviser til et dyrs identifikationsnummer.
- Åbn "procesa_sujeto.m" -funktionen ved hjælp af MATLAB, og juster den anden linje til dyrets ID.
- Flyt nu MATLAB til en sådan mappe og udfør: "procesa_sujeto" for at oprette figurer af alfa- og beta-relativbånd til magt forbundet med objektgenkendelse på ACQ-, STM- og LTM-stadier.
BEMÆRK: "procesa_sujeto" er en funktion, der udfører/kører flere signalbehandlingsanalyser. Disse analyser opsummeres som følger i trin 9.10 til 9.15. - Filtrer hvert EEG-signal med et 4. ordens Butterworth-båndpasfilter ved [5-40] Hz ved hjælp af fasekorrektion.
- Undersøg visuelt signaler før den følgende analyse, og de kanaler med artefakter, der stammer fra defekt elektrodeplacering eller forkert justering ved dyrebevægelser, blev udelukket fra yderligere analyse.
- Henvis signaler til fælles gennemsnit for at afhjælpe bevægelsesartefakter.
- Segmenter EEG-signaler for at danne epoker af 4 s længde synkroniseret med tidsstempler afledt af BTS. Målbegivenhederne var udforskningen af objektet præget af dyrets afstand til objektets grænse. Disse begivenheder er markeret på BTS-tidsstemplerne og blev brugt som identifikatorer, der fastsætter vinduernes positioner. Så EEG-epoker afgrænses med 1 s, før udforskningen begynder til 3 s efter. På dette tidspunkt blev der ikke brugt nogen validering om efterforskningslængde, men det vil blive overvejet til fremtidige undersøgelser.
- Anslå spektral effekttæthed på disse epoker ved hjælp af Welchs periodogrammetode ved hjælp af 1 s vindueslængde, en overlapning på 90%, Hanning-vindue før Fourier-transformationsestimering, med disse parametre blev der opnået en opløsning på 1 Hz.
- Vurder effektspektral på hvert bånd ved at evaluere areal under periodogram, og de præsenterede værdier svarer til relativ energi, det betyder, at energien i hvert EEG-bånd blev divideret med epokens samlede energi. Denne procedure reducerer også fejlagtige estimater på grund af artefakter på EEG-signaler.
Representative Results
De ovenfor beskrevne metoder blev anvendt til at registrere EEG- og rotteaktivitet samtidigt efter miljøberigelsesbehandlingen. Tre måneder gamle Wistar-hanrotter var under en mellemlang miljøberigelsesbehandlingsprotokol i 20 dage, og de blev betjent for at fastgøre seks kranieskrueelektroder parret på frontale, centrale og parietale regioner med henvisning til en syvende elektrode placeret ved NZ. Dyrene blev holdt under naturlige mørke-lyse forhold, med ad libitum adgang til mad og vand. Dette arbejde viser integrationen mellem EEG-systemet og adfærdssporingssoftwaren til en samtidig liveoptagelse. Vi brugte kun dyr behandlet under EE-protokollen, da vi ikke foregiver at sammenligne effektiviteten af behandlingen, men kun eksemplificerer fordelene ved udstyret. Som bevis for, at den anvendte 20-dages miljøberigelseshusprotokol stimulerer den voksne neurogenese, præsenterer vi BrdU-positive celletællingsdata fra dyr under EE og dyr, der er opstaldet under standardbetingelser, fra upublicerede data fra vores laboratorium. Tre måneder gamle mandlige Wistar-rotter blev brugt. De blev injiceret tre gange med BrdU med 12 timer mellem hinanden. Dyrene blev bedøvet (pentobarbital (50 mg/kg, i.p.) og aflivet ved transkardieperfusion (se figur 5). For at sikre, at vesten, der er fastgjort til EEG-enheden, ikke begrænser dyrenes bevægelser, udførte vi den åbne felttest (OFT) i to grupper, den ene gruppe blev opereret, mens udstyret var iført (vest og EEG-forstærker), og den anden gruppe dyr forblev intakte uden at bære hardwaren. Vi fandt ingen signifikante forskelle i den afstand, dyrene tilbagelagde i 10 minutters test (se figur 5). Den typiske NORT-protokol består af præsentationen af to objekter og udskiftningen af en af dem med et nyt objekt. Den adfærdsmæssige sporingssoftware overvågede udforskningstiden.
Behavioral Tracking Software registrerede en gruppe dyr for at evaluere deres vigtigste præstationsparametre. Derfor brugte vi tre parametre til at evaluere efterforskningspræstationen. Præferenceforholdet blev beregnet ved hjælp af dyrenes hovedtid brugt i objektzonen, som rapporterer den samlede tid, som dyrenes hoved tilbragte i hvert objekt. Vi beregnede også et præferenceforhold for den tid, der blev brugt på at bevæge sig mod objekterne, hvilket viser den samlede tid, der blev brugt på hvert dyr, der bevægede sig mod hver objektzone. Derudover blev den brugte tid pr. besøg på hvert objekt beregnet. Figur 6 viser de tre ovennævnte resultater. I erhvervelsesforsøget var der ingen forskel mellem objekter i de tre vurderede parametre: hovedtid i objektzonen for de tre forsøg, tid bevæger sig mod objekterne for de tre forsøg og tid pr. besøg i hvert objekt. Der var ingen forskelle i STM-studiet. I mellemtiden blev der i LTM-forsøget set et foretrukket udforskningsforhold, der var signifikant højere for det nye objekt. Derudover kunne man i LTM-forsøget også se en præference for det nye objekt i den tid, der bruges pr. besøg (panel C). Video 1 viser et repræsentativt eksempel på en rotte optaget i eksperimentet, mens Video 2 viser et repræsentativt eksempel på samtidig EEG og adfærdsmæssig optagelse.
Det var muligt at matche tidshændelser sporet med adfærdssporing og EEG-softwareoptagelse ved hjælp af computerens ur. Figur 7 og figur 8 viser ændringerne i EEG's relative effekt over alfa- og betabånd. Disse er relateret til motorisk kontrol, koncentration og hukommelse, hvilket tyder på, at udforskning kun er relateret til disse funktioner. Resultaterne af dyr 3 viser, at alfakraft har tendens til at reducere på STM med hensyn til ACQ og LTM, hvilket tyder på en desynkronisering relateret til udforskning eller hukommelseshentning. Antallet af objektgenkendelse (behandlede epoker) var lavt. På dette tidspunkt er det ikke muligt at afgøre, om en statistisk test ville validere, om en sådan forskel er reel, eller en artefakt var i stand til at producere sådanne eksperimentelle betingelser. Ikke desto mindre er epokersegmentering, mærkning og analyse blevet mulig ved en tidslinje med samtidige markeringsbegivenheder i dyr og EEG-resultater produceret til fremtidige forskningsprojekter. Kombinationen af disse systemer forhindrer en fejlagtig identifikation af hændelser ved hjælp af en manuel mærkningsproces, hvilket er blevet et væsentligt problem i forbindelse med dyreforsøg. Kombinationen af BTS og elektrofysiologisk (EP) aktivitet kunne nøjagtigt forbindes med dyreadfærd; Ikke desto mindre kræver eksperimentelle forhold brug af avancerede signalbehandlingsteknikker for at eliminere bevægelsesartefakter og foretage forbedringer i den eksperimentelle opsætning effektivt.
Figur 1: Eksempler på bur med beriget miljø (EE). Boliger blev forsynet med legetøj og rør, hvor dyr finder nye og komplekse, men ingen biologisk relevans. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Positioner af epiduralelektroder i rottekraniet. Skruerne blev samtidig brugt som anker til headsettet og som elektroder. F = frontal; C = frontoparietal; P = parietal; 3 = venstre; 4 = højre; NZ = som grundreference. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Repræsentative billeder af en epidural (kranieskrue) elektrodeimplantationsoperation. Billede, der viser implanterede intrakranielle elektroder skruer i rotter på forskellige stadier af operationen. Sørg for, at aseptiske teknikker følges, mens du udfører denne procedure. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Repræsentative billeder af en rotte sammen med forsøgsopstillingen. Rotten blev lavet til at bære vesten, der var fastgjort til EEG-enheden med et indbygget batteri, inde i arenaen, der blev brugt til NORT-protokollen. Billedet viser headsettet og kabelstikket, der er installeret på hovedets rotte. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Bevis for bevægelsesevne og stimulering af neurogenese hos voksne ved EE-protokol. (A) Repræsentative billeder af dyreaktiviteten i 10 minutter i Open Field Test (OFT) og den gennemsnitlige afstand, som dyr, der bar udstyret/operationen, rejste, og dyr uden udstyr/ingen operation. (B-E) Repræsentativ GD-sektion med BrdU-mærkede celler (intens mørk) til EE- og standardboliggrupper. Panel B og D viser en lav forstørrelse af GD, og panel C og E viser boksområdet ved højere forstørrelse. Panel B og C er væv fra EE-boliggruppen, panel D og E er fra standardboliggruppen. Indsatsen illustrerer det gennemsnitlige antal mærkede celler i begge grupper. ML - molekylært lag; GCL – granulært cellelag; SGZ - subgranulær zone; pile - BrdU + celler. Graferne viser gennemsnittet ± SEM. T-elevtesten blev brugt til at sammenligne grupper. * s≤0.05. Der blev ikke fundet signifikante forskelle mellem grupperne i Open Field Test. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Efterforskningsresultater i NORM-vurdering. (A) Hovedtid i objektzonen for de tre forsøg. (B) Tid bevæger sig mod objekterne for de tre forsøg. (C) Tid pr. besøg i hver genstand. Graferne viser gennemsnittet ± SEM. Tovejs gentagne målinger ANOVA med Sidaks multiple sammenligningstest blev brugt i alle parametre. * p≤0,05, ** p≤0,01 mellem objekterne i det respektive forsøg. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Ændringer i forhold til alfa-EEG-båndets effekt i forbindelse med efterforskning. Denne figur viser ændringer i relativ alfakraft, fra et halvt sekund til 2,5 efter, at dyret begynder udforskningen af objekterne. De seks grafer svarede til frontal-, central- og parietale elektroder (fra top til bund) og venstre og højre side. Boxplots viser fordelingen af sådanne tidsserier for hver tilstandskombination af et objekt: "Velkendt" og "Roman" og fase: "ACQ", "STM" og "LTM." Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Ændringer i forhold til beta-EEG-båndets effekt i forbindelse med efterforskning. Denne figur viser ændringer i relativ beta-effekt, fra et halvt sekund til 2,5 efter, at dyret begynder udforskningen af objekterne. De seks grafer svarede til frontal-, central- og parietale elektroder (fra top til bund) og venstre og højre side. Boxplots viser fordelingen af sådanne tidsserier for hver tilstandskombination af et objekt: "Velkendt" og "Roman" og fase: "ACQ", "STM" og "LTM." Klik her for at se en større version af denne figur.
Video 1: Repræsentativ video, der viser en rotte optaget i eksperimentet. Rotten var inde i arenaen, der blev brugt til NORT-protokollen. Rotten var iført vesten, der var fastgjort til EEG-enheden med et indbygget batteri. Klik her for at downloade denne video.
Video 2: Repræsentativ video, der viser samtidig EEG og adfærdsmæssig optagelse. EEG-signalet blev vist på venstre side, mens adfærdstesten (NORT) blev vist på højre side af videoen. Klik her for at downloade denne video.
Discussion
Adfærds- og elektroencefalografiforskning er vanskelig og udfordrende af natur. Derfor præsenterer kombinationen af begge teknikker betydelige kritiske trin. Således anvendes begge samtidige teknikker ikke i vid udstrækning. I praksis udfører hver gruppe rundt om i verden adfærdsmæssige tests med særlige forhold, såsom dyr, analyserede parametre eller behandlinger. Ovenstående skaber betydelige kontroverser på området og behovet for at udvikle standardprocedurer, der er tilgængelige for alle. Her har vi forberedt denne detaljerede procedure med alle de kritiske trin og metodologiske overvejelser, der normalt ikke beskrives eller nævnes i de fleste af de offentliggjorte artikler. Disse diskuteres nedenfor.
Produktion af de nødvendige materialer er et grundlæggende skridt i succesen med denne teknik. I denne henseende skal elektroden bygges fra bunden ved hjælp af skruer i rustfrit stål, kobberkabler og sølvsvejser. Disse materialer er vanskelige at svejse sammen permanent på en sådan måde, at ledningsevnen og styrken af hver elektrode skal verificeres før brug. Det er muligt at bruge en anden type ledning til elektrodeenheden; Kobberet er dog fleksibelt nok til at manipulere elektroden for at indsætte den i forstærkerstikket. I denne henseende er brugen af kommercielle elektroder ønskelig, men deres erhvervelse kan være kompliceret og dyr. Operationen er et af de mest kritiske trin i denne protokol. Det anbefales stærkt og endda nødvendigt at have en erfaren kirurg, især til implantation af elektroder. Da operationen ofte kræver forlængelse af anæstesitiden og undertiden en svejseapplikation under operationen, skal hvert laboratorium udføre de nødvendige tests med passende anæstesi (forskellige cocktails kan bruges) for hver stamme af gnavere, især under vivariumforhold, forskelle mellem kuld og endda individuelle forskelle mellem dyr. Korrekt planlægning og overvejelse kan forhindre tab af dyr under operationer. Elektrodeimplantationen er et andet afgørende skridt. Det kræver stor omhu at undgå at slå kraniet og beskadige meninges eller hjernevæv. Skruer skal placeres korrekt, det vil sige helt fastgjort i kraniet, ellers vil støj og artefakter blive præsenteret på signaler, som dem, der er relateret til en elendig colocation eller bevægelse, der ikke bruger EEG-optagelsen. Præ- og postoperativ behandling og tilstande skal altid udføres og observeres for at undgå gnaverens lidelse. Subkutan lidokain kan bruges på hovedhuden, inden snittet foretages med skalpellen. En dråbe saltvand til dyrets øjne hjælper med at forhindre tørhed. Der skal også indgives en saltopløsning i munden, og efter operationen skal 1 ml administreres enten subkutant eller intraperitonealt for at kompensere dyrets væskebalance og forhindre dehydrering. Umiddelbart efter operationen skal en antiinflammatorisk medicin (for at reducere smerte) samt antibiotika via subkutane eller topiske antibiotika administreres direkte i periferien af hovedbunden, hvor tandcementhætten er placeret (for at mindske sandsynligheden for infektion). Gentag ovenstående procedure 24 timer efter operationen. Placeringen af EEG-forstærkeren på dyrets ryg er den største vanskelighed for samtidig optagelse. Design og fremstilling af en vest er specifikt baseret på dyrenes størrelse. Vesten skal tillade gnaverens naturlige bevægelse (se figur 5). Sidstnævnte vil garantere den største fordel ved teknikken, som er registrering af frie bevægelser. Da dyrene ikke forsøgte at fjerne vesten, hovedstikket eller kablerne efter operationen og i de efterfølgende dage, blev det antaget, at opsætningen ikke genererede bevægelsesbegrænsning væsentligt eller forårsagede smerte eller ubehag. For en korrekt EEG-segmentering i epoker baseret på begivenheder markeret af BTS er obligatorisk at nedskrive en veldefineret protokol. De midlertidige mærker kunne flettes ved tidsseriemanipulation, fordi begge systemer bruger det samme ur til at indstille deres tidsstempler. Ovenstående udvider mulighederne for dyreforsøg med elektrofysiologiske data til analyse.
Teknikken, der præsenteres her, kan bruges i ethvert neurovidenskabeligt forskningsområde og med de mest almindelige murinarter og endda andre arter. Alsidigheden af adfærdssporingssoftwaren er en af de mest betydningsfulde fordele, da den kunne bruges i en stor alsidighed af labyrinter som Morris vandlabyrint, åbent felt, ny objektgenkendelse, konditioneret stedpræference, hulbræt, forhøjet plus labyrint, Y-labyrint, radial armlabyrint, Barnes-labyrint og andre. Det kan bruges op til 16 kameraer samtidigt. Derudover kan hundredvis af forskellige foranstaltninger (for mere detaljerede oplysninger se manualerne31,32) rapporteres. Overvej at dette arbejde beskriver eksperimentering for EEG-optagelser, nogle andre teknikker som Local Fields Potentials eller single-unit optagelse er mulige. Brugere skal dog overveje, at den generelle opsætning og flere forberedende trin skal ændres til andre formål. Så når denne teknik bruges sammen med EEG Wi-Fi-optagelse, udvides mulighederne, fordi det tilføjer nye perspektiver til dyreforsøg som dem, der udføres på mennesker for at evaluere flere egenskaber ved EEG-integrationen og dynamikken, som tilslutningsmuligheder, EEG-båndeffekt eller fremkaldte reaktioner. I modsætning til mennesker er dyreforsøg mulige at evaluere lægemiddeladministration, genmodifikationer eller ekspression blandt mange andre eksperimentelle paradigmer. For EEG-analyse skal du overveje, at nogle protokoller har et meget lavt antal gentagelser af den ønskede adfærd, hvilket begrænser muligheden for gennemsnitlige svar og opnå pålidelige resultater. Vær derfor omhyggelig med at designe de optagelses- og analyseprotokoller, som det anses for at udføre, før eksperimentet påbegyndes. Ikke desto mindre skal det overvejes, at arbejde i dyreforsøg ikke er muligt at forhindre bevægelse, hvilket øger kompleksiteten af den eksperimentelle protokol og overvejelser om signalanalyse og adfærdsmæssige opgaver. I øjeblikket er udstyr til fulde sporingssystemer og EEG-optagelser ikke standardiseret eller modulært, hvilket betyder, at deres opsætning er beregnet til en enkelt protokol og tilpasninger til at udforske andre adfærdsmæssige opgaver, hvilket indebærer / foreslår højere omkostninger for et stort antal laboratorier. Denne situation kan løses ved at følge de muligheder, der er forklaret i denne undersøgelse. Ikke desto mindre kunne flere forbedringer realiseres for mere pålidelige eksperimenter. Arbejdet kan forbedres i flere trin startende fra elektrodefremstilling gennem adfærds- og signalbehandling. Ikke desto mindre demonstreres det, at dyresporing og EEG-erhvervelse er mulig ved hjælp af en overkommelig højteknologisk, men billig opsætning.
Sammenfattende er dette arbejde et forsøg på at hjælpe forskere, især inden for neurovidenskab, til at kunne bruge disse to teknikker, der ikke almindeligvis anvendes i kombination. Den samtidige optagelsesteknik for EEG og adfærdstest ved hjælp af adfærdssporingssoftware har mange fordele, og det kan være særligt nyttigt inden for mange områder af neurovidenskab, især inden for lærings- og hukommelsesområder. I betragtning af at dette udstyr har andre muligheder som en dyb registrering af subkortiske strukturer som hippocampus, men som nævnt vil flere forberedende trin ændre sig. Trådløst udstyr løser næsten alle begrænsningerne ved en konventionel trådtilgang, såsom dyrs mobilitetsproblemer fra et bur til et andet, hindrede eller sammenfiltrede dyr med kablerne. Denne opsætningsteknik er brugervenlig, som beskrevet ovenfor, og en næsten utrænet eller ikke-specialiseret gruppe af eksperter eller enkeltpersoner kan bruge denne software. Prisen for EEG-udstyret er lavere end en almindelig EEG-forstærker. Behavioral Tracking Software er også en af de mest overkommelige software til videosporing på markedet. Denne software kræver årlige licenser. Udstyret kan bruges i mere end en eksperimentel opsætning, forskellige dyr og typen af alsidighed. Vi håber, at denne indsats vil hjælpe det videnskabelige samfund og give en nem adgang til samtidig at studere adfærd og elektroencefalografi.
Disclosures
Dr. Sylvia Ortega-Martinez arbejder som medarbejder hos Stoelting Co., et firma, der leverede og sponsorerede produktionen og åben adgang til denne artikel.
Acknowledgments
Vi vil gerne takke Miguel Burgos og Gustavo Lago for at yde teknisk bistand. Vi er taknemmelige for Stoelting Co. for at dække videoproduktionsomkostningerne, Jinga-hi, Inc. for at yde teknisk bistand og División de Investigación y Posgrado fra Universidad Iberoamericana Ciudad de México for at yde midler til dette arbejde.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| #2 Variable speed rotary tool tip | Reorder #310048, Lenght 44.5mm | SS White | For making the holes where the screws will be inserted |
| #4 Scalpel and blade | |||
| 50 X 50 X 50 cm Open Field Black Mate Arena | |||
| 8 pin Receptacle Housing Female | Amphenol FCI | 10147606-00008LF | |
| 8 pin Receptacle Housing Male | Amphenol FCI | 10147603-00008LF | |
| Acrylic Resin | MDC Dental | NicTone | For fixating the screws to the skull |
| ANY-maze video tracking software | Stoelting, Co. | version 6.1 | http://www.anymaze.co.uk/) |
| benzalkonium chloride antiseptic solution | Benzal | Benzal | |
| Bulldog clamps | Cientifica VelaQuin | For retracting the skin | |
| Camera | Logitech | c920 | |
| Copper wire | |||
| Crimp contact | Amphenol FCI | 10147604-01LF | |
| DELL PC | DELL | ||
| Electrode | |||
| JAGA16 | Jinga-Hi, Inc. | JAGA16 | |
| Ketamine | PiSA Agropecuaria | ANESKET | For anesthesia |
| MATLAB | R2020a | MathWorks | Script was develop ped in collaboration with Jinga-Hi, Inc. |
| Monomer | MDC Dental | NicTone | For fixating the screws to the skull |
| Neurophys software | Jinga-Hi, Inc./ Neurosys, LLC | Neurosys 3.0.0.7 | |
| Screwdrive | For inserting the screws into the skull | ||
| Screws | |||
| Screws equiped with electrode | |||
| Stereotaxic instrument | KOPF | For the surgery | |
| Variable speed rotary tool | Dremel 3000 | Dremel | For making the holes where the screws will be inserted |
| Voltmeter | PROAM | MUL-040 | For confirming that the electrode conducts electricity |
| Xilazine | PiSA Agropecuaria | PROCIN | For anesthesia |
References
- Hånell, A., Marklund, N. Structured evaluation of rodent behavioral tests used in drug discovery research. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 1-13 (2014).
- Buenrostro-Jáuregui, M., et al. SEXRAT MALE: A smartphone and tablet application to annotate and process live sexual behavior in male rodents. Journal of Neuroscience Methods. 320, 9-15 (2019).
- Jun, J. J., Longtin, A., Maler, L. Long-term behavioral tracking of freely swimming weakly electric fish. Journal of Visualized Experiments. (85), e50962 (2014).
- Shoji, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. Contextual and cued fear conditioning test using a video analyzing system in mice. Journal of Visualized Experiments. (85), e50871 (2014).
- Zheng, W., Ycu, E. A. A fully automated and highly versatile system for testing multi-cognitive functions and recording neuronal activities in rodents. Journal of Visualized Experiments. (63), e3685 (2012).
- Melo-Thomas, L., et al. A wireless, bidirectional interface for in Vivo recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats. Journal of Visualized Experiments. (129), e56299 (2017).
- Noldus, L. P. J. J., Spink, A. J., Tegelenbosch, R. A. J. Ethovision Video Tracking System. Behavior Research Methods, Instruments, and Computers. 33 (3), 398-414 (2001).
- Datta, S. R., Anderson, D. J., Branson, K., Perona, P., Leifer, A. Computational Neuroethology: A Call to Action. Neuron. 104 (1), 11-24 (2019).
- Medlej, Y., et al. Enhanced setup for wired continuous long-term EEG monitoring in juvenile and adult rats: application for epilepsy and other disorders. BMC Neuroscience. 20, 8 (2019).
- Weiergräber, M., Henry, M., Hescheler, J., Smyth, N., Schneider, T. Electrocorticographic and deep intracerebral EEG recording in mice using a telemetry system. Brain Research Protocols. 14 (3), 154-164 (2005).
- Etholm, L., Arabadzisz, D., Lipp, H. P., Heggelund, P. Seizure logging: A new approach to synchronized cable-free EEG and video recordings of seizure activity in mice. Journal of Neuroscience Methods. 192 (2), 254-260 (2010).
- Jinga-hi. JAGA16 Wireless Electrophysiology Recording Device. , Available from: https://www.jinga-hi.com/hardware-jaga16 1 (2020).
- Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
- Bruel-Jungerman, E., Laroche, S., Rampon, C. New neurons in the dentate gyrus are involved in the expression of enhanced long-term memory following environmental enrichment. European Journal of Neuroscience. 21 (2), 513-521 (2005).
- Leal-Galicia, P., Romo-Parra, H., Rodríguez-Serrano, L. M., Buenrostro-Jáuregui, M. Regulation of adult hippocampal neurogenesis exerted by sexual, cognitive and physical activity: An update. Journal of Chemical Neuroanatomy. 101, 101667 (2019).
- Trinchero, M. F., Herrero, M., Monzón-Salinas, M. C., Schinder, A. F. Experience-Dependent Structural Plasticity of Adult-Born Neurons in the Aging Hippocampus. Frontiers in Neuroscience. 13, 739 (2019).
- Shors, T. J., et al. Erratum: Neurogenesis in the adult is involved in the formation of trace memories (Nature (2001) 410 (372-376)). Nature. 414 (6866), 938 (2001).
- Song, H., et al. New neurons in the adult mammalian brain: Synaptogenesis and functional integration. Journal of Neuroscience. 25 (45), 10366-10368 (2005).
- Zhao, C., Teng, E. M., Summers, R. G., Ming, G. L., Gage, F. H. Distinct morphological stages of dentate granule neuron maturation in the adult mouse hippocampus. Journal of Neuroscience. 26 (1), 3-11 (2006).
- Irvine, G. I., Logan, B., Ecket, M., Abraham, W. C. Enriched environment exposure regulates excitability, synaptic transmission, and LTP in the dentate gyrus of freely moving rats. Hippocampus. 16 (2), 149-160 (2006).
- Tashiro, A., Makino, H., Gage, F. H. Experience-specific functional modification of the dentate gyrus through adult neurogenesis: A critical period during an immature stage. Journal of Neuroscience. 27 (12), 3252-3259 (2007).
- Moreno-Jiménez, E. P., et al. Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer's disease. Nature Medicine. 25 (4), 554-560 (2019).
- Cohen, S. J., Stackman, R. W. Assessing rodent hippocampal involvement in the novel object recognition task. A review. Behavioural Brain Research. 285, 105-117 (2015).
- Fagan, J. Memory in the infant. Journal of Experimental Child Psychology. 9 (2), 217-226 (1970).
- Baxter, M. G., et al. I've seen it all before" Explaining age-related impairments in object recognition. Theoretical comment on Burke et al. Behavioral Neuroscience. 124 (5), 706-709 (2010).
- Antunes, M., Biala, G. The novel object recognition memory: Neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing. 13 (2), 93-110 (2012).
- Ennaceur, A., Delacour, J. A new one-trial test for neurobiological studies of memory in rats. 1: Behavioral data. Behavioural Brain Research. 31 (1), 47-59 (1988).
- Winters, B. D., Forwood, S. E., Cowell, R. A., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Double dissociation between the effects of peri-postrhinal cortex and hippocampal lesions on tests of object recognition and spatial memory: Heterogeneity of function within the temporal lobe. Journal of Neuroscience. 24 (26), 5901-5908 (2004).
- Forwood, S. E., Winters, B. D., Bussey, T. J. Hippocampal lesions that abolish spatial maze performance spare object recognition memory at delays of up 48 hours. Hippocampus. 15 (3), 347-355 (2005).
- Paxinos, G., Watson, C. The rat brain in stereotaxic coordinates. , Academic Press. (1997).
- Stoelting Co. Getting started with ANY-maze Setting up and starting work with ANY-maze. , Available from: https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf (2006).
- Stoelting Co. A detailed description of the ANY-maze measures. , Available from: https://www.anymaze.co.uk/a-detailed-description-of-the-any-maze-measures.pdf (2010).
