נוהל הקלטת פוליגרפים למדידת שינה בעכברים

1International Institute for Integrative Sleep Medicine (WPI-IIIS), University of Tsukuba, 2Public Sector/Medical Solutions, Kissei Comtech Co., Ltd
Published 1/25/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Neuroscience

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Oishi, Y., Takata, Y., Taguchi, Y., Kohtoh, S., Urade, Y., Lazarus, M. Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice. J. Vis. Exp. (107), e53678, doi:10.3791/53678 (2016).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

התקדמות טכנית לעתים קרובות זירזה קפיצות מדרגה בהבנה של תהליכים הנוירו-ביולוגיים. לדוגמא, גילויו של הנס ברגר בשינה 1929 כי פוטנציאל חשמלי נרשם מהקרקפת האדם לקח את הצורה של גלי סינוסי, התדירות שהייתה קשור ישירות לרמה של ערנות של הנושא, הוביל להתקדמות מהירה בהבנה של שינה ו רגולציה, היא חיות ובני אדם כאחד. 1 עד היום electroencephlogram (EEG), בשיתוף עם electromyogram (EMG), כלומר., פעילות חשמלית המיוצרת על ידי שרירי שלד, מייצגת את הנתונים "עמוד השדרה" של כמעט כל ניסויים קליניים ו הערכה שמבקשת לתאם התנהגות ופיזיולוגיה עם הפעילות של תאי עצב בקליפת המוח במתנהגים בעלי חיים, כולל בני אדם. ברוב מעבדות מחקר בסיסית שנת הקלטות EEG אלה מבוצעות באמצעות מערכת מבוססת כבל (איור 1) שבו רכש דאתא הוא נתון לא מחובר לניתוח דפוס וקשת [למשל., החלת פורייה מהיר להפוך אלגוריתם (FFT)] כדי לקבוע את מצב הערנות של הנושא מוקלט. 2, 3 שינה מורכבת מהתנועה המהירה את העין (REM) ו שינה עמוקה (NREM). שנת REM מאופיינת במתח נמוך מהיר EEG, תנועות עיניים אקראיות, וחוסר טונוס שרירים, מצב שבו השרירים משותקים ביעילות. שנת REM ידועה גם בשינה פרדוכסלית, כי הפעילות המוחית דומה לזו של ערות, ואילו הגוף הוא מנותק במידה רבה מהמוח ונראה בשינה עמוקה. לעומת זאת, הנוירונים מוטוריים הם מגורה במהלך שנת NREM אבל אין תנועות עיניים. שנת NREM אדם ניתן לחלק ל 4 שלבים, לפי שלב 4 נקרא שינה עמוקה או שינה איטי-גל ומזוהה על ידי גלים גדולים, איטיים מוח עם פעילות דלתא בין 0.5-4 הרץ בEEG. מצד השני, יחידת משנה בין השלבים של שנת NREM בבעלי חיים קטנים יותר, כמו חולדותND עכברים, לא הוקמו, בעיקר משום שאין להם תקופות ארוכות של שינה מאוחדות כפי שניתן לראות בבני אדם.

במהלך השנים, ועל בסיס פרשנות EEG, מספר דגמים של רגולציה שינה ו, שני circuit- ומבוסס הלחות, הוצעו. העצבי והבסיס סלולארי של הצורך בשינה, או לחלופין, "כונן שינה," נשאר לא פתורים, אבל כבר נתפסים כלחץ homeostatic שבונה בתקופת ההתעוררות ומתפזר על ידי שינה. תאוריה אחת היא שגורמי somnogenic אנדוגני לצבור במהלך ערות ושההצטברות ההדרגתית שלהם היא את הבסיס של לחץ homeostatic שינה. בעוד ההשערה הרשמית הראשונה ששינה הוא מוסדרת על ידי גורמי הלחות זוכה לעבודתו של רוזנבאום פורסמה בשינה 1892 4, זה היה 5 Ishimori, 6 ו -7 Pieron שבאופן עצמאי, ולפני למעלה מ -100 שנים, הוכיח את קיומו של כימיקלים קידום שינה. שני החוקרים הציעו, ואכן הוכיחו, כי חומרי hypnogenic או 'hypnotoxins' נכחו בנוזל מוח השדרה (CSF) של כלבים-נשלל שינה. 8 במאת השנים האחרונות כמה חומרי hypnogenic משוערים נוספים המעורבים בתהליך homeostatic השינה זוהו (לסקירה, ראה נ"צ. 9), כולל פרוסטגלנדין (PG) D 2, 10 ציטוקינים, 11 אדנוזין, אננדמיד 12, 13 ופפטיד urotensin השני. 14

עבודה ניסויית על ידי 15 אקונומו, 16, Moruzzi וMagoun 17, ואחרים בממצאים בתחילת המאה ו -20 אמצע ה מיוצרים בהשראת תאוריות המבוסס על מעגל של שינה לערויות ו, במידה מסוימת, בצל תיאורית הלחות ששררה אז ב לִישׁוֹן. עד כה, כמה "מודלים מעגל" הוצעו, כל הודיעו על ידי נתונים של משתנה איכות וכמות (לסקירה, ראו נ"צ. 18). מודל אחד, למשל, מציע ששינה איטי גל נוצרה באמצעות עיכוב בתיווך אדנוזין של שחרור אצטילכולין מתאי עצב במוח הקדמי כולינרגית הבסיסי, בעיקר באזור consisiting של הגרעין של האיבר האופקי של הלהקה האלכסונית של ברוקה וinominata substantia. 19 נוסף מודל הפופולרי של רגולציה שינה / בעקבות מתאר מנגנון מתג כפכף על בסיס אינטראקציות הדדיות בין הנוירונים מעכבים וישכנע שינה באזור הקדם-האופטי התיכון ventrolateral ונוירונים וישכנע בעקבות בגזע המוח וההיפותלמוס. 18, 20, 21 יתר על כן, למיתוג ובמתוך שנת REM, אינטראקציה הדדית מעכבת דומה הוצעה לאזורים בגזע המוח, שהוא אפור הגחון periaqueductal, tegmentum פונטיני רוחב, וגרעין sublaterodorsal. 22 ביחד, מודלים אלה הוכיחו יקרים היוריסטיקה ומסגרות פרשניות חשובות העניקו ללימודים בחקר שינה; עם זאת, אתםהבנה מלאה יותר של t מנגנונים המולקולריים ומעגלים המסדירים את מחזור השינה ותדרוש ידע של מרכיביו מלאים יותר. המערכת להקלטת פוליגרפים המפורטות להלן צריכה לסייע במטרה זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הצהרת אתיקה: נהלים כרוכים בנושאים בעלי חיים אושרו על ידי ועדת הניסוי בבעלי חיים המוסדיים באוניברסיטת צוקובה.

1. הכנת אלקטרודות וכבלים לEEG / EMG הקלטות

  1. הכן האלקטרודה הקלטת EEG / EMG בהתאם לנוהל הבא.
    הערה: אלקטרודה היא חד פעמית וניתן להשתמש בו רק לבעלי חי 1. לתכנן בקפידה את תצורת החיווט לכל החברים. הנח סימנים על המחברים לכיוון הנכון.
    1. הלחמה כל סיכה של כותרת 4 פינים לחוט נירוסטה 2 סנטימטר. בקיצור, מחזיק קצה אחד של החוט לסיכה, למקם מלחם חם על חוט משותף פינים, ולהמס כמה הלחמה כדי להבטיח שרק מספיק הלחמה פועלת בצורה חלקה לתוך המפרק. היזהר שלא להחיל חום רב מדי לפין; אחרת, הפלסטיק סביב הסיכות יתמוססו.
    2. הלחמה הקצה החופשי של כל אחד מחוטים 2 מצורפים לכותרת הסיכה לראששל בורג נירוסטה 1.0 מ"מ קוטר. בקיצור, מחזיק את הקצה החופשי של החוט לחוט מתחת לראש הבורג, למקם מלחם חם על חוט המשותף-בורג, ולהמס כמה הלחמה כדי להבטיח שרק מספיק הלחמה פועלת בצורה חלקה לתוך המפרק. 2 חוטים עם ברגים לשמש אלקטרודות הקלטת EEG, ואילו 2 החוטים ללא ברגים לשמש אלקטרודות הקלטת EMG.
    3. השתמש במספריים כדי להסיר את 1 מ"מ של הבידוד בסוף אלקטרודות EMG להגדיל את האיכות של אות EMG.
    4. לגמרי לכסות את כל סיכות המולחמות עם דבק אפוקסי באמצעות בחירת מקל או שן עץ דק כדי להפחית את הרעש החשמלי במהלך הקלטות EEG / EMG.
  2. הכן כבל לחיבור האלקטרודה עם הטבעת להחליק כמתואר להלן. ניתן לעשות שימוש חוזר בכבלים זה.
    1. הלחמה כל פינים של מחבר FFC / FPC 4 פינים עם חוט של כבל שטוח 30 סנטימטר. בקיצור, להחזיק הסוף הפשיט של החוט לסיכה, למקם מלחם חםעל חוט משותף פינים, ולהמס כמה הלחמה כדי להבטיח שרק מספיק הלחמה פועלת בצורה חלקה לתוך המפרק.
      הערה: בחר את אורכו של הכבל השטוח שמתאים לגובה של כלוב בעלי החיים המשמש לניסויי הקלטות EEG / EMG.
    2. הלחמה crimp שקעים לקצה החוטים בקצה השני של הכבל השטוח. בקיצור, להחזיק שקע להפריע למנוחה לקצה החופשי הופשט מהתיל, למקם מלחם חם על חוט המשותף-שקע, ולהמס כמה הלחמה כדי להבטיח שרק מספיק הלחמה פועלת בצורה חלקה לתוך המפרק.
    3. הכנס כל crimp שקע לעמדה 4-crimp דיור.
    4. לגמרי לכסות את crimp שקעים עם דבק אפוקסי באמצעות בחירת מקל או שן עץ דקה.

2. השרשה של אלקטרודות בראש העכבר (משך הפעילות:. כ 20 דקות)

  1. לעקר את כל הכלים כירורגיים במעקר חרוז חם לפני הניתוח. הרדימי עכבר זכר (10 - 20 שבועות, 20 - 30 ז)עם זריקת intraperitoneal של pentobarbital (50 מ"ג / קילוגרם). לאחר בדיקת שהעכבר בהרדמה עמוקה על ידי צביטת הבוהן, לגלח את השיער על הראש והצוואר עם קוצץ.
  2. הזז את העכבר למסגרת stereotaxic, ולתקן את הראש בין סורגי אוזן 2. החל וזלין על העיניים כדי למנוע יובש. לנקות את העור-המגולח עם אלכוהול ולחתוך אותו לאורך קו האמצע עם אזמל כדי לחשוף את הגולגולת. קליפ העור כדי לשמור על אזור הניתוח פתוח.
  3. באמצעות חותך קרביד (גודל תרגיל: 0.8 מ"מ קוטר), תרגיל 2 חורים לתוך הגולגולת, אחד מעל האזור בקליפת המוח הקדמי (מ"מ קדמי 1 לגבחת, 1.5 מ"מ לרוחב קו האמצע) והשני על האזור הקודקודית ( קדמי 1 מ"מ למבדה, 1.5 מ"מ לרוחב קו האמצע) של האונה הימנית, לפי קואורדינטות stereotaxic של פקסינוס ופרנקלין. 23
  4. באמצעות מברג של צורף, נירוסטה מקום ברגי הקלטת EEG בחורים ולעשות 2 - 2.5 סיבובים לכל screw למיצוב אפידורל על הקליפה.
    הערה: אל תכניסו ברגים עמוקים מדי כדי למנוע נזק לרקמת המוח. בדוק שהברגים קבועים בחוזקה על הגולגולת. זה חשוב שיהיה לי אותות EEG יציבים בתקופה של הקלטות מרובות (בדרך כלל, בחודש יותר מ 1) ארוכה. ברגי Wiggly לייצר חפצי EEG ועשויים לרדת לפני סוף לוח הזמנים הניסיוניים.
  5. תקן את ההרכבה אלקטרודה (סעיף השווה 1.1, סיכות פנו כלפי מעלה) עם דבק מיידי לגולגולת ולכסות עם מלט שיניים. לעשות חורים בילטרלי קטנים עם מלקחיים בטרפז השרירים (צוואר) והכנס את חוטי נירוסטה המשמשים כאלקטרודות EMG לתוך החורים. לתפור את העור עם חוט משי (0.1 מ"מ קוטר), כדי למנוע חשיפה של השריר.
  6. הסר את העכבר מהמסגרת stereotaxic. לנהל אמפיצילין (100 מ"ג / קילוגרם) וmeloxicam (1 מ"ג / קילוגרם) intraperitoneally לעכבר כדי למנוע זיהום חיידקים וכדי להפחית את הכאב לאחר ניתוח, בהתאמה. KeEP העכבר על משטח חום ולנטר אותו עד שהוא חזר להכרה מספיק כדי לשמור על כיבה sternal. בית העכבר בנפרד במהלך התאוששות, כדי למנוע ההסרה של אלקטרודות על ידי בעלי חיים אחרים, ולנהל meloxicam (1 מ"ג / קילוגרם) intraperitoneally ביום הראשון לאחר הניתוח.

3. הקלטה ורכישת EEG / EMG נתונים

  1. לאחר תקופה 1-שבוע התאוששות, בית כל עכבר בנפרד בכלוב ניסיוני ממוקם בתא הקלטה לרעש. לשמור על טמפרטורת סביבה של 23 ± 1 ° C ובאופן אוטומטי לשלוט מחזורים של חושך אור / 12 שעות 12 שעות (אורות בשעה 08:00, עוצמת הארה ~ 100 לוקס).
  2. חבר את ההרכבה אלקטרודה EEG / EMG על ראש העכבר לכבל הקלטה. ודא שכבל ההקלטה מחובר לטבעת להחליק (אשר נועדה כדי שתנועות של העכבר אינן מוגבלות על ידי פיתול של הכבל) ומגבר אות EEG / EMG. EEG מסנן / אותות EMG (EEG, .5-64 הרץ; EMG, 16-64 הרץ), עבר דיגיטציה בקצב דגימה של 128 הרץ על ידי ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (A / D) ולבסוף להקליט במחשב פועל תוכנת הקלטת EEG / EMG (כניסה 4 ה 'חומרי' השולחן, מלמטה).
  3. להרגיל את העכבר עבור 2 - 3 ימים בתא ההקלטה. אם הקלטת EEG / EMG כוללת ממשלי סמים intraperitoneal, בעדינות להתמודד עם העכבר בכל יום הרגלה בזמן מתן התרופה.
  4. בהמשך לכך, להתחיל תוכנת EEG / EMG הקלטה ("חומרים" הטבלה, 4 כניסת ה מלמטה).
    1. בחר בכרטיסייה 'נתוני קובץ מידע' ולחץ על התיבה שליד שם הקובץ. הזן את שם קובץ ולחץ על 'שמור'.
    2. בחר בכרטיסייה "מצב הקלטה 'ובחר את כל ערוצי ה- EEG / EMG שיירשמו.
    3. בחר את תדר הדגימה (128 הרץ) בכרטיסייה 'מצב הקלטה ".
    4. בדקו אם הערוצים שנבחרו מוצגים כראוי בהכרטיסיית הדואר 'ערוץ מידע ".
    5. בחר בכרטיסייה 'הגדרת טיימר' ולחץ על 'צג' להצגת EEG וEMG.
    6. בדוק אם אותות EEG / EMG מוצגים כראוי.
    7. בחר בכרטיסייה 'הגדרת טיימר "ולהגדיר את זמן שעון לתחילת וסיום של ההקלטה באזור' טיימר ראשי '.
    8. לחץ על 'צג' בכרטיסיית 'הגדרת טיימר' כדי להתחיל את ההקלטה.
  5. שיא אותות EEG / EMG תחת בסיס (כלומר., שינה / בעקבות התנהגות של עכבר מתנהג בחופשיות) ותנאי טיפול שונים (לדוגמא., ממשל קפאין או טיפול דמה) במשך כמה ימים. להרדים את העכבר עם זריקת intraperitoneal של pentobarbital (200 מ"ג / קילוגרם) לאחר היום הניסיוני האחרון.

4. ניקוד של התנהגות מדינה בהתבסס על EEG / EMG נתונים

  1. הפעל את התוכנה לניתוח EEG / EMG ("חומרים" הטבלה, כניסת 4 th מלמטה). פתח את נתוני ה- EEG / EMG גלם (קובץ .kcd) מיוצרים תחת השלב 3. לחץ על הכרטיסייה 'השינה' ובחר זמן אפוק. בחר 10 שניות.
  2. לחץ על הלשונית 'השינה' ובחר 'Multi-הקרנה "להבקיע באופן אוטומטי את כל תקופות של 10 שניות לתוך 3 שלבים (כלומר., NREM ושנת REM, ועירנות) על בסיס אמפליטודות של EEG וEMG וניתוח ספקטרלי הכח של EEG. 3
  3. לחץ על 'מצב FFT לEEG'.
  4. הגדירו את הפרמטרים לניתוח ספקטרלי הכח [256 נקודות נתון (המקביל ל 2 שניות של EEG), חלון פונקצית Hanning, והממוצע של 5 ספקטרום לעידן]. 'אישור' 3 לחץ.
  5. לחץ על 'התחל' כדי להתחיל הקרנת ההקרנה האוטומטית. פתח את נתוני הבקיע (קובץ .raf).
  6. בדוק את התוצאות של הבדיקות אוטומטיות ובמידת צורך, לתקן אותם באופן ידני על בסיס הקריטריונים סטנדרטיים (ראה נציגי תוצאות, איור 1 וטבלה 1 2, 3 בקצרה, לחץ והחזק את מקש עכבר שמאלי על עידן הבקיע בצורה לא נכונה וגרור את הסמן על פני השורה של עידנים הבקיע בצורה לא נכונה. שחרר את לחצן העכבר השמאלי ובחר את מדינת ההתנהגות הנכונה בחלון הקופץ.
    הערה: לפעמים, תקופות במעבר בין שתי מדינות על המשמר קשות להבקיע באופן חד משמעי למדינה אחת. במקרים כאלה, העידן צריך להיות קלע למדינה, לכאורה, ואותם הקריטריונים צריכים להיות מיושמים על תקופות דומות לאורך כל הניסוי כדי להבטיח שחזור נתונים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 מדגים דוגמאות של EEG העכבר במדינות ערנות השונות. כפי שניתן לראות בטבלה 1, תקופות מסווגות כשנת NREM אם EEG תערוכות גלים גדולים, איטיים מוח עם קצב דלתא מתחת ל -4 הרץ ויש EMG רק אות חלשה או לא. תקופות מסווגות כשנת REM אם EEG תערוכות גלי מוח במתח נמוך מהירים בטווח תטא בין 6 ל -10 הרץ וEMG מציג משרעת נמוך. תקופות אחרות צריכים להיות מסווגות כערות (כלומר., נמוך עד בינוני EEG מתח והתרחשות של פעילות EMG).

לדוגמא, הגדרת הקלטת EEG / EMG המתואר בפרוטוקול זה יכול לשמש כדי לקבוע את סכום השינה ופרופיל שינה / בעקבות C57BL / 6 עכברים בתנאים בסיסיים או לאחר טיפול בקפאין (איורים 2 ו -3).

תחת בתנאי aseline, עכברים, שהם בעלי חיים ליליים, הציגו קצב שינה ויממה ברור, כפי שניתן לראות בנתונים אלה, עם כמויות גדולות יותר של שינה בתקופה האור מאשר בחושך אחד (איור 2 א). במהלך תקופת אור 12 שעות, העכברים הראו 6.7 שעות ו 0.9 שעות של NREM ושנת REM, בהתאמה; ואילו בתקופה החשוכה של 12 שעות, ערות היו דומיננטיות (איור 2). מצד השני, את איכות השינה יכולה להיות מוערכת על בסיס ניתוח מצב הערנות וספקטרום כוח EEG (איור 2C-F). בדרך כלל, הקלטות פוליגרפים של EEG וEMG יכולים לשמש כדי לקבוע חלוקת משך פרק, אומר משך, ומספר מעבר במה לכל מדינת ערנות (איור 2 ג-ה). יתר על כן, כוח ספקטרום EEG לNREM ושנת REM בעכברים בתקופת האור והחושך (איור 2F) מראה כוח EEG צפיפות חזקה בטווח התדרים של 0.5-4 הרץ ו6 - 10הרץ, בהתאמה. יש לציין כי EEG במהלך שנת REM כולל כמויות קטנות של גלי דלתא (0.5-4 הרץ), מאז המדינות מתמזגות של NREM ושנת REM הן לפעמים מזהמים.

כדי להעריך את ההשפעות סמים על שינה וההתנהגות של עכברים, 24-30 EEG וEMG נרשמים בדרך כלל עבור 2 ימים ברציפות. כדי לקבוע, למשל, השפעת הגירוי של קפאין על עכברי C57BL / 6, טופלו 24 העכברים עם רכב (10 מיליליטר / קילוגרם מלח; intraperitoneally) ביום 1 בשעה 10:00 בשלב המוקדם של תקופת האור. בעלי החיים ולאחר מכן טופלו בקפאין (15 מ"ג / קילוגרם) 24 שעות מאוחר יותר, ומדינות הערנות סווגו מחובר ליקיצה, שנת REM, ושנת NREM. איור 3 א מציג דוגמאות טיפוסיות של EEG, EMG, וhypnograms לאחר שהממשל של קפאין (לוחות polysomnographic נמוכים) או רכב (פנלים העליונים polysomnographic) בעכבר C57BL / 6. incre קפאיןased הסכום של ערות בעכברי C57BL / 6 2.8 פי 3 שעות לאחר ההזרקה (איור 3).

איור 1
איור מערכת מבדק שינה 1. לעכברים.

(א) כדי לעקוב אחר אותות EEG, ברגי נירוסטה מושתלים epidurally מעל האזורים בקליפת המוח הקודקודית והקדמיים של אונה 1. בנוסף, פעילות EMG היא פיקוח על ידי חוטי נירוסטה להציב בילטרלי בשרירי הטרפז. (ב) דוגמאות אופייניות של צפיפות הספק EEG, EMG, EEG ובמשך 10 שניות במהלך NREM או שנת REM או ערות בעכבר. בשנת NREM, EEG מציג גלים גבוהים משרעת; ולהקת הדלתא (0.5-4 הרץ) היא דומיננטי (משמאל). בשנת REM, EEG תערוכות גלים משרעת נמוכים, עם להקת תטא (6 - 10 הרץ) להיות דומיננטי (באמצע). בערויות, EEG תערוכות גלים נמוך משרעת, ללא תדר להיות דומיננטי (מימין). אותות EMG הם נמוכים בשתי שנת NREM וREM מאשר בערויות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
2. פרופילי שינה ואיור תחת תנאי Baseline בC57BL עכברים / 6 הוערכו על ידי EEG / EMG הקלטות.

(א) שינויי זמן-כמובן בכמות לשעה של כל שלב התנהגות. לבן ופסים שחורים מעל x -axes מצביעים תקופות אור וחושך, בהתאמה. סכום כולל של כל שלב (ב) לשעה 12 תערוכות כמות גדולה יותר של NREM ושנת REM בתקופת האור בהשוואה לזה בתקופה החשוכה. (ג) הפצה של דואר משך pisode של כל שלב. (ד) ממוצע משך זמן של כל שלב הוא כבר לערויות בתקופה החשוכה. (E) מספר שלבי מעבר של כל שלב מציג מעברים תכופים יותר בתקופת האור. (F) כוח ספקטרום EEG במהלך NREM ושנת REM מציגה בעצם אין הבדלי כוח בצפיפות בין האור ותקופות אפלות. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM (n = 5). * P <0.05, ** p <0.01, כפי שהוערך על ידי מבחן t של הסטודנט לזווג שני זנב. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. עוררות אפקט של קפאין הוערך על ידי EEG / EMG הקלטות.

.within עמודים = "1"> () דוגמאות אופייניות של EEG, EMG, וhypnograms לאחר מתן הרכב (פנל עליון) או קפאין במינון של 15 מ"ג / קילוגרם (פנל תחתון). קורסים (ב) זמן של ערות בעכברים שטופלו עם קפאין. (ג) ערות על פני תקופה של 3 שעות לאחר ההזרקה של קפאין. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM (n = 5). ** P <0.01 בהשוואה להזרקת רכב, כפי שהוערך על ידי מבחן t של הסטודנט לזווג שני זנב. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

שנת NREM שנת REM עֵרוּת
משרעת EEG גָבוֹהַ נָמוּך נָמוּך
תדירות EEG דומיננטית להקת דלתא (0.5-4 הרץ) להקת תטא (6 - 10 הרץ) אַף לֹא אֶחָד
משרעת EMG נָמוּך נָמוּך גָבוֹהַ

טבלת 1: קריטריונים כלליים לציון התנהגות הברית על ידי אותות EEG / EMG.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פרוטוקול זה מתאר הגדרה להקלטות EEG / EMG המאפשרת ההערכה של שינה לערויות תחת רעש נמוך, תנאים חסכוניים, ותפוקה גבוהה. בשל גודלו הקטן של מכלול ראש האלקטרודה EEG / EMG, מערכת זו יכולה להיות משולבת עם שתלים אחרים לניסויים תוך-מוחי, כוללים optogenetics (השתלה של סיבים אופטיים) או, בשיתוף עם השתלת צינורית בו זמנית, microinfusion של תרופות לעכבר מוח. 31 יתר על כן, העיצוב של ההרכבה ראש האלקטרודה ביחס לכותרות רבת-סיכה מציע גמישות במספר ערוצי הקלטה, אם נדרשת המדידה של אותות חשמליים נוספים (למשל., EEG הנגדי, electrooculogram או פוטנציאל שדה מקומי) .

עם זאת, למגורים נפרדים נדרשים לעיצוב המבוסס על הכבל שתואר בפרוטוקול זה, שכן מגביל את ההערכה של מדינות התנהגותיות, כלומר., שינה וwakefulness, בשילוב עם אינטראקציה חברתית או בדיקות התנהגותיות מורכבות. במקרים אלה, מערכת ניטור שינה אלחוטית עשויה מתאים יותר, למרות שמכשירי telemetric הם לא בלי התכונות שלהם הגבלה, במיוחד עלות סוללה וחיים.

האיכות של אותות EEG / EMG היא חשובה לניקוד של מדינות התנהגות על פי הקריטריונים שמוצגים באיור 1 וטבלה 1. אלקטרודות Wiggly (כלומר., ברגים) הם לעתים קרובות הסיבה לרעש חשמלי וכתוצאה מהחפצים בEEG וFFT אָנָלִיזָה. יתר על כן, חשוב לאיכות אות EEG כדי לכסות לחלוטין את ברגי האלקטרודה במלט שיניים כדי למנוע בועות אוויר בין הברגים והמלט, וכתוצאה מכך הרעש חשמלי מוגבר. ניתן לבדוק את האיכות של אותות EEG בעכבר כמובן ישן על ידי חזותי המאשר שיש להם משרעת גבוהה ותדירות נמוכה.

ועלותזמן אלקטרודות שתל הם גורמים קריטיים למעבדות חקר שינה רבות ונחשבים חסרון עיקרי להקרנה בקנה מידה גדולה של שינה והתנהגות בעכברים. מערכת הקלטת EEG / EMG המתואר כאן ניתן הוקמה ומופעלת בנמוך עד בינונית עלות, כולל עלות חוזרת עבור אלקטרודה חומרים וציוד רפואי (כ 2 דולרים לעכבר) והשקעות בציוד הקלטת EEG / EMG (טבעת להחליק, מגבר , וממיר A / D; כ -2,000 דולרים לעכבר).

ביחס לזמן, חוקר מיומן יכול להסיק השתלת אלקטרודה לעכבר 1 בפחות מ -20 דקות; ובכך, ניתן לפעול על יותר מ -20 עכברים ליום. גורם מרכזי נוסף ליעילות הכוללת של ההערכה של שינה על בסיס מדידת EEG / EMG הוא השימוש בתוכנה לרכישה וניקוד אוטומטי של נתוני ה- EEG / EMG. למטרות אלה, מגוון של תוכנות מסחריות ופיתחו בבית זמין עםשונות גבוה ברמת דיוק תמחור או ניקוד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4-pin header Hirose A3B-4PA-2DSA(71)
Ampicillin Meiji Seika
Analog-to-digital converter Contec AD16-16U(PCIEV)
Caffeine Sigma C0750
Carbide cutter Minitor B1055
Crimp housing Hirose DF11-4DS-2C
Crimp socket Hirose DF11-30SC
Dental cement (Toughron Rebase) Miki Chemical Product
Epoxy adhesive Konishi #16351
FFC/FPC connector Honda Tsushin Kogyo FFC-10BMEP1(B)
Flat cable Hitachi Cable 20528-ST LF
Instant glue (Aron Alpha A) Toagosei N/A
Meloxicam Boehringer Ingelheim N/A
Pentobarbital Kyoritsu Seiyaku N/A
Signal amplifier Biotex N/A
Sleep recording chamber APL N/A
SleepSign software Kissei Comtec N/A for EEG/EMG recording/analysis
Slip ring Biotex N/A
Stainless steel screw Yamazaki N/A φ1.0 × 2.0
Stainless steel wire Cooner Wire AS633

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Berger, H. Über das Elektrenkephalogramm des Menschen. Arch. Psych. 87, (1), 527-570 (1929).
  2. Tobler, I., Deboer, T., Fischer, M. Sleep and sleep regulation in normal and prion protein-deficient mice. J. Neurosci. 17, (5), 1869-1879 (1997).
  3. Kohtoh, S., et al. Algorithm for sleep scoring in experimental animals based on fast Fourier transform power spectrum analysis of the electroencephalogram. Sleep Biol. Rhythm. 6, (3), 163-171 (2008).
  4. Rosenbaum, E. Warum müssen wir schlafen? : eine neue Theorie des Schlafes. August Hirschwald. (1892).
  5. Kubota, K. Kuniomi Ishimori and the first discovery of sleep-inducing substances in the brain. Neurosci. Res. 6, (6), 497-518 (1989).
  6. Ishimori, K. True cause of sleep: a hypnogenic substance as evidenced in the brain of sleep-deprived animals. Tokyo Igakkai Zasshi. 23, 429-457 (1909).
  7. Legendre, R., Pieron, H. Recherches sur le besoin de sommeil consécutif à une veille prolongée. Z. Allegem. Physiol. 14, 235-262 (1913).
  8. Inoué, S., Honda, K., Komoda, Y. Sleep as neuronal detoxification and restitution. Behav. Brain. Res. 69, (1-2), 91-96 (1995).
  9. Urade, Y., Hayaishi, O. Prostaglandin D2 and sleep/wake regulation. Sleep Med. Rev. 15, (6), 411-418 (2011).
  10. Ueno, R., Ishikawa, Y., Nakayama, T., Hayaishi, O. Prostaglandin D2 induces sleep when microinjected into the preoptic area of conscious rats. Biochem. Biophys. Res. Commun. 109, (2), 576-582 (1982).
  11. Krueger, J. M., Walter, J., Dinarello, C. A., Wolff, S. M., Chedid, L. Sleep-promoting effects of endogenous pyrogen (interleukin-1). Am. J. Physiol. 246, (6 Pt 2), R994-R999 (1984).
  12. Porkka-Heiskanen, T., et al. Adenosine: a mediator of the sleep-inducing effects of prolonged wakefulness. Science. 276, (5316), 1265-1268 (1997).
  13. Garcia-Garcia, F., Acosta-Pena, E., Venebra-Munoz, A., Murillo-Rodriguez, E. Sleep-inducing factors. CNS Neurol. Disord. Drug. Targets. 8, (4), 235-244 (2009).
  14. Huitron-Resendiz, S., et al. Urotensin II modulates rapid eye movement sleep through activation of brainstem cholinergic neurons. J. Neurosci. 25, (23), 5465-5474 (2005).
  15. Wilkins, R. H., Brody, I. A. Encephalitis lethargica. Arch. Neurol. 18, (3), 324-328 (1968).
  16. von Economo, C. Die encephalitis lethargica. Wien. Klin. Wochenschr. 30, 581-585 (1917).
  17. Moruzzi, G., Magoun, H. W. Brain stem reticular formation and activation of the EEG. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1, (4), 455-473 (1949).
  18. Saper, C. B., Fuller, P. M., Pedersen, N. P., Lu, J., Scammell, T. E. Sleep state switching. Neuron. 68, (6), 1023-1042 (2010).
  19. Jones, B. E. Progress in Brain Research. Krnjevic , K., L, D. escarries, S, M. ircea 145, Elsevier. 157-169 (2004).
  20. Saper, C. B., Scammell, T. E., Lu, J. Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms. Nature. 437, (7063), 1257-1263 (2005).
  21. Fort, P., Bassetti, C. L., Luppi, P. H. Alternating vigilance states: new insights regarding neuronal networks and mechanisms. Eur. J. Neurosci. 29, (9), 1741-1753 (2009).
  22. Lu, J., Sherman, D., Devor, M., Saper, C. B. A putative flip-flop switch for control of REM sleep. Nature. 441, (7093), 589-594 (2006).
  23. Paxinos, G., Franklin, K. B. J. The mouse brain in stereotaxic coordinates. Academic. (2001).
  24. Lazarus, M., et al. Arousal effect of caffeine depends on adenosine A2A receptors in the shell of the nucleus accumbens. J. Neurosci. 31, (27), 10067-10075 (2011).
  25. Huang, Z. L., et al. Adenosine A2A, but not A1, receptors mediate the arousal effect of caffeine. Nat. Neurosci. 8, (7), 858-859 (2005).
  26. Qu, W. M., Huang, Z. L., Xu, X. H., Matsumoto, N., Urade, Y. Dopaminergic D1 and D2 receptors are essential for the arousal effect of modafinil. J. Neurosci. 28, (34), 8462-8469 (2008).
  27. Huang, Z. L., et al. Arousal effect of orexin A depends on activation of the histaminergic system. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98, (17), 9965-9970 (2001).
  28. Xu, Q., et al. A mouse model mimicking human first night effect for the evaluation of hypnotics. Pharmacol. Biochem. Behav. 116, 129-136 (2014).
  29. Cho, S., et al. Marine polyphenol phlorotannins promote non-rapid eye movement sleep in mice via the benzodiazepine site of the GABAA receptor. Psychopharmacol. 231, (14), 2825-2837 (2014).
  30. Liu, Y. Y., et al. Piromelatine exerts antinociceptive effect via melatonin, opioid, and 5HT1A receptors and hypnotic effect via melatonin receptors in a mouse model of neuropathic pain. Psychopharmacol. 231, (20), 3973-3985 (2014).
  31. Qu, W. M., et al. Lipocalin-type prostaglandin D synthase produces prostaglandin D2 involved in regulation of physiological sleep. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103, (47), 17949-17954 (2006).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats