마우스 절전 모드를 측정 등사 기록 절차

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

기술의 발전은 종종 신경 생물학적 과정의 이해에 양자 도약을 침전했다. 예를 들어, 인간의 두피로부터 기록 된 전기적 전위는 정현파의 형태를 걸린 1929 년 한스 버거의 발견은, 주파수가 직접 피사체의 각성의 수준과 관련하여, 휴면 각성의 이해의 급속한 발전을 주도 모두 동물과 인간 모두 규제,. 1이 날 electroencephlogram (EEG)에, 근전도 (EMG), 즉.와 함께, 골격근에 의해 생산 된 전기 활동은, 거의 모든 실험과 임상의 데이터 "백본"을 나타냅니다 인간을 포함한 동물을 행동에 대뇌 피질의 뉴런의 활동과 행동과 생리학의 상관 관계를 추구 평가. 가장 기본적인 수면 연구소에서는 이러한 뇌파 기록은 D를 인수, 상기 케이블 기반 시스템 (그림 1)를 사용하여 수행됩니다ATA가 패턴과 스펙트럼 분석에 오프라인 행한다 [예를 들면., 고속 푸리에 변환 (FFT) 알고리즘이 변환을 적용하는, 상기 환자의 각성 상태가 기록되는 결정한다. (2), (3) 슬립이 급속 안구 운동으로 구성 (REM)과 비 REM 수면 (NREM) 수면. REM 수면은 빠른 저전압 뇌파, 임의의 안구 운동, 근육 atonia, 근육이 효과적으로 마비 된 상태에 의해 특징입니다. 몸은 뇌에서 주로 분리되어 깊은 잠에 나타납니다 반면, 두뇌 활동, 즉 각성의 유사하기 때문에 REM 수면은, 역설적 수면으로 알려져있다. 대조적으로, 운동 신경은 NREM 수면 동안 자극하지만 안구 운동이 없다. 뇌파에서 4 Hz에서 - 인간 NREM 수면은 4 단계가 깊은 잠 또는 느린 파 수면이라고하며 0.5 델타 활동과 큰, 느린 뇌파에 의해 식별된다 4 단계로 나눌 수 있습니다. 한편, 쥐와 같은 작은 동물 NREM 수면의 단계 사이의 하부 조직,ND 쥐, 인간에서 볼 수 있듯이 그들은 수면의 긴 통합 기간이없는 대부분 때문에, 확립되어 있지 않다.

수년에 걸쳐, 그리고 EEG 해석에 기초하여, 휴면 각성 규제 여러 모델은, 회선 교환 및 체액 기반 모두 제안되었다. 신경과 수면 또는, 대안 적으로, 필요성의 셀룰러 기준 "슬립 드라이브"미해결로 남아 있지만 웨이킹주기 동안 구축하고 절전 의해 소산 항상성 압력으로 개념화되었다. 하나의 이론은 내생 somnogenic 요인이 깨어 동안 자신의 점진적인 축적이 수면 항상성 압력의 토대임을 축적이다. 체액 성 요인에 의해 규제 잠 첫 번째 공식 가설은 1892 4 년에 출판 로젠 바움의 작품에 반영되었지만, 이시 모리 5, 6, 독립적으로 Pieron 7, 그리고 100 년 전, 수면 촉진 화학 물질의 존재를 입증. 두 연구원은 hypnogenic 물질 또는 'hypnotoxins이'수면 박탈 개 뇌척수액 (CSF)의 존재 것을 제안, 실제로 입증했다. (8) 지난 세기 동안 잠 항상성 과정에 연루 몇 가지 추가 추정 hypnogenic 물질이 확인 된 (검토를 위해, 심판을 참조하십시오. 9), 프로스타글란딘 (PG) D 2, 10 사이토 카인, 11 아데노신, 12 아난다 마이드, 13 유로 텐신 II의 펩티드를 포함. (14)

어느 정도 수면과 각성하고, 회로 기반 이론에 영감을 초기와 중반 20 세기 생산 결과에 Economo 15, 16, Moruzzi 및 ​​Magoun (17), 그리고 다른 사람에 의해 실험 작업의 다음 일반적인 체액 이론을 가려 자다. 현재까지, 몇몇 "회로 모델은"각 (검토를 위해, REF. 18 참조)의 품질과 양을 변화시키는 데이터에 의해 통지 제안되었다. 하나의 모델예를 들어, 느린 파 수면 전뇌 기저부에, 영역이 주로 브로카의 대각선 밴드 substantia의 inominata의 수평 사지의 핵 개로 구성된 콜린성 뉴런으로부터의 아세틸 콜린 방출 아데노신 - 매개 저해를 통해 생성되는 것을 제안한다. 슬립 / 웨이크 규제 19 인기있는 또 다른 모델이 시상 및 뇌간에 ventrolateral 전핵 영역의 수면 - 유도 신경 세포 사이의 상호 억제 작용 및 웨이크 - 유발 신경 기초 플립 플롭 스위치 메커니즘을 설명한다. 18, 20, 21 또한,과 REM 수면 중 전환을 위해, 유사한 상호 억제 작용이 뇌간에서 지역을 위해 제안되었다, 즉, 복부 수도관 주위 회색질, 측면 뇌교 피개 및 sublaterodorsal 핵이다. (22)는 공동으로,이 모델은 가치 입증 휴리스틱 및 수면 연구에 연구를위한 여유 중요한 해석 프레임 워크; 그러나, 너희수면 - 각성주기를 조절하는 분자 메커니즘 및 회로의 T의 완전한 이해는 그 구성 요소의보다 완전한 지식을 필요로 할 것이다. 아래에 자세히 등사 기록 시스템은 이러한 목표에 도움이되어야합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

윤리 문 : 동물 주제와 관련된 절차는 쓰쿠바 대학의 기관 동물 실험위원회에 의해 승인되었습니다.

EEG / EMG 녹음 1. 전극의 제조 및 케이블

  1. 다음 절차에 따라 EEG / EMG 기록 전극을 준비한다.
    주 : 전극은 일회용 1 동물에 대해서만 사용될 수있다. 신중하게 모든 커넥터 배선 구성을 계획합니다. 올바른 방향에 대한 커넥터에 마크를 놓습니다.
    1. 2 cm의 스테인레스 스틸 와이어로 4 핀 헤더의 각 핀을 납땜. 간단히, 핀 와이어의 한쪽 끝을 잡아 와이어 핀 조인트에 뜨거운 납땜 인두를 배치하고, 그 충분한 솔더 조인트에 원활하게 실행하기 위해 일부 솔더를 용융. 핀에 너무 많은 열을 적용하지 않도록주의하십시오; 그렇지 핀 주위 플라스틱 용융한다.
    2. 헤드 핀 헤더에 연결된 배선은 각각의 자유 단부 솔더1.0 mm 직경의 스테인레스 나사. 간단히, 나사 머리 아래 스레드 와이어의 끝을 잡고 와이어 나사 조인트에 뜨거운 납땜 인두를 배치하고, 그 충분한 솔더 조인트에 원활하게 실행하기 위해 일부 솔더를 용융. 나사없이 2 선은 근전도 기록 전극 역할을하는 반면 나사 2 전선, 뇌파 기록 전극의 역할을한다.
    3. EMG 신호의 질을 높이기 위해 EMG 전극의 단부에서 절연체를 1mm를 없애기 위해 가위를 사용한다.
    4. 완전히 EEG / EMG 녹음하는 동안 전기 노이즈를 줄이기 위해 얇은 나무 막대기 또는 치아 픽업을 사용하여 에폭시 접착제로 모든 납땜 핀을 커버한다.
  2. 후술하는 바와 같이 슬립 링 전극을 접속하기위한 케이블을 준비한다. 이 케이블은 재사용 될 수있다.
    1. 30 CM 플랫 케이블의 와이어 4 핀 FFC / FPC 커넥터의 각 핀을 납땜. 간단히, 핀에 전선의 피복을 벗긴 끝을 잡고 뜨거운 납땜 인두를 배치와이어 핀 조인트에, 그리고 충분한 솔더 조인트에 원활하게 실행되도록 약간의 땜납을 녹여.
      참고 : EEG / EMG 녹음에 사용되는 실험 동물 케이지의 높이에 적합한 플랫 케이블의 길이를 선택합니다.
    2. 땜납은 플랫 케이블의 다른 쪽 단부에 와이어 선단에 소켓을 압착. 간단히, 전선의 피복을 벗긴 무료 끝에 압착 소켓을 보유 와이어 소켓 관절에 뜨거운 납땜 인두를 배치하고 충분한 솔더 조인트에 원활하게 실행하기 위해 일부 솔더를 용융.
    3. 각 주택 압착 4 위치에 소켓을 압착 삽입합니다.
    4. 완전히 얇은 나무 막대기 또는 치아 픽업을 사용하여 에폭시 접착제 소켓을 압착 커버한다.

마우스의 머리에 전극 2. 주입 (소요 시간 :. 약 20 분)

  1. 수술 전에 뜨거운 구슬 살균기 모든 수술 도구를 소독. 남성 마우스를 마취 (10~20주 이전, 20~30g)펜토 바르 비탈의 복강 내 주사 (50 ㎎ / ㎏)과. 마우스가 깊이 발가락을 곤란하게하여 마취되어 있는지 확인한 후 가위로 머리와 목에 머리를 면도.
  2. 정위 프레임에 마우스를 이동하고 2 귀 막대 사이에 머리를 고정합니다. 건조를 방지하기 위해 눈에 바셀린을 적용합니다. 알코올로 면도 피부를 정화하고 두개골을 노출 메스로 중간 선을 따라 잘라. 개방 수술 영역을 유지하기 위해 피부를 클립.
  3. (드릴 2 구멍 두개골에, 전두엽 피질 영역 위에 하나 (정수리하는 1mm의 전방, 중간 선에 1.5 mm 폭) 및 정수리 영역 위에 다른 : 카바이드 커터을 (0.8-mm 직경의 드릴 크기)을 사용하여 Paxinos와 프랭클린의 정위 좌표에 따라 오른쪽 반구의 람다에 1mm의 전방, 측면 1.5 mm의 정중선). (23)
  4. 각 scre 2.5 턴 - 보석의 나사 드라이버를 사용하여, 구멍 위치 스테인리스 EEG 기록 나사는 2 할피질을 통해 경막 외 위치에 대한 W.
    참고 : 뇌 조직의 손상을 방지하기 위해 너무 깊이 나사를 삽입하지 마십시오. 나사가 단단히 두개골에 고정되어 있는지 확인합니다. 이는 다중 녹음 (통상 1 개월 이상)의 긴 기간 동안 안정된 EEG 신호를 갖는 것이 중요하다. 흔들기 나사 뇌파 아티팩트를 생산하고 실험 일정이 끝나기 전에 떨어질 수 있습니다.
  5. 전극 조립체 수정 두개골에 즉시 접착제 (참조 1.1 절을, 핀 위로 설정) 및 치과 시멘트 커버. 승모근 (목) 근육에 집게로 양자 작은 구멍을 만들고 구멍에 EMG 전극의 역할을 스테인레스 스틸 와이어를 삽입합니다. 근육의 노출을 피하기 위해 견사 (0.1 mm 직경)로 피부를 봉합.
  6. 정위 프레임에서 마우스를 제거합니다. 세균 감염을 방지하기 위해 마우스를 암피실린 (100 ㎎ / ㎏) 및 복강 멜 록시 캄 (1 ㎎ / ㎏)을 투여하고, 각각, 수술 - 후 통증을 감소시키기 위해. 애열 패드에 마우스를 EP와는 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지를 모니터링 할 수 있습니다. 하우스 개별적으로 복구하는 동안 마우스는 다른 동물에 의해 전극의 제거를 방지하고, 수술 후 첫날에 복강 멜 록시 캄 (1 ㎎ / ㎏)을 관리 할 수​​ 있습니다.

3. 녹화 및 취득 EEG / EMG 데이터

  1. 1 주간의 회복 기간, 주택 방음 기록 챔버에 배치 실험 장에 개별적으로 마우스 후. 12 시간 조명 / 12 시간의 어둠의 사이클을 제어 자동으로 23 ± 1 ° C의 주변 온도를 유지하고 (조도 ~ 100 럭스, 08:00에 점등).
  2. 기록 케이블 헤드 마우스 EEG / EMG 전극 조립체를 연결한다. 기록 케이블 (마우스의 움직임이 케이블의 꼬임에 의해 제한되지 않도록 설계) 슬립 링 및 EEG / EMG 신호 증폭기에 연결되어 있는지 확인합니다. 필터 EEG / EMG 신호 (뇌파, 0.5-64 Hz의; EMG, 16-64 Hz에서), 아날로그 - 디지털 변환기 (A / D)가 128 Hz의 샘플링 레이트에서 디지털화 최종적 EEG / EMG 기록 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터 (표 '재료', 4 번째의 엔트리에 기록 바닥에서).
  3. 기록 챔버 2~3일 위해 마우스를 길들. EEG / EMG 녹음 복강 내 약물 투여가 포함되어있는 경우, 부드럽게 약물 투여시 각각의 요법 이니 하루에 마우스를 처리합니다.
  4. 그 후, EEG / EMG 레코딩 소프트웨어 (표 '재료', 바닥에서 4 번째 항목)를 시작합니다.
    1. '데이터 파일 정보'탭을 선택하고 파일 이름 옆에있는 상자를 클릭합니다. 파일 이름을 입력하고 '저장'을 클릭합니다.
    2. '기록의 조건'탭을 선택하고 기록 할 모든 EEG / EMG 채널을 선택합니다.
    3. '기록의 조건'탭에서 샘플링 주파수 (128 Hz에서)을 선택합니다.
    4. 선택한 채널이 일에 제대로 표시되어 있는지 확인E '채널 정보'탭을 선택합니다.
    5. '타이머 설정'탭을 선택하고 뇌파 및 근전도를 표시하는 '모니터'를 클릭합니다.
    6. EEG / EMG 신호가 제대로 표시되어 있는지 확인.
    7. '타이머 설정'탭을 선택하고 '기본 타이머'영역에서 기록의 시작과 끝의 클럭 시간을 설정합니다.
    8. 녹음을 시작하는 '타이머 설정'탭에서 '모니터'를 클릭하십시오.
  5. 베이스 라인에서 기록 EEG / EMG 신호 (예., 자유롭게 행동 마우스의 잠자기 / 깨우기 행동)과 다른 처리 조건 (예., 카페인 관리 또는 가짜 처리) 몇 일. 실험 마지막 날 후에 펜토 바르 비탈의 복강 내 주사 하였다 (200 mg / kg)으로 마우스를 안락사.

EEG / EMG 데이터를 기반으로 행동 상태의 4 득점

  1. EEG / EMG 분석을위한 소프트웨어를 시작합니다 (표 '재료', 바닥에서 4 번째 항목). 3 단계에서 생산 EEG / EMG 원시 데이터 (.kcd 파일)을 엽니 다 '절전 모드'탭을 클릭하고 에포크 시간을 선택합니다. 10 초를 선택합니다.
  2. '절전 모드'탭을 클릭하고 자동으로 3 단계로 모든 10 초 신 (新) 시대를 점수 '멀티 - 심사'를 선택 (예., NREM과 REM 수면과 각성) 뇌파 및 근전도 및 전력 스펙트럼 분석의 진폭에 기초 뇌파의. 3
  3. '뇌파에 대한 FFT 조건'을 클릭합니다.
  4. 파워 스펙트럼 분석을위한 파라미터를 설정 [256 데이텀 포인트는 해닝 윈도우 함수 및 에포크 당 5 스펙트럼들의 평균 (2 EEG의 초에 대응)]. (3) '확인'을 클릭.
  5. 클릭 자동 검사를 시작합니다 '상영 시작'. 득점 데이터 (.raf 파일)을 엽니 다.
  6. 대표 결과,도 1b표 1 참조 (자동 스크리닝의 결과를 확인하고, 필요한 경우, 표준 기준에 따라 수동으로 해결 2, 3, 간단히 버튼을 클릭 잘못 득점 시대에 마우스 왼쪽 버튼을 누른 채 잘못 득점 시대의 문자열을 가로 질러 커서를 끕니다. 왼쪽 마우스 버튼을 놓으면 팝업 창에 올바른 행동 상태를 선택합니다.
    참고 : 때때로, 두 경계 상태 사이의 전이에 신 (新) 시대 한 상태로 명확하게 점수를하기가 어렵습니다. 이러한 경우, 에포크는 표면적 인 상태로 얻었되어야하고 동일한 기준 데이터의 재현성을 보장하기 위해 실험을 통하여 유사한 에포크에 적용되어야한다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

그림 1B는 다른 경계 상태에서 마우스 뇌파의 예를 보여줍니다. 표 1에 나타낸 바와 같이 EEG는 4 Hz에서 아래 델타 리듬 크고 느린 뇌파를 도시하고 EMG 만 없거나 약한 신호를 가지고있는 경우, 에포크는 NREM 수면으로 분류된다. 뇌파 6, 10 Hz의 사이의 세타 범위에서 빠른 저전압 뇌파를 보여주고 EMG가 낮은 진폭을 표시하는 경우 신 (新) 시대는 REM 수면으로 분류하고 있습니다. 다른 시대가 깨어으로 분류한다 (예. 저에 온건 한 전압 뇌파 및 근전도 활동의 발생).

예를 들어,이 프로토콜에 설명 된 EEG / EMG 기록 셋업 기준선 조건 또는 카페인 처리 후의 슬립 량 및 C57BL / 6 마우스의 슬립 / 웨이크 프로파일을 결정하는데 사용될 수있다 (도 2 및도 3).

B에서어두운 하나 (그림 2A) 동안보다 빛 기간 동안 잠을 더 많은 양의,이 그림에서 볼 수 있듯이 야행성 동물 aseline 조건, 마우스,,, 명확한 일주기 수면 - 각성 리듬을 보였다. 12 시간 빛의 기간 동안, 마우스는 6.7 시간과 NREM 각각 REM 수면, 0.9 시간을 보여 주었다; 반면, 12 시간 어두운 기간 동안, 각성 (그림 2B) 지배적이었다. 한편, 수면의 질은 각성 상태와 EEG 파워 스펙트럼 분석 (도 2C-F)에 기초하여 평가 될 수있다. 일반적으로 EEG와 EMG의 인쇄용 기록은 에피소드 구간 분포를 결정하는 각각의 각성 상태 (도 2C-E)을위한 기간, 전이 단계 번호를 의미 할 수있다. 4 Hz에서 6 - - 10 또한, 명암주기 (도 2F) 동안 마우스에서 REM과 NREM 수면 용 EEG 전력 스펙트럼은 0.5의 주파수 범위에서의 강한 EEG 파워 밀도를 나타낸다각각 Hz입니다. NREM과 REM 수면의 섞일 상태는 때때로 오염 물질 때문에, - (4 Hz에서 0.5)는 REM 수면 중 뇌파는 델타 파의 소량을 포함하는 것을 주목해야한다.

쥐의 수면 - 각성 행동에 약물 효과를 평가하기 위해, 24-30 뇌파 및 근전도는 일반적으로 2 일 연속 기록됩니다. 빛 기간의 초기 단계에서 오전 10시 1 일에, 결정하기 위해, 예를 들어, C57BL / 6 마우스에 카페인의 각성 효과는 24 생쥐 차량 (복강 10 ㎖ / ㎏ 식염수)로 처리 하였다. 동물 후 24 시간 이후 카페인 (15 ㎎ / ㎏)으로 처리하고, 경계 상태가 오프라인으로 깨어있는, REM 수면과 NREM 수면으로 분류되었다. 그림 3a는 투여 후 뇌파, 근전도 및 hypnograms의 전형적인 예를 보여줍니다 C57BL / 6 마​​우스의 카페인 (낮은 수면 다원 패널) 또는 차량 (위 수면 다원 패널). 카페인 incre주사 (그림 3B) 후 3 시간 동안 C57BL / 6 마우스 2.8 배에 각성의 양을 ased.

그림 1
마우스 1. 수면 생물 검정 시스템을 그림.

EEG 신호를 모니터링하기 위해 (A)는, 스테인리스 강 나사 경막 1 반구의 전두엽 피질 영역과 두정엽 통해 주입된다. 또한, EMG 활성은 승모근 근육 내 좌우 배치 스테인리스 와이어에 의해 모니터링된다. (B) 마우스에서 NREM 또는 REM 수면 또는 각성 중에 10 초간 EEG, EMG와 EEG 파워 밀도의 전형적인 예. NREM 수면에서 뇌파는 높은 진폭의 파도를 보여줍니다; 델타 밴드 (0.5-4 Hz에서)의 지배 (왼쪽)입니다. (- 10 Hz에서 6) 인 지배 (가운데) REM 수면에서 뇌파는 세타 밴드, 낮은 진폭의 파도를 보여줍니다. 각성에서, E예를 들면 어떤 주파수 (오른쪽) 지배적 인하지와, 저 진폭의 파도를 보여줍니다. 근전도 신호가 깨어보다 두 NREM과 REM 수면에 낮습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
EEG / EMG 녹음에 의해 평가 C57BL / 6 마우스의 기준 조건에서 그림 2. 수면 - 각성 프로필.

(A) 각 행동 단계의 시간당 양 시간 코스 변경. 흰색과 X -axes 위의 검은 색 막대는 각각 빛과 어둠 기간을 나타냅니다. (B) 각 단계의 총량 12 시간 어둠 기간에 비해 빛 기간 동안 NREM과 REM 수면의 더 많은 양을 표시합니다. (C) 전자의 분포를각 단계의 pisode 기간. 각 단계 (D)의 평균 지속 기간은 어두운주기에서 각성위한 길다. (E)는 각 스테이지의 스테이지 천이 수가 점등 기간 동안에 빈번한 천이를 나타낸다. NREM 중 (F) EEG 파워 스펙트럼 과 REM 수면은 기본적으로 빛과 어둠 기간 사이에 전력 밀도의 차이를 보여줍니다. 데이터는 SEM ± 평균으로 표시하고 있습니다 (N = 5). * P <0.05, ** P <0.01, 쌍을 이루는 두 개의 꼬리 학생의 T 시험에 의해 평가로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 EEG / EMG 녹음에 의해 평가 카페인 3. 각성 효과.

(A) 15 ㎎ / ㎏ (하부 패널)의 용량 차량 (상부 패널) 또는 카페인의 투여 후 EEG, EMG 및 hypnograms의 전형적인 예. (B) 시간 코스 카페인 주사 후 3 시간 동안 카페인. (C) 각성 처리 한 마우스에서 각성. 데이터는 SEM ± 평균으로 표시하고 있습니다 (N = 5). 쌍을 이루는 두 개의 꼬리 학생의 T 시험에 의해 평가로 ** P <0.01, 차량 주입에 비해. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

NREM 수면 REM 수면 잠이 오지 않음
뇌파의 진폭 높은 낮은 낮은
지배적 인 뇌파 주파수 델타 밴드 (0.5-4 Hz에서) 세타 밴드 (6-10 Hz에서) 없음
EMG 진폭 낮은 낮은 높은

표 1 : 일반 기준 EEG / EMG 신호에 의해 행동 상태를 점수합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

이 프로토콜은 저잡음, 비용 효과, 높은 처리량 조건에서 수면과 각성의 평가를 할 수 있습니다 EEG / EMG 녹음을위한 셋업을 설명합니다. 인해 EEG / EMG 전극 헤드 조립체의 작은 크기로,이 시스템은 마우스에 약물 optogenetics (광섬유 주입) 또는, 함께 동시 정맥 주입으로, microinfusion 포함한 인트라 - 뇌 실험 다른 임플란트와 결합 할 수있다 부가적인 전기 신호 (예., 반대측 EEG, electrooculogram 또는 로컬 필드 전위)의 측정이 필요한 경우 뇌. 31 또한, 멀티 핀 헤더에 대한 상기 전극 헤드 조립체의 설계는, 녹화 채널의 개수에 유연성을 제공한다 .

그러나, 개별 주택 그러므로 행동 상태의 평가를 제한이 프로토콜, 즉에 설명 된 케이블 기반의 설계가 필요합니다., 수면과 워싱턴kefulness, 사회적 상호 작용이나 복잡한 행동 테스트와 함께. 원격 측정 장치가 자신의 기능을 제한없이 아니지만 이러한 경우에, 무선 수면 모니터링 시스템은 특히 배터리 수명 비용 및, 아마도 더 적합하다.

EEG / EMG 신호의 품질은도 1과 표 1. 흔들기 전극에 나타낸 기준에 따라 행동 상태 채점 중요하다 (예., 나사)는 종종 EEG 및 FFT에 아티팩트의 결과 전기적인 노이즈의 원인이다 분석. EEG 신호의 품질이 완전히 전기적 노이즈 증가의 결과로, 시멘트와 나사 사이의 공기 방울을 방지하기 위해 치과 용 시멘트로 나사 전극을 커버하는 또, 중요하다. EEG 신호의 품질을 육안으로 그들이 높은 진폭과 주파수가 낮은 것을 확인함으로써 분명 자 마우스에서 확인할 수있다.

비용 및임플란트 전극에 시간이 많은 수면 연구 실험실을위한 중요한 요소이며, 생쥐의 수면 - 각성 행동의 대규모 스크리닝의 주요 단점으로 간주됩니다. 여기에 설명 된 EEG / EMG 기록 시스템은 설립 및 운영 할 수 있습니다 낮은에 온건 한 EEG / EMG 기록 장비의 전극 재료 및 의료 용품 (마우스 당 약 2 달러) 및 투자 비용을 반복 포함 비용, (슬립 링, 증폭기 및 A / D 변환기; 마우스 당 약 2,000 USD).

시간에 대하여, 숙련 된 연구자는 20 분 미만에서 1 마우스 전극 주입 결론을 내릴 수있다; 따라서, 이는 하루에 20 개 이상의 마우스에서 동작 할 수있다. EEG / EMG 측정에 기초하여 수면 평가의 전체 효율을위한 또 다른 중요한 요소는 수집 및 EEG / EMG 데이터의 자동 채점 소프트웨어의 사용이다. 이러한 목적을 위해, 상업 및 사내에서 개발 한 소프트웨어의 다양한에서 사용할 수 있습니다가격이나 채점의 정확성에서 높은 변동성.

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