Farelerde Uyku Ölçüm Basım Kayıt Prosedürü

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

Teknik gelişmeler sık ​​sık nörobiyolojik süreçler anlayış atılımlar çöktürülmüş var. Örneğin, insan derisi kaydedilen elektrik potansiyelleri sinüs dalgalarının şeklini aldı 1929 yılında Hans Berger keşif, sıklığı, doğrudan konunun uyanıklık düzeyi ile ilgilidir, uyku-uyanıklık anlayışı hızlı ilerlemelere yol açmıştır hem hayvanlarda ve insanlarda hem de düzenleme. 1 Bu gün electroencephlogram (EEG) için, elektromyogram (EMG), yani. ile birlikte, iskelet kasları tarafından üretilen elektriksel aktivite, neredeyse her deneysel ve klinik verileri "omurga" temsil insanlar dahil, hayvanlar davranıyor kortikal nöronların aktivitesi ile davranış ve fizyoloji ilişkilendirmek istiyor değerlendirmesi. En temel uyku araştırma laboratuvarlarında bu EEG kayıtları d edinilen burada bir kablo tabanlı sistemi (Şekil 1) kullanılarak gerçekleştirilenata desen ve spektrum analizi off-line tabi [örneğin., bir hızlı Fourier (FFT) algoritması dönüşümü uygulayarak] konunun uyanıklık durumu kaydediliyor belirlemek için. 2, 3 Uyku hızlı göz hareketi oluşur (REM) ve REM olmayan (NREM) uyku. REM uykusu hızlı bir düşük voltaj EEG, rastgele göz hareketi ve kas atonia, kaslar etkin bir felç olduğu bir devlet ile karakterizedir. Vücut beyinden ölçüde kesilir ve derin uykuda gibi görünüyor, oysa beyin aktivitesi, bu uyanıklık benzer, çünkü REM uykusunda da, paradoksal uyku olarak bilinir. Buna karşılık, motor nöronlar NREM uyku sırasında uyarılır ama hiçbir göz hareketi yoktur. EEG 4 Hz - İnsan NREM uykusu evre 4 derin uyku veya yavaş dalga uykusu denir ve 0.5 arasındaki delta aktivitesi ile Büyük, yavaş beyin dalgaları ile tanımlanır sayede 4 aşamada, ayrılabilir. Öte yandan, sıçanlar a gibi küçük hayvanlarda NREM uykusu fazlar arasında, bir alt bölümü,nd fareler, insanlarda görüldüğü gibi onlar uyku uzun konsolide dönemleri yok çünkü çoğunlukla kurulmamıştır.

Yıllar geçtikçe, ve EEG yorumuna dayanarak, uyku-uyanıklık düzenlemenin çeşitli modeller, devre ve humoral tabanlı hem de ileri sürülmüştür. Nöral ve uyku ya da alternatif olarak, gerek hücresel temeli "uyku sürücü" çözümsüz kalır, ama uyanık döneminde inşa eder ve uyku ile harcanmış bir homeostatik basıncı olarak kavramsallaştırma edilmiştir. Bir teoriye göre endojen somnogenic faktörler uyanıklık sırasında ve kademeli birikimi uyku homeostatik basınç destekleyen olduğunu birikir olmasıdır. Humoral faktörler tarafından düzenlenir uyku ilk resmi hipotez 1892 4 yayınlanan Rosenbaum'un çalışmaları alacak olsa da, bu Ishimori 5, 6 ve bağımsız pieron 7 oldu ve 100 yıl önce, uyku teşvik kimyasalların varlığını gösterdi. Her iki araştırmacılar hypnogenic maddeler veya 'hypnotoxins' uykusuz köpeklerin beyin omurilik sıvısı (BOS) mevcut olduğunu, önerilen ve gerçekten kanıtladı. 8 Geçtiğimiz yüzyılda uyku homeostatik süreçte rol birkaç ek varsayımsal hypnogenic maddeler tespit edilmiştir (inceleme için, ref. 9), prostaglandin (PG) D 2, 10, sitokinler, adenosin 11, 12 anandamid, 13 ve Ürotensin II peptidi de dahil olmak üzere. 14

Belli bir dereceye kadar uyku ve uyanıklık ve devre tabanlı teoriler ilham erken ve orta-20 yüzyılda üretilen bulgular Economo 15, 16, MORUZZI ve Magoun 17, ve diğerleri tarafından deneysel çalışmalar, daha sonra hakim hümoral teorisini gölgesinde uyku. Bugüne kadar, birkaç "Devre modeller" Her (inceleme için, ref. 18) nitelik ve nicelik değişen verilerle haberdar öne sürülmüştür. Bir modelÖrneğin, yavaş dalga uykusu bazal ön, bir alan esas olarak Broca diyagonal bant ve substantia inominata yatay bacağının çekirdeğinin consisiting kolinerjik nöronların asetilkolin salımının adenosin aracılı inhibisyonu yoluyla oluşturulur önermektedir. uyku / uyanıklık regülasyonu 19 başka popüler bir model hipotalamus ve beyin sapındaki ventrolateral preoptik alanda uyku uyaran nöronlar arasındaki karşılıklı etkileşim ve inhibitör uyandırma uyaran nöronlar temelinde bir flip-flop anahtar mekanizmasını anlatır. 18, 20, 21 Ayrıca, ve REM uykusu üzerinden geçiş için, benzer bir karşılıklı etkileşim önleyici beyin sapında alanlar için önerilmiştir, bu ventral periakuaduktal gri yanal tegmentumda ve sublaterodorsal çekirdektir. 22 Toplu olarak, bu modeller değerli olduğu kanıtlanmıştır heuristics ve uyku araştırma çalışmaları için tanınan önemli açıklayıcı çerçeveler; Bununla birlikte, bir yeuyku-uyanıklık döngüsünü düzenleyen moleküler mekanizmaları ve devrelerin t dolgun anlayışı bileşenlerinin daha eksiksiz bir bilgi gerektirir. Aşağıda ayrıntılı Basım kayıt için sistem bu hedefe yardımcı olmalıdır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Etik Beyanı: Hayvan denekleri Prosedürler Tsukuba Üniversitesi Kurumsal Hayvan Deney Komitesi tarafından onaylanmıştır.

EEG / EMG Recordings 1. Elektrotların hazırlanması ve Kablolar

  1. Aşağıdaki prosedüre göre EEG / EMG kayıt elektrot hazırlayın.
    Not: Elektrot tek ve 1 hayvan için sadece kullanılabilir. Dikkatlice tüm bağlantı için kablo yapılandırmasını planlayın. Doğru yönlendirme için konnektörleri işaretleri yerleştirin.
    1. 2 cm paslanmaz çelik tel bir 4 pinli başlığın her pimi lehimleyin. Kısaca, pin telin bir ucunu tutun tel-pin eklem üzerine sıcak havyaya yerleştirin ve bu sadece yeterli lehim eklem içine sorunsuz sağlamak için bazı lehim eriyerek. Pin çok fazla ısı uygulamak için dikkatli olun; Aksi takdirde, pimleri etrafında plastik eriyecek.
    2. Kafasına iğne başlığına bağlı 2 teller her serbest ucunu lehim1.0 mm çapında paslanmaz çelik vida. Kısaca, vida başının altına Konuya telin serbest ucunu tutun tel vida eklem üzerine sıcak havyaya yerleştirin ve bu sadece yeterli lehim eklem içine sorunsuz sağlamak için bazı lehim eriyerek. Vida olmadan 2 teller EMG kayıt elektrotları olarak hizmet ise vidalarla 2 tel, EEG kayıt elektrotları olarak hizmet vermektedir.
    3. EMG sinyalinin kalitesini artırmak için EMG elektrotları sonunda yalıtım 1 mm kapalı şerit makas kullanın.
    4. Tamamen EEG / EMG kayıtları sırasında elektrik gürültüsünü azaltmak için ince bir tahta sopa ya da diş çekme kullanılarak epoksi yapıştırıcı ile tüm lehimli işaretçilerine kapsamaktadır.
  2. Aşağıda tarif edildiği gibi kayma halkasına elektrodu bağlamak için bir kablo hazırlayın. Bu kablo, yeniden kullanılabilir.
    1. 30-cm düz kablonun bir tel ile bir 4-pin FFC / FPC bağlacının her iki pimi lehimleyin. Kısaca, pin tel soyulmuş ucunu tutun sıcak havyaya yerleştirmekTel-pin eklem üzerine ve yeterli lehim eklem içine sorunsuz bir şekilde yürütülebilmesi için bazı lehim eriyerek.
      Not: EEG / EMG kayıtları için kullanılan deneysel hayvan kafes yüksekliği için uygun olan yassı kablo uzunluğunu seçin.
    2. Lehim düz kablonun diğer ucundaki bir tel ucuna yuva kıvrım. Kısaca, tel elimden serbest ucuna bir kıvrım soket tutun tel soket eklem üzerine sıcak havyaya yerleştirin ve bu sadece yeterli lehim eklem içine sorunsuz sağlamak için bazı lehim eriyerek.
    3. Her bir mahfaza kıvrım 4-konumuna yuva kıvrım yerleştirin.
    4. Tamamen ince tahta sopa ya da diş çekme kullanılarak epoksi yapıştırıcı ile yuva kıvrım kapsamaktadır.

Fare Head Elektrotların 2. implantasyonu (Süre:. Yaklaşık 20 dk)

  1. Ameliyat öncesi sıcak bir boncuk sterilizatör tüm cerrahi aletler sterilize edin. Bir erkek fare anestezisi (10-20 haftalık, 20-30 g)pentobarbital intraperitonal enjeksiyonu (50 mg / kg) ile. Fare derinden bir ayak kısma anestezi olduğunu kontrol ettikten sonra, kesme makineleri ile baş ve boyun üzerinde saç tıraş.
  2. Stereotaksik çerçeve için fareyi hareket ettirin ve 2 kulak çubukları arasındaki kafa düzeltmek. Kuruluğunu önlemek için gözleri vazelin sürün. Alkol ile traş-cildi temizlemek ve kafatası açığa çıkarmak için bir neşter ile orta hat boyunca kesmek. Açık cerrahi alana tutmak için cildi Clip.
  3. (Matkap 2 delik kafatası içine, frontal kortikal alana bir (bregmaya 1 mm anterior, orta hatta 1,5 mm lateral) ve parietal alan üzerinde diğer: karbür kesici (0.8-mm çaplı matkap boyutu) kullanarak Paxinos ve Franklin stereotaksik koordinatlarına göre sağ yarımkürenin lambda 1 mm anterior lateral 1,5 mm orta hat için). 23
  4. Her bağırıyorum 2.5 döner - bir kuyumcuya vida sürücüsünü kullanarak, delikleri yer paslanmaz çelik EEG kayıt vida ve 2 yapmakkorteks üzerinde epidural konumlandırma için w.
    Not: beyin dokusunun zarar görmesini önlemek için çok derin vidayı takmayın. Vidalar sıkıca kafatası sabit olup olmadığını kontrol edin. Bu çoklu kayıtları (genellikle en fazla 1 ay) uzun bir süre boyunca sabit EEG sinyallerini olması önemlidir. Wiggly vidaları EEG eserler üretmek ve deneysel programının sona ermesinden önce kapalı gelebilir.
  5. Elektrot düzeneğini Fix kafatası anında yapıştırıcı ile (bkz Bölüm 1.1, pim yukarı döndü) ve diş çimento ile kaplayın. Trapez (boyun) kaslar forseps ile bilateral küçük delik açın ve deliklere EMG elektrotları olarak hizmet paslanmaz çelik teller yerleştirin. Kas maruz kalmasını önlemek için ipek iplik (0.1 mm çap) ile cilt dikin.
  6. Stereotaksik çerçeve fareyi çıkarın. Bakteriyel enfeksiyonu önlemek için fare, ampisilin (100 mg / kg) ve intraperitoneal olarak meloksikam (1 mg / kg) yönetir ve sırasıyla ameliyat sonrası ağrıyı azaltmak için. Keısı yastığı üzerinde fare ep ve sternum yatma korumak için yeterli bilinci yerine kadar onu izleriz. Ev ayrı kurtarma sırasında fare diğer hayvanlar tarafından elektrotların kaldırılmasını önlemek ve ameliyat sonrası birinci günde intraperitoneal meloksikam (1 mg / kg) yönetmek için.

3. Kayıt ve kavranması EEG / EMG Veri

  1. 1 haftalık iyileşme dönemi, ev ses geçirmez bir kayıt odasına yerleştirilen deneysel kafeste tek tek her bir fare sonra. 12 saat ışık / 12 saat karanlık döngüleri kontrol otomatik olarak 23 ± 1 ° C ortam sıcaklığı korumak ve (aydınlatma yoğunluğu ~ 100 lux, 08:00 ışıklar).
  2. Bir kayıt kablosu fare kafasına EEG / EMG elektrot düzeneğini takın. Kayıt kablosu (fare hareketleri kablo büküm ile sınırlı değildir böylece tasarlanmış) bir kayma halkası ve EEG / EMG sinyal yükseltici bağlı olduğundan emin olun. Filtre EEG / EMG sinyalleri (EEG, 0,5-64 Hz, EMG, 16-64 Hz), bir analog-dijital dönüştürücü (A / D) 128 Hz örnekleme hızında dijital ortama aktarmak ve nihayet EEG / EMG kayıt yazılımını çalıştıran bir bilgisayarda (Table 'Malzeme' 4. girişi üzerine kayıt alttan).
  3. Kayıt odasına 3 gün - 2 için fare alıştırmak. EEG / EMG kayıt intraperitoneal ilaç yönetimleri içeriyorsa, yavaşça ilaç uygulama sırasında her alışkanlık gününde fareyi anlaştım.
  4. Daha sonra, EEG / EMG kayıt yazılımı (Table 'Materyalleri', alttan 4. entry) başlatın.
    1. 'Veri dosya bilgileri' sekmesini seçin ve dosya adının yanındaki kutuyu tıklatın. Bir dosya adı girin ve 'Kaydet'i tıklayın.
    2. 'Kayıt koşul' sekmesini seçin ve kaydedilecek tüm EEG / EMG kanalları seçmek.
    3. 'Kayıt koşulu' sekmesinde örnekleme frekansı (128 Hz) seçin.
    4. Seçilen kanallar inci düzgün görüntülenen olup olmadığını kontrol edine 'Kanal bilgisi' sekmesi.
    5. 'Timer ayarı' sekmesini seçin ve EEG ve EMG görüntülemek için 'Monitor' tıklayın.
    6. EEG / EMG sinyalleri doğru görüntülenir olup olmadığını kontrol edin.
    7. 'Timer ayarı' sekmesini seçin ve 'Ana Timer' alanında kaydın başlangıcı ve sonu için saat saatini ayarlayın.
    8. Kayıt işlemini başlatmak için 'Zamanlayıcı ayarı' sekmesinde 'Monitor' tıklayın.
  5. Başlangıçta altında Tutanak EEG / EMG sinyalleri (yani., Serbestçe davranmak fare uyku / uyanıklık davranışı) ve farklı tedavi koşulları (örn., Kafein idaresi veya sahte tedavisi) birkaç gün içinde. Son deney gününde sonra, pentobarbital intraperitonal enjeksiyon ile (200 mg / kg) ile fare öldürülür.

EEG / EMG Veri dayanarak Davranış Devletin 4. Puanlama

  1. EEG / EMG analizi için yazılımını başlatın (Table 'Malzeme', alttan 4. girişi). 3. adımda altında üretilen EEG / EMG ham verileri (.kcd dosyası) açın 'Sleep'in' sekmesini tıklayın ve Epoch zamanı seçin. 10 sn seçin.
  2. 'Sleep'in' sekmesini tıklayın ve otomatik olarak 3 aşamaya 10 sn dönemini puanı 'Multi-tarama' seçeneğini (yani., NREM ve REM uyku, uyanıklık ve) EEG ve EMG ve güç spektral analizi genliklerinin temelinde EEG. 3
  3. 'EEG için FFT koşulu tıklayın.
  4. Güç spektral analiz parametrelerini ayarlayın [256 datum noktaları, Hanning pencere fonksiyonu ve çağın başına 5 spektrumları ortalamasına (2 EEG sn karşılık gelen)]. 3 'Tamam'ı tıklayın.
  5. Tıklayın, otomatik tarama başlatmak için 'Tarama Başlat'. Attı verileri (.raf dosyası) açın.
  6. Temsilcisi Sonuçlar Şekil 1B ve Tablo 1 (otomatik tarama sonuçlarını kontrol edin ve gerekirse standart kriterlere dayalı elle düzeltin 2, 3 Kısaca, tıklayın ve bir yanlış sonucu çağında sol fare tuşunu basılı tutun ve yanlış sonucu dönemini dize boyunca imleci sürükleyin. Sol fare tuşunu bırakın ve pop-up pencerede doğru davranış durumu seçin.
    Not: Bazen, iki uyanık devletler arasındaki geçişte dönemini, bir devlete açıkça puanı zordur. Bu gibi durumlarda, dönem görünüşte duruma atılır olmalı ve aynı kriterler verileri yeniden üretilebilirlik sağlamak için deney boyunca benzer dönemini uygulanmalıdır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 1B farklı uyanıklık durumlarında fare EEG örneklerini göstermektedir. Tablo 1'de görüldüğü gibi EEG 4 Hz altındaki bir delta ritimle büyük, yavaş beyin dalgaları gösterir ve EMG sadece zayıf ya da hiç sinyal varsa, dönemini NREM uyku olarak sınıflandırılır. EEG 6 ve 10 Hz arasındaki teta aralığında hızlı alçak gerilim beyin dalgaları gösterir ve EMG düşük genlik gösterirse dönemini REM uykusu olarak sınıflandırılır. Diğer dönemini uyanıklık olarak sınıflandırılması gerektiğini (yani., Düşük-orta gerilim EEG ve EMG aktivitesinin oluşumu).

Örneğin, bu protokol açıklanan EEG / EMG kaydı set-up temel koşullar altında ya da kafein ile tedaviden sonra uyku miktarı ve C57BL / 6 farelerin uyku / uyanıklık profilini belirlemek için kullanılabilir (Şekil 2 ve 3).

B AltındaKoyu bir (Şekil 2A) ne daha aydınlık döneminde uyku daha yüksek miktarlarda Bu şekillerde görüldüğü gibi, gece hayvanlar aseline koşulları, fareler, açık bir sirkadyen ritim uyku-uyanıklık sergiledi. 12 saatlik ışık döneminde, fareler 6.7 saat ve NREM ve REM uykusunda sırasıyla, 0.9 saat göstermiştir; buna karşın 12 saat karanlık döneminde, uyanıklık (Şekil 2B) baskın olduğu saptanmıştır. Öte yandan, uyku kalitesi uyanıklık durumu ve EEG güç spektrum analizi (Şekil 2C-F) bazında değerlendirilebilir. Tipik olarak, EEG ve EMG Basım kayıtları, bölüm süresi dağılımını belirlemek, her teyakkuz durumuna (Şekil 2C-E) için süresi ve sahne geçiş numarasını anlamında kullanılır. 4 Hz ve 6 - - 10 Dahası, açık ve koyu döneminde (Şekil 2F) sırasında farelerde NREM ve REM uykusu için EEG güç spektrumu 0.5 frekans aralığında güçlü EEG güç yoğunluğunu gösterirSırasıyla Hz,. NREM ve REM uykusu içiçe durumlar zaman zaman bir kirletici çünkü, - (4 Hz 0,5) REM uykusu sırasında yapılan EEG ö dalgaların küçük miktarlarda içerdiğine de dikkat edilmelidir.

Farelerin, uyku-uyanıklık davranışı üzerindeki, ilaç etkilerini değerlendirmek için, 24-30 EEG ve EMG, tipik olarak 2 gün boyunca kaydedilir. Işık dönemi erken fazında saat 10:00 'da 1 gün, belirlemek için, örneğin, C57BL / 6 fareler üzerinde kafein uyarılma etkisi, 24 farenin araç (intraperitonal 10 ml / kg tuzlu su) ile muamele edildi. Daha sonra hayvanlar 24 saat sonra kafein (15 mg / kg) ile tedavi edildi ve uyanıklık durumları çevrimdışı uyanma, REM uykusu ve NREM uyku ayrıldı. Şekil 3A verilmesinden sonra EEG, EMG ve hypnograms tipik örneklerini göstermektedir Bir C57BL / 6 fare kafein (alt polisomnografi paneller) veya araç (üst polisomnografi paneller). Kafein artışlarlaenjeksiyon (Şekil 3B) daha sonra 3 st için C57BL / 6 fareleri 2,8 kat uyanıklık miktarını ased.

figür 1
Fare 1. Uyku Bioassay Sistemi Şekil.

EEG sinyalleri izlemek için (A), paslanmaz çelik vidalar epidural 1 hemisfer frontal kortikal ve parietal alanlarda implante edilir. Buna ek olarak, EMG faaliyeti trapez kaslar içinde iki taraflı olarak yerleştirilmiş paslanmaz çelik teller ile izlenir. (B) bir farede NREM ya REM uyku veya uyanıklık sırasında 10 saniye boyunca EEG, EMG ve EEG güç yoğunluğu tipik örnekleri. NREM uykuda EEG yüksek genlik dalgaları göstermektedir; ve delta bant (0,5-4 Hz) dominant (solda). (- 10 Hz 6) olmak baskın (orta) REM uykusunda, EEG teta bandı ile, düşük genlikli dalgalar gösterir. Uyanıklık, EEG hiçbir frekans (sağda) baskın olması ile düşük genlikli dalgalar gösterir. EMG sinyalleri uyanıklık daha hem NREM ve REM uykusunda daha düşüktür. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
EEG / EMG Recordings tarafından Değerlendirilen C57BL / 6 Fareler Baseline Şartlarında Şekil 2. Uyku-uyanıklık Profilleri.

(A) Her bir davranış aşamada saatlik miktarda Zaman kurs değişir. Beyaz ve x -axes yukarıda siyah çubuklar sırasıyla, açık ve koyu dönemi işaret etmektedir. (B) her aşamada toplam tutarı 12 saat karanlık dönemde ile karşılaştırıldığında hafif döneminde NREM ve REM uykusu daha büyük bir miktarını gösterir için. (C) e DağılımıHer aşamanın pisode süresi. Her aşamada (D) Ortalama süresi karanlık dönemde uyanıklık için daha uzundur. (E) her aşamada Sahne geçiş numarası ışık döneminde daha sık geçişler gösterir. NREM sırasında (F) EEG güç spektrumu ve REM uyku esas aydınlık ve karanlık dönemleri arasında hiçbir güç yoğunluğu farklılıklar göstermektedir. Veriler ortalama ± SEM olarak sunulmuştur (N = 5). * P <0.05, ** p <0.01, eşleştirilmiş iki kuyruklu Student t testi ile değerlendirilen. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil EEG / EMG Recordings tarafından Değerlendirilen Kafein 3. Arousal Etkisi.

(A) 15 mg / kg (alt panel) bir dozda araç (üst panel) ya da kafein uygulanmasından sonra EEG, EMG ve hypnograms tipik örnekleri. (B) zaman izleğine bir kafein enjeksiyonundan sonra 3 saatlik bir süre boyunca, kafein. (C) Uyanıklık ile tedavi edilen farelerde uyanıklık. Veriler ortalama ± SEM olarak sunulmuştur (N = 5). Eşleştirilmiş iki kuyruklu Student t testi ile değerlendirilen ** p <0.01, taşıt enjeksiyon ile karşılaştırıldığında. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

NREM uykusu REM uykusu Uyanıklık
EEG genlik Yüksek Düşük Düşük
Dominant EEG frekans Delta bandı (0,5-4 Hz) Teta bandı (6-10 Hz) Hiçbiri
EMG genlik Düşük Düşük Yüksek

Tablo 1: Genel Kriterler EEG / EMG Sinyallerle Davranış Devletleri Atacak.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu protokol, düşük gürültü, düşük maliyetli ve yüksek verimli koşullarda uyku ve uyanıklık değerlendirilmesini sağlar EEG / EMG kayıtları için bir set-up açıklar. Nedeniyle EEG / EMG elektrot kafa grubunun küçük boyutu, bu sistem fare içine ilaçların optogenetics (fiber optik implantasyon) ya da, birlikte eş zamanlı kanül implantasyonu ile, mikroinfüzyon dahil içi beyin deneyleri için diğer implantlar ile kombine edilebilir İlave elektrik sinyalleri (örn., kontralateral EEG, elektrookülogram veya yerel alan potansiyeli) ölçümü gerekli ise beyin. 31 Dahası, çoklu-pin başlıklarına göre elektrot kafa düzeneğinin tasarımı, kayıt kanallarının sayısındaki esneklik sunar .

Ancak, bireysel konut nedenle davranışsal devletlerin değerlendirmesini sınırlayan Bu protokol, yani anlatılan kablo tabanlı tasarım için gereklidir., Uyku ve wakefulness sosyal etkileşim veya karmaşık davranış testi ile kombinasyon halinde kullanılabilir. Telemetrik cihazlar kendi sınırlayıcı özellikler olmadan olmasa bu gibi durumlarda, kablosuz uyku izleme sistemi, özellikle pil maliyeti ve yaşam, büyük olasılıkla daha uygundur.

EEG / EMG sinyallerinin kalitesi Şekil 1 ve Tablo 1'de. Wiggly elektrotlar gösterilen kriterlere göre davranışsal devletlerin puanlama için önemli olan (yani., Vidalar) sık sık EEG ve FFT eserler sonuçlanan elektrik gürültü nedeni Analiz. EEG sinyalinin kalitesini tamamen artmış elektrik gürültü sonuçlanan, vida ve çimento arasındaki hava kabarcıklarını önlemek için diş çimento ile elektrot vidaları kapsayacak Üstelik, bu önemlidir. EEG sinyallerinin kalitesi görsel bir yüksek genlik ve düşük frekansa sahip olduğunu teyit tarafından açıkça uyku fare kontrol edilebilir.

Maliyet veİmplant elektrotlara zaman birçok uyku araştırma laboratuvarları için kritik faktörlerdir ve farelerde uyku-uyanıklık davranış büyük ölçekli taraması için büyük bir dezavantaj olarak kabul edilir. Burada anlatılan EEG / EMG kayıt sistemi kurulmuş ve çalıştırılabilir düşük-orta EEG / EMG kayıt ekipmanları için elektrot malzemeleri ve tıbbi malzeme (fare başına yaklaşık 2 USD) ve yatırımlar için maliyeti yinelenen dahil, maliyet bedeli (slip ring, amplifikatör ve A / D dönüştürücü, fare başına yaklaşık 2.000 ABD Doları).

Zamanı ile ilgili olarak, sanatta kalifiye olmuş bir araştırmacı az 20 dakika içinde 1 fare için elektrot implantasyonu sonucuna varabiliriz; ve bu nedenle, günde en fazla 20 fareler üzerinde çalıştırmak mümkündür. EEG / EMG ölçüm temelinde uyku değerlendirilmesi genel verimlilik için bir diğer önemli faktör edinimi ve EEG / EMG verilerinin otomatik puanlama için yazılım kullanımı. Bu amaçla, ticari ve içi geliştirilen yazılımın çeşitli bir mevcutturFiyatlandırma veya puanlama doğruluğu yüksek değişkenlik.

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