Huisstijlen Opname Procedure voor het meten van de Slaap in Muizen

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

Technische ontwikkelingen hebben vaak neergeslagen quantum sprongen in het begrip van de neurobiologische processen. Bijvoorbeeld, ontdekking Hans Berger in 1929 die elektrische potentialen opgenomen van de menselijke hoofdhuid in de vorm van sinusvormige golven, waarvan de frequentie is direct gerelateerd aan het niveau van waakzaamheid van het onderwerp, geleid tot een snelle vooruitgang in het inzicht van de slaap-waak regelgeving, in zowel dieren als mensen gelijk. 1 Tot vandaag de electroencephlogram (EEG), in samenhang met de elektromyogram (EMG), dwz., elektrische activiteit door skeletspieren, representeert de data "skelet" van bijna elke experimentele en klinische beoordeling die tracht om het gedrag en fysiologie correleren met activiteit van de corticale neuronen in gedragen dieren, waaronder mensen. In de eenvoudigste slaap onderzoekslaboratoria deze EEG-registraties worden uitgevoerd met behulp van een kabel systeem (figuur 1) waarbij verworven data onderworpen off-line patroon en spectrumanalyse [bijv., het toepassen van een snelle Fourier transformatie (FFT) algoritme] het bepalen van de waakzaamheid toestand van het subject worden opgenomen. 2, 3 slaap bestaat uit snelle-oogbeweging (REM) en non-REM (NREM) slaap. REM-slaap wordt gekenmerkt door een snelle low-voltage EEG, willekeurig oogbeweging, en spier atonia, een toestand waarin de spieren effectief worden verlamd. REM-slaap ook bekend als paradoxale slaap, omdat de hersenactiviteit lijkt op die van wakker, terwijl het lichaam grotendeels losgekoppeld van de hersenen lijkt in diepe slaap. Daarentegen worden motorische neuronen gestimuleerd tijdens NREM slaap, maar er is geen oogbeweging. Menselijke NREM slaap kan worden verdeeld in 4 fasen, waarbij stap 4 wordt diepe slaap of slow-wave sleep genoemd en wordt gekenmerkt door grote, langzaam hersengolven met delta activiteit tussen 0,5 - 4 Hz in het EEG. Anderzijds, een uitsplitsing fasen van NREM-slaap bij kleinere dieren, zoals ratten eennd muizen niet is vastgesteld, voornamelijk omdat zij niet geconsolideerde lange perioden van slaap zoals bij de mens.

In de loop der jaren, en op basis van EEG uitlegging verschillende modellen van slaap-waakregulatie zowel circuit- en humorale gebaseerde, zijn voorgesteld. De neurale en cellulaire basis van de behoefte aan slaap of, als alternatief, "slaap rijden," blijft onopgelost, maar is opgevat als een homeostatische druk die opbouwt tijdens de wakende periode en wordt opgenomen door de slaap. Een theorie is dat endogene somnogenic factoren accumuleren tijdens waken en dat hun geleidelijke toename is de onderbouwing van de slaap homeostatische druk. Terwijl de eerste formele hypothese dat de slaap wordt gereguleerd door humorale factoren is bijgeschreven op het werk Rosenbaum gepubliceerd in 1892 4, het was Ishimori 5, 6 en Pieron 7 die zelfstandig, en meer dan 100 jaar geleden, het bestaan ​​aangetoond van slaapbevorderende chemicaliën. Beide onderzoekers voorgesteld, en inderdaad bleek dat hypnogenic stoffen of 'hypnotoxins' aanwezig is in de cerebrospinale vloeistof (CSF) van slaaptekort honden waren. 8 In de afgelopen eeuw een aantal extra vermeende hypnogenic stoffen betrokken bij de slaap homeostatische proces zijn geïdentificeerd (voor overzicht zie ref. 9), waaronder prostaglandine (PG) D 2, 10 cytokines, 11 adenosine, 12 anandamide, 13 en urotensine II peptide. 14

Experimentele werk van Economo 15, 16, Moruzzi en Magoun 17, en anderen in de vroege en midden van de 20e eeuw geproduceerd bevindingen dat circuit-gebaseerde theorieën van slapen en waken en geïnspireerd tot op zekere hoogte, overschaduwde de dan geldende humorale theorie van slapen. Tot op heden zijn verschillende "circuit modellen" voorgesteld, elkaar op de hoogte van gegevens van wisselende kwaliteit en kwantiteit (voor een overzicht, zie ref. 18). Één modelBijvoorbeeld stelt slow-wave sleep gegenereerd doorgaande adenosine gemedieerde remming van acetylcholineafgifte van cholinergische neuronen in de basale voorhersenen, een gebied hoofdzakelijk uit ten de kern van het horizontale been van de diagonale band van Broca en de substantia inominata. 19 Een ander populair model van slaap / waakregulatie beschrijft een flip-flop schakelorgaan op basis van onderling remmende interacties tussen slaapverwekkende neuronen in de ventrolaterale preoptic stippellijn-waak inducerende neuronen van de hypothalamus en hersenstam. 18, 20, 21 Bovendien, voor het in- en uitschakelen van de REM slaap, een soortgelijke onderling remmend interactie voorgesteld voor gebieden in de hersenstam, die de ventrale Periaqueductale grijs, laterale pontine tegmentum, en sublaterodorsal kern. 22 Tezamen zijn deze modellen waardevol gebleken heuristiek en boden belangrijke interpretatieve kaders voor studies in slaaponderzoek; echter, een yet vollediger begrip van de moleculaire mechanismen en circuits reguleren van de slaap-waak cyclus is een volledige kennis van zijn componenten. Het systeem voor de registratie van huisstijlen hieronder moeten helpen bij dit doel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Ethiek Verklaring: Procedure waarbij proefdieren zijn goedgekeurd door de Institutional Animal Experiment Comité aan de universiteit van Tsukuba.

1. Bereiding van elektroden en kabels voor EEG / EMG Recordings

  1. Bereid EEG / EMG registratie-elektrode volgens de volgende procedure.
    Opmerking: De elektrode is wegwerpbaar en kan alleen worden gebruikt voor 1 dier. Plan zorgvuldig de bedrading configuratie voor alle aansluitingen. Plaats markeringen op de connectoren voor de juiste oriëntatie.
    1. Soldeer elke pin van een 4-pins header op een 2 cm roestvrij staaldraad. Kortom, houdt een uiteinde van de draad aan de pin, plaats een hete soldeerbout op de draad-penverbinding, en smelt sommige soldeer zodat net genoeg soldeergangen soepel in het gewricht. Wees voorzichtig met te veel warmte niet toe te passen om de pin; anders zal het plastic rond de pinnen te smelten.
    2. Soldeer het vrije einde van elk van 2 draden die aan de pin header om de kopvan een 1,0-mm-diameter roestvrijstalen schroeven. Kortom, houdt het vrije uiteinde van de draad om de draad onder de schroefkop plaatst hete soldeerpunt op de draad-schroefverbinding, en smelt sommige soldeer zodat net genoeg soldeergangen soepel in het gewricht. De 2 draden met schroeven dienen als EEG registrerende elektroden, terwijl de 2 draden zonder schroeven dienen als EMG opname elektroden.
    3. Gebruik schaar strippen 1 mm van de isolatie aan het einde van de EMG elektroden met de kwaliteit van het EMG-signaal verhogen.
    4. Volledig bedekken alle gesoldeerd pinnen met epoxy lijm met behulp van een dunne houten stok of een tandenstoker om de elektrische ruis tijdens de EEG / EMG-opnamen te verminderen.
  2. Bereid een kabel om de elektrode met de sleepring zoals hieronder beschreven. Deze kabel kan worden hergebruikt.
    1. Soldeer elke pin van een 4-pin FFC / FPC-connector met een draad van 30 cm platte kabel. In het kort, houdt het gestripte uiteinde van de draad aan de pin, plaats een hete soldeerboutop de draad-pin joint, en smelt sommige soldeer om ervoor te zorgen dat net genoeg soldeer op rolletjes loopt in het gewricht.
      Opmerking: Kies de lengte van de platte kabel die geschikt is voor de hoogte van het proefdier kooi gebruikt voor EEG / EMG-opnames is.
    2. Solder krimp sockets een tip van de draden aan het andere uiteinde van de platte kabel. In het kort, het bezit van een krimp-aansluiting aan de gestripte vrije einde van de draad, plaats een hete soldeerbout op de draad-socket joint, en smelt sommige soldeer om ervoor te zorgen dat net genoeg soldeer op rolletjes loopt in het gewricht.
    3. Steek elke krimp socket in een 4-positie krimp behuizing.
    4. Volledig bedekken de krimp stopcontacten met epoxy lijm met behulp van een dunne houten stok of een tandenstoker.

2. Implantatie van elektroden in de Mouse Head (Duur: ong. 20 min)

  1. Steriliseren alle chirurgische instrumenten in een hete kraal sterilisator voor de operatie. Verdoven een mannelijke muizen (10-20 weken oud, 20 - 30 g)met een intraperitoneale injectie van pentobarbital (50 mg / kg). Na het controleren dat de muis diep verdoofd door knijpen een teen, scheren de haren op het hoofd en de nek met een tondeuse.
  2. Beweeg de muis naar de stereotaxische frame en bevestig de kop tussen de 2 oor bars. Vaseline op de ogen tot droog voorkomen. Reinigen de geschoren huid met alcohol en snijd het langs de middellijn met een scalpel aan de schedel bloot te leggen. Klem de huid om de chirurgische gebied open te houden.
  3. Door een carbide frees (boor grootte: 0,8 mm diameter), boor 2 gaten in de schedel, een over de frontale corticale gebied (1 mm anterior bregma, 1,5 mm lateraal van de middellijn) en de andere via parietale gebied ( 1 mm anterior lambda, 1,5 mm lateraal van middellijn) van de rechter hersenhelft volgens stereotaxische coördinaten van Paxinos en Franklin. 23
  4. Door het gebruik van een schroevendraaier een juwelier, plaats roestvrij staal EEG-opname schroeven in de gaten en zorg 2-2,5 beurten voor elk screw voor epidurale positionering over de cortex.
    Opmerking: Plaats geen schroeven te diep om schade aan het hersenweefsel te voorkomen. Controleer of de schroeven stevig zijn bevestigd op de schedel. Dit is belangrijk om stabiel EEG signalen gedurende langere meervoudige opnamen (gewoonlijk meer dan 1 maand). Wiggly schroeven produceren EEG artefacten en kunnen komen uit voor het einde van het testschema.
  5. Bevestig de elektrode assemblage (zie paragraaf 1.1, pennen draaide boven) met secondenlijm aan de schedel en bedek met tandheelkundige cement. Voeg bilateraal prikken met een pincet in de trapezius (nek) spieren en steek de roestvrijstalen draden die als EMG-elektroden in de gaten. Hecht de huid met zijden draad (0,1 mm diameter) om de blootstelling van de spier te vermijden.
  6. Verwijder de muis uit het stereotactische frame. Dien ampicilline (100 mg / kg) en meloxicam (1 mg / kg) intraperitoneaal aan de muizen om bacteriële infecties te voorkomen en om postoperatieve pijn te verminderen, resp. Keep de muis op een warmte-pad en bewaken totdat het voldoende bewustzijn heeft herwonnen om borstligging handhaven. House muis afzonderlijk gedurende herstel om verwijdering van elektroden veroorzaakt door andere dieren en beheren meloxicam (1 mg / kg) intraperitoneaal op de eerste dag na de operatie.

3. Opnemen en verwerven EEG / EMG Gegevens

  1. Na een 1-weekse herstelperiode, huis elke muis afzonderlijk in een experimentele kooi geplaatst in een geluiddichte opname kamer. Onderhouden van een omgevingstemperatuur van 23 ± 1 ° C en automatisch te regelen cycli van 12-uur licht / 12 uur donker (lichten aan om 08:00 uur, lichtintensiteit ~ 100 lux).
  2. Sluit de EEG / EMG elektrode montage op de muis hoofd om een ​​opname-kabel. Zorg ervoor dat de opname-kabel is aangesloten op een slip ring (die is zo ontworpen dat de bewegingen van de muis niet worden beperkt door het verdraaien van de kabel) en een EEG / EMG signaalversterker. Filter EEG / EMG signalen (EEG, 0,5-64 Hz; EMG, 16-64 Hz), digitaliseren met een bemonsteringsfrequentie van 128 Hz door een analoog-naar-digitaalomzetter (A / D) en tenslotte opnemen op een computer met EEG / EMG opname software (Table materialenscherm, 4 th vermelding van beneden).
  3. Wennen met de muis voor 2-3 dagen in de opname kamer. Indien het EEG / EMG opname omvat intraperitoneale Drug voorzichtig omgaan met de muis in elke gewenning dag op het tijdstip van de toediening.
  4. Vervolgens start EEG / EMG opname software (Table 'Materials', 4e ingang van beneden).
    1. Selecteer het tabblad 'Data bestandsinformatie' en klikt u op het vakje naast de bestandsnaam. Voer een bestandsnaam in en klik op 'Opslaan'.
    2. Selecteer het tabblad 'Opnemen conditie' en selecteer alle EEG / EMG-kanalen die zullen worden opgenomen.
    3. Selecteer de sample frequentie (128 Hz) in het tabblad 'Opnemen conditie'.
    4. Controleer of de geselecteerde kanalen correct worden weergegeven in th'Channel informatie' tab e.
    5. Selecteer het tabblad 'Timer-instelling' en klik op 'Monitor' te EEG en EMG weergeven.
    6. Controleer of EEG / EMG signalen correct worden weergegeven.
    7. Selecteer het tabblad 'Timer-instelling' en stel de kloktijd voor het begin en het einde van de opname in de 'Main Timer' gebied.
    8. Klik op 'Monitor' in het tabblad 'Timer-instelling' om de opname te starten.
  5. Record EEG / EMG signalen onder de uitgangswaarde (bijv., Slaap / waak gedrag van een vrij te gedragen muis) en een andere behandeling (bijv., Cafeïne administratie of sham behandeling) over meerdere dagen. Euthanaseren de muis met een intraperitoneale injectie van pentobarbital (200 mg / kg) na de experimentele dag.

4. Scoren van Behavioral Staat Op basis van EEG / EMG Gegevens

  1. Start de software voor EEG / EMG-analyse (Tabel 'Materials', 4e ingang van beneden). Open de EEG / EMG ruwe data (.kcd bestand) geproduceerd onder de stap 3. Klik op het tabblad 'Sleep' en selecteer Epoch tijd. Selecteer 10 sec.
  2. Klik op het tabblad 'Sleep' en selecteer 'Multi-screening' om automatisch te scoren alle 10-sec tijdperken in 3 fasen (bijv., NREM en de REM-slaap, en waken) op basis van de amplitudes van de EEG en EMG en spectrale analyse van het EEG. 3
  3. Klik op 'FFT voorwaarde voor EEG'.
  4. Stel de parameters voor de spectrale analyse [256 referentiepunten (overeenkomend met 2 seconden van de EEG), Hanning window functie, en het gemiddelde van 5 spectra per tijdperk]. 3 Klik op 'OK'.
  5. Klik op 'Start' Screening om de automatische screening beginnen. Open de gescoord data (.raf bestand).
  6. Controleer de resultaten van de automatische screening en eventueel corrigeren handmatig gebaseerd op standaard criteria (zie Representatieve resultaten Figuur 1B en Tabel 1 2, 3 kort, klik en houd de linker muisknop op een verkeerd scoorde tijdperk en sleep de cursor over het koord van verkeerd scoorde tijdperken. Laat de linker muisknop en kies de juiste gedrags staat in de pop-up venster.
    Opmerking: soms tijdvakken bij de overgang tussen twee toestanden waakzaam zijn moeilijk eenduidig ​​scoren op één staat. In dergelijke gevallen moet de periode worden gescoord om de schijnbare toestand en dezelfde criteria worden toegepast op soortgelijke perioden gedurende het experiment gegevens reproduceerbaarheid te waarborgen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figuur 1B illustreert voorbeelden van de muis EEG in de verschillende toestanden waakzaamheid. Zoals getoond in tabel 1, worden tijdperken ingedeeld NREM slaap wanneer de EEG blijkt uit grote, langzaam hersengolven met een delta ritme beneden 4 Hz en EMG slechts een zwak of geen signaal. Tijdperken worden als REM slaap wanneer de EEG vertoont een snelle low-voltage hersengolven in de theta bereik tussen 6 en 10 Hz en de EMG toont lage amplitude. Andere periodes moet worden aangemerkt als waakzaamheid (bijv., Lage tot matige spanning EEG en het optreden van de EMG-activiteit).

Zo kan het EEG / EMG opname set-up in dit protocol beschreven worden toegepast om de hoeveelheid slaap en slaap / waak profiel van C57BL / 6-muizen te bepalen onder basisomstandigheden en na behandeling met cafeïne (figuren 2 en 3).

Onder baseline omstandigheden muizen die nachtelijke dieren, vertoonden een duidelijke circadiane slaap-waak ritme, zoals te zien in deze figuren, met grotere hoeveelheden slaap tijdens de lichtperiode dan tijdens de donkere (Figuur 2A). Tijdens de 12-uur licht periode de muizen bleek 6,7 h en 0,9 h NREM en de REM slaap, respectievelijk; terwijl tijdens de 12-uur donkere periode, wakker was overheersend (Figuur 2B). Anderzijds kan de kwaliteit van de slaap worden geëvalueerd op basis van de waakzaamheid staat en EEG vermogensspectrum analyse (figuur 2C-F). Meestal kan huisstijlen opnames van EEG en EMG worden gebruikt om episodeduur distributie bepalen, gemiddelde duur, en getrapte overgang nummer voor elke waakzaamheid toestand (figuur 2C-E). Bovendien is de EEG vermogensspectrum voor NREM en REM slaap bij muizen tijdens de lichte en donkere periode (figuur 2F) toont sterke EEG vermogensdichtheid in het frequentiegebied van 0,5 - 4 Hz en 6 - 10Hz, respectievelijk. Opgemerkt wordt dat het EEG tijdens REM-slaap ook kleine hoeveelheden deltagolven (0,5 - 4 Hz), omdat de vermengde staten NREM en de REM-slaap soms een verontreiniging.

Drug effecten op het slaap-waak gedrag van muizen te evalueren, worden 24-30 EEG en EMG meestal opgenomen voor 2 opeenvolgende dagen. Om, bijvoorbeeld, het opwekken effect van cafeïne op C57BL / 6 muizen 24 werden de muizen behandeld met drager (10 ml / kg zoutoplossing, intraperitoneaal) op dag 1 om 10:00 AM in de vroege fase van de lichtperiode. De dieren werden vervolgens 24 uur later behandeld met cafeïne (15 mg / kg), en de waakzaamheid toestanden werden geclassificeerd offline te waken, REM slaap en NREM-slaap. Figuur 3A toont typische voorbeelden van EEG, EMG, en hypnograms na toediening van cafeïne (polysomnographic onderste panelen) of drager (polysomnographic bovenste panelen) in een C57BL / 6 muis. Cafeïne Increased de hoeveelheid waakzaamheid in C57BL / 6-muizen 2,8-voudig voor 3 uur na de injectie (Figuur 3B).

Figuur 1
Figuur 1. Sleep Bioassay System voor Muizen.

(A) EEG-signalen worden roestvrijstalen schroeven geïmplanteerd epiduraal via frontale cortex en pariëtale gebieden 1 hemisfeer. Bovendien wordt EMG-activiteit gecontroleerd door roestvrij staaldraad bilateraal binnen de trapezius spieren geplaatst. (B) Typische voorbeelden van EEG, EMG, EEG en vermogensdichtheid van 10 seconden tijdens NREM of REM-slaap en wakker zijn in een muis. In NREM slaap EEG toont high-amplitude golven; en de delta band (0,5-4 Hz) is dominant (links). In de REM-slaap, EEG toont lage amplitude golven, met de theta band (6-10 Hz) dominant (midden). In wakker, de EEG toont low-amplitude golven, zonder frequentie dominant (rechts). EMG signalen zijn lager in zowel NREM en de REM-slaap dan in waken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2. slaap-waak Profielen onder Baseline voorwaarden in C57BL / 6 muizen beoordeeld door EEG / EMG Recordings.

(A) Tijd-gangen veranderingen in de zendtijd van elke gedrags podium. Witte en zwarte balken boven de x -axes geven de lichte en donkere periode respectievelijk. (B) Totaal bedrag van elke fase gedurende 12 uur toont een grotere hoeveelheid NREM en de REM-slaap tijdens het licht periode vergeleken met die in de donkere periode. (C) Verdeling van episode duur van elke fase. (D) Gemiddelde duur van elke fase is langer voor waken in de donkere periode. (E) fase-overgang aantal van elke fase toont vaker overgangen in de lichte periode. (F) EEG vermogensspectrum tijdens NREM en REM-slaap blijkt in wezen geen verschil power-dichtheid tussen lichte en donkere periodes. Gegevens zijn weergegeven als gemiddelde ± SEM (n = 5). * P <0,05, ** p <0,01, zoals beoordeeld door gepaarde tweezijdige Student t-test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3
Figuur 3. Arousal effect van cafeïne beoordeeld door EEG / EMG Recordings.

(A) Typische voorbeelden van EEG, EMG, en hypnograms na toediening van vehikel (bovenste paneel) of cafeïne in een dosis van 15 mg / kg (onderste paneel). (B) tijdsverloop van wakefulness in muizen behandeld met cafeïne. (C) Wakefulness over een 3-uur periode na injectie van cafeïne. Gegevens zijn weergegeven als gemiddelde ± SEM (n = 5). ** P <0,01 in vergelijking met de injectie voertuig, zoals vastgesteld door gepaarde tweezijdige Student t-test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

NREM slaap REM-slaap Waakzaamheid
EEG amplitude Hoog Laag Laag
Dominante EEG frequentie Delta band (0,5-4 Hz) Theta band (6 - 10 Hz) Geen
EMG amplitude Laag Laag Hoog

Tabel 1: algemene criteria op Behavioral Staten Score van EEG / EMG signalen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit protocol beschrijft een set-up voor EEG / EMG registraties dat de beoordeling van slapen en waken onder lage ruis, kosteneffectieve, en high-throughput voorwaarden toestaat. Vanwege de kleine afmetingen van de EEG / EMG electrodekop samenstel kan dit systeem worden gecombineerd met andere implantaten voor intra-brain experimenten, waaronder optogenetics (glasvezel implantatie), of in combinatie met gelijktijdige canule implantatie microinfusion van geneesmiddelen in de muis brain. 31 Bovendien is het ontwerp van de elektrode kopsamenstel ten opzichte meerpolige headers biedt flexibiliteit in het aantal opname kanalen, wanneer de meting van additionele elektrische signalen (bv., contralaterale EEG, elektro-of plaatselijke veldpotentiaal) vereist .

Echter, individuele huisvesting nodig is voor de kabel-based design in dit protocol, dat dus beperkt de beoordeling van de gedrags-staten, namelijk beschreven., Slaap en wakefulness, in combinatie met de sociale interactie of complex gedragstesten. In dat geval zal een draadloos slaap controlesysteem waarschijnlijk meer geschikt, hoewel telemetrie inrichtingen niet zonder hun eigen kenmerken beperken, met name de kosten en de batterij levensduur.

De kwaliteit van EEG / EMG-signalen belangrijk voor het scoren van gedragstoestanden volgens de in figuur 1 en tabel 1. Wiggly elektroden criteria (bijv., Schroeven) zijn vaak de oorzaak van elektrische ruis resulteert in artefacten in het EEG en FFT analyse. Bovendien is het voor de kwaliteit van het EEG-signaal volledig te bedekken de elektrode schroeven met tandheelkundig cement om luchtbellen tussen de schroeven en cement te voorkomen, wat resulteert in verhoogde elektrische ruis. De kwaliteit van EEG signalen in een natuurlijk slaap muis worden gecontroleerd door visueel bevestigen dat ze een hoge amplitude en lage frequentie.

Kosten entijd om implantaat elektroden zijn kritische factoren voor veel slaap onderzoekslaboratoria en worden beschouwd als een groot nadeel voor grootschalige screening van slaap-waak gedrag bij muizen. De EEG / EMG opname-systeem hier beschreven kan worden vastgesteld en in werking bij een lage tot matige kosten, inclusief terugkerende kosten voor de elektrode materialen en medische benodigdheden (ongeveer 2 USD per muis) en investeringen voor EEG / EMG opname-apparatuur (slip ring, versterker en A / D-omzetter; circa 2000 USD per muis).

Met betrekking tot tijd kan een ervaren onderzoeker het elektrode implantatie 1 muis in minder dan 20 min sluiten; en aldus is het mogelijk om op meer dan 20 muizen per dag. Een andere belangrijke factor voor de algehele efficiëntie van de beoordeling van slapen op basis van EEG / EMG meting is het gebruik van software voor verwerving en automatische scoring van EEG / EMG data. Voor deze doeleinden, een verscheidenheid van commerciële en in-house ontwikkelde software is beschikbaar met eenhoge variabiliteit in de prijsstelling of scoren nauwkeurigheid.

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