स्वतंत्र रूप से चलती Piglets से इनवेसिव ईईजी रिकॉर्डिंग

Neuroscience

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Summary

यहां, हम एक telemetric electroencephalograms (EEGs) के लिए स्वतंत्र रूप से एक शामक के उपयोग के बिना सीधे pigpen में piglets चलती से रिकॉर्ड प्रोटोकॉल मौजूद है, यह गैर के दौरान ठेठ ईईजी पैटर्न रिकॉर्ड संभव-नहीं, धुरी फटने की तरह नींद ।

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de Camp, N. V., Dietze, S., Klaßen, M., Bergeler, J. Noninvasive EEG Recordings from Freely Moving Piglets. J. Vis. Exp. (137), e58226, doi:10.3791/58226 (2018).

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Abstract

विधि उच्च गुणवत्ता electroencephalograms (EEGs) की रिकॉर्डिंग स्वतंत्र रूप से pigpen में सीधे चलती piglets से अनुमति देता है । हम मानक स्वयं चिपकने वाला hydrogel इलेक्ट्रोड के साथ संयोजन में एक एक चैनल telemetric electroencephalography प्रणाली का उपयोग करें । piglets शामक के उपयोग के बिना शांत कर रहे हैं । pigpen में उनकी रिहाई के बाद, piglets व्यवहार आम तौर पर-वे पीते है और अपने भाई बहनों के रूप में एक ही चक्र में सो जाओ । उनकी नींद चरणों ईईजी रिकॉर्डिंग के लिए उपयोग किया जाता है ।

Introduction

Piglets तंत्रिका विज्ञान के लिए एक उभरते मॉडल प्रणाली है1। शोधों के अनुसंधान को सुदृढ़ करने के लिए, हमने अनर्गल piglets2 (चित्रा 1 और चित्रा 2) से गैर इनवेसिव, नैदानिक EEGs को रिकॉर्ड करने के लिए एक विधि का आविष्कार किया । ईईजी रिकॉर्डिंग के एक शोधों के उपयोग के लिए दो आवश्यकताएँ, cortical परिपक्वता के साथ जुड़े ईईजी पैटर्न के बारे में, एक गैर इनवेसिव पद्धति, नैदानिक सेटिंग के लिए तुलनीय हैं, और शामक या संज्ञाहरण के संयम. एक चैनल टेलीमेट्री प्रणाली3 स्वयं चिपकने वाला इलेक्ट्रोड के साथ संयोजन में के बारे में 5 मिनट में तय किया जा सकता है. बाद में, piglets से निपटने की प्रक्रिया से जल्दी ठीक हो जाएगा और उनके खिलाने और सो व्यवहार के दूसरे के लिए सिंक्रनाइज़ piglets और बोना ।

भले ही वहाँ पहले से ही गैर-इनवेसिव ईईजी रिकॉर्डिंग का उपयोग करने के लिए प्रयास कर रहे हैं4बेहोश, जानवरों से सबसे electroencephalography अध्ययन आक्रामक दृष्टिकोण के साथ आयोजित कर रहे हैं. इन तरीकों प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के आसपास भड़काऊ प्रक्रियाओं के बारे में दुष्प्रभाव है5,6 और, ज्यादातर मामलों में, वे प्रत्यारोपित ईईजी प्रणाली के बाहरी घटकों के कारण जानवरों की एक सामाजिक जुदाई की आवश्यकता है । इसलिए, नैदानिक संदर्भ के लिए इन आंकड़ों का अनुवाद मुश्किल है । अनुवाद दृष्टिकोण के लिए की जरूरत है तथ्य यह है कि यह अभी भी ज्ञात नहीं है कि कैसे एक "सामांय" मस्तिष्क परिपक्वता जल्दी cortical विकास के दौरान नैदानिक, गैर इनवेसिव electroencephalography7द्वारा प्रतिनिधित्व किया है द्वारा स्पष्ट होता जा रहा है । यह ज्ञान अंतर ईईजी रिकॉर्डिंग से अपरिपक्व शिशुओं8से संबंधित तकनीकी चुनौतियों के कारण होता है । पशु मॉडल प्रणालियों में, जल्दी cortical विकास के पैटर्न बेहतर सुलभ हैं, क्योंकि ज्यादातर जानवरों मानव cortical विकास9की तुलना में एक "अपरिपक्व मस्तिष्क" के साथ पैदा होते हैं । 2प्रजातियों में cortical विकास के पैटर्न के अलावा संरक्षित, यह हाल ही में दिखाया गया है कि अपरिपक्व शिशुओं से ईईजी रिकॉर्डिंग भी बाद में जीवन10,11के दौरान व्यक्तिगत नैदानिक परिणाम की भविष्यवाणी कर सकते हैं । विधि यहां वर्णित विकास तंत्रिका विज्ञान के शोधों के पहलुओं के लिए विशेष रूप से उपयोगी है ।

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Protocol

स्थानीय एथिक्स कमेटी (#23177-07/G10-1-010/जी 15-15-011) द्वारा सभी प्रक्रियाओं को अनुमोदित किया गया और उसके बाद यूरोपीय और जर्मन राष्ट्रीय विनियम (यूरोपीय समुदाय परिषद के निर्देश, 86/609/ECC; Tierschutzgesetz) ।

सभी पशु प्रक्रियाओं जोहांस Gutenberg-विश्वविद्यालय मैन्ज़ पशु देखभाल समिति के नियमों के चिकित्सा केंद्र के अनुसार प्रदर्शन किया गया ।

1. सेटअप

  1. प्रयोग करने से पहले, किसी भी लाइन शोर के लिए जांच करें और सेट अप और एंटीना के लिए एक पर्याप्त स्थान मिल. लाइन शोर एक ६० या ५० हर्ट्ज साइन लहर के रूप में दिखाई दे रहा है.
    नोट: एंटीना के स्थान और विशेष रूप से ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच की दूरी प्रणाली के संचरण की शक्ति पर निर्भर करता है. यहां इस्तेमाल प्रणाली समायोज्य है । यह एक अपेक्षाकृत कम शक्ति के लिए समायोजित किया गया था, एक लगभग 3 मीटर संचरण रेंज के साथ. इसके अतिरिक्त, pigpen में धातु बाड़ संकेत गीला कर सकते है और कारण हस्तक्षेप । इस मामले में, यह धातु पिंजरे के अंदर ऐन्टेना जगह के लिए आवश्यक है.
  2. लाइन शक्ति के साथ सेट अप की आपूर्ति करने के लिए एक केबल ड्रम का उपयोग करें । लैपटॉप, रिसीवर इकाई, और एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर कनेक्ट करें (यदि आवश्यक हो) विशिष्ट टेलीमेट्री सिस्टम के लिए उपयोग किया जा रहा है ।
    नोट: टेलीमेट्री प्रणाली यहां इस्तेमाल किया रिसीवर के लिए डिजिटल डेटा भेजा है । यह अंय सिस्टमों के लिए भिंन हो सकता है ।
  3. इलेक्ट्रोड, चिपकने वाले, क्यू युक्तियाँ, और पोंछे, साथ ही मिश्रण ब्लॉकों में, एक अलग मेज पर रखें.
  4. छोटे केबल के साथ इलेक्ट्रोड तैयार करें. ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रोड में कटौती और एक लंबाई के साथ उन्हें फिर से मिलाप संभव के रूप में कम, जानवर के आकार पर निर्भर करता है. केबल काफी लंबे समय के लिए telemetric ईईजी इकाई के साथ सिर पर वांछित रिकॉर्डिंग पदों से कनेक्ट होना चाहिए, डेटा संचारण । केबल है कि बहुत लंबे समय से पीछे हटना और त्वचा चिपकने वाला सिलिकॉन elastomer के साथ कवर किया जाना चाहिए । अब केबल हटना चाहिए कि सिलिकॉन पैच बड़ा और भारी बना ।

2. घेंटा

  1. यह पैर पर या छाती पर कब्जाने के द्वारा एक घेंटा पकड़ो । यह पकड़ो और किसी भी शौच या पेशाब के बारे में पता है ।
  2. यदि आवश्यक हो, तो किसी संख्या के साथ घेंटा चिह्नित करें ।
  3. घेंटा को एक तौलिये में लपेट लें । घेंटा शांत हो जाएगा । घेंटा को overheating के बारे में पता हो ।
  4. शरीर या बांह की घेंटा पर एक हाथ से पकड़ो । थूथन को धारण करने के लिए दूसरे हाथ का प्रयोग करें । घेंटा overheating के बारे में पता है और सुनिश्चित करें कि यह ठीक से सांस लेने के लिए स्वतंत्र है ।

3. इलेक्ट्रोड

  1. एक दूसरे व्यक्ति इलेक्ट्रोड संलग्न है ।
  2. पानी या इथेनॉल के साथ गंदगी से त्वचा को साफ । यदि आवश्यक हो, सिर दाढ़ी ।
  3. एक घर्षण ईईजी जेल और एक क्यू टिप के साथ किसी भी मृत त्वचा कोशिकाओं को हटा दें । बाद में घर्षण जेल निकालें । वैकल्पिक रूप से, उपयोग सैड ।
  4. वांछित स्थान पर स्वयं चिपकने वाला इलेक्ट्रोड ठीक करें. सेरिबैलम (कान के बीच) और नाक पर संदर्भ इलेक्ट्रोड के ऊपर जमीन इलेक्ट्रोड रखें. वांछित स्थान पर रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड रखें ।
    नोट: इस मामले में, एक एकध्रुवीय रिकॉर्डिंग किया गया था, क्योंकि संदर्भ एक तटस्थ स्थिति (नाक) पर रखा गया था । piglets के लिए अब तक कोई मानकीकृत प्रणाली उपलब्ध नहीं है. यहाँ, एक पार्श्विका रिकॉर्डिंग स्थिति (आंख और कान के बीच) सही मस्तिष्क गोलार्द्ध पर इस्तेमाल किया गया था ।
  5. केबल को टेलीमेट्री इकाई से कनेक्ट करें । इकाई चालू करा. टेलीमेट्री प्रणाली इस्तेमाल पर निर्भर करता है, यह एक चुंबकीय स्विच या एक रेडियो आवृत्ति जगा-अप संकेत हो सकता है.
  6. कवर टेलीमेट्री इकाई और सभी केबल के रूप में के रूप में अच्छी तरह से दो घटक त्वचा चिपकने वाला सिलिकॉन रबर के साथ सभी इलेक्ट्रोड ( सामग्री की तालिकादेखें) । दोनों घटकों के बराबर मात्रा में मिश्रण करके, इलाज के समय 1 मिनट की सीमा में होगा । आंखों और बरौनी रबर के साथ कवर नहीं किया जाना चाहिए ।
  7. सिलिकॉन रबर पूरी तरह से ठीक हो गया है जब तक रुको ।
  8. घेंटा को pigpen में वापस रखें ।
  9. निरीक्षण घेंटा देखने के लिए अगर यह असुविधा के संकेत समय की एक लंबी अवधि में दिखा रहा है (कई मिनट) ।

4. मापन

  1. रुको जब तक घेंटा बरामद किया है और अपने भाई बहनों के साथ अपने व्यवहार सिंक्रनाइज़ शुरू होता है (खिला, खेल, सो), आमतौर पर 30 के बाद एस (1 चित्रा) ।
  2. सो चरणों के लिए रुको, अगर वांछित । रिकॉर्डिंग समय विशिष्ट वैज्ञानिक प्रश्न पर निर्भर करता है । यहां, 10 मिनट रिकॉर्डिंग सत्रों का उपयोग किया गया ।
  3. टेलीमेट्री इकाई 2 से अधिक अन्य piglets द्वारा कवर किया जाता है, तो संकेत रिसीवर के लिए बहुत कम हो सकता है । धीरे piglets दूर धक्का अगर वे शीर्ष पर सो रहे हैं । बिजाई के बारे में जागरूक रहें; यह आक्रामक प्रतिक्रिया हो सकती है ।
  4. डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर के साथ रिकॉर्डिंग शुरू ( सामग्री की तालिकादेखें) ।

5. समाप्त

  1. रिकॉर्डिंग के बाद (आमतौर पर कई घंटे), घेंटा फिर से पकड़ने के रूप में चरण 2 में वर्णित किया गया है । बिजाई के बारे में जागरूक रहें; यह आक्रामक प्रतिक्रिया हो सकती है ।
  2. धीरे एक किनारे पर सिलिकॉन रबर उठा । फिर, सिलिकॉन रबर इलेक्ट्रोड और टेलीमेट्री इकाई युक्त की पूरी पैच निकालें । घेंटा की आंखों से सावधान रहें ।
  3. घेंटा को pigpen में वापस रखें ।

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Representative Results

हम ठेठ ईईजी गैर के साथ जुड़े पैटर्न रिकॉर्ड करने में सक्षम थे, धुरी फटने या डेल्टा ब्रश की तरह-शेष नींद, स्वतंत्र रूप से चलती piglets से (चित्रा 1 और चित्रा 2) । हम ज्यादातर गैर के दौरान प्रतिनिधि पैटर्न में रुचि रखते थे-शेष नींद, लेकिन शेष के चरणों12 एक बहुत कम आयाम के साथ नींद की तरह भी (चित्रा 3) दर्ज किया गया है । फिजियोलॉजी और शेष नींद की राशि13प्रजातियों के पार अलग है । कुछ मिनट की रेंज में लघु शेष चरणों सूअरों के लिए विशिष्ट है14। अच्छा रिकॉर्डिंग गुणवत्ता भी खिला (स्तनपान) (चित्रा 4) के दौरान उपलब्ध था । व्यवहार खेलने के लिए के रूप में, मजबूत मांसपेशी गतिविधि मांसपेशी कलाकृतियों की ओर जाता है; हालांकि, फिल्टर ईईजी बैंड निकालने के लिए डिजाइन किया गया है । इसके अलावा संभव विश्लेषणात्मक उपकरण शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व या विश्लेषणात्मक नेटवर्क गतिविधि पर ध्यान केंद्रित कर उपकरणों की गणना कर रहे हैं, के रूप में, उदाहरण के लिए, चरण आयाम युग्मन । इन विश्लेषणात्मक उपकरण भी एकल चैनल ईईजी रिकॉर्डिंग के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Figure 1
चित्रा 1: telemetric ईईजी प्रणाली के साथ एक सो घेंटा । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: ठेठ ईईजी एक स्वतंत्र रूप से चलती घेंटा की नींद चरण के दौरान दर्ज पैटर्न, अपने भाई बहन के बगल में आराम । चार घटनाओं बक्से द्वारा उजागर कर रहे हैं । बाएं से दाएं, पहला बॉक्स विशिष्ट मांसपेशी गतिविधि द्वारा संक्रियात्मक पैटर्न से पता चलता है; उदाहरण के लिए, कम नींद के दौरान चिकोटी, तेज गामा गतिविधि की उच्च मात्रा (८० हर्ट्ज से ऊपर) और एक फट की तरह उपस्थिति की विशेषता. दूसरा बॉक्स एक डेल्टा ब्रश की तरह प्रकरण, थीटा और अल्फा रेंज में आरोपित गतिविधि के साथ डेल्टा गतिविधि की विशेषता से पता चलता है । तीसरे और चौथे बक्से गामा फटने (सो धुरी की घटनाओं की तरह), अल्फा, बीटा, और गामा बैंड में आवृत्ति घटकों की विशेषता के लघु एपिसोड दिखाते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: नींद के दौरान शेष चरणों । पहला और दूसरा बॉक्स शो स्लो-वेव स्लीप चरणों का है । तीसरे बॉक्स की अवधि में लगभग 20 एस के एक कम आयाम ईईजी चरण इंगित करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: एक पीने घेंटा (स्तनपान) के एक 10 मिनट ईईजी रिकॉर्डिंग ट्रेस । १०० एस के बाद गर्त ट्रांसमीटर और ईईजी रिकॉर्डिंग प्रणाली के रिसीवर के बीच रेडियो संचार के एक छोटे से नुकसान की वजह से है । इसके बाद, वहां कुछ मांसपेशी या आंदोलन कलाकृतियों हैं । मांसपेशी कलाकृतियों बहुत उच्च डेल्टा बैंड आयाम की विशेषता है । इसके विपरीत, ईईजी गतिविधि तेजी से लहरों के लिए धीमी गति से आयाम शक्ति का एक क्रमिक गिरावट की विशेषता है (देखें, उदाहरण के लिए, २०० और २५० एस के बीच) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

प्रोटोकॉल में एक महत्वपूर्ण कदम इलेक्ट्रोड के साथ पर्याप्त त्वचा संपर्क है, विशेष रूप से जमीन इलेक्ट्रोड, कम शोर के साथ स्थिर रिकॉर्डिंग प्राप्त करने के लिए. इसके अलावा, के बाद से piglets बहुत चुस्त हैं, यह करने के लिए सिलिकॉन रबर के साथ पूरे सिस्टम को कवर करने के लिए इलेक्ट्रोड और टेलीमेट्री इकाई की रक्षा महत्वपूर्ण है । इसके अलावा, अगर प्रयोग एक पट्टीदार मंजिल के साथ एक स्थिर में आयोजित कर रहे हैं, छोटे उपकरणों या connectors के साथ सतर्क रहना ।

स्वयं चिपकने वाला hydrogel इलेक्ट्रोड की एक अपर्याप्त पकड़ के मामले में, जितना संभव हो उतना घर्षण क्रीम को दूर करने के लिए प्रयास करें । बाहरी डेड स्किन लेयर को हटाने का एक वैकल्पिक तरीका सैड का प्रयोग है. शराब के साथ एक इलाज अनिवार्य नहीं है । गंदे त्वचा को पानी से भी साफ किया जा सकता है । telemetric प्रणाली को ठीक करने के लिए शरीर डबल सिलिकॉन के बजाय प्लास्टर स्ट्रिप्स का उपयोग न करें । प्लास्टर स्ट्रिप्स त्वचा जलन और असुविधा के बड़े पैमाने पर लक्षण पैदा कर सकता है । Piglets उस मामले में बहुत तेजी से प्रणाली से छुटकारा मिलता है ।

विधि की एक सीमा hydrogel इलेक्ट्रोड की स्थिरता है । वे कुछ ही घंटों के बाद शुष्क कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता में कमी आई है । इसके अलावा, सभी ईईजी तकनीकों के साथ के रूप में, मजबूत आंदोलनों आमतौर पर रिकॉर्डिंग ट्रेस पर मांसपेशी कलाकृतियों के साथ जुड़े रहे हैं (के रूप में चित्रा 4में देखा). इसके अतिरिक्त, एंटीना का एक अच्छा स्थान एक गरीब रिसीवर संकेत से परिणाम हो सकता है जो कलाकृतियों को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है. धातु बाड़ भी उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप का कारण हो सकता है, डेटा दृश्यों का नुकसान में जिसके परिणामस्वरूप । इस मुद्दे के लिए एक समाधान के लिए एक इष्टतम स्थिति में धातु बाड़ के अंदर एंटीना जगह है । एंटीना की इष्टतम स्थिति केवल परीक्षण और त्रुटि के द्वारा क्षेत्र में मूल्यांकन किया जा सकता है । बिजाई और अन्य piglets के कारण कलाकृतियां नहीं बन पाती हैं, क्योंकि piglets पहनकर सिस्टम आमतौर पर दूसरे piglets को अपने सिर में हेरफेर करने की इजाजत नहीं देता । यह अंय प्रजातियों के लिए अलग हो सकता है ।

विधि तंत्रिका विज्ञान में अनुवाद दृष्टिकोण के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है । इस तकनीक के साथ, यह बिना बेहोश करने की गैर इनवेसिव रिकॉर्डिंग का उपयोग करने के लिए संभव है. परिणामी ईईजी रिकॉर्डिंग बहुत नैदानिक सेटिंग के समान हैं । तकनीक पशु मॉडल सिस्टम के माध्यम से अपरिपक्व ईईजी परिपक्वता की विशेषता के लिए नई संभावनाओं को खोल सकता है । इसके अलावा, कई neuroscientific सवाल, विशेष रूप से cortical क्षेत्र क्षमता के बारे में, यह भी इनवेसिव तकनीक द्वारा जांच की जा सकती है । इसलिए, विधि तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में संख्या और पशु प्रयोगों की गंभीरता को कम करने की क्षमता है ।

भविष्य के लिए, एक से अधिक इलेक्ट्रोड के साथ रिकॉर्डिंग की योजना बनाई है । एक शर्त इलेक्ट्रोड के miniaturization है । इसके अलावा, इलेक्ट्रोड की दीर्घकालिक स्थिरता भविष्य के नवाचारों के लिए एक मुद्दा है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम Hofgut Neumühle में pigpen में हमारे अनुसंधान के संचालन के अवसर के लिए हेल्मुट Scheu धंयवाद देना चाहूंगा ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Disposable adhesive
surface silver/silver chloride electrodes
Spes
Medica S.r.l., Genova, Italy
Self adhesive hydrogel electrode
Abralyt HiCl Easycap GmbH Abrasive cream
Body Double fast Smooth On Inc. Skin adhesive silicone
Telemetry system Internal development
Picolog 1216 Pico Technology AD converter
Laptop Panasonic Rugged laptop
Receiver Internal development

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References

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