Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

هنا، نقدم إجراءات تجريبية وتحليلية لوصف الديناميات الزمنية للمتغيرات العصبية والقلبية من النوم غير ريم في الفئران، والتي تعدل استجابة النوم إلى المحفزات الصوتية.

Abstract

ثلاث دول يقظة تهيمن على حياة الثدييات: اليقظة، وحركة العين غير السريعة (غير ريم) النوم، والنوم ريم. كما يتم تحديد المزيد من الارتباطات العصبية للسلوك في الحيوانات تتحرك بحرية، وهذا التقسيم ثلاثة أضعاف يصبح التبسيط للغاية. خلال اليقظة، فرق من الأنشطة القشرية العالمية والمحلية، جنبا إلى جنب مع المعلمات الطرفية مثل قطر الحدقة والتوازن سيمباثوفاغال، تحديد درجات مختلفة من الإثارة. ولا يزال من غير الواضح المدى الذي يشكل فيه النوم أيضا سلسلة متصلة من الحالات الدماغية، حيث تتفاوت درجة مرونة المحفزات الحسية وإمكانية الاستغراب، وربما وظائف النوم الأخرى تدريجيا، وكيف تتفاوت الدول الفسيولوجية الطرفية. البحوث التي تقدم أساليب لمراقبة المعلمات متعددة أثناء النوم، فضلا عن عزو إلى الأبراج من هذه الصفات الوظيفية، أمر أساسي لتنقيح فهمنا للنوم باعتبارها عملية متعددة الوظائف خلالها العديد من الآثار المفيدة يجب أن يكون السابقecuted. إن تحديد معايير جديدة تميز حالات النوم سيتيح فرصا لسبل تشخيص جديدة في اضطرابات النوم.

نقدم إجراء لوصف الاختلافات الديناميكية للماوس حالات عدم ريم الماوس عن طريق الرصد والتحليل جنبا إلى جنب من تخطيط كهربية الدماغ (إيغ) / إليكتروكورتيكوغرام (إكوغ)، تخطيط كهربية القلب (إمغ)، وإشارات تخطيط القلب (إسغ) باستخدام تقنيات تسجيل بوليسومنوغرافيك القياسية. باستخدام هذا النهج، وجدنا أن الماوس غير ريم النوم يتم تنظيمها في دورات من التذبذبات العصبية والقلبية المنسقة التي تولد فترات متتالية 25 ثانية من الهشاشة العالية والمنخفضة إلى المحفزات الخارجية. لذلك، يتم تنسيق النظم العصبية المركزية واللاإرادية لتشكيل حالات النوم المميزة السلوكية خلال النوم غير ريم الموحدة. نقدم المناورات الجراحية ل بوليسومنوغرافيك ( أي، إيغ / إمغ جنبا إلى جنب مع تخطيط القلب) رصد لتتبع هذه الدورات في الماوس النوم بحرية، والتحليل لكميةفي دينامياتهم، وبروتوكولات التحفيز الصوتية لتقييم دورهم في احتمال الاستيقاظ. وقد تم توسيع نطاق نهجنا بالفعل ليشمل النوم البشري والوعود لكشف مبادئ تنظيم مشتركة من حالات النوم غير ريم في الثدييات.

Introduction

النوم الثدييات هو حالة السلوكية من الراحة والقدرة على الصمود إلى المحفزات البيئية. على الرغم من هذا التوحيد الظاهري، تشير المعلمات بوليسومنوغرافيك واللاإرادي إلى أن النوم يتحرك بين الولايات العصبية والجسدية مختلفة نوعيا وكميا على مختلف الزمانية والمكانية المقاييس 1 . على مدى دقائق إلى عشرات الدقائق، والتبديل بين غير ريم و ريم النوم يحدث. ويرافق النوم غير ريم من خلال السعة الكبيرة، ونشاط التردد المنخفض في إيغ، مع ذروة طيفية حوالي ~ 0.5 - 4 هرتز، في حين أن النوم ريم يظهر النشاط إيغ منتظم في الفرقة ثيتا (6-10 هرتز)، جنبا إلى جنب مع العضلات أتونيا 2 . في غضون النوم غير ريم، والبشر دورة من خلال ضوء (S2) وعميق موجة بطيئة النوم (سوز). كما تشير تسمية لها، تظهر هاتان المرحلتين عتبات الاستثارة أقل وأعلى 3 ، 4 ، على التوالي، وأنها تختلف في المقام الأول في كثافة التردد المنخفضإنسي القشرية السلطة إيغ، ويشار إلى النشاط موجة بطيئة (سوا، 0.75 - 4 هرتز). يستمر عدم التوحيد في جميع نوبات فردية من S2 و سوز على الدقيقة إلى الثانية من الدرجة الثانية، كما توثيق على نطاق واسع من قبل وجود متغير سوا على مدى نوبة 5 ، 6 ، ولكن أيضا من قبل إيغ والإيقاعات المحتملة الحقل في ترددات أعلى، بما في ذلك موجات المغزل في الفرقة سيغما (10-15 هرتز) وإيقاعات غاما (80-120 هرتز) (للمراجعة، انظر 7 ، 8 ، 9 ، 10 ).

بدلا من أن تكون خفية، وهذه الاختلافات لا تحول حالة القشرية النوم في البشر إلى أقصى الحدود من الطيف. بالنسبة للنوم غير ريم، تتراوح هذه من غلبة سوا إلى أن النشاط التقريبي الذي يشبه اليقظة لأنها تحتوي على نسبة كبيرة من المكونات عالية التردد 11 ، 12 . في القوارض والقطط، على الرغم من أن النوم غير ريم لا تنقسم إلى مراحل، فترة قصيرة تسمى النوم الوسيط (داعش) يبرز قبل بداية النوم ريم 13 . خلال داعش، نوم ريم ميزات مثل الحصين ثيتا النشاط و بونتو-جينيكولو-أوكيبيتال الأمواج الشروع، في حين أن عدم تواقيع النوم ريم، مثل موجات المغزل و سوا، لا تزال موجودة، مشيرا إلى مزيج بين حالتين النوم 14 ، 15 . ومع ذلك، يمكن أن يكون داعش متميزا وظيفيا لأنه يتم تعديله من قبل مضادات الاكتئاب 16 ومن خلال عرض كائن جديد خلال الاستيقاظ السابق 17 ، ويسهم في تحديد عتبة الاستثارة 18 . وعلاوة على ذلك، مؤامرات الفضاء الدولة من إيغ و إمغ المعلمات من الفئران تتحرك بحرية تظهر مجموعة من النقاط 14 التي هي مستمرة بين النوم غير ريم، النوم ريم، واليقظة. هناك أيضا انخفاضات متفرقة في سوا، دون دخول اليقظة أو النوم ريم، مما يؤدي إلى تقلبات كبيرة في الوجود النسبي للمكونات منخفضة وعالية التردد خلال نوبة موحدة غير ريم نوبة 14 ، 19 ، 20 . وأخيرا، نسب متغيرة من سوا وإيقاعات التردد العالي أثناء النوم غير ريم تحدث ليس فقط في الوقت المناسب، ولكن أيضا تظهر الاختلافات الإقليمية في الاتساع والتزامن بين المناطق القشرية 19 .

الثدييات غير ريم النوم هو أبعد ما يكون عن الزي الرسمي. ومع ذلك، ما إذا كان هذا عدم التوحيد يؤدي إلى الدول التي تختلف في وظيفة والسمات السلوكية ليست واضحة. في عدة أنواع من اضطرابات النوم، وتعطل النوم المستمر عن طريق الاستيقاظ التلقائي والسلوك الحركي غير لائق. وعلاوة على ذلك، تظهر التحليلات الطيفية التعديلات في الوجود النسبي للترددات العالية في إيغ 21وفي المعلمات اللاإرادية، مثل معدلات التنفس وضرب القلب 22 . وبالتالي تسلسل منظم من حالات النوم مستقرة وبالتالي المضطرب، وعناصر من القشرية و / أو الاستثارة المستقلة تتدخل بطريقة غير منضبط. لذلك، فهم سلسلة من حالات النوم من الممكن أن تكون ذات صلة بالمرض. وبالإضافة إلى ذلك، فإن اضطراب النوم بسبب الضوضاء البيئية في البيئات الحضرية يرتبط بالمخاطر الصحية العامة، مما يجعل من الأهمية بمكان تحديد لحظات الضعف الشديد أثناء النوم 23 .

وتشير تجارب الإثارة السلوكية في البشر النائمين إلى أنه من الأصعب أن يستيقظ من النوم غير الريمي الذي يسيطر عليه سوا (المرحلة S3)، في حين أن النوم غير الريمي الخفيف (المرحلة S2) ونوم الريم تظهر عتبات استثارة مماثلة و أقل 4 . وتختلف المعالجة القشرية للمحفزات الصوتية القصيرة بشكل كبير بين نوم الريم و S2 و S3 24 ،25 ، مشيرا إلى أن أنماط النشاط القشرية الدولة محددة تعدل المراحل الأولى من المعالجة الحسية. بالنسبة للنوم غير ريم في البشر، الميل إلى الاستيقاظ ردا على الضوضاء يختلف مع وجود موجات المغزل وإيقاعات ألفا في إيغ 26 ، 27 ، 28 . ويرافق إيقاع المهاد أثناء المغزل من خلال تثبيط متشابك تعزيز في كل من المهاد ومستويات القشرية، والتي يعتقد أن تسهم في توهين المعالجة الحسية 7 .

كيف يتم تنظيم فترات النوم المقاومة للضوضاء والضعيفة في الوقت المناسب، وما هي محدداتها؟ في كل من الفئران والبشرية، حددنا مؤخرا بطيئة، 0.02-هرتز التذبذب في الإيقاعات العصبية. اعتمادا على مرحلة من هذا التذبذب 0.02 هرتز، أظهرت الفئران تفاعل متغير للمؤثرات الخارجية، إما الاستيقاظ أو النوم ثروغ الضوضاء. ومن المثير للاهتمام، كان يرتبط هذا التذبذب مع معدل ضربات القلب، مشيرا إلى أن الجهاز العصبي اللاإرادي يشارك في تشكيل ضعف النوم إلى المحفزات الخارجية 1 . كما تم تنظيم إيقاعات الحصين المتعلقة بالذاكرة ضمن هذا الإيقاع، والأكثر وضوحا، قوتها ترتبط بنوعية توطيد الذاكرة في البشر. وهكذا يبدو أن التذبذب 0.02-هرتز هو مبدأ تنظيمي للقوارض والنوم غير ريم البشري الذي ينظم كلا من الحساسية للبيئة ومعالجة الذاكرة الداخلية. وهذا يسلط الضوء مرة أخرى على الحاجة إلى تقييمات متعددة الأوجه ومستمرة لحالات النوم للاعتراف وظائفهم وتحديد المواقع من الضعف المحتمل.

هنا، نقدم إجراء لاستخراج الموجي من هذه الديناميات، بما في ذلك زرع الجراحة من الفئران ل إيغ / إكوغ مجتمعة وقياسات إمغ-إسغ، والتعرض للمؤثرات الحسية، وتحليل الروتين. ويوفر هذا الإجراء أساسا لمشاهدة النوم كدولة يقظة باستمرار بعد منظمة للغاية بعد ذلك يتم تنفيذ وظائف النوم الأساسية المختلفة بالتتابع. وبشكل أعم، فإن الإجراء ينطبق على النهج التي تهدف إلى استخراج الخصائص الطيفية والاستقلالية التي تسبق النتيجة السلوكية أثناء النوم في كل من الصحة والمرض الحالات.

Protocol

وأجريت جميع الإجراءات التجريبية وفقا لجامعة لوزان لرعاية الحيوان لجنة الخدمة والدفاع وشؤون العمال فيتيرينيرس من كانتون دي فود.

1. جراحة ل إيغ / إمغ-إسغ التسجيلات

  1. السكن الحيوان والاختيار.
    1. إبقاء الحيوانات (C57Bl / 6J، 7 - 9 أسابيع، 25 - 30 غرام) في 12: 12 ساعة داكنة / ضوء دورة، ويعيش منفردة، وتحت ظروف قياسية (40٪ الرطوبة، 22 درجة مئوية)، مع الغذاء والماء الإعلان ليبيتوم المتاحة.
    2. استخدام الموضوعات الذكور فقط لتجنب كل التأثيرات من الدورة الهرمونية على النوم.
  2. إعداد الأقطاب الكهربائية.
    1. بناء أقطاب إيغ / إكوغ (المستخدمة في الخطوة 1.3.11) باستخدام ~ 0.5 سم قطعة من الأسلاك الذهب (75٪ الاتحاد الافريقي، 13٪ أغ، و 12٪ النحاس؛ قطر: 0.2 ملم)، كل ملحوم على رأس الذهب (3 ملم طول، 1.1 مم قطرها في القاعدة؛ انظر الشكل(ه) 1). إعداد 2 أقطاب إيغ لكل حيوان وتنظيفها في الايثانول 70٪.
    2. إعداد أقطاب إمغ-إسغ مع 3 - 4 سم طويلة أسلاك الذهب (75٪ الاتحاد الافريقي، 13٪ أغ، و 12٪ النحاس؛ قطر: 0.2 ملم). ثني الأسلاك في 90 درجة زاوية 1 سم من نهاية واحدة وإعداد لفائف (1 - 2 مم ø) في الطرف الآخر ( الشكل 1 ). بين طرفي، ثني السلك لخلق انحناء صغير الذي يتوافق مع لمحة السطح من العظام بين المخيخ واللامدا.
      1. إعداد 2 إمغ-إسغ أقطاب لكل حيوان.
    3. إعداد 6 قناة الإناث إلى الذكور موصل الرأس (النقطية: 2.54 مم × 2.54 ملم، حجم: 5 مم × 8 مم × 9 ملم، وحجم دبوس: 5 ملم؛ انظر الشكل 1 ).
      1. تغطية موصل في قاعدة من دبابيس الإناث والذكور مع الشريط.
      2. إضافة كمية صغيرة من لحام الأسلاك إلى نصائح من 4 من 6 دبابيس الذكور للمساعدة في لحام من إيغ و إمغ-إسغ أقطاب خلال الجراحة(انظر الخطوة 1.3.16).

figure-protocol-2517
الشكل 1 . التخطيطي عرض المواقع ل إيغ و إمغ الكهربائي زرع على الجمجمة من الفأر.
وتقع القحفي # 1 و # 2 ~ 2 ملم الوحشي إلى خط الوسط و ~ 2 مم منقاري إلى بريجما. وتقع كرانيوتوميس # 3 و # 4 ~ 2 مم منقاري إلى لامدا وعلى التوالي، 4 و 2 مم الجانبي إلى خط الوسط. القطبين إيغ، مصنوعة من لحام أسلاك الذهب إلى أعلى من المسمار الصلب مطلية بالذهب (رقم 2 و 4) على نصف الكرة الأيمن. المسامير اليسار 2 (# 1 و # 3) بمثابة دعم. لاحظ أن أقطاب إمغ-إسغ لا ينبغي أن تكون على اتصال مع هذه مسامير دعم 2. أقطاب إمغ-إسغ هي أسلاك الذهب طولها 3 - 4 سم، عازمة في 90 درجة زوايا أكثر من 1 سم على نهايات منقاري وملفوفة (1 - 2 مم ø) على نهايات الذيلية. 2 إيغ و 2 إمغ القطبs متصلا 2 × 3-- قناة موصل الرأس عن طريق لحام سلك واحد إلى دبوس محاصر واحد، كما هو مبين في خطوط متقطعة. ويمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات التفصيلية عن هذه الأقطاب وغرسها في 29 . الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. جراحة الغرس.
    1. تخدير الحيوان في غرفة إيسوفلوران تحريض (4 - 5٪ إيسوفلوران + O 2 في 1 - 2 لتر / دقيقة على مدى 3-4 دقائق). حقن 5 ميكروغرام / غرام كاربروفين داخل الصفاق (إب) عند إزالة الماوس من الغرفة، قبل التثبيت التجسيمي.
    2. اتبع الإجراءات القياسية لإصلاح الماوس على الجهاز التجسيمي. الحفاظ على التخدير إيسوفلوران من خلال قناع الغاز (3٪ إيسوفلوران + O 2 أثناء التثبيت في 1 لتر / دقيقة). الحفاظ على درجة حرارة الجسم في جميع أنحاء الجراحة عند 37 درجة مئوية وسينغا وسادة التدفئة.
      1. حماية العينين من الجفاف من خلال تطبيق مرهم فيتامين (أ). التحقق من مستوى التسامح الجراحي للحيوان عن طريق اختبار مخلب انسحاب لا ارادي.
    3. إصلاح الرأس عن طريق وضع قضبان الأذن على الجمجمة مع حادة، ينتهي العكس بدلا من نصائحهم (دون دخول قنوات الأذن) 29 . وضع شريط الفم (كالمعتاد) لضمان أفق الرأس.
      ملاحظة: التثبيت يقلل من الأضرار التي لحقت الأذنين، وهو أمر مهم للتجارب الإثارة الصوتية (انظر القسم 4 من هذا الإجراء).
    4. مراقبة التنفس الحيواني أثناء الإجراء، والتي ينبغي أن تبقى في ~ 2 - 3 الأنفاس / 2 ثانية. ضبط تركيز الأيزوفلورين في موزع الغاز إذا لزم الأمر. فإنه ينبغي أن تنخفض شيئا فشيئا خلال الجراحة، من 3٪ أثناء التثبيت إلى 1.0 - 1.5٪ نحو نهاية الإجراء.
    5. حقن 100 ميكرولتر من 0.9٪ كلوريد الصوديوم مرة واحدة لكل ساعة باستخدام إنسولي غاية في الدقةن حقنة للحفاظ على الحيوان رطب.
    6. تأكد من أن رأس الحيوان مضاء من مصدر الضوء الساطع.
    7. تنظيف المنطقة مع 70٪ إتوه والمطهر القائم على اليود (الفراء الرطب يمنع الشعر من دخول نافذة الجراحية).
    8. رفع الجلد في وسط الجمجمة مع ملقط أدسون وقطع بلطف الجزء رفعت من الجلد على طول خط الوسط، من أعلى الرقبة إلى مستوى العينين، وذلك باستخدام مقص غرامة. إزالة فروة الرأس (~ 1 سم الأمامي الخلفي، ~ 0.5 - 0.8 سم الوحشي).
      1. تأكد من أن نافذة كبيرة بما فيه الكفاية (نحو كلا الجانبين) لرؤية بوضوح بريجما والشقوق لامدا من الجمجمة. إصلاح الجلد على كلا الجانبين مع سرفينس البلدغ لضمان الوصول إلى العظام.
    9. إزالة الأنسجة الملتحمة (السمحاق) عن طريق خدش بعناية مع مشرط. تنظيف المنطقة مع مطهر القائم على اليود وتجفيف الجمجمة مع مسحة مطهرة.
    10. باستخدام شفرة مشرط حاد (حجم 15)، الصفر sكول للحصول على سطح العظام تنظيفها ومطفأ. باستخدام فقط طرف مشرط، الصفر شبكة مثل شبكة من الأخاديد، مع مسافة ~ 1 - 2 ملم بين الأخاديد.
      ملاحظة: هذا يحسن المرفق من الغراء الايبوكسي اثنين المكونة إلى الجمجمة في الخطوة 1.3.15.
    11. استخدام ميكرودريل مع 1/005 حجم الحفر لأداء 4 كرانيوتوميس (~ 0.7 مم ø) في الجمجمة في مواقع محددة ( الشكل 1 ؛ انظر أيضا الخطوة 1.3.11.3). ضربة بعيدا الغبار العظام باستخدام ماصة باستور وتنظيف أي نزيف مع مسحات مطهرة.
      1. إذا حدث نزيف، تأكد من إيقافه تماما قبل استئناف العملية. استخدام الإسفنج مرقئ لتسريع الارقاء.
      2. استخدام كرانيوتوميس اثنين على نصف الكرة الأيمن لإدراج الأقطاب المسمار (كرانيوتوميس # 2 و # 4).
      3. استخدام كرانيوتوميس اثنين على نصف الكرة الأيسر لإدراج مسامير رسو التي من شأنها تحقيق الاستقرار في زرع (كرانيوتوميس # 1 و # 3).
        ملاحظة: للزيادةسي الاستقرار، ما يصل إلى 4 مسامير رسو وقد استخدمت 29 .
        ملاحظة: الإحداثيات التجسيمي دقيقة هي: 2 مم من خط الوسط على كل من نصفي الكرة الأرضية و 2 مم منقاري من بريجما (كرانيوتوميس # 1 و # 2)، 2 مم منقاري من لامدا و 4 مم الجانبي اليسار من خط الوسط (حج القحف # 3)، 2 مم منقاري من لامدا و 2 مم الجانبي الأيمن من خط الوسط (حج القحف # 4). انظر الشكل 1 .
    12. على نصف الكرة الأيسر، المسمار اثنين من مسامير مطلية بالذهب من خلال كرانيوتوميس للحصول على الدعم.
      1. إصلاح المسمار في المشبك مرقئ وعقده عموديا فوق حج القحف. بعناية نهج الجزء السفلي من المسمار على رأس حج القحف. قم بتدويره أثناء عدم الانحراف عن الوضع الرأسي.
        ملاحظة: 1.5 فقط التناوب كافية للحصول على الاستقرار الميكانيكية جيدة وإشارات عالية الجودة مع تقليل الضغط على الأنسجة الأساسية 25 .
      2. على اليمين، المسمار ما قبل(الموصوفة في الخطوة 1.2.1). من خلال القحف.
    13. مع مساعدة من ملقط، ورفع بعناية الحدود من الجلد من عضلات الرقبة. إدراج الأسلاك إمغ-إسغ، مع نهاية ملفوفة داخل العضلات (اليسار واليمين). الغراء الأجزاء الوسطى للجمجمة، مثل أن اليسار إمغ-إسغ يخرج بجانب المرساة اليسار اليسرى الخلفي، في حين يتم وضع إمغ-إسغ الصحيح بجانب المسمار مرساة اليسار الأمامي.
    14. للكشف عن إشارات تخطيط القلب من القلب أثناء النوم، وضمان أن يتم إدراج أسلاك إمغ-إسغ في العضلات إلى عمق ~ 0.8 - 1 سم، مع نهاية حلقة بهم بعيدا عن بعضها البعض ممكن.
    15. استخدام ملعقة مغطاة ثنائي الايبوكسي الغراء لتطبيق الغراء على الجمجمة بين وحول مسامير. السماح لها تجف في ضوء، ولكن حماية عيون الحيوان من البرق المفرط.
      ملاحظة: يجب أن تغطى قواعد مسامير، وفقط الأسلاك يجب الوصول إليها، الناشئة الابأوم الغراء.
    16. تأكد من أن الغراء يملأ الفضاء بين اثنين من أقطاب إمغ-إسغ تمتد من السطح، بحيث لا يوجد اتصال كهربائي بينهما ومسامير الدعم. دفع العناية الدقيقة عدم الغراء الجلد إلى الجمجمة. الجلد يجب أن تبقى حرة للتحرك في جميع أنحاء الغراء.
    17. قطع الأسلاك إيغ و إمغ-إسغ بحيث تصل ~ 0.5 ملم من الغراء. اللحام دبابيس أربعة في زاوية الموصل أعدت في الخطوة 1.2.3. إلى الأسلاك الأربعة الناشئة من الغراء ( الشكل 1 ).
      1. حاول وضع دبابيس الموصل بأقصى قدر ممكن لتقليل ارتفاع الغرسة. استخدام المشبك تمساح صغير تعلق على حامل المجسم الذي يحافظ على موقف الموصل. تقليل الوقت في اتصال مع تلميح لحام، وهذا يسخن بسرعة مسامير.
    18. ملء الفراغ بين الغراء والموصل مع الاسمنت الأسنان لتغطية الأجزاء الملحومة. خلق سمووجوه وتجنب الحواف الحادة التي يمكن أن تؤذي الحيوان. وعلاوة على ذلك، تجنب لمس الجلد، وهذا يؤدي إلى الحكة.
    19. إزالة سرفينس بلدغ. إذا لزم الأمر، أغلق الجرح باستخدام خيوط خيط معقمة (الألياف خياطة للامتصاص) في الجبهة وخلف الموصل، وخلق بسيطة، وأنماط الإغلاق توقف واثنين من عقدة مربع (5-0 فس-3 إبرة، خيوط 45 سم).
    20. مراقبة الحيوان حتى يكون مستيقظا تماما. تزن الحيوان بعد الجراحة وإعادته إلى قفصه المنزل من أجل الانتعاش.
  2. الرعاية بعد الجراحة والاتصال إلى النظام.
    1. مراقبة الحيوان كل يوم لمدة أسبوع. ابحث عن فقدان الوزن، وانخفاض أو نشاط غير طبيعي، وعلامات الالتهابات. اتبع الإجراء التهديف التي وضعتها السلطات البيطرية الخاصة بك.
    2. 5-6 أيام بعد الجراحة، وربط كابل التسجيل إلى موصل الرأس على الحيوان، وتركها في قفصها المنزل. انتظر 4 - 5 أيام إضافية قبل بدء ريكوردينغ بحيث يتم إعادة الحيوان إلى حالة وينام بشكل طبيعي.

2. التهديف الأساسية من إيغ / إمغ-إسغ البيانات من أجل تحديد الدولة اليقظة

  1. سجل إيغ و إمغ-إسغ البيانات أكثر من 48 ساعة مع البرمجيات التجارية بوليسومنوغرافيك (على سبيل المثال، سومنولوجيكا، سليبسين، أو سيرينيا). استخدام الإعدادات النموذجية، مثل كسب 2،000 x؛ ومعدل أخذ العينات 2000 هرتز عند الاستحواذ، بانخفاض عينات إلى 200 هرتز بعد الاستحواذ. و مرشاح تمرير عالي 0.7 هرتز ل إيغ و 10 هرتز مرشح تمريرة عالية ل إمغ-إسغ.
  2. تصدير البيانات في تنسيق ملف ".edf".
  3. فتح الملفات ".edf" مع برنامج مكتوب مخصص (على سبيل المثال، في ماتلاب) الذي يصنف شبه تلقائيا كل 4-ق عصر كما مستيقظا، النوم غير ريم، النوم ريم، والقطع الأثرية المقابلة.
    ملاحظة: بدلا من ذلك، هناك العديد من البرمجيات سجل شبه الآلي المتاحة. يصف هذا الإجراء بعض الخطوات الأساسية التي يجب القيام بها لوضع التهديف ثإيث البرنامج التهديف المستخدمة هنا. يمكن أن تستند نظم التهديف شبه الأوتوماتية الأخرى إلى معلمات أخرى.
  4. باستخدام البرنامج، فصل الملفات ".edf" في 4 مرات 12 ساعة من التسجيلات.
    1. إزالة القطع الأثرية التي تنشأ عن نشاط إمغ -ECG الموجود في إشارة التخطيط الدماغي أو من حالة سلوكية غير قابلة للتعيين 1 ، 29 .
    2. حساب متوسط ​​إيغ المطلق (إيغ يعني ) و إمغ (إمغ يعني ) القيم على مدى 12 ساعة من التسجيلات من إيغ و إمغ-إسغ آثار، على التوالي.
    3. تحديد القيم EEG / EMG يعني كل ليالي 4 عصر (EEG عصر / EMG عصر).
    4. تصنيف العصور كما "ويك" عندما إيغ عصر <إيغ يعني و إمغ العصر > إمغ يعني و "النوم غير ريم" عندما إيغ عصر > إيغ يعني و إمغ عصر <إمغ يعني.
    5. تصنيف العصور التي لا s أتيسفي هذه المعايير مع خوارزمية تصحيح على أساس السابقة واللاحقة الحقبة.
    6. تصنيف العصور كما النوم ريم عندما إيغ عصر <إيغ يعني و إمغ عصر <إمغ يعني .
    7. قم بتحسين النقاط الحرجة، مثل التحولات من النوم غير ريم ليقظة، وعصر النوم ريم، والإثارة الجزئي أثناء النوم غير ريم. فحص بصريا التهديف لضمان تقرير الدولة اليقظة السليم 29 ، 30 .
      ملاحظة: دائما إجراء فحص بصري نهائي والتحقق من التهديف.

3. تحليل الأشعة تحت الحمراء بطيئة التذبذب ل إيغ و هارتبيتس

  1. لهذا التحليل، حدد فقط نيمات النوم غير ريم دائم ≥ 96 ق ( أي ما لا يقل عن 24 عهدا من 4 ق). انظر الشكل 2 .
    ملاحظة: تتوفر إجراءات مخصصة حسب الطلب 1 .
ve_content "> figure-protocol-14844
الشكل 2 . تحديد ديناميات الطاقة سيغما خلال النوم دون ريم دون عائق.
( A ) أعلى، إيغ (أسود) و إمغ-إسغ (الرمادي) آثار خلال أول 100 دقيقة من المرحلة الخفيفة في فأرة واحدة. ويشار إلى الدول اليقظة من قبل شريط ملون على رأس آثار الخام. متوسط، مثال نموذجي للنوبة (غير ذات ريم 96> s) المستمرة. أسفل، التقطت عشوائيا، 16-s الفاصل الزمني الذي يوضح التقسيم إلى 4-s العصور. يتم عرض الخطوة التالية من التحليل لهذه العصور الأربع فقط، ولكنها صالحة لكل عصر الواردة في النوبة. ( B ) أعلى، أربعة ففت المتعاقبة ولدت من الحلقات 4-s هو مبين في اللوحة السفلى من A. و سيغما الفرقة (10-15 هرتز) مظللة باللون الأحمر. أعلى اليمين، 1-ثانية إنزيت من الحقبة الأخيرة تظهر موجات R موجودة في مربع إشارة إمغ-إسغ. أسفل، والوقت بالطبع سيغما المستخرجة من الطيف المقابل أعلاه. توضح الخطوط المنقطة استمرار قيم الطاقة قبل وبعد أربع نوبات ريم غير المحددة للعرض. ( C ) سيغما السلطة العادية (الحمراء) ودقات القلب (في بم) (الرمادي) دورات الوقت، مع الجزء الموضح في (B) تقع بين خطوط متقطعة عمودية. أدناه هو المقابلة إيغ تصفيتها إشارة في الفرقة سيغما (10-15 هرتز). ( D ) محسوبة ففت المحسوبة على زمن قدرة سيغما المبين في (C)، مما يدل على ذروة سائدة عند هز 0.016. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. واستخرج قيم القدرة الخاصة بالنطاق الطيفي للنطاق سيغما (10-15 هرتز) في صناديق 4-s ( الشكل 2 ألف وباء ) باستخدام حسابات تحويلات فورييه السريعة (ففت)"> 1.
  2. حساب القدرة الطيفية الأساسية للنوم غير ريم عن طريق حساب متوسط ​​القيم في كل حاوية تردد لجميع عصر النوم غير ريم (يتم استبعاد القطع الأثرية وعهود التحول بين الدول اليقظة من هذا المتوسط). تطبيع القيم قوة سيغما من كل عصر إلى متوسط ​​قوة الفرقة سيغما خلال النوم غير ريم على مدى الفترة الزمنية من الفائدة. مؤامرة ضد الزمن ( الشكل 2 C ).
  3. حساب الاتحاد الفرنسي للتنس من سيجما دورة الوقت السلطة مع هامنج نافذة للكشف عن مكونات تردد التذبذب من ديناميات السلطة ( الشكل 2 D ) 1 .
  4. لاحظ أنه منذ نوبات النوم غير ريم لها فترات مختلفة، ففت الناتجة لها قرارات تردد مختلفة. إنتيربولات لضبط القرار إلى أعلى واحد الحصول عليها من أطول نوبة النوم غير ريم ومتوسط ​​ففتس من جميع نوبات.
  5. مواصلة هذه أناليسإس لوصف العلاقات المرحلة بين ديناميات إيغ و إسغ الإشارات.
  6. استخراج البيانات ضربات القلب من مربع إشارة إمغ-إسغ بعد 30 هرتز تصفية تمريرة عالية، وذلك باستخدام الإجراءات المناسبة للكشف الذروة للموجة R.
    ملاحظة: تقييد الحد الأدنى الفاصل الزمني بين موجتين R متتالية إلى 80 مللي ثانية يساعد على تجنب إدراج القمم الأثرية في بعض الأحيان بسبب ارتعاش العضلات 1 .
  7. قياس فترات ر وحساب متوسط ​​معدل ضربات القلب في نبضة في الدقيقة (بم) كل بن 4-S ( الشكل 2 B و C ).

4. التعرض للضوضاء

  1. توليد الضوضاء (أي الضوضاء البيضاء) من خلال برنامج مكتوب مخصص. تعيين المدة إلى 20 ثانية وشدة إلى 90 ديسيبل سبل (تقاس داخل القفص). تشغيل الضوضاء من خلال مكبرات الصوت النشط القياسية 1 .
  2. بعد الجراحة، خلال التعود إلى ريكورحالة دينغ، ولعب الضجيج التجريبية عشوائيا، عدة مرات على مدار اليوم وفي لحظات مختلفة 1 .
  3. في حالة تجريبية (أثناء تسجيل إيغ / إمغ / إسغ البيانات)، تلعب الضوضاء الزائفة بشكل عشوائي خلال أول 100 دقيقة في بداية الضوء (ZT0). لتشغيل الضوضاء، الوفاء بالشروط التالية 1 :
    1. تأكد من أن الماوس قد تم في نوم غير ريم لمدة> 40 ثانية.
    2. تأكد من أن التعرض السابق وقعت أكثر من 4 دقائق قبل.
      ملاحظة: هذه النتائج في ~ 15 التعرض لكل جلسة.
  4. ضع علامة على بداية وقت التسجيل وظهور كل تعرض للضوضاء. الحفاظ على أعمى المجرب على التكوين الطيفي للنوم غير ريم أثناء الإجراء.
  5. الحصول على جميع البيانات مع البرمجيات بوليسومنوغرافيك 1 ، 29 .

5. تحليل بأثر رجعي من النوم على أساس النتيجة السلوكية خلالالتعرض للضوضاء

  1. يدويا يسجل إيغ / إمغ -ECG آثار في قرار 4-ثانية، دون معرفة مرات التعرض الضوضاء 1 .
  2. استخدام نص مكتوب مخصص لاستخراج بيانات إيغ / إمغ -ECG / الضوضاء التعرض 1 .
  3. يسجل كما النوم من خلال عندما تبقى كل من التخطيط الدماغي وإشارات إمغ دون تغيير خلال التعرض للضوضاء ( الشكل 3A ). النظر في الاستيقاظ عند انخفاض السعة إيغ ويزيد تردد إيغ، في تركيبة مع النشاط العضلي الكشف عن القطب الكهربائي إمغ-إسغ ( الشكل 3B ).
  4. تجاهل التجارب التي استيقظت الحيوانات حتى خلال فترة ما قبل التحفيز أو في 4 ثانية الأولى من التعرض للضوضاء ( الشكل 3D ).
  5. تحديد معدل نجاح الإثارة كنسبة من محاكمات الاستيقاظ في جميع المحاكمات المشمولة ("إيقاظ" و "النوم من خلال").
  6. في جميع التجارب المشمولة، دراسة ديناميات السلطة سيغما خلال ثه فترة ما قبل التحفيز ( الشكل 3 ه ) 1 .

figure-protocol-21232
الشكل 3 . النتائج السلوكية في الاستجابة للضوضاء بداية: ممثل النتائج التي تم الاحتفاظ بها أو استبعادها من التحليل.
( أد ) آثار الخام من إيغ (أسود) وما يقابلها إمغ-إسغ (الرمادي) إشارات لمدة 40 ثانية قبل بداية الضوضاء وأثناء 20 ثانية من الضوضاء، ممثلة في المنطقة المظللة الزرقاء. يشار إلى الدول اليقظة في رمز اللون. لتوضيح البيانات التي تم تضمينها في التحليل، يتم عرض الأحداث "النوم من خلال" ( A ) و "إيقاظ" ( B ) ممثل. شملت النتائج التي تم التخلص منها التحولات إلى النوم ريم ( C ) واستجابة "إيقاظ" قبل ( D ). يظهر أقحم إكسانجزء إيد من إيغ و إمغ-إسغ آثار مميزة للنوم ريم. ( E ) أمثلة نموذجية لديناميكيات السلطة سيغما في نافذة 40 ثانية قبل بداية الضوضاء خلال "النوم من خلال" (يسار) و "إيقاظ" (يمين) الحدث. يتم عرض الخام إيغ تتبع ممر الموجة التي تمت تصفيتها لفرقة سيغما أعلاه. تمثل المنطقة الزرقاء بداية الضجيج. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

النتائج

الشكل 2 A (اللوحة العليا) يظهر 100 دقيقة تمتد من سلوك عفوية النوم أعقاب، سجلت من خلال أقطاب بوليسومنوغرافيك زرعها كما هو موضح (انظر الشكل 1 ). الزيادات والنقصان في إيغ و إمغ السعة في غير النوم ريم بداية واضحة للعي...

Discussion

هنا، وتبين لنا كيفية إنشاء ملف زمني مؤقت من النوم غير ريم الذي يدمج إيغ، إمغ، و إسغ المتغيرات. هذه هي الخطوة الأولى نحو تطوير وصف تكاملي للنوم الماوس، والتي يمكن أن تساعد على تحديد الجدول الزمني غير معروف سابقا التي يتم تنظيم مرونة عالية ومنخفضة للضوضاء أثناء النوم غ?...

Disclosures

ويعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصلحة مالية متنافسة.

Acknowledgements

نشكر جميع أعضاء المختبر لمساهمتهم في الكتابة والقراءة المتأنية لهذه المخطوطة. نحن ممتنون لبول فرانكن لتحفيز المناقشات، الدكتور جيزيل فيراند لتعليقات مفيدة على البروتوكول الجراحي، والدكتور جان ايف تشاتون لتوفير الملفات القابلة للتنفيذ لابفيو الأصلي للتعرض للضوضاء. وقدم التمويل من قبل المؤسسة الوطنية السويسرية للعلوم (المنح 31003A_146244 و 31003A_166318) و إتات دي فود.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
2-components epoxy glueHenkelLoctite EA 3450
Absorbable Suturing Fiber (Prolene)Ethicon5-0 FS-3
Adson ForcepsFST11006-12
Antiseptic swabVWR149-0332
Attane IsofluranePiramalIsoflurane 250mL
Connectors 3x2-channelsENA AG2.316Raster 2.00 x 2.00 mm; size 5x8x9 mm; pin size 5mm; http://www.ena.ch/
Dragonfly commutatorDragonflyModel #SL-10
EMBLA amplifierEMBLAA10 amplifier
Fine scissorsFST14108-09
Flat Head Gold-plated steel screwJ.I. MorrisFF00CE125https://jimorrisco.com/
Gold wireCMSAT.69 5grhttp://www.cmsa.ch/en/
Hemostatic spongePfizerGelfoam
iodine-based disinfectant (Betadine)Mundipharmastandart solution 60mL
Komet drill steel 1/005PM104UNOR AG22310
Matlab Analysis SoftwareMathWorksR2016bhttps://ch.mathworks.com/products/matlab.html
MicrodrillFine Science Tools96758
Mouse Gas Anesthesia Head HolderKopf InstrumentsModel 923-Bhttp://kopfinstruments.com/product/model-923-b-mouse-gas-anesthesia-head-holder/
Ophtalmic ointmentPharmamedicaVITA-POS
Paladur (liquid)UNOR AG2260215for dental cement
Palavit (powder)UNOR AG5410929for dental cement
Small Animal Stereotaxic FrameKopf InstrumentsModel 930http://kopfinstruments.com/product/model-930-small-animal-stereotaxic-frame-assembly/
Soldering wireStannol593072
Temperature controller - Mini rectal probePhymep4090502http://www.phymep.com/produit/dc-temperature-controller/
Temperature controller- heating padPhymep4090205http://www.phymep.com/produit/dc-temperature-controller/

References

  1. Lecci, S., et al. Coordinated infra-slow neural and cardiac oscillations mark fragility and offline periods in mammalian sleep. Sci Adv. 3 (2), 1602026 (2017).
  2. Rechtschaffen, A., Kales, A. A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep of human subjects. U.S. Department of Health, Education, and Welfare. , (1968).
  3. Blake, H., Gerard, R. W. Brain potentials during sleep. Am J Physiol. 119, 692-703 (1937).
  4. Rechtschaffen, A., Hauri, P., Zeitlin, M. Auditory awakening threshold in REM and NREM sleep stages. Percept Mot Skills. 22 (3), 927-942 (1966).
  5. Achermann, P., Borbély, A. A. Low-frequency (< 1 Hz) oscillations in the human sleep electroencephalogram. Neuroscience. 81 (1), 213-222 (1997).
  6. Aeschbach, D., Borbély, A. A. All-night dynamics of the human sleep EEG. J. Sleep Res. 2 (2), 70-81 (1993).
  7. Astori, S., Wimmer, R. D., Lüthi, A. Manipulating sleep spindles--expanding views on sleep, memory, and disease. Trends Neurosci. 36 (12), 738-748 (2013).
  8. Brown, R. E., Basheer, R., McKenna, J. T., Strecker, R. E., McCarley, R. W. Control of sleep and wakefulness. Physiol Rev. 92 (3), 1087-1187 (2012).
  9. Buzsáki, G., Wang, X. J. Mechanisms of gamma oscillations. Annu Rev Neurosci. 35, 203-225 (2012).
  10. Rasch, B., Born, J. About sleep's role in memory. Physiol Rev. 93 (2), 681-766 (2013).
  11. Halász, P., Bòdizs, R. . Dynamic structure of NREM sleep. , (2013).
  12. Terzano, M. G., Parrino, L., Spaggiari, M. C. The cyclic alternating pattern sequences in the dynamic organization of sleep. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 69 (5), 437-447 (1988).
  13. Gottesmann, C. Detection of seven sleep-waking stages in the rat. Neurosci Biobehav Rev. 16 (1), 31-38 (1992).
  14. Benington, J. H., Kodali, S. K., Heller, H. C. Scoring transitions to REM sleep in rats based on the EEG phenomena of pre-REM sleep: an improved analysis of sleep structure. Sleep. 17 (1), 28-36 (1994).
  15. Sullivan, D., Mizuseki, K., Sorgi, A., Buzsáki, G. Comparison of sleep spindles and theta oscillations in the hippocampus. J Neurosci. 34 (2), 662-674 (2014).
  16. Vas, S., et al. Differential adaptation of REM sleep latency, intermediate stage and theta power effects of escitalopram after chronic treatment. J Neural Transm (Vienna). 120 (1), 169-176 (2013).
  17. Schiffelholz, T., Aldenhoff, J. B. Novel object presentation affects sleep-wake behavior in rats. Neurosci Lett. 328 (1), 41-44 (2002).
  18. Wimmer, R. D., et al. Sustaining sleep spindles through enhanced SK2-channel activity consolidates sleep and elevates arousal threshold. J Neurosci. 32 (40), 13917-13928 (2012).
  19. Fernandez, L. M. J., et al. Highly dynamic spatiotemporal organization of low-frequency activities during behavioral states in the mouse cerebral cortex. Cereb Cortex. , (2016).
  20. Franken, P. Long-term vs. short-term processes regulating REM sleep. J Sleep Res. 11 (1), 17-28 (2002).
  21. Feige, B., et al. The microstructure of sleep in primary insomnia: an overview and extension. Int J Psychophysiol. 89 (2), 171-180 (2013).
  22. Parrino, L., Halasz, P., Tassinari, C. A., Terzano, M. G. CAP, epilepsy and motor events during sleep: the unifying role of arousal. Sleep Med Rev. 10 (4), 267-285 (2006).
  23. Akinseye, O. A., et al. Sleep as a mediator in the pathway linking environmental factors to hypertension: a review of the literature. Int J Hypertens. 2015, 926414 (2015).
  24. Campbell, K., Muller-Gass, A. The extent of processing of near-hearing threshold stimuli during natural sleep. Sleep. 34 (9), 1243-1249 (2011).
  25. Nir, Y., Vyazovskiy, V. V., Cirelli, C., Banks, M. I., Tononi, G. Auditory responses and stimulus-specific adaptation in rat auditory cortex are preserved across NREM and REM sleep. Cereb Cortex. 25 (5), 1362-1378 (2015).
  26. Dang-Vu, T. T., et al. Interplay between spontaneous and induced brain activity during human non-rapid eye movement sleep. Proc Natl Acad Sci USA. 108 (37), 15438-15443 (2011).
  27. Elton, M., et al. Event-related potentials to tones in the absence and presence of sleep spindles. J Sleep Res. 6 (2), 78-83 (1997).
  28. McKinney, S. M., Dang-Vu, T. T., Buxton, O. M., Solet, J. M., Ellenbogen, J. M. Covert waking brain activity reveals instantaneous sleep depth. PLoS One. 6 (3), 17351 (2011).
  29. Mang, G. M., Franken, P. Sleep and EEG phenotyping in mice. Curr Protoc Mouse Biol. 2 (1), 55-74 (2012).
  30. Borbély, A. A., Tobler, I., Hanagasioglu, M. Effect of sleep deprivation on sleep and EEG power spectra in the rat. Behav Brain Res. 14 (3), 171-182 (1984).
  31. Jurysta, F., et al. The impact of chronic primary insomnia on the heart rate--EEG variability link. Clin Neurophysiol. 120 (6), 1054-1060 (2009).
  32. Silvani, A., Calandra-Buonaura, G., Benarroch, E. E., Dampney, R. A. L., Cortelli, P. Bidirectional interactions between the baroreceptor reflex and arousal: an update. Sleep Med. , (2015).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

126

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved