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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

כאן, אנו מציגים פרוצדורות ניסוייות ואנליטיות כדי לתאר את הדינמיקה הזמנית של המשתנים העצביים והלבניים של שינה שאינה REM בעכברים, המווסתים את היענות השינה לגירויים אקוסטיים.

Abstract

שלוש מדינות ערנות שולטות בחיי יונקים: ערות, שינה לא-מהירה (non-REM) ושינה ב- REM. ככל שקורלציות התנהגותיות עצביות יותר מזוהות בחיות נעות באופן חופשי, חלוקה זו של שלוש פיסות הופכת לפשוטה מדי. במהלך הערות, קבוצות של פעילות קליפת המוח הגלובלית והמקומית, יחד עם פרמטרים היקפיים כגון קוטר נימי ואיזון סימפטובגאלי, מגדירות דרגות שונות של עוררות. עדיין לא ברור באיזו מידה השינה גם יוצרת רצף של מצבי מוח - שבתוכם מידת החוסן לגירויים חושיים ולעוררות, ואולי גם פונקציות שינה אחרות, משתנה בהדרגה - וכיצד משתנות המדינות הפיזיולוגיות הפריפריות. מחקר לקידום שיטות לפקח על מספר פרמטרים במהלך השינה, כמו גם לייחס קבוצות של תכונות פונקציונליות אלה, הוא מרכזי כדי לשפר את ההבנה שלנו של שינה כתהליך רב תכליתי במהלכו השפעות מועילות רבות חייב להיות לשעבראקוטי. זיהוי פרמטרים חדשים המאפיינים מצבי שינה יפתח הזדמנויות לשדרות אבחון חדשות בהפרעות שינה.

אנו מציגים נוהל לתיאור וריאציות דינאמיות של מצבי שינה שאינם REM, באמצעות ניטור וניתוח משולבים של אלקטרואנצפלוגרמה (ECoG), אלקטרומגראם (EMG) ואלקטרוקרדיוגרמה (ECG) באמצעות טכניקות הקלטה פוליסנוגרפיות סטנדרטיות. בעזרת גישה זו, מצאנו כי שינה ללא REM שינה מאורגנת במחזורים של תנודות מתואם עצביים לבביים אשר מייצרים במרווחים רצופים 25-s של שבירות גבוהה ונמוכה לגירויים חיצוניים. לכן, מערכות העצבים המרכזית האוטונומית מתואמות כדי ליצור מצבי שינה שונים מבחינה התנהגותית במהלך שינה מאוחרת של REM. אנו מציגים מניפולציות כירורגיות עבור polysomnographic ( כלומר, EEG / EMG בשילוב עם ECG) ניטור כדי לעקוב אחר מחזורים אלה העכבר שינה באופן חופשי, ניתוח כדי quantiFy הדינמיקה שלהם, ואת פרוטוקולי גירוי אקוסטי להעריך את תפקידם בסבירות של להתעורר. הגישה שלנו כבר הורחבה לשינה אנושית ומבטיחה לפרק עקרונות משותפים של מצבי שינה לא- REM אצל יונקים.

Introduction

שינה של יונקים היא מצב התנהגותי של מנוחה וחוסן לגירויים סביבתיים. למרות האחידות לכאורה, פרמטרים פוליסנוגרפיים ואוטונומיים מצביעים על כך שהשינה נעה בין מצבים עצביים וסומטיים שונים מבחינה איכותית וכמותית על קשקשים זמניים ומרחביים שונים 1 . במשך עשרות דקות, מתרחש מעבר בין REM ו- REM. Non-REM מלווה בפעילות משרעת גדולה בתדר נמוך ב- EEG, עם שיא ספקטרלי בסביבות 0.5 - 4 הרץ, בעוד ש REM מראה פעילות EEG קבועה בלהקה תטה (6-10 Hz), יחד עם שריר אטוניה 2 . בשינה שאינה REM, בני האדם עוברים דרך האור (S2) ושינה עמוקה של גלי איטי (SWS). כמו שמות שלהם מציין, אלה שני שלבים להראות סף עוררות נמוכה יותר 3 , 4 , בהתאמה, והם שונים בעיקר בצפיפות של שכיחות נמוכהEncy קורטיקלי כוח EEG, המכונה פעילות גל איטי (SWA, 0.75 - 4 הרץ). אי-אחידות נמשכת לאורך כל התקופות האינדיבידואליות של S2 ו- SWS על פני דקה עד תת-שנייה, כפי שתועדה בהרחבה על-ידי נוכחות משתנה של SWA במהלך התקף 5 , 6 , אך גם על ידי מקצבי EEG וקצב פוטנציאליים בשדה תדרים גבוהים יותר, כולל גלי צירים בלהקה סיגמא (10-15 הרץ) ומקצבי גמא (80 - 120 הרץ) (לסקירה, ראה 7 , 8 , 9 , 10 ).

במקום להיות מתוחכם, וריאציות אלה משנות את המצב הקליפתלי של השינה בבני אדם לקצוות הספקטרום. לשינה ללא REM, טווח זה נע בין דומיננטיות של SWA ומציין כי פעילות משוערת דמוית כי הם מכילים חלק ניכר של רכיבי תדר גבוה 11 12 . אצל מכרסמים וחתולים, למרות ששינה ללא REM אינה מחולקת לשלבים, תקופה קצרה הנקראת שינה בינונית (IS) מתגלה לפני הופעת השינה ב- REM 13 . במהלך ה- IS, תכונות REM לשינה, כגון פעילות תטא בהיפוקמפוס וגלי ponto-geniculo-occipital מתחילים, בעוד שחתימות שינה ללא REM, כגון גלי צירים ו- SWA, עדיין קיימים, דבר המצביע על שילוב בין שתי מצבי השינה 14 , 15 . עם זאת, IS יכול להיות מובחן מבחינה פונקציונלית משום שהוא מאופנן על ידי תרופות נוגדות דיכאון 16 ודרך הצגת אובייקט חדש במהלך ההתעוררות 17 , והוא תורם לקביעת סף העוררות 18 . יתר על כן, חלקות שטח המדינה של EEG ופרמטרים EMG של חולדות נע בחופשיות להראות אשכול של נקודות 14 כי הוא רציף בין REM לא REM, שינה REM, ואת הערות. יש גם ירידות ספורדיות ב - SWA, מבלי להיכנס לערות או לשינה של REM, מה שמוביל לתנודות משמעותיות בנוכחות היחסית של רכיבי התדר הנמוך והתדר הגבוה במהלך התקפי שינה לא מאוחדים של REM 14 , 19 , 20 . לבסוף, יחסים משתנים של SWA ומקצבי תדר גבוהים יותר במהלך שינה ללא REM מתרחשים לא רק בזמן, אלא גם מראים הבדלים אזוריים במשרעת ובסינכרון בין אזורי קליפת המוח 19 .

יונקים ללא REM שינה רחוק מלהיות אחיד. עם זאת, אם חוסר אחידות כזה מוביל למצבים שונים בתכונות תפקוד והתנהגות אינו ברור. בכמה סוגים של הפרעות שינה, שינה רצופה מופרעת על ידי התעוררות ספונטנית והתנהגות מוטורית בלתי הולמת. יתר על כן, ניתוחים ספקטרליים מראים שינויים בנוכחות היחסית של תדרים גבוהים יותר ב- EEG 21ובפרמטרים אוטונומיים, כגון שיעורי נשימת לב פועם 22. רצף מסודר של מצבי שינה יציבים הוא כה מוטרד, ואלמנטים של גירוי קליפת המוח ו / או אוטונומית להפריע באופן בלתי נשלט. לכן, הבנת הרצף של מצבי השינה היא רלוונטית למחלה. בנוסף, הפרעות השינה על ידי רעש סביבתי בסביבות עירוניות קשורות לסיכונים בריאותיים כלליים, מה שהופך אותו חיוני כדי לזהות רגעים של פגיעות מוגברת במהלך השינה 23 .

ניסויים עוררים התנהגות שינה בבני האדם הראו שמדובר ההקשה להתעורר מן הלא-REM בשינה (שלב S3), בעוד אור הלא-REM בשינה (שלב S2) ו REM בשינה להראות דומה ועוררות נמוכות סף 4 SWA-נשלטה. עיבוד קורטיקלי של גירויים קול קצר משתנה באופן משמעותי בין שנת REM, S2, ו S3 24 ,25 , המציין כי ספציפית המדינה דפוסי פעילות קליפת המוח לווסת את השלבים הראשונים של עיבוד חושי. לשינה ללא REM בבני אדם, הנטייה להתעורר בתגובה לרעש משתנה עם נוכחות של צירים גלי מקצבי אלפא ב EEG 26 , 27 , 28 . מקצב Thalamocortical במהלך צירים מלווה עיכוב סינפטי המשופר הוא ברמת התלמוס ואת קליפת המוח, אשר נחשבה לתרום את ההנחתה של חושי עיבוד 7.

כיצד מאורגנים תקופות שינה עמידים לרעש ופגיעים בזמן, ומהם הגורמים הקובעים? בשני עכברי האדם, זיהינו לאחרונה תנודה איטית, 0.02 הרץ במקצבים עצביים. בהתאם לשלב של תנודה זו 0.02 הרץ, עכברים הראו תגובתיות משתנה לגירויים חיצוניים, או מתעורר או ישן throuצליל רעש. מעניין לציין, כי תנודה זו היתה בקורלציה עם קצב פעימות הלב, המציין כי מערכת העצבים האוטונומית משתתפת אפנון של פגיעות של שינה לגירויים חיצוניים 1 . מקצבים בהיפוקמפוס הקשורים לזיכרון היו מאורגנים גם הם בקצב זה, והכי בולט היה כוחו בקורלציה עם איכות איחוד הזיכרון בבני אדם. התנודה 0.02 הרץ, כך נראה, הוא עקרון מארגן של שינה מכרסמים ולא אנושי REM כי מודולציה הן רגישות לסביבה עיבוד זיכרון פנימי. זה שוב מדגיש את הצורך בהערכות multiparametetric ומתמשך של מצבי שינה כדי לזהות את הפונקציונליות שלהם לזהות אתרים של פגיעות פוטנציאלית.

כאן, אנו מציגים הליך כדי לחלץ את waveform של הדינמיקה האלה, כולל השתלה כירורגית של עכברים עבור משולב EEG / ECoG ו EMG-ECG מדידות, חשיפה גירויים חושיים, אNd ניתוח שגרות. הליך זה מספק בסיס לצפייה בשינה כמצב השתנות מתמיד אך מאורגן היטב, שבמסגרתו מתבצעות פעולות שינה בסיסיות שונות ברצף. באופן כללי יותר, ההליך חל על גישות המכוונות לחלץ את התכונות הספקטראליות והאוטונומיות שקודמות לתוצאה התנהגותית במהלך השינה הן במצבי בריאות והן במצבי מחלה.

Protocol

כל הניסויים הניסויים בוצעו על פי אוניברסיטת לוזאן טיפול בבעלי חיים ועדת שירות לה Consommation et des Affaires Véténaires של קנטון דה ווד.

1. ניתוח עבור EEG / EMG-ECG הקלטות

  1. דיור ודיור לבעלי חיים.
    1. שמור על בעלי חיים (C57Bl / 6J, 7 - 9 שבועות, 25 - 30 גרם) במחזור כהה / אור של 12: 12 שעות, משכן יחיד, ובתנאים סטנדרטיים (40% לחות, 22 ° C), עם מזון ומים מודעה זמינה.
    2. השתמש רק גברים נושאים כדי למנוע את כל ההשפעות של מחזור הורמונלי על שינה.
  2. הכנת אלקטרודות.
    1. בניית EEG / ECoG אלקטרודות (בשימוש בשלב 1.3.11) באמצעות ~ 0.5 ס"מ חתיכות ארוכות של חוט זהב (75% Au, 13% Ag, ו 12% Cu, קוטר: 0.2 מ"מ), כל מולחמים על גבי זהב בורג פלדה מצופה (3 מ"מ אורך, 1.1 מ"מ קוטר בבסיס, ראה איורE 1). הכן 2 אלקטרודות EEG לכל חיה ולנקות אותם באתנול 70%.
    2. הכן אלקטרודות EMG-ECG עם חוטי זהב 3 - 4 ס"מ אורך (75% Au, 13% Ag, ו 12% Cu; קוטר: 0.2 מ"מ). לכופף את החוטים בזווית 90 ° 1 ס"מ מקצה אחד ולהכין סליל (1 - 2 מ"מ ø) בקצה השני ( איור 1 ). בין שני הקצוות, לכופף את החוט כדי ליצור עקמומיות קטנה המתאימה לפרופיל פני השטח של העצם בין המוח הקטן למבדה.
      1. הכן 2 אלקטרודות EMG-ECG לכל בעל חיים.
    3. הכנת מחבר ראש של 6 ערוצים לנקבה (רסטר: 2.54 מ"מ x 2.54 מ"מ, גודל: 5 מ"מ x 8 מ"מ x 9 מ"מ, גודל פינים: 5 מ"מ, ראה איור 1 ).
      1. כסה את המחבר על בסיס של סיכות נקבה ונקבה עם קלטת.
      2. הוסף כמות קטנה של תיל הלחמה לקצות 4 של 6 סיכות זכר לעזור עם הלחמה של EEG ו- EMG-ECG אלקטרודות במהלך הניתוח(ראה צעד 1.3.16).

figure-protocol-2426
איור 1 . תצוגה סכמטית של האתרים עבור EEG ו EMG אלקטרודות ההשתלה על הגולגולת של העכבר.
Craniotomies # 1 ו # 2 ממוקמים ~ 2 מ"מ לרוחב לקו האמצע ו ~ 2 מ"מ מקורי כדי bregma. Craniotomies # 3 ו # 4 ממוקמים ~ 2 מ"מ מקורי למבדה והם, בהתאמה, 4 ו 2 מ"מ לרוחב לקו האמצע. שתי האלקטרודות EEG, עשוי מולחם חוט זהב לראש של בורג מצופה פלדה מצופה זהב (# 2 ו # 4) נמצאים על האונה הימנית. 2 ברגים שמאל (# 1 ו # 3) לשמש תומכים. שים לב כי אלקטרודות EMG-ECG לא צריך להיות במגע עם 2 ברגים התומכים. EMG-ECG אלקטרודות הן 3 - 4 ס"מ חוטי זהב ארוך, כפופות בזוויות 90 מעלות מעל 1 ס"מ על הקצוות מקורי שלהם מפותל (1 - 2 מ"מ ø) על הקצוות הזנב. 2 אלקטרודות EEG ו 2 EMGS מחוברים למחבר הראש של 2 x 3-channel על-ידי הלחמה של חוט אחד לסיכה אחת, כפי שמוצג על-ידי הקווים המקווקווים. מידע מפורט נוסף על אלה אלקטרודות ההשתלה שלהם ניתן למצוא In 29 . אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

  1. ניתוח השתלות.
    1. להרדים את החיה בתא גורם isoflurane (4 - 5% isoflurane + O 2 ב 1 - 2 L / min מעל 3 - 4 דקות). להזריק 5 מיקרוגרם / גרם carprofen intraperitoneally (IP) בעת הסרת העכבר מן החדר, לפני קיבוע stereotaxic.
    2. בצע נהלים סטנדרטיים כדי לתקן את העכבר על המנגנון stereotaxic. לשמור על הרדמה isoflurane דרך מסכת גז (3% isoflurane + O 2 במהלך קיבוע ב 1 L / min). לשמור על טמפרטורת הגוף לאורך כל הניתוח ב 37 ° C usinGa כרית חימום.
      1. הגן על העיניים מפני ייבוש על ידי החלת ויטמין A משחה. בדוק את רמת סובלנות כירורגית של החיה על ידי בדיקת רפלקס הנסיגה כפה.
    3. לתקן את הראש על ידי מיקום הסורגים באוזן על הגולגולת עם הקצוות בוטה, לאחור שלהם במקום הטיפים שלהם (מבלי להיכנס לתעלות האוזן) 29 . מקמו את סרגל הפה (כרגיל) כדי להבטיח את אופקיות הראש.
      הערה: קיבוע ממזער נזק לאוזניים, אשר חשוב עבור ניסויים עוררות אקוסטית (ראה סעיף 4 של הליך זה).
    4. לפקח על הנשימה של החיה במהלך ההליך, אשר צריך להישאר על ~ 2 - 3 נשימות / 2 s. התאם את ריכוז isoflurane במתקן הגז במידת הצורך; זה צריך לרדת מעט מעט במהלך הניתוח, מ 3% במהלך קיבעון ל 1.0-1.5% לקראת סוף ההליך.
    5. להזריק 100 μL של 0.9% NaCl IP פעם אחת לכל שעה באמצעות אינסולי בסדרמזרק n כדי לשמור על בעל חיים hydrated.
    6. ודא כי הראש של החיה מוארת על ידי מקור אור בהיר.
    7. נקה את האזור עם 70% EtOH ו יוד מבוסס חיטוי (פרווה רטובה מונע שיער להיכנס לחלון כירורגי).
    8. להרים את העור במרכז הגולגולת עם מלקחיים אדסון לחתוך בעדינות את החלק הרים של העור לאורך קו האמצע, מן החלק העליון של הצוואר עד לרמה של העיניים, באמצעות מספריים בסדר. הסר את הקרקפת (~ 1 ס"מ anteroposterior, ~ 0.5 - 0.8 ס"מ לרוחב).
      1. ודא כי החלון הוא גדול מספיק (לכיוון שני הצדדים) כדי לראות בבירור את ברגמה ואת סדקים lambda של הגולגולת. תקן את העור משני הצדדים עם serrefines בולדוג כדי להבטיח גישה העצם.
    9. הסר את הרקמה הלחמית (periosteum) על ידי שריטות בזהירות עם אזמל. נקה את האזור עם חומר חיטוי מבוסס יוד ויבש את הגולגולת עם ספוגית חיטוי.
    10. בעזרת להב סכין חדה (גודל 15), שריטה של ​​sKull כדי לקבל משטח עצם נקי וממוזג. רק באמצעות קצה אזמל, לגרד רשת כמו רשת של חריצים, עם מרחק של ~ 1 - 2 מ"מ בין החריצים.
      הערה: זה משפר את הקובץ המצורף של שני דבק אפוקסי רכיב לגולגולת בשלב 1.3.15.
    11. השתמש microdrill עם 1/005 מקדחה בגודל לבצע 4 craniotomies (~ 0.7 מ"מ ø) הגולגולת במקומות ספציפיים ( איור 1 , גם לראות צעד 1.3.11.3). לפוצץ אבק עצם באמצעות פיפטה פסטר לנקות כל דימום עם ספוגית מחטא.
      1. אם הדימום מתרחש, ודא כי הוא נעצר לחלוטין לפני חידוש התהליך. השתמש ספוג להרדתי כדי להאיץ hemostasis.
      2. השתמש בשתי craniotomies על האונה הימנית כדי להכניס את האלקטרודות בורג (craniotomies # 2 ו # 4).
      3. השתמש בשתי craniotomies על חצי הכדור השמאלי כדי להכניס ברגים עיגון כי יתייצב את השתל (craniotomies # 1 ו # 3).
        הערה: כדי להגדיליציבות se, עד 4 ברגים עיגון שימשו 29 .
        הערה: הקואורדינטות הסטריאוטקסיות המדויקות הן: 2 מ"מ מקו האמצע על שני חצאי המוח ו 2 מ"מ מקורי מ bregma (craniotomies # 1 ו # 2), 2 מ"מ מקורי מלבדה ו 4 מ"מ לרוחב-שמאל מ קו האמצע (craniotomy # 3) 2 מ"מ מקורי מלמדה ו 2 מ"מ לרוחב-מימין מ קו האמצע (craniotomy # 4). ראה איור 1 .
    12. בחצי הכדור השמאלי, בורג שני ברגים מצופים זהב דרך craniotomies לתמיכה.
      1. תקן את הבורג בתוך מהדק עוצר דמום והחזק אותו אנכית מעל craniotomy. בזהירות לגשת לתחתית הבורג על גבי craniotomy. סובבו אותו מבלי לסטות מן המיקום האנכי.
        הערה: רק 1.5 סיבובים מספיקים כדי להגיע ליציבות מכנית טובה ולאותות איכותיים תוך צמצום הלחץ על הרקמה הבסיסית 25 .
      2. בצד ימין, לדפוק מראשאלקטרודות מוכנות היטב (המתוארות בשלב 1.2.1) באמצעות craniotomies.
    13. בעזרת מלקחיים, בזהירות להרים את הגבול של העור מן השרירים הצוואר. הכנס את חוטי EMG-ECG, עם הקצוות המסולסלים בתוך השרירים (משמאל ומימין). דבק את החלקים האמצעיים אל הגולגולת, כך שמאל EMG-ECG יוצא ליד האחורי בורג שמאל עוגן, בעוד EMG-ECG הנכון ממוקם ליד בורג העוגן הקדמי השמאלי.
    14. כדי לזהות אותות ECG מהלב במהלך השינה, ודא כי חוטי EMG-ECG מוכנסים לתוך השריר לעומק של 0.8 ~ 1 ס"מ, כאשר לולאה שלהם מסתיימת רחוק ככל האפשר.
    15. השתמש מרית מכוסה דו רכיבי אפוקסי דבק ליישם את הדבק על הגולגולת בין וברגים סביב. תן לו להתייבש באור, אבל להגן על העיניים של החיה מברק מוגזם.
      הערה: בסיסים של הברגים חייב להיות מכוסה, ורק את החוטים צריך להיות נגיש, מתעוררים frאום הדבק.
    16. ודא כי הדבק ממלא את החלל בין שתי אלקטרודות EMG-ECG המשתרעות על פני השטח, כך שאין קשר חשמלי ביניהם לבין ברגים תמיכה. לשלם בזהירות קפדנית לא להדביק את העור אל הגולגולת; העור צריך להישאר חופשי לנוע סביב הדבק.
    17. חותכים את EEG ו- EMG-ECG חוטים כך שהם מגיעים ~ 0.5 מ"מ מתוך הדבק. לרתך את ארבעת הפינים בפינת המחבר שהוכן בשלב 1.2.3. אל ארבעה חוטים המתעוררים מן הדבק ( איור 1 ).
      1. נסה למקם את סיכות המחבר קרוב ככל האפשר כדי למזער את גובה השתל; השתמש בתופסן תנין קטן המחובר למחזיק הסטריאוטקטי ששומר על מיקומו של המחבר. מזער את הזמן במגע עם קצה הלחמה, כמו זה מחמם במהירות את הברגים.
    18. ממלאים את החלל בין הדבק לבין המחבר עם מלט שיניים לכסות את החלקים מולחמים. צור smooהפנים ולהימנע קצוות חדים שעלולים לפגוע בחיה. יתר על כן, להימנע מלגעת בעור, כמו זה מוביל גירוד.
    19. הסר את סרפינים בולדוג. במידת הצורך, לסגור את הפצע באמצעות חוט תפר סטרילי (סיבים absorbable suturing) מלפנים ומאחורי המחבר, יצירת פשוטה, סגירת סגירת דפוסי ושני קשרים מרובעים (5-0 FS-3 מחט, 45 ס"מ נימה).
    20. לפקח על החיה עד שהוא ער לחלוטין. לשקול את החיה לאחר הניתוח ולהחזיר אותו לכלוב הביתה להתאוששות.
  2. טיפול שלאחר הניתוח וחיבור למערכת.
    1. לפקח על החיה כל יום במשך שבוע. חפש ירידה במשקל, פעילות מופחתת או חריגה, וכן סימנים של זיהומים. בצע את ההליך הבקיע שהוקם על ידי הרשויות הוטרינריות שלך.
    2. 5-6 ימים לאחר הניתוח, חבר את כבל ההקלטה למחבר הראש על החיה, והשאיר אותו בכלוב הבית. המתן עוד 4 - 5 ימים לפני תחילת recorDing כך החיה הוא הרגיל למצב וישן באופן טבעי.

2. ניקוד בסיסי של EEG / EMG-ECG נתונים עבור ערנות המדינה

  1. שיא EEG ו- EMG-ECG נתונים מעל 48 שעות עם תוכנה polysomnographic מסחרי ( למשל, Somnologica, SleepSign, או Sirenia). השתמש בהגדרות טיפוסיות, כגון רווח 2000x; קצב דגימה של 2,000-הרץ בעת הרכישה, למטה שנדגמו ל -200 הרץ לאחר הרכישה; ו 0.7- Hz לעבור גבוהה מסנן עבור EEG ו 10-High-High לעבור מסנן EMG-ECG.
  2. ייצא את הנתונים בתבנית הקובץ .edf.
  3. פתח את קבצי ה .edf עם תוכנה מותאמת אישית ( למשל, ב Matlab), כי חצי אוטומטי מסווג כל עידן 4-s כמו ער, לא REM לישון, שנת REM, ואת חפצי המקביל.
    הערה: לחלופין, ישנם מספר אוטומטיות חצי אוטומטית התוכנה זמין. הליך זה מתאר כמה מהצעדים הבסיסיים שיש לעשות כדי להגדיר את הניקוד wIth את תוכנת הניקוד המשמש כאן; מערכות ניקוד אוטומטיות למחצה אחרות עשויות להתבסס על פרמטרים אחרים.
  4. באמצעות התוכנה, להפריד את ".ד" קבצים 4 פעמים 12 שעות של הקלטות.
    1. הסר חפצים אשר נובעים פעילות EMG -ECG נוכח האות EEG או ממצב התנהגותי בלתי ניתנת להסרה 1 , 29 .
    2. חישוב ממוצע של EEG מוחלט (EEG ממוצע ) ו EMG (EMG ממוצע ) ערכים מעל 12 שעות של הקלטות מן EEG ו- EMG-ECG עקבות, בהתאמה.
    3. זיהוי ממוצע EEG / EMG ערכים של כל תקופה 4-s (EEG אפוק / EMG אפוק ).
    4. סיווג את התקופות כ"עיראק "כאשר EEG אפוק מתכוון ו- EMG אפוק > EMG מתכוון ו" ללא REM לישון "כאשר EEG אפוק > EEG מתכוון ו- EMG אפוק מתכוון.
    5. לסווג את התקופות כי לא תוך הקפדה על קריטריונים אלו עם אלגוריתם מתקן המבוסס על תקופות קודמות ואחרות.
    6. סיווג את התקופות כמו REM לישון כאשר EEG אפוק מתכוון ו- EMG אפוק מתכוון .
    7. צמצם את הנקודות הקריטיות, כגון מעברים משינה ללא REM להעיר, תקופות שינה של REM ועוררות מיקרו במהלך שינה ללא REM. חזותית לבדוק את הניקוד כדי להבטיח ערנות נאותה המדינה קביעת 29 , 30 .
      הערה: תמיד לבצע בדיקה ויזואלית הסופי אימות של ניקוד.

3. ניתוח של תנודה אינפרא איטי עבור EEG ו heartbeats

  1. לניתוח זה, בחר רק התקפי שינה ללא REM שנמשכים ≥ 96 s ( כלומר, לפחות 24 תקופות של 4 שניות); ראה איור 2 .
    הערה: ניתן לבצע שגרות מותאמות אישית לפי בקשה 1 .
Ve_content "> figure-protocol-14319
איור 2 . קביעת סיגמא כוח דינמיקה במהלך ללא הפרעה Non-REM לישון.
( א ) למעלה, EEG (שחור) ו- EMG-ECG (אפור) עקבות במהלך 100 דקות הראשונות של השלב האור בעכבר אחד. מדינות ערנות מסומנות על ידי הסרגל הצבעוני על גבי העקבות הגולמיים. דוגמא בינונית ואופיינית למשק השינה הלא-רציף (96-s). תחתון, אינטרוול שנבחר באופן אקראי, 16-שניות המדגים את החלוקה לתוך עידן 4-s. השלב הבא של הניתוח מוצג עבור ארבעת התקופות הללו בלבד, אך הוא תקף לכל תקופה הנמצאת בהתקפה. ( ב ) למעלה, ארבעה FFTs רצופים שנוצר מן 4-s epochs שמוצג בחלק התחתון של הפאנל A. הלהקה סיגמא (10-15 הרץ) מוצל באדום. למעלה מימין, 1-s הבלעה מן התקופה האחרונה מראה R- גלי נוכח האות EMG- ECG בריבוע. למטה, כמובן הזמן של כוח סיגמא המופק מן הספקטרום המתאים לעיל. הקווים המנוקדים ממחישים את המשך ערכי הכוח לפני ואחרי ארבע הארצות שאינן REM שנבחרו לתצוגה. ( ג ) מנורמל כוח סיגמא (אדום) ו פעימות לב (ב BPM) (אפור) קורסים זמן, עם החלק המצויר ב (B) הממוקם בין הקווים מקווקו אנכי. להלן האות המתאים מסנן EEG בלהקה סיגמא (10 - 15 הרץ). ( D ) תוצאה של FFT מחושב על זמן כוח סיגמא הקורס מוצג ב (ג), מפגין שיא דומיננטי ב 0.016 הרץ. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

  1. חלץ את ערכי הכוח עבור הספק הספקטר (10-15 הרץ) הספקטרלי בפסי 4-s ( איור 2 A ו- B ) באמצעות חישובים של התמרת Fourier מהירה (FFT)"> 1.
  2. חישוב הכוח הספקטראלי הבסיסי לשינה ללא REM על ידי חישוב ממוצע של ערכים בכל סל תדרים עבור כל תקופות השינה הלא REM (חפצים ותקופות המעבר בין מצבי ערנות אינם נכללים בממוצע זה). לנרמל את ערכי כוח sigma של כל תקופה עד הכוח הממוצע של הלהקה סיגמא במהלך non- REM לישון על תקופת הזמן של עניין. מגרש נגד הזמן ( איור 2 ג ).
  3. חישוב FFT של הקורס זמן סיגמא כוח עם חישוף חישוף לחשוף את רכיבי תדר נדנוד של הדינמיקה כוח ( איור 2 ד ) 1 .
  4. שים לב כי מאז הלא REM לישון bouts יש משתנים שונים, FFTs וכתוצאה מכך יש רזולוציות תדר שונות. אינטרפולציה כדי להתאים את הרזולוציה לרמה הגבוהה ביותר המתקבלת מהתקף השינה הארוך ביותר ללא REM וממוצע ה- FFT של כל ההתקפים.
  5. המשך אלה analysEs לתאר את היחסים פאזה בין הדינמיקה של אותות EEG ו- ECG.
  6. לחלץ את נתוני פעימות הלב של האות EMG-ECG בריבוע לאחר סינון גבוה 30-hz לעבור, באמצעות שגרות המתאימות לאיתור שיא של גל R.
    הערה: הגבלת מרווח הזמן המינימלי בין שני גלי R עוקבים ל -80 מילישניות מסייעת למנוע הכללה של פסגות ארעיות מעת לעת עקב התכווצות שרירים 1 .
  7. למדוד את מרווחי RR ולחשב את קצב הלב הממוצע פעימות לדקה (BPM) כל סל 4-s ( איור 2 B ו- C ).

4. חשיפה לרעש

  1. צור רעשים (כלומר רעש לבן) באמצעות תוכנה מותאמת אישית. הגדר את משך הזמן ל 20 שניות ואת עוצמת 90 dB SPL (נמדד בתוך הכלוב). להשמיע את הרעשים באמצעות רמקולים פעילים סטנדרטיים 1 .
  2. לאחר הניתוח, במהלך ההרגל כדי recorמצב דינג, לנגן אקראית רעשים אקראית, מספר פעמים במהלך היום וברגעים שונים 1 .
  3. במצב הניסוי (בעת הקלטת נתוני EEG / EMG / ECG), השמע רעש פסאודו אקראי במהלך 100 הדקות הראשונות בהופעת האור (ZT0). כדי לנגן את הרעש, למלא את התנאים הבאים 1 :
    1. ודא שהעכבר נמצא בשינה שאינה REM למשך 40 שניות.
    2. ודא כי החשיפה הקודמת התרחשה יותר מ 4 דקות לפני.
      הערה: התוצאה היא ~ 15 חשיפות לכל פעילות באתר.
  4. סמן את תחילת זמן ההקלטה ואת תחילתו של כל חשיפה רעש. שמור את הנסיין עיוור להרכב ספקטרלי של שינה ללא REM במהלך ההליך.
  5. לרכוש את כל הנתונים עם התוכנה polysomnographic 1 , 29 .

5. ניתוח רטרוספקטיבי של שינה בהתבסס על התוצאה ההתנהגותית במהלךחשיפה לרעש

  1. באופן ידני ציון EEG / EMG-ECG עקבות ברזולוציה של 4, ללא ידיעה של פעמים חשיפה הרעש 1 .
  2. השתמש בסקריפט מותאם אישית כדי לחלץ את נתוני החשיפה EEG / EMG -ECG / רעש 1 .
  3. ציון כמו שינה כאשר הן EEG ו- EMG אותות להישאר ללא שינוי במהלך החשיפה לרעש ( איור 3 א ). שקול להתעורר כאשר משרעת EEG פוחתת תדירות EEG מגביר, בשילוב עם פעילות שרירים זוהה על האלקטרודה EMG-ECG ( איור 3 ב ).
  4. מחק ניסויים שבהם בעלי חיים התעורר במהלך התקופה מראש גירוי או ב 4 S הראשון של חשיפה רעש ( איור 3D ).
  5. להגדיר את שיעור ההצלחה עוררות כמשקל של ניסויים להעיר בתוך כל הניסויים הכלולים ("השכמה" ו "שינה דרך").
  6. בכל הניסויים הכלולים, לבחון את הדינמיקה של כוח סיגמא במהלך הE מראש גירוי תקופה ( איור 3 ה ) 1 .

figure-protocol-20437
איור 3 . תוצאות התנהגותיות בתגובה להופעת רעש: תוצאות נציג שנשמרו או לא נכללו בניתוח.
( AD ) עקבות גולמיים של EEG (שחור) ומקביל EMG-ECG (אפור) אותות עבור 40 s לפני תחילת הרעש במהלך 20 של הרעש, המיוצג על ידי השטח מוצל כחול. מצבי ערנות מסומנים בקוד הצבעים. כדי להמחיש נתונים שנכללו בניתוח, מוצגים אירועי "שינה באמצעות" ( A ) ו- "Wake-Up" ( B ). תוצאות שהושלכו מכילות מעברים לשינה של REM ( C ) ותגובה "מתעוררת" ( D ) מוקדמת ( D ). את הבלעה מראה expanחלק ניכוי של EEG ו- EMG-ECG עקבות אופייניים לשינה REM. ( E ) דוגמאות אופייניות של דינמיקה כוח סיגמא בחלון 40-s לפני תחילת רעש במהלך "שינה דרך" (משמאל) ו "Wake-up" (מימין) האירוע. עקבות גלם EEG bandpass מסונן עבור הלהקה sigma מוצג לעיל. האזור הכחול מייצג את תחילת הרעש. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

תוצאות

איור 2 א (הלוח העליון) מראה 100 דקות של מתיחה של התנהגות ספונטני שינה- Wake, נרשם באמצעות אלקטרודות פוליסומנוגרפיים מושתלים כמתואר (ראה איור 1 ). את העליות ואת הירידות של EEG ו- EMG משרעת ב לא REM לישון הופעת נראים בבירו?...

Discussion

כאן, אנו מראים כיצד ליצור פרופיל טמפורלי מתמשך של שינה ללא REM המשלבת משתנים EEG, EMG ו- ECG. זהו צעד ראשון לקראת פיתוח תיאור אינטגרטיבי של שינה עכבר, אשר יכול לעזור לזהות את לוח זמנים לא מוכר בעבר שבו עמידות גבוהה ונמוכה לרעש מאורגנים במהלך REM לא 1 . מבנה טמפורלי ד...

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרס כלכלי מתחרה.

Acknowledgements

אנו מודים לכל חברי המעבדה על תרומתם לכתיבה ולקריאה זהירה של כתב היד. אנו אסירי תודה פול פולן על דיונים מעוררים, ד"ר Gisèle Ferrand הערות מועילות על פרוטוקול כירורגי, וד"ר ז'אן איב Chatton למתן את הקבצים ההפעלה Labview המקורי לחשיפה הרעש. המימון סופק על ידי הקרן השוויצרית הלאומית למדע (מענקים 31003A_146244 ו 31003A_166318) ואת Etat דה Vaud.

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

Neuroscience126NeurosciencepolysomnographyEEGEMGECG

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