We thank Dr. Larry D. Frye for editorial help with this manuscript. This work was supported by Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research 24300129 (to M.L.), 25890005 (to Y.O.) and 26640025 (to Y.T.), the National Agriculture and Food Research Organization (to Y.U.), the World Premier International Research Center Initiative (WPI) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (to Y.O., Y.T., Y.U. and M.L.) and the Nestl&#233; Nutrition Council, Japan (to M.L.).

Etica Dichiarazione: procedure che coinvolgono soggetti animali sono stati approvati dal Comitato Experiment Animal Istituzionale presso l&#39;Università di Tsukuba. 1. Preparazione di elettrodi e cavi per EEG / EMG Recordings <ol><li> Preparare EEG / EMG elettrodo di registrazione in base alla seguente procedura. Nota: L&#39;elettrodo è monouso e può essere utilizzato solo per 1 animale. Pianificare attentamente la configurazione di cablaggio per tutti i connettori. Posizionare segni sui connettori per l&#39;orientamento corretto. <ol><li> Saldare ogni pin di un colpo di testa a 4 pin per un filo di acciaio inossidabile di 2 cm. In breve, tenere un capo del filo al pin, inserire un saldatore caldo sul giunto wire-pin, e sciogliere qualche saldatura per garantire che sufficiente saldatura senza intoppi nel giunto. Fare attenzione a non applicare troppo calore al perno; altrimenti, la plastica attorno ai perni si scioglierà. </li><li> Saldare l&#39;estremità libera di ciascuna delle 2 fili collegati ai pin alla testadi una vite in acciaio inox 1,0 mm di diametro. In breve, tenere l&#39;estremità libera del filo per il filo sotto la testa della vite, posizionare un saldatore caldo sul giunto wire-vite e sciogliere qualche saldatura per garantire che sufficiente saldatura senza intoppi nel giunto. I 2 fili con le viti servono come elettrodi di registrazione EEG, mentre i 2 fili senza viti fungono da elettrodi di registrazione EMG. </li><li> Utilizzare forbici per togliere 1 mm dell&#39;isolamento all&#39;estremità degli elettrodi EMG per aumentare la qualità del segnale EMG. </li><li> Coprire completamente tutti i perni saldati con adesivo epossidico, utilizzando un sottile bastone di legno o stuzzicadenti per ridurre il rumore elettrico durante le registrazioni di EEG / EMG. </li></ol></li><li> Preparare un cavo per collegare l&#39;elettrodo con l&#39;anello di contatto come descritto di seguito. Questo cavo può essere riutilizzato. <ol><li> Saldare ogni pin di un connettore FFC / FPC a 4 pin con un filo di un cavo piatto da 30 cm. In breve, tenere l&#39;estremità spelata del cavo al pin, inserire un saldatore caldosul giunto wire-pin, e sciogliere qualche saldatura per garantire che solo abbastanza solder intoppi nel giunto. Nota: scegliere la lunghezza del cavo piatto che è appropriato per l&#39;altezza della gabbia animale sperimentale utilizzato per le registrazioni di EEG / EMG. </li><li> Saldare crimpare socket per una punta dei fili sull&#39;altra estremità del cavo piatto. In breve, tenere una presa crimpatura all&#39;estremità libera spellata del cavo, inserire un saldatore sul giunto fili socket, e si fondono qualche saldatura per garantire che quel tanto che basta a saldare senza intoppi nel giunto. </li><li> Inserire ogni aggraffatura presa in una posizione 4 crimpare abitazioni. </li><li> Completamente coprire il socket con adesivo epossidico aggraffatura utilizzando un sottile bastone di legno o stuzzicadenti. </li></ol></li></ol> 2. L&#39;impianto di elettrodi in the Head Mouse (durata:. Circa 20 min) <ol><li> Sterilizzare tutti gli strumenti chirurgici in un cordone di sterilizzatore a caldo prima della chirurgia. Anestetizzare un topo maschio (10 - 20 settimane, 20 - 30 g)con un&#39;iniezione intraperitoneale di pentobarbital (50 mg / kg). Dopo aver verificato che il mouse è profondamente anestetizzati pizzicando un dito del piede, radersi i capelli sulla testa e sul collo con un rasoio. </li><li> Muovi il mouse per il telaio stereotassico, e fissare la testa tra i 2 bar dell&#39;orecchio. Applicare vaselina sugli occhi per prevenire la secchezza. Pulire la pelle rasata con l&#39;alcol e tagliarlo lungo la linea mediana con un bisturi per esporre il cranio. Agganciare la pelle a mantenere l&#39;area chirurgica a cielo aperto. </li><li> Utilizzando una fresa (dimensioni trapano: 0,8 mm di diametro), trapano 2 fori nel cranio, uno sopra l&#39;area corticale frontale (1 mm anteriore al bregma, 1.5 mm lateralmente alla linea mediana) e l&#39;altro sopra la zona parietale ( 1 millimetro anteriore al lambda 1,5 mm lateralmente alla linea mediana) dell&#39;emisfero destro, secondo coordinate stereotassiche di Paxinos e Franklin. 23 </li><li> Utilizzando cacciavite una gioielleria, in acciaio inox posto viti di registrazione EEG nei fori e fare 2 - 2,5 giri per ogni schew per posizionamento epidurale sulla corteccia. Nota: Non inserire le viti troppo profonde per evitare di danneggiare il tessuto cerebrale. Verificare che le viti siano ben fissati sul cranio. Ciò è importante avere segnali EEG stabile durante un lungo periodo di registrazioni multiple (tipicamente, più di 1 mese). Viti Wiggly producono artefatti EEG e possono venire fuori prima della fine del programma sperimentale. </li><li> Fissare il gruppo elettrodi (vedi Sezione 1.1, perni rivolti verso l&#39;alto) con colla istantanea al cranio e coprire con del cemento dentale. Fai bilateralmente piccoli fori con una pinza nei trapezio (collo) i muscoli e inserire i cavi di acciaio inossidabile che fungono da elettrodi EMG nei fori. Suturare la pelle con un filo di seta (diametro 0,1 mm) per evitare l&#39;esposizione del muscolo. </li><li> Rimuovere il mouse dal telaio stereotassico. Somministrare ampicillina (100 mg / kg) e meloxicam (1 mg / kg) per via intraperitoneale al mouse per evitare l&#39;infezione batterica e per ridurre il dolore post-operatorio, rispettivamente. Keep il mouse su un blocco di calore e controllare fino a quando non ha ripreso conoscenza sufficiente a mantenere decubito sternale. Casa il mouse individuale durante il recupero per evitare la rimozione di elettrodi da altri animali, e amministrare meloxicam (1 mg / kg) per via intraperitoneale il primo giorno dopo l&#39;intervento chirurgico. </li></ol> 3. Registrazione e acquisizione EEG / EMG dati <ol><li> Dopo un periodo di recupero di 1 settimana, casa ciascun topo individualmente in una gabbia sperimentale posto in una camera di registrazione insonorizzata. Mantenere una temperatura ambiente di 23 ± 1 ° C e automaticamente cicli di 12 ore di luce / 12 ore scuro controllare (luci accese alle 08:00, intensità di illuminazione ~ 100 lux). </li><li> Collegare il gruppo elettrodi EEG / EMG sulla testa del mouse di un cavo di registrazione. Assicurarsi che il cavo di registrazione è collegato ad un collettore (che è progettato in modo che i movimenti del mouse non sono limitati dalla torsione del cavo) e un amplificatore di segnale EEG / EMG. Filtro EEG / segnali EMG (EEG, 0,5-64 Hz; EMG, 16-64 Hz), digitalizzare ad una frequenza di campionamento di 128 Hz da un convertitore analogico-digitale (A / D) e, infine, la registrazione su un computer con software di registrazione EEG / EMG (&#39;Materiali&#39; Tavolo, 4 ° ingresso dal basso). </li><li> Abituare il mouse per 2 - 3 giorni nella camera di registrazione. Se la registrazione EEG / EMG include amministrazioni droga intraperitoneali, gestire delicatamente il mouse su ogni giorno assuefazione al momento della somministrazione del farmaco. </li><li> Successivamente, avviare il software EEG / EMG registrazione (&#39;Materiali&#39; Tabella, 4 ° ingresso dal basso). <ol><li> Selezionare la scheda &#39;file di dati informazioni&#39; e fare clic sulla casella accanto al nome del file. Immettere un nome file e fare clic su &#39;Salva&#39;. </li><li> Selezionare la scheda &#39;condizioni di registrazione&#39; e selezionare tutti i canali EEG / EMG, che verranno registrate. </li><li> Selezionare la frequenza di campionamento (128 Hz) nella scheda &#39;condizione di registrazione&#39;. </li><li> Controllare se i canali selezionati vengono visualizzati correttamente in thscheda e &#39;Canale informazioni&#39;. </li><li> Selezionare la scheda &#39;impostazione del timer&#39; e cliccare su &#39;Monitor&#39; per visualizzare EEG e EMG. </li><li> Controllare se i segnali EEG / EMG vengono visualizzati correttamente. </li><li> Selezionare la scheda &#39;impostazione del timer&#39; e impostare l&#39;ora per l&#39;inizio e la fine della registrazione nell&#39;area &#39;Timer principale&#39;. </li><li> Fare clic su &#39;Monitor&#39; nella scheda &#39;impostazione del timer&#39; per avviare la registrazione. </li></ol></li><li> Registra segnali EEG / EMG sotto della linea di base (es., Il comportamento del sonno / veglia di un mouse liberamente comportarsi) e diverse condizioni di trattamento (ad es., Somministrazione di caffeina o trattamento simulato) per diversi giorni. Euthanize il mouse con una iniezione intraperitoneale di pentobarbital (200 mg / kg) dopo l&#39;ultimo giorno sperimentale. </li></ol> 4. Punteggio di Behavioral Stato Sulla base di EEG / EMG dati <ol><li> Avviare il software per l&#39;analisi EEG / EMG (&#39;Materiali&#39; Tavolo, 4 ° ingresso dal basso). Aprire i dati grezzi EEG / EMG (file .kcd) prodotte sotto il punto 3. Fare clic sulla scheda &#39;Sleep&#39; e selezionare il tempo di Epoch. Selezionare 10 sec. </li><li> Fare clic sulla scheda &#39;Sleep&#39; e selezionare &#39;Multi-screening&#39; di segnare automaticamente tutte le epoche di 10 sec in 3 fasi (ad es., NREM e il sonno REM, e veglia), sulla base delle ampiezze di EEG e EMG e l&#39;analisi spettrale di potenza dell&#39;EEG. 3 </li><li> Fare clic su &#39;condizioni FFT per EEG&#39;. </li><li> Impostare i parametri per l&#39;analisi spettrale di potenza [256 punti di riferimento (corrispondente a 2 secondi della EEG), funzione finestra Hanning, e la media di 5 per ogni epoca spettri]. 3 Fare clic su &#39;OK&#39;. </li><li> Fare clic su &#39;Start&#39; di screening per iniziare la proiezione automatica. Aprire i dati ottenuti (file .raf). </li><li> Controllare i risultati dello screening automatico e, se necessario, correggere manualmente in base ai criteri standard (vedere Risultati rappresentativi Figura 1B, e Tabella 1 </sTrong&gt;). 2, 3 In breve, cliccare e tenere premuto il tasto sinistro del mouse su un&#39;epoca in modo non corretto ha segnato e trascinare il cursore attraverso la stringa di epoche erroneamente segnato. Rilasciare il tasto sinistro del mouse e selezionare il corretto stato comportamentale nella finestra pop-up. Nota: Di tanto in tanto, epoche presso la transizione tra due stati vigili sono difficili da segnare in modo inequivocabile a uno Stato. In tali casi, l&#39;epoca risposta deve essere allo stato apparente e gli stessi criteri dovrebbe essere applicata a epoche simili in tutto l&#39;esperimento di garantire la riproducibilità dei dati. </li></ol>

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The authors Yujiro Tauguchi and Sayaka Kohtoh are employees of Kissei Comtech Co., Ltd that develops SleepSign software for acquisition and automatic scoring of EEG/EMG data used in this article.

Questo protocollo descrive un set-up per le registrazioni di EEG / EMG che permette di valutare sonno e veglia sotto a basso rumore, condizioni di costo-efficaci e ad alto rendimento. A causa delle piccole dimensioni del gruppo testa elettrodi EEG / EMG, questo sistema può essere combinato con altri impianti per esperimenti intra-cerebrali, compresi optogenetics (fibra impiantazione ottico) o, in combinazione con simultanea cannula impiantazione, microinfusion di farmaci nel mouse cervello. 31 Inoltre, il de...

I progressi tecnici hanno spesso precipitato salti quantici nella comprensione dei processi neurobiologici. Ad esempio, la scoperta di Hans Berger nel 1929 che potenziali elettrici rilevati dal cuoio capelluto umano hanno assunto la forma di onde sinusoidali, la cui frequenza è direttamente correlato al livello di veglia del soggetto, ha portato a rapidi progressi nella comprensione del sonno-veglia regolazione, sia negli animali e nell&#39;uomo simili. 1 A tutt&#39;oggi l&#39;electroencephlogram (EEG), in combinazione con il elettromiogramma (EMG), cioè., attività elettrica prodotta dai muscoli scheletrici, rappresenta i dati &quot;backbone&quot; di quasi ogni sperimentale e clinica valutazione che cerca di correlare il comportamento e fisiologia con l&#39;attività di neuroni corticali comportarsi animali, compresi gli esseri umani. Nella maggior parte dei laboratori di ricerca di base sonno queste registrazioni EEG sono eseguite utilizzando un sistema basato su cavo (Figura 1) in cui d acquisitoata è sottoposto off-line per modello e lo spettro di analisi [ad es., l&#39;applicazione di una trasformata di Fourier (FFT) algoritmo] per determinare lo stato di vigilanza del soggetto in fase di registrazione. 2, 3 sonno è costituito da movimenti rapidi degli occhi (REM) e non-REM (NREM) del sonno. Sonno REM è caratterizzato da un rapido a bassa tensione EEG, il movimento degli occhi a caso, e atonia muscolare, uno stato in cui i muscoli sono effettivamente paralizzati. Sonno REM è noto anche come sonno paradossale, perché l&#39;attività cerebrale assomiglia a quello di veglia, mentre il corpo è in gran parte scollegato dal cervello e sembra essere in sonno profondo. Al contrario, i neuroni motori vengono stimolati durante il sonno NREM, ma non c&#39;è il movimento degli occhi. NREM sonno umano può essere suddiviso in 4 fasi, per cui la fase 4 è chiamata sonno profondo o sonno ad onde lente ed è identificato da grandi onde cerebrali lente con l&#39;attività delta tra 0,5-4 Hz EEG. D&#39;altra parte, una suddivisione tra fasi di sonno non-REM in piccoli animali, come topi unnd topi, non è stato stabilito, soprattutto perché non hanno lunghi periodi di sonno consolidati come visto negli esseri umani. Nel corso degli anni, e sulla base dell&#39;interpretazione EEG, diversi modelli di regolazione sonno-veglia, sia di circuito ea base umorale-, sono stati proposti. Il neurale e base cellulare della necessità di dormire o, in alternativa, &quot;drive sonno&quot;, rimane irrisolto, ma è stato concettualizzato come una pressione omeostatica che costruisce durante il periodo di veglia ed è dissipata dal sonno. Una teoria è che i fattori endogeni somnogenic accumulano durante la veglia e che la loro graduale accumulo è il fondamento del sonno pressione omeostatica. Mentre la prima ipotesi formale che il sonno è regolato da fattori umorali è stato accreditato al lavoro di Rosenbaum pubblicato nel 1892 4, è stato Ishimori 5, 6 e Pieron 7 che in modo indipendente, e più di 100 anni fa, ha dimostrato l&#39;esistenza di sostanze chimiche favorisce il sonno. Entrambi i ricercatori hanno proposto, e anzi hanno dimostrato, che le sostanze Hypnogenic o &#39;hypnotoxins &quot;erano presenti nel liquido cerebrospinale (CSF) di cani privati ​​del sonno. 8 Nel corso dell&#39;ultimo secolo diverse altre sostanze Hypnogenic presunti implicati nel processo omeostatico sonno sono stati identificati (per la revisione, vedi rif. 9), tra cui prostaglandine (PG) D 2, 10 citochine, 11 adenosina, 12 anandamide, 13 e il peptide urotensina II. 14 Il lavoro sperimentale per Economo 15, 16, Moruzzi e Magoun 17, e altri nei risultati prodotti primi e la metà del 20 ° secolo che ha ispirato le teorie basate su circuiti di sonno e veglia e, in una certa misura, messo in ombra la teoria umorale allora prevalente di dormire. Ad oggi, diversi &quot;modelli circuitali&quot; sono stati proposti, reciprocamente informati dai dati di varia qualità e quantità (per la revisione, vedi rif. 18). Un modello, Ad esempio, propone che sonno lento è generato attraverso l&#39;inibizione adenosina-mediata del rilascio di acetilcolina dai neuroni colinergici del proencefalo basale, un&#39;area prevalentemente costituiti al nucleo dell&#39;arto orizzontale della banda diagonale di Broca e inominata substantia. 19 Un altro modello popolare di regolazione del sonno / veglia descrive un meccanismo interruttore flip-flop sulla base delle interazioni reciprocamente inibitorie tra neuroni soporifera nella zona preottica ventrolaterale e neuroni-veglia indurre nel tronco ipotalamo e cerebrale. 18, 20, 21 Inoltre, per la commutazione in e fuori di sonno REM, una simile interazione reciprocamente inibitorio è stato proposto per aree del tronco cerebrale, che è la grigia ventrale periacqueduttale, laterale pontine tegmento, e il nucleo sublaterodorsal. 22 Collettivamente, questi modelli hanno dimostrato prezioso euristiche e conferiti importanti quadri interpretativi per gli studi di ricerca sul sonno; tuttavia, un voit più completa comprensione dei meccanismi molecolari e circuiti che regolano il ciclo sonno-veglia richiederà una più completa conoscenza dei suoi componenti. Il sistema di registrazione poligrafica descritto di seguito dovrebbe aiutare in questo obiettivo.

<table><tbody><tr><td>4-pin header</td><td>Hirose</td><td>A3B-4PA-2DSA(71)</td><td></td></tr><tr><td>Ampicillin</td><td>Meiji Seika</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analog-to-digital converter</td><td>Contec</td><td>AD16-16U(PCIEV)</td><td></td></tr><tr><td>Caffeine</td><td>Sigma</td><td>C0750</td><td></td></tr><tr><td>Carbide cutter</td><td>Minitor</td><td>B1055</td><td></td></tr><tr><td>Crimp housing</td><td>Hirose</td><td>DF11-4DS-2C</td><td></td></tr><tr><td>Crimp socket</td><td>Hirose</td><td>DF11-30SC</td><td></td></tr><tr><td>Dental cement (Toughron Rebase)</td><td>Miki Chemical Product</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Epoxy adhesive</td><td>Konishi</td><td>#16351</td><td></td></tr><tr><td>FFC/FPC connector</td><td>Honda Tsushin Kogyo</td><td>FFC-10BMEP1(B)</td><td></td></tr><tr><td>Flat cable</td><td>Hitachi Cable</td><td>20528-ST LF</td><td></td></tr><tr><td>Instant glue (Aron Alpha A)</td><td>Toagosei</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Meloxicam</td><td>Boehringer Ingelheim</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Pentobarbital</td><td>Kyoritsu Seiyaku</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Signal amplifier</td><td>Biotex</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Sleep recording chamber</td><td>APL</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>SleepSign software</td><td>Kissei Comtec</td><td>N/A</td><td>for EEG/EMG recording/analysis</td></tr><tr><td>Slip ring</td><td>Biotex</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel screw</td><td>Yamazaki</td><td>N/A</td><td>&amp;phi;1.0 &amp;times; 2.0</td></tr><tr><td>Stainless steel wire</td><td>Cooner Wire</td><td>AS633</td><td></td></tr></tbody></table>

polygraphic recording procedure for measuring sleep in mice

Recording of the epidural electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in small animals, like mice and rats, has been pivotal to study the homeodynamics and circuitry of sleep-wake regulation. In many laboratories, a cable-based sleep recording system is used to monitor the EEG and EMG in freely behaving mice in combination with computer software for automatic scoring of the vigilance states on the basis of power spectrum analysis of EEG data. A description of this system is detailed herein. Steel screws are implanted over the frontal cortical area and the parietal area of 1 hemisphere for monitoring EEG signals. In addition, EMG activity is monitored by the bilateral placement of wires in both neck muscles. Non-rapid eye movement (Non-REM; NREM) sleep is characterized by large, slow brain waves with delta activity below 4 Hz in the EEG, whereas a shift from low-frequency delta activity to a rapid low-voltage EEG in the theta range between 6 and 10 Hz can be observed at the transition from NREM to REM sleep. By contrast, wakefulness is identified by low- to moderate-voltage brain waves in the EEG trace and significant EMG activity.

Figura 1B mostra come esempio un mouse EEG nei diversi stati di vigilanza. Come indicato nella tabella 1, sono classificati come epoche sonno REM se l&#39;EEG mostra grandi, onde cerebrali lente con un ritmo delta è inferiore a 4 Hz e l&#39;EMG ha solo un segnale debole o assente. Epoche sono classificati come sonno REM se l&#39;EEG mostra onde cerebrali bassa tensione rapide nell&#39;intervallo theta tra 6 e 10 Hz e l&#39;EMG mostra ba...

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Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice

The recording of electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in freely behaving mice is a critical step to correlate behavior and physiology with sleep and wakefulness. The experimental protocol described herein provides a cable-based system for acquiring EEG and EMG recordings in mice.

Procedura di registrazione poligrafica per la misurazione del sonno nei topi

Recording of the epidural electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in small animals, like mice and rats, has been pivotal to study the ...

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Neuroscience

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Functions of the Central and Peripheral Nervous System

SCIENTISTS IN ACTION

23.3K Views.  University of Tsukuba. The recording of electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in freely behaving mice is a critical step to correlate behavior and physiology with sleep and wakefulness. The experimental protocol described herein provides a cable-based system for acquiring EEG and EMG recordings in mice.

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Manipulation of Epileptiform Electrocorticograms (ECoGs) and Sleep in Rats and Mice by Acupuncture

Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little research to reveal the possible mechanisms behind these effects. To investigate the effect of acupuncture on epilepsy and sleep, several issues need to be addressed. The first is to identify the acupoints, which correspond between humans, rats, and mice. Furthermore, the depth of insertion of the acupuncture needle, the degree of needle twist in manual needle acupuncture, and the stimulation parameters for electroacupuncture (EA) need to be determined. To evaluate the effects of acupuncture on epilepsy and sleep, a feasible model of epilepsy in rodents is required. We administer pilocarpine into the left central nucleus of the amygdala (CeA) to simulate focal temporal lobe epilepsy (TLE) in rats. Intraperitoneal (IP) injection of pilocarpine induces generalized epilepsy and status epilepticus (SE) in rats. Five IP injections of pentylenetetrazol (PTZ) with a one-day interval between each injection successfully induces spontaneous generalized epilepsy in mice. Recordings of electrocorticograms (ECoGs), electromyograms (EMGs), brain temperature, and locomotor activity are used for sleep analysis in rats, while ECoGs, EMGs, and locomotor activity are employed for sleep analysis in mice. ECoG electrodes are implanted into the frontal, parietal, and contralateral occipital cortices, and a thermistor is implanted above the cerebral cortex by stereotactic surgery. EMG electrodes are implanted into the neck muscles, and an infrared detector determines locomotor activity. The criteria for categorizing vigilance stages, including wakefulness, rapid eye movement (REM) sleep, and non-REM (NREM) sleep are based on information from ECoGs, EMGs, brain temperature, and locomotor activity. Detailed classification criteria are stated in the text.

Manipulation of Epileptiform Electrocorticograms ECoGs and Sleep in Rats and Mice by Acupuncture

This paper demonstrates the performance of acupuncture, epilepsy models, and the analysis of sleep in rodents. The acupuncture procedure and the identification of acupoints are described. Pilocarpine or pentylenetetrazol (PTZ) is used to induce epilepsy. Electrocorticogram (ECoG), electromyogram (EMG), brain temperature, and locomotor activity recordings are employed for sleep analysis.

Manipolazione di epilettiforme Electrocorticograms (ECoGs) e sonno in ratti e topi con l&#39;agopuntura

Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little ...

Ricerca

Comportamento

Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents

Traditionally, sleep is monitored by an electroencephalogram (EEG). EEG studies in rodents require surgical implantation of the electrodes followed by a long recovery period. To perform an EEG recording, the animal is connected to a receiver, creating an unnatural tether to the head-mount. EEG monitoring is time consuming, carries risk to the animal, and is not a completely natural setting for the measurement of sleep. Alternative methods to detect sleep, particularly in a high-throughput fashion, would greatly advance the field of sleep research. Here, we describe a validated method for detecting sleep via activity-based home-cage monitoring. Previous studies have shown that sleep assessed via this method has a high degree of agreement with sleep defined by traditional EEG-based measures. Whereas this method is validated for total sleep time, it is important to note that sleep bout duration should be assessed by an EEG which has better temporal resolution. The EEG can also differentiate rapid eye movement (REM) and non-REM sleep, giving more detail about the exact nature of sleep. Nevertheless, activity-based sleep determination can be used to analyze multiple days of undisturbed sleep and to assess sleep as a response to an acute event (like stress). Here, we show the power of this system to detect the response of mice to daily intraperitoneal injections.

We describe a high-throughput method of measuring sleep by means of activity-based home-cage monitoring. This method offers advantages over traditional EEG-based methods. It is well validated for the determination of total sleep duration and can be a powerful tool to monitor sleep in rodent models of human disease.

Determinazione non invasiva, High-throughput di durata di sonno in roditori

Traditionally, sleep is monitored by an electroencephalogram (EEG). EEG studies in rodents require surgical implantation of the electrodes followed by a ...

A High-performance Liquid Chromatography Measurement of Kynurenine and Kynurenic Acid: Relating Biochemistry to Cognition and Sleep in Rats

The kynurenine pathway (KP) of tryptophan degradation has been implicated in psychiatric disorders. Specifically, the astrocyte-derived metabolite kynurenic acid (KYNA), an antagonist at both N-methyl-d-aspartate (NMDA) and &#945;7 nicotinic acetylcholine (&#945;7nACh) receptors, has been implicated in cognitive processes in health and disease. As KYNA levels are elevated in the brains of patients with schizophrenia, a malfunction at the glutamatergic and cholinergic receptors is believed to be causally related to cognitive dysfunction, a core domain of the psychopathology of the illness. KYNA may play a pathophysiologically significant role in individuals with schizophrenia. It is possible to elevate endogenous KYNA in the rodent brain by treating animals with the direct bioprecursor kynurenine, and preclinical studies in rats have demonstrated that acute elevations in KYNA may impact their learning and memory processes. The current protocol describes this experimental approach in detail and combines a) a biochemical analysis of blood kynurenine levels and brain KYNA formation (using high-performance liquid chromatography), b) behavioral testing to probe the hippocampal-dependent contextual memory (passive avoidance paradigm), and c) an assessment of sleep-wake behavior [telemetric recordings combining electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) signals] in rats. Taken together, a relationship between elevated KYNA, sleep, and cognition is studied, and this protocol describes in detail an experimental approach to understanding function outcomes of kynurenine elevation and KYNA formation in vivo in rats. Results obtained through variations of this protocol will test the hypothesis that the KP and KYNA serve pivotal roles in modulating sleep and cognition in health and disease states.

Alterations in the kynurenine pathway (KP) neuroactive metabolites are implicated in psychiatric illnesses. Investigating the functional outcomes of an altered kynurenine pathway metabolism in vivo in rodents may help elucidate novel therapeutic approaches. The current protocol combines biochemical and behavioral approaches to investigate the impact of an acute kynurenine challenge in rats.

Una misura di cromatografia liquida ad alte prestazioni della chinurenina e acido chinurenico: materia biochimica di cognizione e di sonno in ratti

The kynurenine pathway (KP) of tryptophan degradation has been implicated in psychiatric disorders. Specifically, the astrocyte-derived metabolite ...

Quantifying Infra-slow Dynamics of Spectral Power and Heart Rate in Sleeping Mice

Three vigilance states dominate mammalian life: wakefulness, non-rapid eye movement (non-REM) sleep, and REM sleep. As more neural correlates of behavior are identified in freely moving animals, this three-fold subdivision becomes too simplistic. During wakefulness, ensembles of global and local cortical activities, together with peripheral parameters such as pupillary diameter and sympathovagal balance, define various degrees of arousal. It remains unclear the extent to which sleep also forms a continuum of brain states-within which the degree of resilience to sensory stimuli and arousability, and perhaps other sleep functions, vary gradually-and how peripheral physiological states co-vary. Research advancing the methods to monitor multiple parameters during sleep, as well as attributing to constellations of these functional attributes, is central to refining our understanding of sleep as a multifunctional process during which many beneficial effects must be executed. Identifying novel parameters characterizing sleep states will open opportunities for novel diagnostic avenues in sleep disorders.
We present a procedure to describe dynamic variations of mouse non-REM sleep states via the combined monitoring and analysis of electroencephalogram (EEG)/electrocorticogram (ECoG), electromyogram (EMG), and electrocardiogram (ECG) signals using standard polysomnographic recording techniques. Using this approach, we found that mouse non-REM sleep is organized into cycles of coordinated neural and cardiac oscillations that generate successive 25-s intervals of high and low fragility to external stimuli. Therefore, central and autonomic nervous systems are coordinated to form behaviorally distinct sleep states during consolidated non-REM sleep. We present surgical manipulations for polysomnographic (i.e., EEG/EMG combined with ECG) monitoring to track these cycles in the freely sleeping mouse, the analysis to quantify their dynamics, and the acoustic stimulation protocols to assess their role in the likelihood of waking up. Our approach has already been extended to human sleep and promises to unravel common organizing principles of non-REM sleep states in mammals.

Here, we present experimental and analytical procedures to describe the temporal dynamics of the neural and cardiac variables of non-REM sleep in mice, which modulate sleep responsiveness to acoustic stimuli.

Quantificare la dinamica infrarosso del potere spettrale e della frequenza cardiaca nei topi addormentati

Three vigilance states dominate mammalian life: wakefulness, non-rapid eye movement (non-REM) sleep, and REM sleep. As more neural correlates of behavior ...

Neuroscienze

Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 (ChR2), is expressed by a virus vector in a particular type of neuronal cells in various Cre-driver mice. Activation of these opsins is triggered by application of light pulses which are delivered by laser or LED through optic cables, and the effect of activation is observed with very high time resolution. Experimenters are able to acutely stimulate neurons while monitoring behavior or another physiological outcome in mice. Optogenetics can enable useful strategies to evaluate function of neuronal circuits in the regulation of sleep/wakefulness states in mice. Here we describe a technique for examining the effect of optogenetic manipulation of neurons with a specific chemical identity during electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) monitoring to evaluate the sleep stage of mice. As an example, we describe manipulation of GABAergic neurons in the bed nucleus of the stria terminalis (BNST). Acute optogenetic excitation of these neurons triggers a rapid transition to wakefulness when applied during NREM sleep. Optogenetic manipulation along with EEG/EMG recording can be applied to decipher the neuronal circuits that regulate sleep/wakefulness states.

Here, we describe methods of optogenetic manipulation of particular types of neurons during monitoring of sleep/wakefulness states in mice, presenting our recent work on the bed nucleus of the stria terminalis as an example.

Manipolazione optogenetica dei circuiti neurali durante il monitoraggio degli stati di sonno/veglia nei topi

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 ...

Computer-based Multitaper Spectrogram Program for Electroencephalographic Data

Current web resources provide limited, user friendly tools to compute spectrograms for visualizing and quantifying electroencephalographic (EEG) data. This paper describes a Windows-based, open source code for creating EEG multitaper spectrograms. The compiled program is accessible to Windows users without software licensing. For Macintosh users, the program is limited to those with a MATLAB software license. The program is illustrated via EEG spectrograms that vary as a function of states of sleep and wakefulness, and opiate-induced alterations in those states. The EEGs of C57BL/6J mice were wirelessly recorded for 4 h after intraperitoneal injection of saline (vehicle control) and antinociceptive doses of morphine, buprenorphine, and fentanyl. Spectrograms showed that buprenorphine and morphine caused similar changes in EEG power at 1&#8722;3 Hz and 8&#8722;9 Hz. Spectrograms after administration of fentanyl revealed maximal average power bands at 3 Hz and 7 Hz. The spectrograms unmasked differential opiate effects on EEG frequency and power. These computer-based methods are generalizable across drug classes and can be readily modified to quantify and display a wide range of rhythmic biological signals.

This protocol provides an open source, compiled MATLAB program that generates multitaper spectrograms for electroencephalographic data.

Programma spettrogramma multitaper basato su computer per dati elettroencefalografici

Current web resources provide limited, user friendly tools to compute spectrograms for visualizing and quantifying electroencephalographic (EEG) data. ...

Analyzing Long-Term Electrocardiography Recordings to Detect Arrhythmias in Mice

Arrhythmias are common, affecting millions of patients worldwide. Current treatment strategies are associated with significant side effects and remain ineffective in many patients. To improve patient care, novel and innovative therapeutic concepts causally targeting arrhythmia mechanisms are needed. To study the complex pathophysiology of arrhythmias, suitable animal models are necessary, and mice have been proven to be ideal model species to evaluate the genetic impact on arrhythmias, to investigate fundamental molecular and cellular mechanisms, and to identify potential therapeutic targets.
Implantable telemetry devices are among the most powerful tools available to study electrophysiology in mice, allowing continuous ECG recording over a period of several months in freely moving, awake mice. However, due to the huge number of data points (&gt;1 million QRS complexes per day), analysis of telemetry data remains challenging. This article describes a step-by-step approach to analyze ECGs and to detect arrhythmias in long-term telemetry recordings using the software, Ponemah, with its analysis modules, ECG Pro and Data Insights, developed by Data Sciences International (DSI). To analyze basic ECG parameters, such as heart rate, P wave duration, PR interval, QRS interval, or QT duration, an automated attribute analysis was performed using Ponemah to identify P, Q, and T waves within individually adjusted windows around detected R waves. 
Results were then manually reviewed, allowing adjustment of individual annotations. The output from the attribute-based analysis and the pattern recognition analysis was then used by the Data Insights module to detect arrhythmias. This module allows an automatic screening for individually defined arrhythmias within the recording, followed by a manual review of suspected arrhythmia episodes. The article briefly discusses challenges in recording and detecting ECG signals, suggests strategies to improve data quality, and provides representative recordings of arrhythmias detected in mice using the approach described above.

Here we present a step-by-step protocol for a semiautomated approach to analyze murine long-term electrocardiography (ECG) data for basic ECG parameters and common arrhythmias. Data are obtained by implantable telemetry transmitters in living and awake mice and analyzed using Ponemah and its analysis modules.

Analisi delle registrazioni elettrocardiografiche a lungo termine per rilevare le aritmie nei topi

Arrhythmias are common, affecting millions of patients worldwide. Current treatment strategies are associated with significant side effects and remain ...

Medicina

Registrazione LFP nel cervello di topo per la ricerca cognitiva e l'analisi dei farmaci

Dual Extracellular Recordings in the Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex

The technique of recording local field potentials (LFPs) is an electrophysiological method used to measure the electrical activity of localized neuronal populations. It serves as a crucial tool in cognitive research, particularly in brain regions like the hippocampus and prefrontal cortex. Dual LFP recordings between these areas are of particular interest as they allow the exploration of interregional signal communication. However, methods for performing these recordings are rarely described, and most commercial recording devices are either expensive or lack adaptability to accommodate specific experimental designs. This study presents a comprehensive protocol for performing dual-electrode LFP recordings in the mouse hippocampus and the prefrontal cortex to investigate the effects of antipsychotic drugs and potassium channel modulators on LFP properties in these areas. The technique enables the measurement of LFP properties, including power spectra within each brain region and coherence between the two. Additionally, a low-cost, custom-designed recording device has been developed for these experiments. In summary, this protocol provides a means to record signals with high signal-to-noise ratios in different brain regions, facilitating the investigation of interregional information communication within the brain.

Autore in primo piano: Studio dell'impatto dei farmaci sui segnali cerebrali utilizzando il protocollo di registrazione a doppio LFP nei topi

This protocol outlines the use of a custom-designed recording device and electrodes to record local field potentials and investigate information flow in the mouse hippocampus and prefrontal cortex.

Doppie registrazioni extracellulari nell'ippocampo del topo e nella corteccia prefrontale

The technique of recording local field potentials (LFPs) is an electrophysiological method used to measure the electrical activity of localized neuronal ...

Procedura di registrazione poligrafica per la misurazione del sonno nei topi

Riepilogo

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Capitoli in questo video

Manipolazione di epilettiforme Electrocorticograms (ECoGs) e sonno in ratti e topi con l'agopuntura

Determinazione non invasiva, High-throughput di durata di sonno in roditori

Una misura di cromatografia liquida ad alte prestazioni della chinurenina e acido chinurenico: materia biochimica di cognizione e di sonno in ratti

Quantificare la dinamica infrarosso del potere spettrale e della frequenza cardiaca nei topi addormentati

Manipolazione optogenetica dei circuiti neurali durante il monitoraggio degli stati di sonno/veglia nei topi

Programma spettrogramma multitaper basato su computer per dati elettroencefalografici

Analisi delle registrazioni elettrocardiografiche a lungo termine per rilevare le aritmie nei topi

Doppie registrazioni extracellulari nell'ippocampo del topo e nella corteccia prefrontale

Doppie registrazioni extracellulari nell'ippocampo del topo e nella corteccia prefrontale

Doppie registrazioni extracellulari nell'ippocampo del topo e nella corteccia prefrontale