Name: automatic detection of highly organized theta oscillations in the murine eeg
Uploaded: 2017-03-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
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The authors would like to thank Dr. Christina Ginkel (German Center for Neurodegenerative Diseases, DZNE) and Dr. Robert Stark (DZNE) for their assistance with animal breeding and animal healthcare. This work was financially supported by the Federal Institute for Drugs and Medical Devices (Bundesinstitut f&#252;r Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM), Bonn, Germany.

すべての動物実験は、ローカルおよび機関動物ケア協議会（ボン大学、BfArM、LANUV、ドイツ）のガイドラインに従って行いました。また、すべての動物実験は、優れた法律、 例えば、1986年11月24日（609分の86 / EEC）の欧州共同体理事会指令、または個々の地域または国の法律に準じて行きました。具体的な努力を使用する動物の数、ならびにそれらの苦痛を最小限にするためになされました。 1.動物飼育およびEEG記録条件<ol><li>フィルタートップケージの住宅マウスまたは個別換気ケージを使用しています。 </li><li>移植した動物や遠隔測定レコーディングに適した特殊なラボ室で換気キャビネットに動物施設からマウスを転送します。 </li><li> EEG電極注入とその後の録音を含むすべての動物実験を、実行し、標準化された条件の下で（22℃、TEMperature、12時間/ 12時間の明暗サイクル、50〜60％の相対湿度、ノイズ減衰、 等 ）18。 </li><li>食料と水を自由摂取とクリアタイプIIポリカーボネートケージ内の4から3のグループ内の無線周波数送信機注入、家の動物の前に。これはストレスの原因となり、その後の実験と結果を妨害することができるように、個々のマウスを分離しないでください。 </li><li>オープン住宅の条件を使用するのではなく、実験や録音中に換気キャビネットを使用しないでください。 </li></ol> 2. Radiotelemetric EEG電極移植およびEEGレコーディング<ol><li> 注射麻薬を使用して、マウスを麻酔、 例えば、ケタミン/ xylazinehydrochloride（100/10 mgの/ kgで、腹腔内、腹腔内）または吸入麻酔薬、 例えば、イソフルラン17、18。 <ol><li>イソフルラン麻酔のために、誘導cにマウスを置き4〜5％イソフルランおよび0.8〜1％の酸素またはカルボゲン（5％CO 2および95％O 2）でhamber。 </li><li>麻酔の所望の深さを制御し、掃気システムを使用してイソフルランに実験者の暴露を避けるために、動物の鼻/口の上にシリコンフェイスマスクを配置します。 </li><li>吸入麻酔が利用できない場合、注射用麻酔薬、 例えば、esketaminhydrochlorideた（100mg / kg、腹腔内）およびxylazinehydrochloride（10mg / kg、腹腔内）を使用します。 </li><li>テールピンチ反射、足のピンチ反射、および呼吸速度をチェックすることによって、麻酔深度を監視します。気管挿管を介して、人工呼吸はマウスでは必要ではないことに注意してください。 </li></ol></li><li> 動物の背中の皮下ポーチに無線周波数送信機をインプラント。 <ol><li>頭皮から体毛を削除し、2消毒剤、 すなわち、70％エタノール及びヨウ素系のスクラブで剃毛頭皮を前処理。 </li><li>メスを用いて、行いますnucheal地域への額から頭皮上正中切開。 </li><li>項部切開部から出発して、手術用はさみまたは外科プローブを使用して鈍的切開を行うことにより、動物の背中の片側の皮下袋を準備します。 </li><li>皮下ポーチに送信機を挿入し、柔軟な送信機の余分な長さは、同様にポーチにつながる入金。手術部位と送信機のインプラントの汚染を防止することに特別な注意を払ってください。適切にドレープを使用して、非無菌領域から無菌隔離します。 </li></ol></li><li>定位フレーム、 例えば、コンピュータ化された3D定位デバイス上で実験動物を置きます。鼻クランプと耳バーを使用して頭蓋骨を修正しました。 </li><li>頭蓋骨からさらに組織を除去し、頭蓋縫合とcraniometricsランドマークを照明するために、ブレグマとラムダ0.3％H 2 O 2を用いて頭蓋骨を前処理。 </li><li>選択した座標にドリル穴最大速度での圧力フリーモードでの高速脳神経外科ドリルを使用して（ステップ2.6参照）。 注：圧力フリーの掘削はドリルヘッドと皮質の損傷の突然のブレークスルーを回避することができます。開頭術のために、脳神経外科の高速ドリルが推奨されます。電極径に応じて、0.5ミリメートル - 0.3の標準ドリルヘッドの直径を選択してください。 </li><li>インピーダンス、直径、コーティングなどを考慮すると、電極の種類を慎重に選択します 注：パリレンコーティングされたタングステンまたはステンレス鋼電極が最も一般的です。電極の種類は、実験の要件に応じて選択されるべきです。先制操縦のように、70％エタノールを使用して、移植前に電極チップを滅菌します。電極コーティングは加熱滅菌を可能にしないことに注意してください。 </li><li>海馬内のCA1脳波記録のために、以下の座標に定位穴をドリル：ブレグマ、-2ミリメートル;内外側、1.5ミリメートル（右半球）。背腹、1.3ミリメートル（タージェトン地域：アンモン角（CA1）錐体層）。基準電極の場合は、以下の定位座標で小脳皮質上記の穴をドリル：ブレグマ、-6.2ミリメートル、内外、0ミリメートル;背腹、0ミリメートル。 注：小脳ではなく、サイレント脳領域であるとして小脳電極は、pseudoreference電極として機能します。定位座標は、標準的なマウスの脳アトラスに由来しました。 </li><li>電極を挿入する前に、必要な長さにそれらを短縮することができます。機械的に送信機のステンレス鋼製のらせんへの電極の頭蓋外の部分をクリップ。 注：これは、システムの大幅なノイズを導入することができるようにはんだ付けは、避けるべきです。 </li><li>定位装置の垂直アームに電極を取り付け、前述の定位座標に応じて電極を挿入します。 </li><li>グラスアイオノマーセメントを使用した電極を修正し、セメントが完全に硬化するまで待ちます。 </li><li>頭皮を閉じます過とオーバー非吸収性の5-0または6-0縫合材料と縫合糸を使用。 </li><li>術後疼痛管理のために、4日間連続移植後1日1回カルプロフェン（5 mgの/キログラム、皮下、皮下）投与。カルプロフェンは前最初の切開（ステップ2.2.2）に注入されるべきであることに注意してください。 </li><li>録音および/または注入実験が開始される前に、14日後に移植 - 動物が10回復することができます。 </li></ol>シータ振動および薬理学的誘導の3自発録音<ol><li>磁気スイッチを使用して、無線周波数送信機をアクティブにします。レシーバプレート上のそのホームケージで動物を置きます。少なくとも24〜48時間、長期海馬EEG記録を行います。 注：長期的な録音の脳波振幅とEEGの周波数特性の解析は、概日シータ振動の依存性や具体的な行動との関連に詳しい洞察を提供し、認知条件/タスク。常に実験動物のビデオモニタリングとEEG記録を兼ね備えています。 </li><li>シータ振動の薬理学的誘導のために、ウレタン（800ミリグラム/ kg、腹腔内）またはムスカリン受容体作動薬の単回投与、例えばピロカルピン（10mg / kgの腹腔内）、アレコリン（0.3ミリグラム/ kg、腹腔内）またはオキソトレモリンの単一用量を投与（0.03ミリグラム/ kg、腹腔内）。周辺ムスカリン性反応を避けるために、N-メチルスコポラミン（0.5ミリグラム/ kg、腹腔）をマウスに前処理。たて0.9％NaClまたはリンゲル液中に全ての薬剤を溶解します。 注：ムスカリン受容体アゴニストのより高い用量は、実験動物における発作の誘発につながる可能性があります。また、ここで与えられた投与量は、調査中のマウスラインの前の用量 - 効果の研究を必要とするランドマークを表すことを検討してください。ウレタンは、ストレージおよび取り扱いに適切な予防措置を必要とする変異原および発がん性物質であることに注意してください。 </li><li>アトロピン感受性のII型を区別するために（50mg / kg、腹腔内）アトロピンを注入アトロピンと小文字を区別しないタイプから私が振動をTHETA。 注：アトロピンの投与量は、再び、種および株に依存しており、前の用量 - 効果の評価を必要とします。アトロピン注射の最適な時点は、ムスカリン受容体作動薬の薬力学に依存します。 II型シータの同定のために、アトロピン注射はウレタン投与後1時間をお勧めします。 </li><li>全身薬物投与は、その後のEEG記録に影響を与える世界的な転写および翻訳パターンを変化させるように、いくつかの薬剤のその後の適用を避けるようにしてください。短時間のシータ振動はまた、tail-や足-ピンチとして、感覚刺激によって誘導することができることに注意してください。 </li><li>エキス/エクスポート代表プレ相（ベースライン）の脳波データセットと総EEG記録からポスト噴射相ASCIまたはTXTファイルなど、適用される薬や個々の研究プロトコルの要求の薬物動態を検討します。 </li></ol> 4。EEG電極配置の検証<ol><li>インキュベーション室内に置くことにより、動物を安楽死させると、100％の二酸化炭素を導入します。インキュベーションチャンバー内に存在する空気に加え二酸化炭素で毎分チャンバ容積の10〜30％の充填率を使用します。これは、動物への最小限のストレスで急速に意識不明になります。 </li><li>呼吸停止が起きた後にチャンバーからマウスを外し、色あせた目の色は2-3分間持続します。 </li><li>ステンレス製の電極をカットし、無線周波数送信機を外植。ハサミやギロチンを用いてマウスを刎ねると、手術用ハサミやピンセットで穏やかな操作により脳頭蓋から脳を削除します。 </li><li>一晩リン酸緩衝生理食塩水（PBS）（pH7.4）中4％パラホルムアルデヒドで脳を修正しました。凍結保護のために、さらなる処理まで4℃で、それらを30％グルコースに脳を転送し、保存します。 注：パラホルムアルデヒドは2012 OSHAハズにより有害とみなされていますARD通信規格（29 CFR 1910.1200）。必要な予防措置を講じてください：個人用保護具を使用し、適切な換気を確保し、粉塵の生成を避けます。また、発火源を除去し、静電放電に対する予防措置をとります。パラホルムアルデヒドは、環境中に放出されるべきではありません。 </li><li>接着剤を使用したクライオスタットの組織ホルダーに抽出された脳をマウントして、40に脳をカット - 75μmの冠状切片。スライドガラス上にスライスをマウントして、標準的な組織学的手順を使用して、ニッスルブルーでそれらを染色します。この手順は、前の電極位置を反映した分岐流路を可視化します。 vibroslicerを使用して、ネイティブ脳からの冠状スライスをカットすることも可能であることに注意してください</li><li>正しいEEG電極配置基準を満たすだけの動物を組み込みます。 CA1領域のために、深い電極の先端は、CA1錐体層の内側にローカライズする必要があります。 </li></ol><ol><li>いいえ先験的フィルタのカットオフを有する適切なサンプリングレートで録音CA1海馬脳波。 注：送信機固有のサンプリング・レートは、脳波解析の上限周波数を決定します。 </li><li>解析ソフトウェアで記録されたデータを処理します。プログラムの時間-周波数解析と分析方法の適切な制御（ 図5）20のためのカスタムメイドの手順で計算。 </li><li> 1時間ごとの長さのセクションに記録された脳波をカット。計算時間が高いため、高速のコンピュータ・プロセッサを使用します。また、複数のカーネル20上のコンピューティングを並列化することができるソフトウェアを使用しています。 </li></ol> 6.脳波データ分析<ol><li>周波数および振動の振幅の両方を計算するために複雑なモレットウェーブレットを使用して、データセグメントを分析します。 注：このウェーブレット（ 例えば、Ψ（x）は=（πb）は（ - 1/2）のexp（2 IπC x）はEXP（-x 2 / b）は 、bは 、中心周波数cは 、帯域幅パラメータであり、iは虚数単位）は、多くの場合、脳波を研究するために文献に適用されていますデータは、周波数と時間の23、24の両方で最適な解像度を保証します。 </li><li>まだ十分な時間分解能を無視していない間、特に重みが周波数分解能は0.1 Hzのレベルでの周波数差を区別するための帯域幅パラメータと、中心周波数設定を使用します。 注：ガンマ帯域におけるニューロンのプロセスは、短時間の25であり、これもシータリズム当てはまることができます。このように、分析的なアプローチは、十分な時間分解能を考慮しなければなりません。 </li><li> 、このように一般的なデルタを含む、0.1ヘルツのステップサイズで、12ヘルツ - 0.2の周波数範囲内のEEGデータを分析TA、アルファ周波数範囲。 </li><li>シータ振動の標準的な目視検査を置き換えることができシータ周波数アーキテクチャの精緻化のための自動化され、複雑な分析ツールを設定します。この手順は、シータ検出法（TDM）と呼ばれています。 </li><li>シータ周波数範囲（3.5から8.5ヘルツ）と2.5秒ごとのタイムウィンドウの上限デルタ周波数範囲（2から3.4ヘルツ）の最大振幅の最大振幅の商を計算します。 注：この商の値はシータ振動が発生したかどうかを決定するための尺度として役立ちます。シータ周波数範囲の定義は、分析される機能状態及び神経解剖学的回路/システムに依存して変化し得ます。 </li><li>このセグメントの間に計算された比率が1.5以上である場合」、シータ振動エポック」としてセグメントを分類します。 注：これは、最大のシータ振幅は、関連する2.5秒の間に、上部デルタ帯域における振幅EEGよりも少なくとも50％高くなっていることを保証しますセグメント。比率が使用する回線および/または種に応じて適応を必要とするかもしれないことに注意してください。 2.5秒の間隔が一定騒々しいエポックの偽陽性検出を防止し、シータ振動の最小持続時間を表し、および他の刊行物19 26の範囲の定義内にあります。生理学的に関連するデルタ活性が高いシータ活動中に減衰される徐波睡眠中に、例えば、非シータエポック中に表示されるので、上部デルタ周波数範囲は、制御周波数帯として機能します。 </li><li>すべての1時間区間について、この手順を繰り返します。したがって、すべてのセクションでは、2.5秒ごとの長さで1440 EEGセグメントから構成されています。 </li><li>統計的に識別されたシータ振動エポックのデータを評価します。 </li><li>検出されたシータエポックの総継続時間の統計を計算。明確な定義済みのグループ。このような明/暗サイクルも、。およびその他のパラメータ。 注：StatiSTICS 等 t検定、ANOVA、又はMANOVA、変数に応じて、グループの数、条件を含んでもよいです</li><li>検出されたシータエポックの振幅の統計を計算するが、唯一のシータ周波数範囲内（3.5から8.5ヘルツ）。 </li><li>検出されたシータエポックの周波数の統計を評価するが、唯一のシータ周波数範囲内（3.5から8.5ヘルツ）。 注：シータエポックのシータ周波数はシータエポックの最大シータ振幅に属する周波数として定義されています。 </li></ol>

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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+theta+and+gamma+rhythms+in+the+hippocampus.">Generation of theta and gamma rhythms in the hippocampus.</a> Neurosci Biobehav Rev. 22, 275-290 (1998).</li><li>Shin, J., Talnov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single+trial+analysis+of+hippocampal+theta+frequency+during+nonsteady+wheel+running+in+rats.">A single trial analysis of hippocampal theta frequency during nonsteady wheel running in rats.</a> Brain Res. 897, 217-221 (2001).</li><li>Shin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+unifying+theory+on+the+relationship+between+spike+trains,+EEG,+and+ERP+based+on+the+noise+shaping/predictive+neural+coding+hypothesis.">A unifying theory on the relationship between spike trains, EEG, and ERP based on the noise shaping/predictive neural coding hypothesis.</a> Biosystems. 67, 245-257 (2002).</li><li>Kramis, R., Vanderwolf, C. H., Bland, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+types+of+hippocampal+rhythmical+slow+activity+in+both+the+rabbit+and+the+rat:+relations+to+behavior+and+effects+of+atropine,+diethyl+ether,+urethane,+and+pentobarbital.">Two types of hippocampal rhythmical slow activity in both the rabbit and the rat: relations to behavior and effects of atropine, diethyl ether, urethane, and pentobarbital.</a> Exp Neurol. 49, 58-85 (1975).</li><li>Lu, B. L., Shin, J., Ichikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massively+parallel+classification+of+single-trial+EEG+signals+using+a+min-max+modular+neural+network.">Massively parallel classification of single-trial EEG signals using a min-max modular neural network.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 51, 551-558 (2004).</li><li>Robinson, T. E., Kramis, R. C., Vanderwolf, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+types+of+cerebral+activation+during+active+sleep:+relations+to+behavior.">Two types of cerebral activation during active sleep: relations to behavior.</a> Brain Res. 124, 544-549 (1977).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

シータ活動は、全身の神経生理学において中心的な関連性があります。これは、特にそれが特定の行動および認知の状態に関連する海馬において、種々の脳領域で観察することができます。加えて、海馬のシータは、薬理学的にアトロピン感受性型IIおよびアトロピン非感受性型Iシータに分化させることができます。タイプIIは、アラート不動状態<sup class="x...

脳内のシータ活動は覚醒、注意、随意運動、探索行動、注目の行動、学習および記憶、体性感覚の統合、および急速眼球運動（REM）1を寝て、2を含む様々な認知および機能状態、に関連しています。主に、リズミカルなエンティティとしてシータ活動は、様々な脳の領域で生成することができ、高度に組織化とシータ振動として同期されます。以下では、シータ活動/中隔海馬システム3、4内で生成される振動の解析と定量化に焦点を当てます。セプタム内では、GABA作動性、グルタミン酸、およびコリン作動性ニューロンのプロジェクト海馬へとシータ振動挙動の開始および維持に貢献しています。海馬シータ振動はすなわち 、中隔に開始されたかどうかについて継続的な議論があり、 </em&gt;海馬内の中隔ペースメーカー海馬フォロワーモデル、（extrahippocampal理論）または本質（海馬内理論）5、6、7。 かかわらず、その起源の、海馬シータ振動は、特にトランスジェニックマウスモデルでは、年間の関心の焦点になっています。これらのモデルは、深いEEG電極の移植のために、特定の認知および行動のタスク8下の海馬シータ振動の記録を可能にします。海馬シータ振動は、本質的に不均一です。シータ振動のいわゆる二元的な理論に基づいて、一方がアトロピン感応型間IIシータおよびアトロピン非感受性型Iシータ9、10、11を区別することができます。後者は、典型的には、1 / MムスカリンMにより誘導することができます<sUB&gt; 3受容体アゴニスト、 例えば、アレコリン、ピロカルピン、およびウレタン。しかし、ウレタンムスカリン活性化に加えて、他のイオンチャネルエンティティの複雑な効果を発揮する、多標的薬物です。 II型シータについては、ムスカリン性経路は、M 1の活性化/ M 3およびその後のG qを/ 11（Gα）1/4βホスホリパーゼCの媒介活性化（PLCβ1/4）、イノシトール三リン酸（INSP 3）が含まれ 、diacylglycerole（DAG） の Ca 2+、およびプロテインキナーゼC（PKC）。 - / -およびPLCβ4 - / -シータ振動12、13、14の完全な喪失または重大な減衰を示すマウスthetagenesisでPLCβ1およびPLCβ4の役割は、ノックアウトPLCβ1を用いた研究で確認されています。追加のM 1、M 3、およびM 5下流の標的（CHA;ムスカリン性シグナル伝達カスケードのnnels /電流）は、電位依存性K +チャネル（K V 7）を介してM型K +チャネル（K M）などの様々なコンダクタンスを含みます過分極K +チャネル（KS AHP）の後に遅いです。おそらくTWIK関連の酸感受性K +チャネルを介してリークK +チャネル（K 漏れ ）、（TASK1 / 3）;おそらくのNa +漏洩チャネルを介してカチオン電流（I CAT）、（NALCN）。過分極および環状ヌクレオチド依存性チャネル（HCN）を介して、私の時間 。また、M 2 / M 4アセチルコリン受容体（AChRs）は内向き整流K + 3.1（3.1 IR K）をチャネルと内向き整流K + 3.2（KのIR 3.2）15チャネルを妨害することが報告されました。 現在、市販の解析ソフトウェアは、（P、mVの2）高速FFTによる周波数解析、 例えば、電力の分析を可能にしますまたはパワースペクトル密度（PSD、mVの2 /ヘルツ）。電力またはシータ周波数範囲のパワースペクトル密度（PSD）分析は、その活性の全体概要を示します。しかし、認知と行動に関連したシータ活動への詳細な洞察を得るために、高度に組織化さシータ振動の解析が必須です。高度に組織化さシータ振動の評価は、神経変性および神経精神疾患の分野で非常に重要です。ほとんどの実験的疾患研究は硬膜外表面及び深部脳脳波を記録するために、高度に洗練された神経外科的アプローチを使用して、トランスジェニックマウスモデルにおいて行われます。これらの技術は、テザーシステム16とradiotelemetricセットアップ17、18の両方が含まれます。シータ振動長期記録条件の下で自発的及び行動関連シータ振動として記録することができます。また、シータ振動がRECOすることができます薬理学的誘導後だけでなく、行動や認知タスクへの、またはそのような尾がピンチなどの感覚刺激に対する動物の曝露後のrded。 早期シータ振動がCsicsvari らによって記載された特徴づけるために近づきます。 19。長時間EEG記録には適していません - （50分15）著者らは、短期シータ分析のための半自動化ツールを開発しました。ここで説明する私たちの方法は、&gt; 48時間20長期脳波記録の分析を可能にします。 Csicsvari ら。 10はまた、シータ-デルタ比と呼ばれるが、高度に組織化さシータ振動の決意にはしきい値が提供されていません。デルタとシータ範囲の定義は、私たちの周波数範囲の定義と一致しています。それが明示的に言及されていないように、我々は、FFTベースの方法はCsicsvari らによって使用されていることを前提としています。シータ・デルタ周波数帯域の電力を計算します。この我々ははるかに高い精度が得られ、周波数スケールの大きな数（周波数はΔ（F）= 0.05 Hzのステップ）にウェーブレットベースの振幅を計算するので、再び明らかに、我々の方法は異なります。個別に分析したEEGエポックの持続時間は、私たちの定義と同様です。 Klausberger ら。 図21は 、長期のEEG記録の分析のためのシータ-デルタ比を利用します。しかし、我々のアプローチに比べて3主要な違いがあります：ⅰ）EEGエポック時間、 すなわち、少なくとも6秒、はるかに長いですが、 II）、シータ、デルタ比は、我々のしきい値よりもはるかに高く、異なる周波数範囲の定義に関連している、4に設定されています。およびiii）電力の定義は、特に、非常に短い時間枠（2秒、 すなわち、2.5ヘルツの周波数で振動するための5サイクル）のために、高精度に欠けるFFT方式に基づいてされる可能性があります。このような場合には、ウェーブレットに基づく手順がより推奨されます。キャプランらの研究。シータ-デルタ電力比を無視し22は、単独シータ電力を計算しました。このように、カプラン・アプローチ22は、高いか低いデルタを伴う認知シータ豊富なプロセスを区別することはできません。 以下のプロトコルでは、我々は確実にマウスから海馬EEG記録で高度に組織化さシータ振動を解析するために、当社の分析ウェーブレットベースのアプローチを提示します。この手順は自動的に動作するので、それは大きなデータセットおよび長期EEG測定に適用することができます。

<table><tbody><tr><td>Carprofen (Rimadyl VET - Injektionsl&amp;ouml;sung)</td><td>Pfizer</td><td>PZN 0110208208</td><td>20ml</td></tr><tr><td>binocular surgical magnification microscope</td><td>Zeiss Stemi 2000</td><td>0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000</td><td></td></tr><tr><td>Dexpanthenole (Bepanthen Wund- und Heilsalbe)</td><td>Bayer</td><td>PZN: 1578818</td><td></td></tr><tr><td>drapes (sterile)</td><td>Hartmann</td><td>PZN 0366787</td><td></td></tr><tr><td>70% ethanol</td><td>Carl Roth</td><td>9065.5</td><td></td></tr><tr><td>0.3% / 3% hydrogene peroxide solution</td><td>Sigma</td><td>95321</td><td>30% stock solution</td></tr><tr><td>gloves (sterile)</td><td>Unigloves</td><td>1570</td><td></td></tr><tr><td>dental glas ionomer cement</td><td>KentDental /NORDENTA</td><td>957 321</td><td></td></tr><tr><td>heat-based surgical instrument sterilizer</td><td>F.S.T.</td><td>18000-50</td><td></td></tr><tr><td>high-speed dental drill</td><td>Adeor</td><td>SI-1708</td><td></td></tr><tr><td>Inhalation narcotic system (isoflurane)</td><td>Harvard Apparatus GmbH</td><td>34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Baxter 250 ml</td><td>PZN 6497131</td><td></td></tr><tr><td>Ketamine</td><td>Pfizer</td><td>PZN 07506004</td><td></td></tr><tr><td>Lactated Ringer&#039;s solution (sterile)</td><td>Braun</td><td>L7502</td><td></td></tr><tr><td>Nissl staining solution</td><td>Armin Baack</td><td>BAA31712159</td><td></td></tr><tr><td>pads (sterile)</td><td>ReWa Krankenhausbedarf</td><td>2003/01</td><td></td></tr><tr><td>Steel and tungsten electrodes parylene coated</td><td>FHC Inc., USA</td><td>UEWLGESEANND</td><td></td></tr><tr><td>stereotaxic frame</td><td>Neurostar</td><td>51730M</td><td>ordered at Stoelting</td></tr><tr><td>(Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>tapes (sterile)</td><td>BSN medical GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>626225</td><td></td></tr><tr><td>TA10ETA-F20</td><td>DSI</td><td>270-0042-001X</td><td>Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range &amp;plusmn; 2.5 mV, channel bandwidth (B) 1 - 200 Hz, nominal sampling rate (f) 1,000 Hz (f = 5B) temperature operating range 34 - 41 &amp;deg;C warranted battery life 4 months</td></tr><tr><td>TL11M2-F20EET</td><td>DSI</td><td>270-0124-001X</td><td>Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range &amp;plusmn; 1.25 mV, channel bandwidth (B) 1 - 50 Hz, nominal sampling rate (f) 250 Hz (f = 5B) temperature operating range 34 - 41 &amp;deg;C warranted battery life 1.5 months</td></tr><tr><td>Vibroslicer 5000 MZ</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>5000-005</td><td></td></tr><tr><td>Xylazine (Rompun)</td><td>Bayer</td><td>PZN: 1320422</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td></td><td>programming, computing and visualization software</td></tr><tr><td>SPSS</td><td>IBM</td><td></td><td>statistical analysis software</td></tr></tbody></table>

automatic detection of highly organized theta oscillations in the murine eeg

シータ活動が中隔海馬のシステムで生成され、深い海馬内の電極及び植込み型脳波（EEG）radiotelemetryまたはテザーシステムアプローチを使用して記録することができます。薬理学的に、海馬シータは不均一である（二元的な理論を参照）、I型およびII型シータに分化させることができます。これらの個々の脳波のサブタイプは、アルツハイマー病などの神経変性疾患において等覚醒、探査、学習や記憶、高い統合的な機能、特定の認知および行動状態に関連している、中隔海馬システムの構造的および機能的変化が損なわシータ活性をもたらすことができます/振動。海馬EEGの標準定量分析は、高速フーリエ変換（FFT）ベースの周波数分析を含んでいます。しかし、この手順は、一般、特に高度に組織化さシータ振動でシータ活動に関する詳細を提供していません。 DETAを得るために海馬で高度に組織化さシータ振動に関する情報をILED、我々は新しい分析手法を開発しました。このアプローチは、高度に組織化さシータ振動とその周波数特性の持続期間の時間と費用対効果の定量化を可能にします。

シータ活性は、中枢神経系（CNS）領域の広い範囲で記録することができます。ここでは、マウスの海馬からシータ振動の分析を提示します。このような振動は異なる行動と認知の状態の間に発生する可能性があります。非常に両方の自発的、長期的、タスク関連の短期的、および薬理学的に誘導される条件下でシータ振動を解析することをお勧めします。 ...

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Automatic Detection of Highly Organized Theta Oscillations in the Murine EEG

Theta activity in the hippocampus is related to specific cognitive and behavioral stages. Here, we describe an analytical method to detect highly-organized theta oscillations within the hippocampus using a time-frequency (i.e., wavelet analysis)-based approach.

マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出

Theta activity is generated in the septohippocampal system and can be recorded using deep intrahippocampal electrodes and implantable ...

automatic-detection-highly-organized-theta-oscillations-murine

Research

JoVE Journal

Behavior

9.1K ビュー.  University of Cologne. Theta activity in the hippocampus is related to specific cognitive and behavioral stages. Here, we describe an analytical method to detect highly-organized theta oscillations within the hippocampus using a time-frequency (i.e., wavelet analysis)-based approach.

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EEG Mu Rhythm in Typical and Atypical Development

Electroencephalography (EEG) is an effective, efficient, and noninvasive method of assessing and recording brain activity. Given the excellent temporal resolution, EEG can be used to examine the neural response related to specific behaviors, states, or external stimuli. An example of this utility is the assessment of the mirror neuron system (MNS) in humans through the examination of the EEG mu rhythm. The EEG mu rhythm, oscillatory activity in the 8-12 Hz frequency range recorded from centrally located electrodes, is suppressed when an individual executes, or simply observes, goal directed actions. As such, it has been proposed to reflect activity of the MNS. It has been theorized that dysfunction in the mirror neuron system (MNS) plays a contributing role in the social deficits of autism spectrum disorder (ASD). The MNS can then be noninvasively examined in clinical populations by using EEG mu rhythm attenuation as an index for its activity. The described protocol provides an avenue to examine social cognitive functions theoretically linked to the MNS in individuals with typical and atypical development, such as ASD.&#160;

Assessment of the EEG mu rhythm provides a unique methodology for examining brain activity and when combined with behaviorally based assays, can be a powerful tool for elucidating aspects of social cognition, such as imitation, in clinical populations.

定型および非定型開発における脳波ムーリズム

Electroencephalography (EEG) is an effective, efficient, and noninvasive method of assessing and recording brain activity. Given the excellent temporal ...

医学

Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test interventions at various stages of the disease process. These animal models are particularly difficult to implement in immature rodents, a classic model organism for laboratory study of these disorders. Recording continuous EEG in young animal models of seizures and other neurological disorders presents a technical challenge due to the small physical size of young rodents and their dependence on the dam prior to weaning. Therefore, there is not only a clear need for improving pre-clinical research that will better identify those therapies suitable for translation to the clinic but also a need for new devices capable of recording continuous EEG in immature rodents. Here, we describe the technology behind and demonstrate the use of a novel miniature telemetry system, specifically engineered for use in immature rats or mice, which is also effective for use in adult animals.

Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.

エポックワイヤレス送信機システムを用いたヒト疾患の小型げっ歯類モデルにおいて長期連続EEGモニタリング

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test ...

神経科学

Non-restraining EEG Radiotelemetry: Epidural and Deep Intracerebral Stereotaxic EEG Electrode Placement

Implantable EEG radiotelemetry is of central relevance in the neurological characterization of transgenic mouse models of neuropsychiatric and neurodegenerative diseases as well as epilepsies. This powerful technique does not only provide valuable insights into the underlying pathophysiological mechanisms, i.e., the etiopathogenesis of CNS related diseases, it also facilitates the development of new translational, i.e., therapeutic approaches. Whereas competing techniques that make use of recorder systems used in jackets or tethered systems suffer from their unphysiological restraining to semi-restraining character, radiotelemetric EEG recordings overcome these disadvantages. Technically, implantable EEG radiotelemetry allows for precise and highly sensitive measurement of epidural and deep, intracerebral EEGs under various physiological and pathophysiological conditions. First, we present a detailed protocol of a straight forward, successful, quick and efficient technique for epidural (surface) EEG recordings resulting in high-quality electrocorticograms. Second, we demonstrate how to implant deep, intracerebral EEG electrodes, e.g., in the hippocampus (electrohippocampogram). For both approaches, a computerized 3D stereotaxic electrode implantation system is used. The radiofrequency transmitter itself is implanted into a subcutaneous pouch in both mice and rats. Special attention also has to be paid to pre-, peri- and postoperative treatment of the experimental animals. Preoperative preparation of mice and rats, suitable anesthesia as well as postoperative treatment and pain management are described in detail.

Non-restraining EEG radiotelemetry is a valuable methodological approach to record in vivo long-term electroencephalograms from freely moving rodents. This detailed protocol describes stereotaxic epidural and deep intracerebral electrode placement in different brain regions in order to obtain reliable recordings of CNS rhythmicity and CNS related behavioral stages.

非拘束EEG Radiotelemetry：硬膜外とディープ脳内定位EEG電極配置

Implantable EEG radiotelemetry is of central relevance in the neurological characterization of transgenic mouse models of neuropsychiatric and ...

Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit

This protocol outlines the procedures for preparing and recording from the isolated whole hippocampus, of WT and transgenic mice, along with recent improvements in methodologies and applications for the study of theta oscillations. A simple characterization of the isolated hippocampal preparation is presented whereby the relationship between internal hippocampal theta oscillators is examined together with the activity of pyramidal cells, and GABAergic interneurons, of the cornu ammonis-1 (CA1) and subiculum (SUB) areas. Overall, we show that the isolated hippocampus is capable of generating intrinsic theta oscillations in vitro and that rhythmicity generated within the hippocampus can be precisely manipulated by optogenetic stimulation of parvalbumin-positive (PV) interneurons. The in vitro isolated hippocampal preparation offers a unique opportunity to use simultaneous field and intracellular patch-clamp recordings from visually-identified neurons to better understand the mechanisms underlying theta rhythm generation.

Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit

Here, we present a protocol for recording rhythmic neuronal network theta and gamma oscillations from an isolated whole hippocampal preparation. We describe the experimental steps from extraction of the hippocampus to details of field, unitary and whole-cell patch clamp recordings as well as optogenetic pacing of the theta rhythm.

海馬シータバンドのチューニング<em&gt;インビトロ</em&gt;：隔離されたげっ歯類胸腺腫回路からの記録方法

This protocol outlines the procedures for preparing and recording from the isolated whole hippocampus, of WT and transgenic mice, along with recent ...

Interictal High Frequency Oscillations Detected with Simultaneous Magnetoencephalography and Electroencephalography as Biomarker of Pediatric Epilepsy

Crucial to the success of epilepsy surgery is the availability of a robust biomarker that identifies the Epileptogenic Zone (EZ). High Frequency Oscillations (HFOs) have emerged as potential presurgical biomarkers for the identification of the EZ in addition to Interictal Epileptiform Discharges (IEDs) and ictal activity. Although they are promising to localize the EZ, they are not yet suited for the diagnosis or monitoring of epilepsy in clinical practice. Primary barriers remain: the lack of a formal and global definition for HFOs; the consequent heterogeneity of methodological approaches used for their study; and the practical difficulties to detect and localize them noninvasively from scalp recordings. Here, we present a methodology for the recording, detection, and localization of interictal HFOs from pediatric patients with refractory epilepsy. We report representative data of HFOs detected noninvasively from interictal scalp EEG and MEG from two children undergoing surgery.
The underlying generators of HFOs were localized by solving the inverse problem and their localization was compared to the Seizure Onset Zone (SOZ) as this was defined by the epileptologists. For both patients, Interictal Epileptogenic Discharges (IEDs) and HFOs were localized with source imaging at concordant locations. For one patient, intracranial EEG (iEEG) data were also available. For this patient, we found that the HFOs localization was concordant between noninvasive and invasive methods. The comparison of iEEG with the results from scalp recordings served to validate these findings. To our best knowledge, this is the first study that presents the source localization of scalp HFOs from simultaneous EEG and MEG recordings comparing the results with invasive recordings. These findings suggest that HFOs can be reliably detected and localized noninvasively with scalp EEG and MEG. We conclude that the noninvasive localization of interictal HFOs could significantly improve the presurgical evaluation for pediatric patients with epilepsy.

High Frequency Oscillations (HFOs) have emerged as presurgical biomarkers for the identification of the epileptogenic zone in pediatric patients with medically refractory epilepsy. A methodology for the noninvasive recording, detection, and localization of HFOs with simultaneous scalp electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG) is presented.

小児てんかんのバイオマーカーとして同時磁図と脳波を用いて検出発作間高周波発振

Crucial to the success of epilepsy surgery is the availability of a robust biomarker that identifies the Epileptogenic Zone (EZ). High Frequency ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the neurogenesis of EEG is still very limited. Local field potentials (LFPs) recorded via a multi-laminar microelectrode can provide a more detailed account of simultaneous neural activity across different cortical layers in the neocortex, but the technique is invasive. Combining EEG and LFP measurements in a pre-clinical model can greatly enhance understanding of the neural mechanisms involved in the generation of EEG signals, and facilitate the derivation of a more realistic and biologically accurate mathematical model of EEG. A simple procedure for acquiring concurrent and co-localized EEG and multi-laminar LFP signals in the anesthetized rodent is presented here. We also investigated whether EEG signals were significantly affected by a burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode. Our results suggest that the burr hole has a negligible impact on EEG recordings.

This protocol describes a simple method for concurrent recording of co-localized electroencephalography (EEG) and multi-laminar local field potential in an anesthetized rat. A burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode is shown to produce negligible distortion of the EEG signal.

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools to selectively manipulate brain rhythms. Here we describe an approach combining projection-specific optogenetics with extracellular electrophysiology for high-fidelity control of hippocampal theta oscillations (5-10 Hz) in behaving mice. The specificity of the optogenetic entrainment is achieved by targeting channelrhodopsin-2 (ChR2) to the GABAergic population of medial septal cells, crucially involved in the generation of hippocampal theta oscillations, and a local synchronized activation of a subset of inhibitory septal afferents in the hippocampus. The efficacy of the optogenetic rhythm control is verified by a simultaneous monitoring of the local field potential (LFP) across lamina of the CA1 area and/or of neuronal discharge. Using this readily implementable preparation we show efficacy of various optogenetic stimulation protocols for induction of theta oscillations and for the manipulation of their frequency and regularity. Finally, a combination of the theta rhythm control with projection-specific inhibition addresses the readout of particular aspects of the hippocampal synchronization by efferent regions.

We describe the use of optogenetics and electrophysiological recordings for selective manipulations of hippocampal theta oscillations (5-10 Hz) in behaving mice. The efficacy of the rhythm entrainment is monitored using local field potential. A combination of opto- and pharmacogenetic inhibition addresses the efferent readout of hippocampal synchronization.

行動するマウスにおける海馬シータ振動の光同調

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed electrical field of a large volume of brain tissue, extracting information about local activity is challenging. Studying neuronal microcircuits, however, requires a reliable distinction between truly local events and volume-conducted signals originating in distant brain areas. Current source density (CSD) analysis offers a solution for this problem by providing information about current sinks and sources in the vicinity of the electrodes. In brain areas with laminar cytoarchitecture such as the hippocampus, one-dimensional CSD can be obtained by estimating the second spatial derivative of the LFP. Here, we describe a method to record multilaminar LFPs using linear silicon probes implanted into the dorsal hippocampus. CSD traces are computed along individual shanks of the probe. This protocol thus describes a procedure to resolve spatially restricted neuronal network oscillations in the hippocampus of freely moving mice.

This protocol describes the recording of local field potentials with multi-shank linear silicon probes. Conversion of the signals using current source density analysis allows the reconstruction of local electrical activity in the mouse hippocampus. With this technique, spatially restricted brain oscillations can be studied in freely moving mice.

行動中マウスの海馬における振動を制限空間録音

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Multi-system Monitoring for Identification of Seizures, Arrhythmias and Apnea in Conscious Restrained Rabbits

Patients with ion channelopathies are at a high risk of developing seizures and fatal cardiac arrhythmias. There is a higher prevalence of heart disease and arrhythmias in people with epilepsy (i.e., epileptic heart.) Additionally, cardiac and autonomic disturbances have been reported surrounding seizures. 1:1,000 epilepsy patients/year die of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). The mechanisms for SUDEP remain incompletely understood. Electroencephalograms (EEG) and electrocardiograms (ECG) are two techniques routinely used in the clinical setting to detect and study the substrates/triggers for seizures and arrhythmias. While many studies and descriptions of this methodology are in rodents, their cardiac electrical activity differs significantly from humans. This article provides a description of a non-invasive method for recording simultaneous video-EEG-ECG-oximetry-capnography in conscious rabbits. As cardiac electrical function is similar in rabbits and humans, rabbits provide an excellent model of translational diagnostic and therapeutic studies. In addition to outlining the methodology for data acquisition, we discuss the analytical approaches for examining neuro-cardiac electrical function and pathology in rabbits. This includes arrhythmia detection, spectral analysis of EEG and a seizure scale developed for restrained rabbits.

Using simultaneous video-EEG-ECG-oximetry-capnography, we developed a methodology to evaluate the susceptibility of rabbit models to develop provoked arrhythmias and seizures. This novel recording system establishes a platform to test the efficacy and safety of therapeutics and can capture the complex cascade of multi-system events that culminate in sudden death.

意識的に拘束されたウサギにおける発作、不整脈および無呼吸の識別のためのマルチシステムモニタリング

Patients with ion channelopathies are at a high risk of developing seizures and fatal cardiac arrhythmias. There is a higher prevalence of heart disease ...

Selective Manipulation of Theta Oscillations in a Mouse Model

Source: Bender, F. et al., <a href="https://app.jove.com/v/57349">Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice.</a> J. Vis. Exp (2018)
This video demonstrates a protocol to modulate theta oscillations in a genetically engineered mouse model with light-sensitive ion channels in its GABAergic medial septum neurons. By delivering light pulses to the hippocampus, the protocol aims to synchronize neuronal activity and generate theta oscillations, which are recorded as local field potentials.

マウスモデルにおけるシータ振動の選択的操作

All procedures involving animal models have been reviewed by the local institutional animal care committee and the JoVE veterinary review board.
PV-Cre ...

マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出

要約

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この動画の章

定型および非定型開発における脳波ムーリズム

エポックワイヤレス送信機システムを用いたヒト疾患の小型げっ歯類モデルにおいて長期連続EEGモニタリング

非拘束EEG Radiotelemetry：硬膜外とディープ脳内定位EEG電極配置

海馬シータバンドのチューニング

小児てんかんのバイオマーカーとして同時磁図と脳波を用いて検出発作間高周波発振

共局在脳波および齧歯動物のローカルフィールド電位の同時記録

行動するマウスにおける海馬シータ振動の光同調

行動中マウスの海馬における振動を制限空間録音

意識的に拘束されたウサギにおける発作、不整脈および無呼吸の識別のためのマルチシステムモニタリング

マウスモデルにおけるシータ振動の選択的操作

マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出

要約

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定型および非定型開発における脳波ムーリズム

エポックワイヤレス送信機システムを用いたヒト疾患の小型げっ歯類モデルにおいて長期連続EEGモニタリング

非拘束EEG Radiotelemetry：硬膜外とディープ脳内定位EEG電極配置

海馬シータバンドのチューニング

小児てんかんのバイオマーカーとして同時磁図と脳波を用いて検出発作間高周波発振

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

行動するマウスにおける海馬シータ振動の光同調

行動中マウスの海馬における振動を制限空間録音

意識的に拘束されたウサギにおける発作、不整脈および無呼吸の識別のためのマルチシステムモニタリング

マウスモデルにおけるシータ振動の選択的操作

共局在脳波および齧歯動物のローカルフィールド電位の同時記録