著者は NIH フェロー編集委員会の編集協力を認めたいと思います。本研究 (ZIA MH00889) ニッケル水素の学内研究プログラムによって資金を供給されました。RMS は、FRAXA ポスドク研究員プログラムによっても支えられました。

すべての手順は、国立研究所の精神健康動物ケアおよび使用委員会によって承認され、ガイドラインに沿って行われ、国立機関の健康ケアの動物の使用。
1. 睡眠検出ユニットの設定
<ol><li>ユニットとソフトウェアの必要な数を購入します。</li>
	<li>監視システムを設定する指示に従います。<ol>
<li>エミッタの反対側の検出器の位置を合わせます。赤外線ビーム内側に直面している同じ高さに揃えて配置されることを確認します。</li>
		<li>付属のネジを使用して、金属製のスタンドの高さの探知器およびヒーターを配置します。この高さは、ケージのベッド、赤外線ビームを下回って、ビームが動物の活動を検出する適切な高さに調整必要があります。これにより、27 cm × 32 cm の内部領域 (10.625 × 12.75 で)。<ol>
<li>さらにネジが必要な場合、ハードウェアでより購入保存 (鍋頭ねじの ¼ 6-32)。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>各エミッタと各検出器を接続します。エミッタを受信機にリンク指定したハブに接続します。X、y 平面のこれを実行します。すべてのセットアップのためには、この手順を繰り返します。</li>
	<li>受信機を付属の USB ハブをコンピューターに接続します。</li>
</ol>2. ソフトウェアのセットアップ
<ol><li>解析ソフトウェアをインストールし、既定として指定されたハードウェア構成ファイルを選択します。ハードウェア構成ファイルは、当社によってのみ変更する必要があります。</li>
	<li>ファイルをクリックして |実験構成を開く。既定の実験構成を開きます。</li>
	<li>実験をクリックして |プロパティ。</li>
	<li>10スキャン レートを変更して] をクリックスキャンタブ s。</li>
	<li>10活動サンプリング レートを変更] をクリック、[活動] タブ s。</li>
	<li>ファイルをクリックして |実験として保存今後の実験計画のこれらの設定を保存します。</li>
</ol>3. 動物のセットアップ
<ol><li>単独で 31 cm (12.25 インチ) の長さは 16.5 cm (6.5 インチ) 広い、きれいなケージ内マウスを家します。寝具を構築し、ビームを妨害からマウスを防ぐためには、3 mm の深さで寝具を使用します。マウス用追加ネスト材料を提供しません。</li>
	<li>食糧へのアクセスを持つマウスを提供し、梁の邪魔にならないケージの上部にかかっているワイヤ供給装置による水の自由。必要に応じて、食品を補充し、ケージが研究の期間中すべての 3-5 日を変更された場合、水のボトルを変更します。</li>
	<li>マウスの完全なカバレッジを梁のほぼ真ん中にかかっていることを確保する設定、赤外線ビーム ケージに合わせます。</li>
	<li>光マウスの通常の住宅事情の光暗い周期をミラー化または実験に基づいて必要に応じて変更部屋の暗いサイクルを設定を確認します。</li>
</ol>4. 医薬品の準備と注射
<ol><li>滅菌水と滅菌シクロデキストリンを取得します。</li>
	<li>すべて注射 25.5 30.5 G 皮下針を 1 mL の注射器を使用します。それぞれのマウスには、新しい滅菌針と注射器を使用ください。</li>
	<li>注射の間の時間を減らすためには、事前にすべての注射器を組み立てます。</li>
	<li>シクロデキストリン注射用: 30% シクロデキストリン水溶液を作るために水 10 mL にシクロデキストリンの 3 g を追加することによってシクロデキストリン ソリューションを準備します。</li>
	<li>0.3 mL の生理食塩水または IP 注入によるシクロデキストリンを管理します。</li>
</ol>5. ソフトウェア レコードの睡眠に
<ol><li>既定のハードウェア構成ファイルを開きます。</li>
	<li>ファイルをクリックして |実験構成を開く。希望を開くか、または実験構成。</li>
	<li>実験をクリックして |セットアップ。<ol>
<li>データ ファイルの保存場所とバックアップ ファイルを保存する場所を指定します。ソフトウェアでは、データ ファイルが特定のプログラム フォルダーの下のプログラム ファイルに格納する必要があります。 注: 一部のコンピューターは、敏感なプログラム ファイルを表示、ことを考えるデータ ファイルにアクセスできない可能性実験の後。したがって、ローカル コンピューター上、機密ではない別の域にバックアップ ファイルを保存することをお勧めします。</li>
		<li>動物を指定各睡眠する ID 商工会議所し、必要に応じて動物の重量を入力します。チェック ボックスをオフでチャンバー実験で使用されていない、その商工会議所が無効にされます。識別情報を入力すると、完了をクリックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ファイルをクリックして |実験として保存目的のファイル名の下の現在の実験構成を保存します。</li>
	<li>実験をクリックして |実行またはf5 キーを押して録音を開始します。すべての部屋が活動を選んでいることを確認する 10 s 新紀元のため待機。動物だけ注入して、動物が移動する赤外線ビームにより検出する十分な可能性が高いです。<ol>
<li>アクティビティが検出されない場合は、ビームを拾う動きを確認する手動でマウス ケージを移動してください。トラブルシューティングを続行またはアクティビティがまだ記録されていない場合、作業室に移動します。 注: は、注射が終わったらすぐに実験を実行します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>コンピューターの画面を光を遮断する不透明なカバーでカバーします。アクティビティ メーターのライトが点滅をカバーします。</li>
	<li>24 時間の実験を実行します。 注: 注射を実行に必要な時間が、まい完全 24 時間。注射は、毎日同じ時間に実行する必要があります。注射時に睡眠を記録されませんする必要があります。</li>
	<li>次の日は、注射の時にクリックして実験 |停止録音を終了するします。ファイルをクリックして |エクスポート |対象の csv ファイルを生成各マウスの生データを収集します。 注: エクスポート、すぐにこれを行うし、コンピューターを処理している間注射を続行するいくつかの時間がかかることがあります。</li>
	<li>ファイルをクリックして |エクスポート |睡眠生を開くことによって各実験のため睡眠ファイルにエクスポートします。CDTA ソフトウェアがインストールされている任意のコンピューター上のデータ ファイル。<ol>
<li>検出パラメーター アクティビティのソースの下には、x 軸と y 軸の両方のボックスがオンになっているを確認します。</li>
		<li>しきい値新紀元の睡眠、下 4 新紀元が選択されていることを確認します。</li>
		<li>睡眠活動しきい値の下、0 の数が選択されていることを確認します。</li>
		<li>明暗サイクルを、[明暗サイクルの適切な時期を確認します。</li>
		<li>解析ウィンドウ、[分析の目的の時間を選択します。注入試験の場合に、既定値として日を残します。ExpSTART としては、開始時刻を設定します。24:00 24 時間解析ソフトウェアは、最大 72 時間のため行うことができますを使用するための期間を設定します。</li>
		<li>データをエクスポートするための時間を節約する設定を保存します。</li>
		<li>[更新] をクリックします。</li>
		<li>CSV ファイルを生成をクリックし、目的の場所にファイルを保存します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. データの分析
<ol><li>記録セッションごとに睡眠ファイルを開きます。サブジェクトの ID を割り当てる、各商工会議所のサブジェクト ID を決定するための個別の CSV ファイルを開く両方のライトのTOT 睡眠 hh:mm:ssとすべての動物の暗い段階を記録します。<ol>
<li>不整合記録の失敗を示す個々 の主題の CSV ファイルを確認します。ハイビームのカウントが 1 つの平面で検出された他の平面上のカウントが発生しない場合は、これはビームのエラーを示します。 注: 光と闇の両方の段階を含んでいるトータル レコーディング期間に対して計算されて「% 眠っている」と暗期の。12 h 明暗サイクル 12 h 光または暗期で「% 睡眠」を得るための 2 によってこの数を乗算します。注射の研究完全 24 時間計算のため行っていないことを考える"% が眠っている"ことは正確ではありません。正しいを生成する「% 睡眠」除算「TOT スリープ hh:mm:ss」、"実験経過時間: hh:mm:ss"、2 で乗算して、% を取得する 100 を乗算します。光の段階で注射を行い場合、光の位相のみをこの方法で調整する必要があります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>別の日、フェーズが互いに比較されるので各フェーズと各日のパーセントの睡眠の持続期間を分析します。</li>
</ol>

<ol><li>Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep%2C+plasticity+and+the+pathophysiology+of+neurodevelopmental+disorders%3A+the+potential+roles+of+protein+synthesis+and+other+cellular+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+sciences%22%5BJournal%5D)">Sleep, plasticity and the pathophysiology of neurodevelopmental disorders: the potential roles of protein synthesis and other cellular processes.</a> Brain sciences. 4, 150-201 (2014).</li>
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<li>Kincheski, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+sleep+restriction+promotes+brain+inflammation+and+synapse+loss%2C+and+potentiates+memory+impairment+induced+by+amyloid-beta+oligomers+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%2C+behavior%2C+and+immunity%22%5BJournal%5D)">Chronic sleep restriction promotes brain inflammation and synapse loss, and potentiates memory impairment induced by amyloid-beta oligomers in mice.</a> Brain, behavior, and immunity. 64, 140-151 (2017).</li>
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<li>Mang, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+a+piezoelectric+system+as+an+alternative+to+electroencephalogram%2F+electromyogram+recordings+in+mouse+sleep+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Sleep%22%5BJournal%5D)">Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/ electromyogram recordings in mouse sleep studies.</a> Sleep. 37, 1383-1392 (2014).</li>
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</ol>

著者が明らかに何もありません。

非侵襲、高スループットの家-檻の中の活動の監視に基づく睡眠時間の測定法を紹介します。総睡眠時間の評価のこの方法は、脳波研究3に対して検証されています。アクティビティ ベースの家ケージの監視は単純な非侵襲的、および多数の動物の人口調査に適用されます。それは限られた睡眠 (睡眠発作持続時間と睡眠段階) などについて詳細な情報を与えることはできませ...

睡眠は体と脳の覚醒1毎日の負担を次の復元のための重要な機能です。それは、睡眠が記憶力と一般的な脳の可塑性1の役割を果たすことが示されています。脳波は、睡眠2を検出するためのゴールド スタンダードです。齧歯動物、脳波モニタリングには、ヘッド マウント後動物必要2を回復する時間の期間に貼付電極の外科的移植が必要になります。リカバリ後動物録音デバイスに接続し、別を与えられる慣れ2の期間。回復と慣れのこれらの必要な期間のため脳波は時間がかかり、骨の折れると大規模な合理的に実行できません。さらに、電極注入の手術は動物に固有の危険を運ぶ。最後に、脳波の研究で睡眠をスコアリングのためのデータ分析も非常に骨の折れるです。代わりに、睡眠を監視する非侵襲、高スループット方法大きく齧歯動物の睡眠研究を支援しました。
脳波研究の制限に対処する、アクティビティ ベースの家ケージ監視システム睡眠を検出するために使用します。単純な前提は、アクティブでない動物は眠っている動物である可能性が高いです。それはそれを示されている 40 (10 秒エポックのビニング) 連続的な非アクティブの s は、睡眠脳波 (88-94% の契約に示されている)3によって測定した、信頼性の高い測定。ホーム ケージ ・監視システムは、最小限のセットアップ時間と動物の大規模なグループを研究する使用できます。我々 は、動物約 1 日かかります脳波研究2に必要な回復の週間と対照をなしてホーム ケージ監視システム4の住宅に慣らすに示されています。さらに、いくつかのセットアップは、体温、心拍数、利用状況、給餌などの生理学的パラメーターも検出できます。温度と心拍数は、小型送信機の移植から決定されます。これらのパラメーターは、マウスに関するより多くの情報を提供でき、さらに睡眠とそれの影響を理解するために追加する睡眠記録と並行して使用する可能性があります。
それは強力なツールが、アクティビティ ベースの家ケージの監視から取得できるデータの種類に制限があります。脳波の研究は、レムと非-レム睡眠、睡眠構築のより深い理解のために重要かもしれない区別できます。アクティビティ ベースの家ケージ ・監視システムだけ総睡眠時間のデータを提供できます。さらに、ホーム ケージ監視のアクティビティ ベースの出力を与えるについては睡眠時間の長さが、40 秒間隔3の固有の限定のためを試合時間正確に把握できません。これらの制限にもかかわらずホーム ケージが睡眠時間の監視動物の健康および行動5を含む多くの下流因子に影響を与える可能性があります重要な生物学的指標を提供します。
アクティビティ ベースの家ケージの監視は、その多様性を示す多くの研究で睡眠を検出する使用されています。私たちはこれらの研究4,6,7,8,9,10、11,の12のサンプルを引用します。紹介した方法も独自の制限13,14を含む各監視アクティビティ ベースを介して睡眠を検出の他の方法があります。長時間 (72 時間) 連続睡眠は、24 h のブロックのいくつかを調べる睡眠中これらの研究のいくつか調べる。本研究では、毎日腹腔内 (IP) 注射と脆弱 X 症候群 (Fmr1 KO マウス) のマウス モデルにおける変更が定期的なケージに対応した 24 時間の期間ごとに睡眠解析を提案します。睡眠4を減らした、仮説に感覚情報15に超反応するのでFmr1 KO マウスを選びました。我々 のデータでは、ストレスの多いイベントに応答の睡眠パターンの変化を検出する能力を強調表示します。このメソッドは、マウスの大規模コホートで睡眠についての一般情報を取得に最適です。メソッドは、睡眠に特定の遺伝子変異、薬理学的治療法やストレッサーなどのイベントへの応答の効果の効果を理解するために役立ちます。さらに、メソッドはより複雑の研究を開始する前に検診の応答の簡単な手段を提供します。

<table><tbody><tr><td>Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS)</td><td>Columbus Instruments</td><td></td><td>Equipment and software to analyze sleep duration</td></tr><tr><td>Captisol Research Grade</td><td>Captisol</td><td>RC-0C7-100</td><td>Captisol for dissolving hydrophobic compounds</td></tr><tr><td>30 G BD Needle 1/2 inch</td><td>BD</td><td>305106</td><td>Needle for injections</td></tr><tr><td>BD Disposable Syringes</td><td>Fisher</td><td>14-823-30</td><td>Syringes for injections</td></tr><tr><td>B6.129P2-Fmr1tm1Cgr/J</td><td>Jackson Labs</td><td>3025</td><td>Fmr1 KO mice</td></tr><tr><td>Super Mouse 750 Mouse Cage</td><td>Lab Products, Inc.&amp;nbsp;</td><td></td><td>Homecages for the mice</td></tr><tr><td>SANI-Chips Bedding</td><td>PJ Murphys</td><td></td><td>Bedding for the mice</td></tr></tbody></table>

noninvasive, high-throughput determination of sleep duration in rodents

伝統的に、睡眠は、脳波計 (EEG) によって監視されます。齧歯動物の脳波の研究では、長い回復期間続いて電極の外科的移植を必要があります。脳波記録を行う動物は、ヘッド マウントに不自然なテザーを作成する受信機に接続されます。脳波モニタリングは時間がかかる、運ぶ、動物を危険にさらすし、睡眠の測定のため完全に自然な設定ではありません。代替方法のハイスループット ファッションで特に睡眠を検出する睡眠研究分野大きく前進するでしょう。ここでは、アクティビティ ベースの家ケージの監視を介して睡眠を検出検証法について述べる.以前の研究では、このメソッドを介して睡眠では、伝統的な脳波ベース メジャーによって定義される睡眠の契約の高度を示しています。このメソッドは、総睡眠時間の検証が、一方より時間解像度を持つ脳波睡眠時間の長さを評価することに注意してくださいすることが重要です。急速な目動き (レム) とレム睡眠、睡眠の正確な性質についての詳細を与えて、脳波は区別もできます。それにもかかわらず、アクティビティ ベースの睡眠測定は邪魔されずに睡眠の複数の日を分析し、(ストレス) のような急性のイベントへの応答として睡眠を評価するために使用できます。ここでは、毎日腹腔内注射マウスの応答を検出するこのシステムの電源を示します。

睡眠と動物が注射に慣らすかどうかで毎日の注射の効果を決定する 9:00 (6:00 で始まったライト サイクル) で 14 日連続毎日 IP 注射を実行 12 Fmr1 KO c57bl/6 j マウスの睡眠時間を記録しました。用いて、被験者のデザインの中で通常の生理食塩水で連続 4 日間のそれぞれの動物を注入する. (1-4 日) と次の 30% シクロデキストリン、連続 10 日間 (5-14 日間)。シクロデキ?...

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Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents

睡眠測定活動ベース ホーム ケージの監視の高スループット方法について述べる。このメソッドでは、脳波・ ベースの従来の方法上の利点を提供しています。それは総睡眠時間の定量検証するには、ひと疾患の齧歯動物モデルで睡眠を監視する強力なツールをすることができます。

齧歯動物の睡眠時間の非侵襲的で高スループットの測定

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

noninvasive-high-throughput-determination-of-sleep-duration-in-rodents

Research

JoVE Journal

Behavior

7.8K ビュー.  National Institutes of Health. 睡眠測定活動ベース ホーム ケージの監視の高スループット方法について述べる。このメソッドでは、脳波・ ベースの従来の方法上の利点を提供しています。それは総睡眠時間の定量検証するには、ひと疾患の齧歯動物モデルで睡眠を監視する強力なツールをすることができます。

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Measuring Circadian and Acute Light Responses in Mice using Wheel Running Activity

Circadian rhythms are physiological functions that cycle over a period of approximately 24 hours (circadian- circa: approximate and diem: day)1, 2. They are responsible for timing our sleep/wake cycles and hormone secretion. Since this timing is not precisely 24-hours, it is synchronized to the solar day by light input. This is accomplished via photic input from the retina to the suprachiasmatic nucleus (SCN) which serves as the master pacemaker synchronizing peripheral clocks in other regions of the brain and peripheral tissues to the environmental light dark cycle3-7. The alignment of rhythms to this environmental light dark cycle organizes particular physiological events to the correct temporal niche, which is crucial for survival8. For example, mice sleep during the day and are active at night. This ability to consolidate activity to either the light or dark portion of the day is referred to as circadian photoentrainment and requires light input to the circadian clock9. Activity of mice at night is robust particularly in the presence of a running wheel. Measuring this behavior is a minimally invasive method that can be used to evaluate the functionality of the circadian system as well as light input to this system. Methods that will covered here are used to examine the circadian clock, light input to this system, as well as the direct influence of light on wheel running behavior.

This article will review methods that can be used to determine circadian function and light responsiveness in mice.

ホイール実行中のアクティビティを使用して、マウスの概日リズムと急性ライト応答を測定する

Circadian rhythms are physiological functions that cycle over a period of approximately 24 hours (circadian- circa: approximate and diem: day)1, 2.  They ...

神経科学

Chronic Sleep Deprivation in Mouse Pups by Means of Gentle Handling

Sleep is critical for proper development and neural plasticity. Moreover, abnormal sleep patterns are characteristic of many neurodevelopmental disorders. Studying how chronic sleep restriction during development can affect adult behavior may add to our understanding of the emergence of behavioral symptoms of neurodevelopmental disorders. While there are many methods that can be used to restrict sleep in rodents including forced locomotion, constant disruption, presentation of an aversive stimulus, or electric shock, many of these methods are very stressful and cannot be used in neonatal mice. Here, we describe gentle handling, a sleep deprivation technique that can be used chronically throughout development and into adulthood to achieve sleep restriction. Gentle handling involves close observation of the mice throughout the sleep deprivation period and requires the researcher to gently prod the animals whenever they are inactive or display behaviors associated with sleep. Coupled with EEG recordings, gentle handling could be used to selectively disrupt a specific phase of sleep such as rapid eye movement (REM) sleep. The technique of gentle handling is a powerful tool for the study of the effects of chronic sleep restriction even in neonatal mice that circumvents many of the more stressful procedures used for sleep deprivation.

We describe a sleep deprivation technique known as gentle handling where investigators gently prod mice any time sleep behavior is observed. This method is a powerful tool that allows researchers to study the effects that chronic sleep restriction throughout development can have on future brain physiology and behavior.

マウスで慢性的な睡眠不足は処理による穏やかな子犬します。

Sleep is critical for proper development and neural plasticity. Moreover, abnormal sleep patterns are characteristic of many neurodevelopmental disorders. ...

行動学

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

Although the brain represents less than 5% of the body by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body at rest1. The function of non rapid eye movement sleep (NREMS), the largest portion of sleep by time, is uncertain. However, one salient feature of NREMS is a significant reduction in the rate of cerebral glucose utilization relative to wakefulness2-4. This and other findings have led to the widely held belief that sleep serves a function related to cerebral metabolism. Yet, the mechanisms underlying the reduction in cerebral glucose metabolism during NREMS remain to be elucidated.
	One phenomenon associated with NREMS that might impact cerebral metabolic rate is the occurrence of slow waves, oscillations at frequencies less than 4 Hz, in the electroencephalogram5,6. These slow waves detected at the level of the skull or cerebral cortical surface reflect the oscillations of underlying neurons between a depolarized/up state and a hyperpolarized/down state7. During the down state, cells do not undergo action potentials for intervals of up to several hundred milliseconds. Restoration of ionic concentration gradients subsequent to action potentials represents a significant metabolic load on the cell8; absence of action potentials during down states associated with NREMS may contribute to reduced metabolism relative to wake.
	Two technical challenges had to be addressed in order for this hypothetical relationship to be tested. First, it was necessary to measure cerebral glycolytic metabolism with a temporal resolution reflective of the dynamics of the cerebral EEG (that is, over seconds rather than minutes). To do so, we measured the concentration of lactate, the product of aerobic glycolysis, and therefore a readout of the rate of glucose metabolism in the brains of mice. Lactate was measured using a lactate oxidase based real time sensor embedded in the frontal cortex. The sensing mechanism consists of a platinum-iridium electrode surrounded by a layer of lactate oxidase molecules. Metabolism of lactate by lactate oxidase produces hydrogen peroxide, which produces a current in the platinum-iridium electrode. So a ramping up of cerebral glycolysis provides an increase in the concentration of substrate for lactate oxidase, which then is reflected in increased current at the sensing electrode. It was additionally necessary to measure these variables while manipulating the excitability of the cerebral cortex, in order to isolate this variable from other facets of NREMS.
	We devised an experimental system for simultaneous measurement of neuronal activity via the elecetroencephalogram, measurement of glycolytic flux via a lactate biosensor, and manipulation of cerebral cortical neuronal activity via optogenetic activation of pyramidal neurons. We have utilized this system to document the relationship between sleep-related electroencephalographic waveforms and the moment-to-moment dynamics of lactate concentration in the cerebral cortex. The protocol may be useful for any individual interested in studying, in freely behaving rodents, the relationship between neuronal activity measured at the electroencephalographic level and cellular energetics within the brain.

A procedure is described for manipulating the activity of cerebral cortical pyramidal neurons optogenetically while the electroencephalogram, electromyogram, and cerebral lactate concentration are monitored. Experimental recordings are performed on cable-tethered mice while they undergo spontaneous sleep/wake cycles. Optogenetic equipment is assembled in our laboratory; recording equipment is commercially available.

同時脳波、リアルタイム乳酸濃度の測定と齧歯類大脳皮質ニューロン活動のOptogeneticマニピュレーション

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

睡眠障害治療の進歩: ショウジョウバエに基づくスクリーニングアプローチ

High-Throughput Small Molecule Drug Screening For Age-Related Sleep Disorders Using Drosophila melanogaster

Sleep, an essential component of health and overall well-being, often presents challenges for older individuals who frequently experience sleep disorders characterized by shortened sleep duration and fragmented patterns. These sleep disruptions also correlate with an increased risk of various illnesses in the elderly, including diabetes, cardiovascular diseases, and psychological disorders. Unfortunately, existing drugs for sleep disorders are associated with significant side effects such as cognitive impairment and addiction. Consequently, the development of new, safer, and more effective sleep disorder medications is urgently needed. However, the high cost and lengthy experimental duration of current drug screening methods remain limiting factors.
This protocol describes a cost-effective and high-throughput screening method that utilizes Drosophila melanogaster, a species with a highly conserved sleep regulation mechanism compared to mammals, making it an ideal model for studying sleep disorders in the elderly. By administering various small compounds to aged flies, we can assess their effects on sleep disorders. The sleep behaviors of these flies are recorded using an infrared monitoring device and analyzed with the open-source data package Sleep and Circadian Analysis MATLAB Program 2020 (SCAMP2020). This protocol offers a low-cost, reproducible, and efficient screening approach for sleep regulation. Fruit flies, due to their short life cycle, low husbandry cost, and ease of handling, serve as excellent subjects for this method. As an illustration, Reserpine, one of the tested drugs, demonstrated the ability to promote sleep duration in elderly flies, highlighting the effectiveness of this protocol.

著者スポットライト:DAMシステムを使用したショウジョウバエの睡眠測定における課題の克服 

Presented is a protocol for high-throughput drug screening to improve sleep by monitoring the sleep behavior of fruit flies in an elderly Drosophila model.

ショウジョウバエによる加齢性睡眠障害のハイスループット低分子薬物スクリーニング(英語)

Sleep, an essential component of health and overall well-being, often presents challenges for older individuals who frequently experience sleep disorders ...

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.

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.

マウスで睡眠を測定するためのポリグラフ記録手順

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

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.

睡眠中のマウスにおけるスペクトルパワーおよび心拍数の低速ダイナミクスの定量化

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

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.

マウスにおける睡眠/覚醒状態のモニタリング中の神経回路の光遺伝学的操作

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

The Sleep Nullifying Apparatus: A Highly Efficient Method of Sleep Depriving Drosophila

Sleep homeostasis, the increase in sleep observed following sleep loss, is one of the defining criteria used to identify sleep throughout the animal kingdom. As a consequence, sleep deprivation and sleep restriction are powerful tools that are commonly used to provide insight into sleep function. Nonetheless, sleep deprivation experiments are inherently problematic in that the deprivation stimulus itself may be the cause of observed changes in physiology and behavior. Accordingly, successful sleep deprivation techniques should keep animals awake and, ideally, result in a robust sleep rebound without also inducing a large number of unintended consequences. Here, we describe a sleep deprivation technique for Drosophila melanogaster. The Sleep Nullifying Apparatus (SNAP) administers a stimulus every 10s to induce negative geotaxis. Although the stimulus is predictable, the SNAP effectively prevents &#62;95% of nighttime sleep even in flies with high sleep drive. Importantly, the subsequent homeostatic response is very similar to that achieved using hand-deprivation. The timing and spacing of the stimuli can be modified to minimize sleep loss and thus examine non-specific effects of the stimulus on physiology and behavior. The SNAP can also be used for sleep restriction and to assess arousal thresholds. The SNAP is a powerful sleep disruption technique that can be used to better understand sleep function.

The Sleep Nullifying Apparatus: A Highly Efficient Method of Sleep Depriving Drosophila

Sleep deprivation is a powerful tool to investigate sleep function and regulation. We describe a protocol to sleep deprive Drosophila using the Sleep Nullifying Apparatus, and to determine the extent of rebound sleep induced by deprivation.

睡眠の無効化装置:ショウジョウバエを奪う睡眠の非常に効率的な方法

Sleep homeostasis, the increase in sleep observed following sleep loss, is one of the defining criteria used to identify sleep throughout the animal ...

齧歯動物の睡眠時間の非侵襲的で高スループットの測定

要約

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ホイール実行中のアクティビティを使用して、マウスの概日リズムと急性ライト応答を測定する

マウスで慢性的な睡眠不足は処理による穏やかな子犬します。

同時脳波、リアルタイム乳酸濃度の測定と齧歯類大脳皮質ニューロン活動のOptogeneticマニピュレーション

ショウジョウバエによる加齢性睡眠障害のハイスループット低分子薬物スクリーニング(英語)

ショウジョウバエによる加齢性睡眠障害のハイスループット低分子薬物スクリーニング(英語)

ショウジョウバエによる加齢性睡眠障害のハイスループット低分子薬物スクリーニング(英語)

マウスで睡眠を測定するためのポリグラフ記録手順

睡眠中のマウスにおけるスペクトルパワーおよび心拍数の低速ダイナミクスの定量化

マウスにおける睡眠/覚醒状態のモニタリング中の神経回路の光遺伝学的操作

睡眠の無効化装置:ショウジョウバエを奪う睡眠の非常に効率的な方法