수 면 기간 설치류의 비 침범 성, 높은 처리량 결정

요약

활동 기반 홈 케이지 모니터링 통해 수 면을 측정 하는 높은 처리량 방법을 설명 합니다. 이 방법은 전통적인 뇌 파 기반 방법에 비해 이점이 있습니다. 그것은 잘 총 수 면 기간 결정에 대 한 유효성을 검사 하 고 인간 질병의 설치류 모델에서 수 면을 모니터링 하는 강력한 도구가 될 수 있습니다.

초록

전통적으로, 수 면 뇌 파 (EEG)에 의해 모니터링 됩니다. 설치류에서 뇌 파 연구는 긴 회복 기간 다음에 전극의 외과 이식이 필요 합니다. 뇌 파 녹음을 수행 하려면 동물 머리 마운트 부자연 스러운 밧줄 만들기는 수신기에 연결 됩니다. 뇌 파 모니터링 하는 것은 시간이 걸리는, 캐리는 동물에 위험 및 수 면의 측정에 대 한 완전히 자연 설정 되지 않습니다. 높은 처리량 패션에 특히 수 면을 감지 하는 다른 방법 수 면 연구의 분야를 사전 크게 것 이다. 여기, 우리 집 케이지 모니터링 활동 기반을 통해 수 면을 탐지 하기 위한 검증된 방법 설명. 이전 연구는이 방법을 통해 평가 하는 수 면 수 면 뇌 파 기반 전통적인 측정에 의해 정의 된 계약의 높은 학위를가지고 나타났습니다. 이 메서드는 전체 수 면 시간에 대 한 유효성을 검사 하는 반면에, 그것은 수 면 시 합 기간 더 나은 시간 해상도 뇌 파에 의해 평가 되어야 한다 주의 하는 것이 중요. 빠른 안구 운동 (REM)과 비-REM 수 면, 수 면의 정확한 본질에 대 한 더 많은 세부 정보를 제공에 뇌 파 차별화할 수 있습니다. 그럼에도 불구 하 고, 활동 기반 수 면 결정 그대로 수 면의 여러 일을 분석 하 고 (스트레스) 같은 급성 이벤트에 대 한 응답으로 수 면을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다. 여기, 우리가 매일 복 주사에 대 한 마우스의 응답을 검출 하기 위하여이 시스템의 힘을 보여줍니다.

서문

수 면 신체와 뇌 깨어¹일일 부담을 다음의 복원에 대 한 중요 한 기능이 있다. 그것은 보였다 수 면 메모리 보존 및 일반적인 뇌가 소성¹역할을 한다. 뇌 파 감지 수 면²골드 표준입니다. 설치류, 뇌 파 모니터링 후 동물 필요²복구 기간 머리 마운트에 부착 된 전극의 외과 이식을 합니다. 복구 후 동물 녹음 장치에 연결 하 고 다른 주어진 habituation²의 기간. 복구 및 습관 들 임이 필요한 기간 때문에 뇌 파 시간이 소모 하 고 힘 드는 하 고 큰 규모에서 합리적으로 수행할 수 없습니다. 또한, 전극 이식의 수술 동물에 내재 된 위험을 운반합니다. 마지막으로, 수 면 뇌 파 연구에서 득점을 위한 데이터 분석 또한 매우 힘 드는입니다. 대신, 비-침략 적, 높은 처리량 방법 수 면 모니터링의 설치류 수 면 연구를 원조 크게 것 이다.

활동 기반 홈 케이지 모니터링 시스템 절전을 검색 하는 데 사용 뇌 파 연구의 한계를 해결 합니다. 간단한 전제가 이다 비활성 동물 가능성이 자 동물. 그것은 보였다 그 40 연속 비활성 (10 s 신 기원에 있는 범주화)의 s 수 면 뇌 파 (88-94% 계약을 표시)³측정 된 신뢰할 수 있는 측정 이다. 홈-케이지 모니터링 시스템 공부 최소한의 설정 시간으로 동물의 큰 그룹을 사용할 수 있습니다. 우리는 동물 약 1 일 하는 데 걸리는 복구 뇌 파 연구²에 필요한 주 달리 홈 케이지 모니터링 시스템⁴ 개별 주택에 길 들 나타났습니다. 또한, 일부 설정 또한 핵심 체온, 심장 박동, 활동, 및 먹이 등 생리 적 매개 변수를 검색할 수 있습니다. 온도 심장 박동 작은 송신기의 주입에서 결정 됩니다. 이 매개 변수는 마우스에 대 한 자세한 정보를 제공할 수 있습니다 그리고 수 면 및 그것 영향의 우리의 이해에 더 추가할 수 면 녹화와 동시에 사용할 수 있습니다.

그것은 강력한 도구, 홈-케이지 모니터링 활동 기반에서 취득 될 수 있는 데이터의 종류를 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 뇌 파 연구 rem 수 면과 비-REM 수 면, 수 면 아키텍처의 깊은 이해에 대 한 중요 구별할 수 있습니다. 활동 기반 홈 케이지 모니터링 시스템만 총 수 면 시간에 대 한 데이터를 제공할 수 있습니다. 또한, 홈-케이지 모니터링 활동 기반에 대 한 출력 수 면 시 합 기간에 대 한 정보를 제공, 하지만 우리 수 없습니다 정확 하 게 평가 시 합 기간 40 s 간격³의 고유한 제한 때문에. 이러한 제한에도 불구 하 고 홈-케이지 수 면 기간 모니터링 동물의 건강과 행동⁵를 포함 하 여 많은 다운스트림 요소에 영향을 미칠 수 있는 중요 한 생물 측정을 제공 합니다.

홈-케이지 모니터링 활동 기반은 그것의 다양성을 나타내는 많은 연구에서 수 면을 감지 하 사용 되었습니다. 우리는 이러한 연구^{4,6,7,8,9,10,,1112}의 샘플을 인용. 제시 하는 메서드와 검색 활동 기반 모니터링, 각 포함 하는 자체 제한^13,14을 통해 수 면의 다른 방법이 있다. 이러한 연구의 일부 검사 중단된 자 (72 h)의 오랜 기간 동안 일부 수 면 검사 24 h에. 본이 연구에서는 우리 일상 복 (IP) 주사 하 고 허약한 X 증후군 (Fmr1 코 쥐)의 마우스 모델에서 정기적인 케이지 변화에 응답 후 각 24 시간 동안 수 면 분석을 제시. 그들은 수 면⁴ 감소 때문에 하이퍼-반응 감각 정보¹⁵수 hypothesized Fmr1 코 마우스 선택 했습니다. 우리의 데이터는 스트레스 이벤트에 대 한 응답에서 수 면 패턴에 변화를 감지 하는 능력을 강조 표시 합니다. 이 메서드는 마우스의 큰 동료에서 수 면에 대 한 일반 정보를 얻기 위해 이상적. 메서드는 특정 유전 변경 수 면, 약물 치료, 또는 스트레스 등의 이벤트에 대 한 응답의 효과의 효과 이해 하는 데 유용할 수 있습니다. 또한, 메서드는 더 많은 연구를 시작 하기 전에 응답에 대 한 심사의 간단한 수단을 제공 합니다.

프로토콜

모든 절차는 국립 연구소의 정신 건강 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 승인 되었고 국립 연구소의 건강 지침 서 관심과 동물의 사용에 따라 수행.

1. 수 면 탐지 단위 설정

1. 원하는 수 단위 및 소프트웨어를 구입.
2. 모니터링 시스템을 설정 하는 지침을 따릅니다.
   1. 미터 반대 검출기를 맞춥니다. 적외선 빔 안쪽에 직면 하 고 동일한 높이로 정렬 됩니다 있는지 확인 합니다.
   2. 제공 된 나사를 사용 하 여 금속 스탠드에 원하는 높이에 미터와 검출기 위치. 있도록 장의 침구 적외선 광선의 수준 이지만 빔 동물의 활동을 검출 하기 위하여 적절 한 높이에서이 높이 조정 한다. 이 27 cm × 32cm의 내부 영역 생성 (10.625 ×에서 12.75에서).
      1. 더 많은 나사를 필요한 경우는 하드웨어에 더 구매 저장 (팬 헤드 나사에 6-32 ¼).
3. 각이 미터와 각 검출기를 연결 합니다. 이 미터 수신기에 연결 된 허브에 연결 합니다. X와 y 비행기에 이것을 수행 합니다. 모든 설정에 대해이 단계를 반복 합니다.
4. 제공 된 USB 허브는 컴퓨터에 수신기를 연결 합니다.

2. 소프트웨어 설치

1. 분석 소프트웨어를 설치 하 고 기본 제공된 하드웨어 구성 파일을 선택 합니다. 하드웨어 구성 파일 회사에 의해 바뀌어야만 한다.
2. 파일을 클릭 | 실험 구성. 기본 실험 구성을 엽니다.
3. 실험을 클릭 | 속성.
4. 클릭 스캔 탭 변경 속도 스캔 10 s.
5. 10 활동 샘플링 속도 변경 하는 클릭 활동 탭 s.
6. 파일을 클릭 | 실험으로 저장 미래 실험을 위한 이러한 구성 설정을 저장 합니다.

3. 동물 설정

1. 단독으로 31 cm (12.25) 길이 16.5 c m (6.5 안으로) 넓은 깨끗 한 장에 쥐 집. 침구를 구축 하 고 광선을 방해에서 마우스를 방지 하려면 3 m m의 깊이에서 침구를 사용 합니다. 쥐에 대 한 추가적인 둥지 물자를 제공 하지 않습니다.
2. 광고 libitum 와이어 피더 광선 왜곡이 케이지의 상단에 달려있다에 의하여 물 및 음식에 대 한 액세스와 쥐를 제공 합니다. 필요한 경우 음식 리필 하 고 물 병 케이지 연구 기간에 걸쳐 3-5 일 마다 변경 되 면 변경.
3. 그것은 전체 범위에 대 한 광선의 약 중간에 달려있다 보장 설정, 적외선 빔 내부 마우스 케이지를 맞춥니다.
4. 라이트 룸의 어두운 주기는 마우스의 일반 주택 조건 빛 어두운 주기의 거울 또는 실험에 따라 원하는 대로 변경로 설정 되어 있는지 확인 합니다.

4. 준비 및 주사 약

1. 살 균 물과 살 균 cyclodextrin를 얻을.
2. 모든 주사 25.5 30.5 G 피하 주사와 1 mL 주사기를 사용 합니다. 각 마우스에 대 한 새로운 멸 균 바늘과 주사기를 사용 되어야 한다.
3. 주사 사이 시간을 줄이기 위해, 모든 주사기를 사전에 조립.
4. Cyclodextrin 주사: cyclodextrin의 3 세대 30 %cyclodextrin 솔루션을 물 10 mL에 추가 하 여 cyclodextrin 솔루션을 준비.
5. 식 염 수 또는 IP 주입을 통해 cyclodextrin 0.3 mL를 관리 합니다.

5입니다. 소프트웨어 기록 자

1. 기본 하드웨어 구성 파일을 엽니다.
2. 파일을 클릭 | 실험 구성. 원하는 열거나 기본 구성 실험.
3. 실험을 클릭 | 설치.
   1. 데이터 파일을 저장할 위치 뿐만 아니라 백업 파일을 저장할 위치를 지정 합니다. 소프트웨어는 데이터 파일 특정 프로그램 폴더에서 프로그램 파일 에 저장 됩니다 필요 합니다.
      참고: 일부 컴퓨터는 민감한으로 프로그램 파일 을 볼, 그 데이터 파일에 액세스할 수 없습니다 가능한 실험 후. 따라서 로컬 컴퓨터에 백업 파일을 다른, 중요 하지 않은 영역을 저장 하는 것이 좋습니다.
   2. 동물 지정 ID를 각 수 면 챔버 및 원하는 경우 동물의 무게를 입력 하십시오. 챔버는 실험에 사용 되 고 하지 않으면, 확인란을 선택 취소 하는 것 그 챔버를 비활성화 됩니다. Id 정보가 입력 되 면 완료를 클릭 합니다.
4. 파일을 클릭 | 실험으로 저장 원하는 파일 이름 아래 현재 실험 구성 하기.
5. 실험을 클릭 | 실행 또는 f 5를 눌러 녹음을 시작 하. 모든 실 활동을 따기는 되도록 10 s 신 기원에 대 한 잠깐. 동물 그냥 주입 했다, 그것은 매우 가능성이 그 동물 이동 됩니다 적외선 광선에 의해 감지 될 정도로.
   1. 활동이 감지 되 면 광선 움직임을 데리 러 수 있도록 수동으로 마우스 케이지를 이동 하려고 합니다. 문제 해결을 계속 하거나 활동은 기록 되지 않는 경우 작업 실로 이동 합니다.
      참고: 주사 완료 하자마자 실험을 실행.
6. 빛을 차단 하는 불투명 한 커버와 함께 컴퓨터 화면을 커버. 활동 수준에 깜박이 불빛을 커버.
7. 24 h에 대 한 실험을 실행 합니다.
   참고: 주사를 수행 하는 데 필요한 시간 때문에 그것은 되지 않습니다 전체 24 h. 주사는 매일 같은 시간에 수행 되어야 한다. 수 면 주사 동안 하지 기록 합니다.
8. 다음 날, 주사, 시 클릭 실험 | 중지 녹음 종료. 파일을 클릭 | 수출 | 생성 제목 해당 각 마우스에 대 한 원시 데이터를 수집.
   참고: 그것은, 그래서 이렇게 즉시 내보내고 컴퓨터 처리 하는 동안 다음 주사 진행 시간이 좀 걸릴 수 있습니다.
9. 파일을 클릭 | 수출 | 수 면 파일을 내보냅니다 잠 각 실험에 대 한 원시 여. 소프트웨어가 설치 되어 있는 컴퓨터에 CDTA 데이터 파일입니다.
   1. 검색 매개 변수 활동 소스, x 축 및 y 축 상자 검사 됩니다 확인.
   2. 임계값 Epochs 수 면, 아래 4 epochs 선택 되어 있는지 확인 합니다.
   3. 자 임계값 활동 임계값, 0 건의 선택 되어 있는지 확인 합니다.
   4. 명암 주기에서 명암 주기 위한 적절 한 시간을 선택 합니다.
   5. 분석 창에서 분석을 위해 원하는 시간을 선택 합니다. 주사 연구의 경우 기본적으로 날 을 둡니다. ExpSTART로 시작 시간 을 설정 합니다. 24:00 24 h. 분석 사용 하 여 최대 72 h에 대 한 소프트웨어를 할 수 있는 기간 을 설정 합니다.
   6. 구성 데이터 내보내기에 대 한 시간을 절약할 수를 저장 합니다.
   7. 업데이트를 클릭 합니다.
   8. CSV 파일 생성 을 클릭 하 고 원하는 위치에 파일을 저장 합니다.

6. 데이터 분석

1. 각 녹음 세션에 대 한 수 면 파일을 엽니다. 주제 ID를 할당 하려면 대상 ID를 확인 하려면 각 챔버에 대 한 개별 CSV 파일을 열으십시오 어린 아이 잠 h:mm: ss로 모두 빛과 모든 동물에 대 한 어두운 단계를 기록 합니다.
   1. 녹음의 실패를 나타내는 불일치에 대 한 개별 주제 CSV 파일을 확인 하십시오. 하이 빔 건의 한 평면에서 감지 하지만 아무 수 다른 비행기에 관찰 된다,이 빔 실패를 나타냅니다.
      참고:은 빛과 어두운 단계 포함 총 녹음 기간 동안 계산 "% 자" 빛과 어둠의 단계에 대 한. 12 h 명암 주기 12 h 빛 또는 어두운 단계에 "% 자"를 2로이 수를 곱하면 됩니다. 그 주사 연구 계산된 전체 24 시간에 가지 않았다 "% 자"는 것은 정확 하지 않다. 올바른 생성 하로 더하다 "잠" h:mm: ss로 나눕니다 "% 자"는 "실험 경과 시간: h:mm: ss로," 2, 증식 그리고 다음 100%를 곱합니다. 주사 빛 단계에서 수행 했다, 빛 단계는 이러한 방식으로 조정 될 필요가 있다.
2. 다른 일 및 단계 서로 비교 되 고, 이후 각 단계 및 각 하루에 대 한 백분율 수 면 기간을 분석 합니다.

결과

수 면과 여부 동물 주사 하 길 들에 매일 주사의 효과 확인 하려면 우리는 오전 9시 (오전 6 시 시작 하는 가벼운 주기)에서 14 일 연속 매일 IP 주사를 수행 12 Fmr1 코 C57Bl/6J 쥐에 있는 잠 기간을 기록. 우리는 주제 디자인, 내 주입 각 동물 정상적인 염 분 4 일 연속 (일 1-4)와 다음에 대 한 30 %cyclodextrin 다음 10 일 연속 (5-14 일). 약국에 대 한 소수 성 화합물을 분해 하는 데...

토론

여기, 우리는 수 면 기간 홈 장에 모니터링 활동에 따라 결정 하는 비 침범 성, 높은 처리량 방법 제시. 총 수 면 시간에 대 한 평가의이 방법은 뇌 파 연구³에 대 한 검증 되었습니다. 활동 기반 홈 케이지 모니터링 하는 것이 간단 하 고, 비 침범 성, 동물의 많은 수에 인구 연구에 적용 합니다. 그것은 제한에 그것 (수 면 시 합 기간 및 수 면 단계) 등 수 면에 대 한 자세한 정보를 ?...

자료

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