Name: noninvasive, high-throughput determination of sleep duration in rodents
Uploaded: 2018-04-18T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents at JoVE.com

המחברים רוצה להכיר את NIH עמיתי וחברי לסיוע העריכה שלהם. מחקר זה מומן על ידי מגזר תוכנית מחקר של מכון NIMH (ZIA MH00889). RMS גם נתמך על ידי מלגת פוסט-דוקטורט FRAXA.

כל ההליכים היו אושרה על ידי לאומי המכון של הנפש החיה שירותי הבריאות ועדת שימוש וביצע בהתאם מוסדות לאומיים של בריאות להנחיות על טיפוח ועל השימוש של בעלי חיים.
1. הגדרת יחידות הזיהוי לישון
<ol><li>לרכוש מספר יחידות ותוכנה הרצוי.</li>
	<li>בצע את ההוראות כדי להגדיר את מערכות ניטור.<ol>
<l...

<ol>
	<li>Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep,+plasticity+and+the+pathophysiology+of+neurodevelopmental+disorders:+the+potential+roles+of+protein+synthesis+and+other+cellular+processes.">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><li>Ingvar, M. C., Maeder, P., Sokoloff, L., Smith, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+aging+on+local+rates+of+cerebral+protein+synthesis+in+rats.">The effects of aging on local rates of cerebral protein synthesis in rats.</a> Monographs in neural sciences. 11, 47-50 (1984).</li><li>Pack, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+method+for+high-throughput+phenotyping+of+sleep+in+mice.">Novel method for high-throughput phenotyping of sleep in mice.</a> Physiological genomics. 28, 232-238 (2007).</li><li>Sare, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deficient+Sleep+in+Mouse+Models+of+Fragile+X+Syndrome.">Deficient Sleep in Mouse Models of Fragile X Syndrome.</a> Front Mol Neurosci. 10, (2017).</li><li>Alvarez, G. G., Ayas, N. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+daily+sleep+duration+on+health:+a+review+of+the+literature.">The impact of daily sleep duration on health: a review of the literature.</a> Progress in cardiovascular nursing. 19, 56-59 (2004).</li><li>Kincheski, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+sleep+restriction+promotes+brain+inflammation+and+synapse+loss,+and+potentiates+memory+impairment+induced+by+amyloid-beta+oligomers+in+mice.">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><li>Sare, R. M., Levine, M., Hildreth, C., Picchioni, D., Smith, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+sleep+restriction+during+development+can+lead+to+long-lasting+behavioral+effects.">Chronic sleep restriction during development can lead to long-lasting behavioral effects.</a> Physiology &amp; behavior. 155, 208-217 (2015).</li><li>Moretti, P., Bouwknecht, J. A., Teague, R., Paylor, R., Zoghbi, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormalities+of+social+interactions+and+home-cage+behavior+in+a+mouse+model+of+Rett+syndrome.">Abnormalities of social interactions and home-cage behavior in a mouse model of Rett syndrome.</a> Human molecular genetics. 14, 205-220 (2005).</li><li>Guzman, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mice+with+selective+elimination+of+striatal+acetylcholine+release+are+lean,+show+altered+energy+homeostasis+and+changed+sleep/wake+cycle.">Mice with selective elimination of striatal acetylcholine release are lean, show altered energy homeostasis and changed sleep/wake cycle.</a> Journal of neurochemistry. 124, 658-669 (2013).</li><li>Vecsey, C. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Daily+acclimation+handling+does+not+affect+hippocampal+long-term+potentiation+or+cause+chronic+sleep+deprivation+in+mice.">Daily acclimation handling does not affect hippocampal long-term potentiation or cause chronic sleep deprivation in mice.</a> Sleep. 36, 601-607 (2013).</li><li>Bogdanik, L. P., Chapman, H. D., Miers, K. E., Serreze, D. V., Burgess, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+MusD+retrotransposon+insertion+in+the+mouse+Slc6a5+gene+causes+alterations+in+neuromuscular+junction+maturation+and+behavioral+phenotypes.">A MusD retrotransposon insertion in the mouse Slc6a5 gene causes alterations in neuromuscular junction maturation and behavioral phenotypes.</a> PloS one. 7, e30217 (2012).</li><li>Angelakos, C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperactivity+and+male-specific+sleep+deficits+in+the+16p11.2+deletion+mouse+model+of+autism.">Hyperactivity and male-specific sleep deficits in the 16p11.2 deletion mouse model of autism.</a> Autism research: official journal of the International Society for Autism Research. 10, 572-584 (2017).</li><li>Fisher, S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+assessment+of+sleep-wake+behavior+in+mice.">Rapid assessment of sleep-wake behavior in mice.</a> Journal of biological rhythms. 27, 48-58 (2012).</li><li>Mang, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+piezoelectric+system+as+an+alternative+to+electroencephalogram/+electromyogram+recordings+in+mouse+sleep+studies.">Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/ electromyogram recordings in mouse sleep studies.</a> Sleep. 37, 1383-1392 (2014).</li><li>Chen, L., Toth, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragile+X+mice+develop+sensory+hyperreactivity+to+auditory+stimuli.">Fragile X mice develop sensory hyperreactivity to auditory stimuli.</a> Neuroscience. 103, 1043-1050 (2001).</li></ol>

כאן, אנו מציגים שיטה לא פולשנית, תפוקה גבוהה עבור קביעת משך השינה בהתבסס על ניטור פעילות הבית-כלוב. שיטה זו של הערכת זמן שינה הכולל אומתה נגד לימודי אא ג3. פיקוח הביתה כלוב מבוסס-פעילות היא פשוטה, לא פולשנית, החלים על לימודי אוכלוסיה במספר גדול של בעלי חיים. זה מוגבל כי הוא לא יוכ?...

שינה יש פונקציות חשובות לשיקום בעקבות הנטל היומי של ערות1במוח ובגוף. הוכח כי שינה ממלאת תפקיד שימור זיכרון ו- פלסטיות המוח כללי1. א. ג הוא תקן זהב כדי לזהות שינה2. בחולדות, ניטור EEG דורשת השתלה כירורגית של אלקטרודות למוט הר-הראש, לאחר מכן החיה צריך פרק זמן להתאושש2. לאחר ההתאוששות, החיה מחובר למכשיר הקלטה, ניתנת עוד תקופת habituation2. בגלל אלה תקופות הכרחי יחלים ויחזור habituation, EEG היא זמן רב ולא מייגעת, אין אפשרות לבצע באופן סביר בקנה מידה גדול. בנוסף, הליך כירורגי של אלקטרודה השרשה נושא סיכון הטמון לחיה. לבסוף, ניתוח הנתונים עבור ניקוד שינה במחקרים EEG היא גם מייגע מאוד. חלופה, שיטה לא פולשנית, תפוקה גבוהה של שינה ניטור לסייע מאוד מחקר השינה מכרסמים.
מבוסס על פעילות בית-כלוב ניטור מערכת המשמשים לזיהוי שינה מטפל המגבלות של מחקרים EEG. ההנחה פשוטה הוא חיים לא פעיל הוא כנראה חיה מגורים. הוכח כי 40 s של חוסר פעילות רציפה (מנופה ב שהשרתים s 10) הוא מדד אמין של שינה כפי שנמדד עם EEG (הראו שיש הסכם 88-94%)3. מערכות ניטור כלוב הבית יכול לשמש כדי לחקור קבוצות גדולות של בעלי חיים זמן הכיוונון מינימלי. אנחנו הראו כי זה לוקח חיות כ יום אחד habituate לדיור בודדים הבית-כלוב ניטור מערכת4 בניגוד השבועות של שחזור לצורך לימודי אא ג2. בנוסף, כמה setups יכול גם לזהות פרמטרים פיזיולוגיים כגון טמפרטורת הגוף, קצב הלב, פעילות, האכלה. טמפרטורה וקצב הלב נחושים מכל ההשתלה של משדר קטן. פרמטרים אלה יכולים לספק מידע נוסף אודות העכבר, ניתן להשתמש במקביל ההקלטה שינה כדי להוסיף עוד יותר את ההבנה שלנו של שינה ואת ההשפעה עליו.
אמנם זה כלי רב עוצמה, ישנן כמה מגבלות על סוגי נתונים שניתן לרכוש מבוססי פעילות הבית-כלוב ניטור. EEG מחקרים באפשרותך להבדיל בין REM ללא ראם שינה, אשר עשוי להיות חשוב להבנה עמוקה יותר של שינה אדריכלות. מבוסס על פעילות מערכות ניטור כלוב בית יכול לספק רק נתונים משך השינה הכולל. בנוסף, למרות הפלט לניטור הבית-כלוב מבוססי פעילות נותן מידע על משך התקף שינה, אנחנו לא במדויק להעריך משך התקף בגלל המגבלה הטבועה של s 40 במרווחים3. למרות מגבלות אלו, כלוב בית ניטור של משך השינה מספק מדד ביולוגי חשוב שעשוי להשפיע על גורמים רבים במורד הזרם, כולל התנהגות5ובריאות של החיה.
מבוסס על פעילות בית-כלוב ניטור שימש כדי לזהות שינה במחקרים רבים המציין צדדיות שלה. אנו מצטטים מדגם של אלה מחקרים4,6,7,8,9,10,11,12. בנוסף השיטה שהוצגו, יש גם שיטות אחרות של זיהוי שינה דרך פיקוח מבוסס-פעילות, המכילים כל אחד מגבלות משלו,13,14. חלק ממחקרים אלה לבחון תקופות ארוכות של שינה ללא הפרעה (72 h) בעוד כמה לבחון שינה בבלוקים של 24 שעות. במחקר זה, אנו מציגים שינה ניתוח עבור כל תקופת 24 שעות לאחר התגובה זריקות יומיות (IP) בקרום הבטן, כלוב תקופתיים שינויים במודל של עכברים של שביר X תסמונת (Fmr1 KO עכברים). בחרנו Fmr1 KO עכברים כי הם צמצמו שינה4 היא שממוצע hyper-תגובתי מידע חושי15. הנתונים שלנו להדגיש את היכולת לזהות שינויים בדפוסי שינה בתגובה לאירוע מלחיץ. שיטה זו היא אידיאלית עבור קבלת מידע כללי על שינה בכל קוהורטות גדולות של עכברים. השיטה יכולה להיות שימושית להבנת השפעת ספציפי שינויים גנטיים על שינה, ההשפעות של טיפול תרופתי, או התגובות אירועים, כגון יותר מלחיץ. בנוסף, השיטה מספקת אמצעי הקרנה לתגובה לפני ביצוע מחקרים מעורב יותר פשוטה.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS)</td>
			<td style="width:71px;">Columbus Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Equipment and software to analyze sleep duration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Captisol Research Grade</td>
			<td style="width:71px;">Captisol</td>
			<td style="width:119px;">RC-0C7-100</td>
			<td>Captisol for dissolving hydrophobic compounds</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">30 G BD Needle 1/2 inch</td>
			<td style="width:71px;">BD</td>
			<td align="right" style="width:119px;">305106</td>
			<td>Needle for injections</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BD Disposable Syringes</td>
			<td style="width:71px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">14-823-30</td>
			<td>Syringes for injections</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">B6.129P2-Fmr1tm1Cgr/J</td>
			<td style="width:71px;">Jackson Labs</td>
			<td align="right" style="width:119px;">3025</td>
			<td>Fmr1 KO mice</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Super Mouse 750 Mouse Cage</td>
			<td style="width:71px;">Lab Products, Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Homecages for the mice</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SANI-Chips Bedding</td>
			<td style="width:71px;">PJ Murphys</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Bedding for the mice</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

noninvasive, high-throughput determination of sleep duration in rodents

באופן מסורתי, שינה נמצא בפיקוח של העוויתיים (EEG). EEG מחקרים בחולדות דורשים ניתוח ההשתלה של האלקטרודות ואחריו תקופת החלמה ארוכה. כדי לבצע הקלטת EEG, החיה מחובר למקלט, יצירת הקשר לא טבעי הראש ההר. ניטור EEG הוא זמן רב, נושאת סיכונים לבעל-החיים, היא לא הגדרה טבעית לחלוטין עבור המידה של שינה. שיטות אלטרנטיביות כדי לזהות שינה, במיוחד באופן תפוקה גבוהה, במידה רבה מראש בתחום מחקר השינה. כאן, אנו מתארים שיטה המאומת לגילוי שינה דרך פיקוח הביתה כלוב מבוסס-פעילות. מחקרים קודמים הראו כי שינה העריך באמצעות שיטה זו יש רמה גבוהה של הסכם שהוגדר על-ידי אמצעים מסורתיים מבוססי EEG בשינה. ואילו בשיטה זו תאומת זמן שינה הכולל, חשוב לציין כי משך לגבי השינה צריכה להיות מוערך על ידי אא שבו יש יותר רזולוציה טמפורלית. א. ג יכול להבדיל גם תנועות עיניים מהירות (REM), ראם שינה, לתת יותר פרטים על האופי המדויק של שינה. למרות זאת, שינה מבוססי פעילות נחישות יכול לשמש כדי לנתח ימים מרובים של שינה ללא הפרעה, ולהעריך שינה כתגובה לאירוע חריפה (כמו מתח). כאן, אנו מראים את העוצמה של מערכת זו כדי לזהות את התגובה של עכברים כדי זריקות יומיות בקרום הבטן.

כדי לקבוע את ההשפעה של זריקות יומיות על שינה, אם חיות habituate כדי הזריקות, ביצענו זריקות IP יומי למשך 14 ימים רצופים ב־9: 00 (מחזור אור החל ב־6: 00) והקליט משך השינה בעכברים Fmr1 KO C57Bl/6J 12. היינו תוך העיצוב של הנבדקים, הזרקת כל חיה עם תמיסת 4 ימים רצופים (ימים 1-4) ולאחר מכן 30% cyclodextrin הב...

Watch this Scientific Journal Video about Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents at JoVE.com

Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents

אנו מתארים שיטה תפוקה גבוהה של מדידת שינה באמצעות פיקוח הביתה כלוב מבוסס-פעילות. שיטה זו מציעה יתרונות על פני שיטות מסורתיות מבוססות-EEG. זה טוב מאומת מצפני משך השינה הכולל והוא יכול להיות כלי רב עוצמה כדי לפקח על שינה במודלים מכרסם של מחלות אנושיות.

נחישותם לא פולשנית, תפוקה גבוהה של משך השינה בחולדות

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

Research

JoVE Journal

Behavior

Meal Duration as a Measure of Orofacial Nociceptive Responses in Rodents

משך הארוחה כמדד לתגובות הנוצ'ית האורופציאליות במכרסמים

A lengthening in meal duration can be used to measure an increase in orofacial mechanical hyperalgesia having similarities to the guarding behavior of ...

Eye Tracking, Cortisol, and a Sleep vs. Wake Consolidation Delay: Combining Methods to Uncover an Interactive Effect of Sleep and Cortisol on Memory

עין מעקב, קורטיזול, ושינה לעומת שרות איחוד עיכוב: שילוב שיטות ללחשוף השפעה אינטראקטיבית של שינה וקורטיזול על זיכרון

Although rises in cortisol can benefit memory consolidation, as can sleep soon after encoding, there is currently a paucity of literature as to how these ...

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

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

מניפולציה של Epileptiform Electrocorticograms (ECoGs) ולישון חולדות ועכברים ידי דיקור

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

Chronic Sleep Deprivation in Mouse Pups by Means of Gentle Handling

מניעת שינה כרונית עכבר כלבלבים באמצעות עדין לטיפול

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

Continuous Noninvasive Measuring of Crayfish Cardiac and Behavioral Activities

מדידה רציפה לא פולשנית של פעילויות לב והתנהגותיים סרטני

A crayfish is a pivotal aquatic organism that serves both as a practical biological model for behavioral and physiological studies of invertebrates and as ...

Noninvasive, In-pen Approach Test for Laboratory-housed Pigs

לא פולשני, מבחן גישה לעט מעבדה-חזירים שוכנו

Traumatic brain injury (TBI) incidences have increased in both civilian and military populations, and many researchers are adopting a porcine model for ...

Automated Measurements of Sleep and Locomotor Activity in Mexican Cavefish

מדידות אוטומטיות שינה ופעילות גינקולוגיות Cavefish מקסיקני

Across phyla, sleep is characterized by highly conserved behavioral characteristics that include elevated arousal threshold, rebound following sleep ...

3D Kinematic Gait Analysis for Preclinical Studies in Rodents

3D ניתוח הילוך קימטי למחקרים פרה-קליניים במכרסמים

The utility of three-dimensional (3D) kinematic motion analysis systems is limited in rodents. Part of the reason for this inadequacy is the use of ...

Collecting Sleep, Circadian, Fatigue, and Performance Data in Complex Operational Environments

איסוף שינה, מעגליות, עייפות ונתוני ביצועים בסביבות תפעוליות מורכבות

Sleep loss and circadian misalignment contribute to a meaningful proportion of operational accidents and incidents. Countermeasures and work scheduling ...