Name: noninvasive, high-throughput determination of sleep duration in rodents
Uploaded: 2018-04-18T15:00:00
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Gli autori si desidera ringraziare la redazione di Fellows NIH per la loro assistenza editoriale. Questa ricerca è stata finanziata dal programma di ricerca intramurale del NIMH (ZIA MH00889). RMS è stato supportato anche da una borsa di studio post-dottorato di FRAXA.

Tutte le procedure sono state approvate dal comitato di uso nazionale Istituto di mentale salute Animal Care ed ed eseguite secondo gli istituti nazionali di salute orientamenti sull'uso degli animali e manutenzione.
1. impostazione delle unità di rilevamento Sleep
<ol><li>Acquistare il numero di unità e il software desiderato.</li>
	<li>Seguire le istruzioni per configurare i sistemi di monitoraggio.<ol>
<li>Allineare un rivelatore di fronte un emettitore. Assicurarsi che i raggi infraros...

<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>

Qui, presentiamo un metodo non invasivo, ad alta produttività per la determinazione della durata del sonno basata sul monitoraggio delle attività nella casa-gabbia. Questo metodo di valutazione del tempo totale di sonno è stato convalidato contro EEG studi3. Monitoraggio basato su attività di home-gabbia è semplice, non invadente e applicabile per gli studi di popolazione in gran numero di animali. È limitato in quanto non può dare informazioni dettagliate riguardanti il sonno (ad esempio d...

Sonno ha funzioni importanti per il restauro del corpo e del cervello che segue il carico quotidiano di Veglia1. È stato dimostrato che il sonno gioca un ruolo nella conservazione della memoria e di plasticità cerebrale generale1. L'EEG è il gold standard per rilevare il sonno2. Nei roditori, monitoraggio EEG richiede l'impianto chirurgico di elettrodi applicata ad un testa-mount, dopo che l'animale ha bisogno di un periodo di tempo per recuperare2. Dopo il recupero, l'animale è collegato al dispositivo di registrazione e viene dato un altro periodo di assuefazione2. A causa di questi necessari periodi di recupero e assuefazione, EEG è che richiede tempo e laborioso e non può essere ragionevolmente eseguita su larga scala. Inoltre, la procedura chirurgica di impianto dell'elettrodo trasporta un rischio intrinseco all'animale. Infine, l'analisi dei dati per il Punteggio di sonno negli studi di EEG è molto laborioso. In alternativa, metodo non invasivo, ad alta produttività di sonno monitoraggio sarebbe molto gli aiuti ricerca roditore sonno.
Un activity based casa-gabbia sistema di monitoraggio utilizzato per rilevare sonno risolve i limiti degli studi EEG. La semplice premessa è che un animale inattivo è probabilmente un animale dorme. È stato dimostrato che 40 s di inattività continuo (cestinate in 10 epoche di s) è una misura affidabile del sonno come misurato con un EEG (indicato per avere 88-94% accordo)3. Sistemi di monitoraggio casa-gabbia possono essere utilizzati per studiare i grandi gruppi di animali con il tempo di installazione minima. Abbiamo dimostrato che ci vuole circa un giorno gli animali per habituate per alloggi individuali in casa-gabbia monitoraggio sistema4 in contrasto con le settimane di recupero necessari per EEG studi2. Inoltre, alcune configurazioni è in grado di rilevare i parametri fisiologici come la temperatura corporea, frequenza cardiaca, attività e l'alimentazione. Temperatura e frequenza cardiaca sono determinati dall'impianto di un piccolo trasmettitore. Questi parametri possono fornire ulteriori informazioni sul mouse e possono essere utilizzati in parallelo con la registrazione del sonno per ulteriormente aggiungere alla nostra comprensione del sonno e come è influenzato.
Mentre è un potente strumento, ci sono alcune limitazioni ai tipi di dati che possono essere acquisiti da monitoraggio basato su attività di home-gabbia. Studi di EEG possono differenziare fra REM e non - REM del sonno, che possono essere importanti per una più profonda comprensione dell'architettura di sonno. Sistemi di monitoraggio casa-gabbia di Activity based possono fornire solo dati per la durata totale di sonno. Inoltre, anche se l'output per monitoraggio basato su attività di home-gabbia dà informazioni sulla durata del periodo di sonno, noi non possiamo valutare con precisione Durata incontro a causa dei limiti intrinseci di 40 s intervalli3. Nonostante queste limitazioni, casa-gabbia il monitoraggio della durata del sonno fornisce un'importante misura biologica che può influenzare molti fattori a valle, compresa la salute dell'animale e comportamento5.
Monitoraggio basato su attività di home-gabbia è stato utilizzato per rilevare il sonno in molti studi che indicano la sua versatilità. Citiamo un esempio di questi studi4,6,7,8,9,10,11,12. Oltre al metodo presentato, ci sono altri metodi di rilevazione del sonno tramite monitoraggio basato su attività, ciascuno dei quali contiene la propria limitazioni13,14. Alcuni di questi studi esaminare lunghi periodi di sonno ininterrotto (72 h) mentre alcuni esaminare sonno in blocchi di 24 h. In questo studio, presentiamo sonno analisi per ogni periodo di 24 h dopo la risposta per le iniezioni intraperitoneali quotidiane di (IP) e ai cambiamenti periodici gabbia in un modello murino di sindrome (Fmr1 KO topi) del X fragile. Abbiamo scelto di topi Fmr1 KO perché hanno ridotto il sonno4 e sono supposti per essere iper-reattive a informazioni sensoriali15. I nostri dati evidenziano la capacità di rilevare i cambiamenti nel ritmo del sonno in risposta a un evento stressante. Questo metodo è ideale per ottenere informazioni generali su sonno in larghe coorti di topi. Il metodo può essere utile per la comprensione degli effetti di specifiche alterazioni genetiche sul sonno, gli effetti di trattamenti farmacologici, o le risposte agli eventi, ad esempio un fattore di stress. Inoltre, il metodo fornisce un semplice mezzo di screening per una risposta prima di iniziare gli studi più coinvolti.

<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

Tradizionalmente, il sonno è monitorato da un elettroencefalogramma (EEG). Gli studi di EEG in roditori richiedono impianto chirurgico di elettrodi seguita da un periodo di recupero lunghi. Per eseguire una registrazione EEG, l'animale è collegato a un ricevitore, creando un tether innaturale per il montaggio a testa. Il monitoraggio EEG è che richiede tempo, porta un rischio per l'animale e non è un ambiente completamente naturale per la misura di sonno. Metodi alternativi per rilevare il sonno, specialmente in una moda di alto-rendimento, avanzerebbe notevolmente il campo di ricerca di sonno. Qui, descriviamo un metodo convalidato per la rilevazione del sonno tramite monitoraggio basato su attività di home-gabbia. Studi precedenti hanno dimostrato che il sonno valutato tramite questo metodo ha un alto grado di accordo con sonno definita da misure basate su EEG tradizionale. Considerando che questo metodo viene convalidato per tempo totale di sonno, è importante notare che durata di attacco di sonno dovrebbe essere valutata da un EEG che ha la migliore risoluzione temporale. L'EEG può differenziare anche rapido del movimento oculare (REM) e non - REM del sonno, dando maggiori dettagli circa l'esatta natura del sonno. Tuttavia, determinazione basata sulle attività di sonno può essere utilizzato per analizzare più giorni di sonno indisturbato e valutare il sonno come una risposta ad un evento acuto (come lo stress). Qui, ci mostra la potenza di questo sistema per rilevare la risposta dei topi per le iniezioni intraperitoneali quotidiane.

Per determinare l'effetto delle iniezioni quotidiane su sonno e se gli animali habituate alle iniezioni, abbiamo effettuato le iniezioni quotidiane di IP per 14 giorni consecutivi alle 9:00 (ciclo di luce iniziò alle 6:00) e durata del sonno ha registrato nei 12 Fmr1 KO C57Bl/6J. Abbiamo usato all'interno di design degli oggetti, iniettando ogni animale con soluzione salina normale per 4 giorni consecutivi (giorni 1-4) e poi il 30% ciclodestrina per i seguenti dieci giorni conse...

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Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents

Descriviamo un metodo di alto-rendimento di misurazione sonno per mezzo di monitoraggio basato su attività di home-gabbia. Questo metodo offre vantaggi rispetto ai metodi tradizionali basati su EEG. E è convalidata anche per la determinazione della durata totale di sonno e può essere un potente strumento per monitorare il sonno nei modelli del roditore della malattia umana.

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

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Research

JoVE Journal

Behavior

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