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

Författarna vill erkänna i NIH Fellows redaktionen för deras redaktionella hjälp. Denna forskning har finansierats av intramurala forskningsprogrammet av NIMH (ZIA MH00889). RMS stöddes också av en FRAXA postdoktorsstipendium.

Alla förfaranden godkändes av det nationella institutet för Mental djur vård och användning kommittén och utförs i enlighet med nationella institut för hälsa riktlinjerna för vård och användning av djur.
1. ställa in Sleep upptäckt enheter
<ol><li>Köp önskat antal enheter och -programvara.</li>
	<li>Följ instruktionerna för att ställa in övervakningssystemen.<ol>
<li>Justera en detektor motsatt en utsläppskälla. Se till att de infraröda strålarna är riktad inåt och ...

<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>

Här presenterar vi en noninvasiv, hög genomströmning metod för bestämning av sömn varaktighet baserat på övervakning av aktivitet i hem-buren. Denna metod för bedömning av total sömntid har validerats mot EEG studier3. Activity based home-bur övervakning är enkel, icke-invasiv och tillämpliga på befolkningsstudier i stort antal djur. Det är begränsad i att det inte kan ge detaljerad information om sömn (såsom sömn bout varaktighet och sömn stadier).
<p class="jove_content"...

Sömn har viktiga funktioner för att återställa kroppen och hjärnan efter daglig bördan av vakenhet1. Det har visat att sömnen spelar en roll i minne lagring och allmänna hjärnans plasticitet1. EEGEN är den gyllene standarden att upptäcka sömn2. Hos gnagare kräver EEG övervakning kirurgisk implantation av elektroder som fästs till en huvud-fäste, varefter djuret behöver en tid för att återhämta sig2. Efter återställningen djuret är kopplad till inspelningsenheten och ges en annan period av tillvänjning2. På grund av dessa nödvändiga perioder av återhämtning och tillvänjning, EEG är tidskrävande och mödosam och rimligen kan inte utföras i stor skala. Dessutom bär det kirurgiska ingreppet av elektroden inplantera en inneboende risk för djuret. Slutligen, dataanalys för poängsättning sömn EEG studier är också mycket mödosam. Ett alternativ, icke-invasiv metod med hög genomströmning för sömn övervakning skulle kraftigt stöd gnagare sömnforskning.
Ett aktivitetsbaserat hem-bur övervakningssystem används för att upptäcka sömn adresser begränsningarna av EEG studier. Den enkel premissen är att ett inaktivt djur är sannolikt en sovande djur. Det har visat att 40 s kontinuerlig inaktivitet (kastas i papperskorgen i 10 s epoker) är ett tillförlitligt mått sömn mätt med ett EEG (visas 88-94% avtal)3. Hem-bur övervakningssystem kan användas för att studera stora grupper av djur med minimal omställningstid. Vi har visat att det tar djur ungefär en dag för att habituerar till enskilda bostäder i hem-bur övervakning system4 i motsats till veckorna av återhämtning behövs för EEG studier2. Dessutom kan några uppställningar också upptäcka fysiologiska parametrar såsom kroppstemperaturen, hjärtfrekvens, aktivitet och utfodring. Temperatur och hjärtfrekvens bestäms från implantation av en liten sändare. Dessa parametrar kan ge mer information om musen och kan användas parallellt med sömn inspelningen för att ytterligare lägga till vår förståelse av sömn och hur den påverkas.
Det är ett kraftfullt verktyg, finns det vissa begränsningar för vilka typer av data som kan förvärvas från activity based home-bur övervakning. EEG-undersökningar kan skilja mellan REM och icke - REM-sömn, vilket kan vara viktigt för en djupare förståelse för sömn arkitekturen. Activity based home-bur övervakningssystem kan endast ge data för total sömn varaktighet. Dessutom, även om utgången för verksamhetsbaserad hem-bur övervakning ger information om sömn bout varaktighet, kan inte vi korrekt bedöma bout varaktighet på grund av den inneboende begränsningen av 40 s intervall3. Trots dessa begränsningar ger hem-bur övervakning av sömn varaktighet en viktig biologisk åtgärd som kan påverka många nedströms faktorer inklusive djurets hälsa och beteende5.
Activity based home-bur övervakning har använts för att upptäcka sömn i många studier som visar dess mångsidighet. Vi nämna ett urval av dessa studier4,6,7,8,9,10,11,12. Utöver metoden presenteras, finns det andra metoder för att upptäcka sömn via activity based övervakning, vardera med egen begränsningar13,14. Några av dessa studier undersöka långa perioder av oavbruten sömn (72 h) medan vissa undersöka sömn i block med 24 h. I denna studie presenterar vi sömn analys för varje 24 h period efter svaret till periodiska bur förändringar i en musmodell av bräckliga X syndrom (Fmr1 KO möss) och dagliga intraperitoneal (IP) injektioner. Vi valde Fmr1 KO möss eftersom de har minskat sömn4 och är en hypotes om för att vara hyper-reaktivt till sensorisk information15. Våra data belysa möjligheten att upptäcka förändringar i sömnmönster som svar på en stressande händelse. Denna metod är idealisk för att få allmän information om sömn i stora kohorter av möss. Metoden kan vara användbar för att förstå effekterna av specifika genetiska förändringar på sömn, effekterna av farmakologiska behandlingar eller Svaren till händelser, såsom en stressfaktor. Metoden ger dessutom ett enkelt sätt med screening för ett svar innan inleder mer engagerade studier.

<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

Traditionellt, övervakas sömn av ett elektroencefalogram (EEG). EEG-studier på gnagare kräver kirurgisk implantation av elektroderna följt av en lång återhämtningsperiod. För att utföra en EEG-inspelning, är djuret ansluten till en mottagare, skapa en onaturlig tjuder till huvud-berget. EEG-övervakning är tidskrävande, bär risken för djuret, och är inte en helt naturlig miljö för mätning av sömn. Alternativa metoder för att upptäcka sömn, särskilt i en hög genomströmning mode, skulle kraftigt förväg sömn forskningsområdet. Här beskriver vi en validerad metod för att upptäcka sömn via activity based home-bur övervakning. Tidigare studier har visat att sömn bedömas via denna metod har en hög grad av avtalet med sömn som definieras av traditionella EEG-baserade åtgärder. Den här metoden är validerad för total sömntid, är det viktigt att notera att sömn bout varaktighet bör bedömas av en EEG som har bättre temporal upplösning. EEGEN kan också skilja rapid eye movement (REM) och icke - REM-sömn, ger mer detaljer om den exakta innebörden av sömn. Activity based sömn bestämning kan dock användas att analysera flera dagar av ostörd sömn och bedöma sömn som ett svar på en akut händelse (som stress). Här visar vi kraften i detta system för att upptäcka möss svar på dagliga intraperitoneal injektioner.

För att avgöra effekten av dagliga injektioner på sömn och om djur habituerar till injektionerna, vi utförde dagliga IP-injektioner under 14 dagar vid 9:00 (ljus cykel började kl 6:00) och inspelad sömn varaktighet 12 Fmr1 KO C57Bl/6J möss. Vi använde en inom försökspersonernas design, injicera varje djur med fysiologisk koksaltlösning under 4 dagar (1-4 dagar) och sedan 30% cyklodextrin för följande tio varandra följande dagar (5-14 dagar). Cyklodextrin valdes eft...

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

Vi beskriver en hög genomströmning metod att mäta sömn genom activity based home-bur övervakning. Denna metod erbjuder fördelar jämfört med traditionella EEG-baserade metoder. Det är väl validerade för bestämning av totala sömn varaktighet och kan vara ett kraftfullt verktyg för att övervaka sömn i djurmodeller av mänskliga sjukdomar.

Icke-invasiv, High-throughput bestämning av sömn varaktighet hos gnagare

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

Måltidstid som ett mått på orofacial nociceptiva svar hos gnagare

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

Eye Tracking, Kortisol, och Spar vs Wake Konsolidering fördröjning: Kombination av metoder för att avslöja en interaktiv Effekt av Sömn och kortisol på Memory

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

Manipulering av Epileptiforma Electrocorticograms (ECoGs) och sömn hos råttor och möss genom akupunktur

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

Kronisk sömnbrist i musen PUP med hjälp av skonsam hantering

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

Kontinuerlig noninvasiv mätning av kräftor hjärt- och beteendevetenskaplig

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

Noninvasiv, in-Pen Approach test för laboratorie-inhysta svin

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

Automatiska mätningar av sömn och rörelseaktivitet i mexikanska släktet

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-kinematisk gånganalys för prekliniska studier på gnagare

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

Samla in sömn, dygnsrytm, trötthet och prestanda data i komplexa driftsmiljöer

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