Name: simultaneous monitoring of wireless electrophysiology and memory behavioral test as a tool to study hippocampal neurogenesis
Uploaded: 2020-08-20T13:00:00
Duration: 7 min 25 s
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Nous tenons à remercier M. Miguel Burgos et M. Gustavo Lago pour leur assistance technique. Nous sommes reconnaissants à Stoelting Co. pour avoir couvert les coûts de production vidéo, à Jinga-hi, Inc. pour son assistance technique et à la División de Investigación y Posgrado de l’Universidad Iberoamericana Ciudad de México pour avoir accordé des fonds à ce travail.

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Dr. Sylvia Ortega-Martinez travaille comme employée de Stoelting Co., une société qui a fourni et parrainé la production et le libre accès à cet article.

La recherche comportementale et électroencéphalographique est difficile et stimulante par nature. Par conséquent, la combinaison des deux techniques présente des étapes critiques importantes. Ainsi, les deux techniques concurrentes ne sont pas largement utilisées. Dans la pratique, chaque groupe dans le monde effectue des tests comportementaux avec des conditions spéciales, telles que les animaux, les paramètres analysés ou les traitements. Ce qui précède crée d’importantes controverses dans ce domaine et la nécessité d’élaborer des procédures normalisées accessibles à tous. Ici, nous avons préparé cette procédure détaillée avec toutes les étapes critiques et les considérations méthodologiques qui ne sont généralement pas décrites ou mentionnées dans la plupart des articles publiés. Celles-ci sont examinées ci-dessous.
La production des matériaux nécessaires est une étape fondamentale dans le succès de cette technique. À cet égard, l’électrode doit être construite à partir de zéro à l’aide de vis en acier inoxydable, de câbles en cuivre et d’un soudeur argent. Ces matériaux sont difficiles à souder ensemble de façon permanente, de telle sorte que la conductivité et la résistance de chaque électrode doivent être vérifiées avant utilisation. Il est possible d’utiliser un autre type de fil pour l’assemblage de l’électrode; Cependant, le cuivre est suffisamment flexible pour manipuler l’électrode afin de l’insérer dans le connecteur de l’amplificateur. À cet égard, l’utilisation d’électrodes commerciales est souhaitable, mais leur acquisition pourrait être compliquée et coûteuse. La chirurgie est l’une des étapes les plus critiques de ce protocole. Il est fortement recommandé et même nécessaire d’avoir un chirurgien expérimenté, en particulier pour l’implantation d’électrodes. Étant donné que la chirurgie nécessite souvent un allongement du temps d’anesthésie et parfois une application de soudage pendant la chirurgie, chaque laboratoire doit effectuer les tests nécessaires avec l’anesthésie appropriée (différents cocktails peuvent être utilisés) pour chaque souche de rongeurs, en particulier dans les conditions de vivarium, les différences entre les portées et même les différences individuelles entre les animaux. Une planification et une considération appropriées pourraient éviter de perdre des animaux pendant les chirurgies. L’implantation des électrodes est une autre étape cruciale. Il faut beaucoup de soin pour éviter de frapper le crâne et d’endommager les méninges ou les tissus cérébraux. Les vis doivent être placées correctement, c’est-à-dire complètement fixées dans le crâne, sinon le bruit et les artefacts seront présentés sur les signaux, comme ceux liés à une colocation ou à un mouvement moche qui n’utilise pas l’enregistrement EEG. Le traitement et les conditions pré et postopératoires doivent toujours être effectués et observés pour éviter la souffrance du rongeur. La lidocaïne sous-cutanée peut être utilisée sur la peau de la tête avant de faire l’incision avec le scalpel. Une goutte de solution saline dans les yeux de l’animal aidera à prévenir la sécheresse. De plus, une solution saline doit être administrée dans la bouche et, après la chirurgie, 1 mL doit être administré par voie sous-cutanée ou intrapéritonéale pour compenser l’équilibre hydrique de l’animal et prévenir la déshydratation. Immédiatement après la chirurgie, un médicament anti-inflammatoire (pour réduire la douleur), ainsi que des antibiotiques via des antibiotiques sous-cutanés ou topiques, doivent être administrés directement sur la périphérie du cuir chevelu où se trouve le capuchon de ciment dentaire (pour diminuer la probabilité d’infection). Répétez la procédure ci-dessus 24 h après la chirurgie. Le positionnement de l’amplificateur EEG sur le dos de l’animal est la principale difficulté pour l’enregistrement simultané. La conception et la fabrication d’un gilet sont spécifiquement basées sur la taille des animaux. Le gilet doit permettre le mouvement naturel du rongeur (voir figure 5). Ce dernier garantira le principal avantage de la technique, qui est l’enregistrement des mouvements libres. Étant donné que les animaux n’ont pas tenté de retirer le gilet, le connecteur de tête ou les câbles après la chirurgie et pendant les jours suivants, on a présumé que l’installation n’avait pas généré de restriction de mouvement significative ou causé de douleur ou d’inconfort. Pour une segmentation EEG correcte dans les époques basées sur des événements marqués par le BTS, il est obligatoire d’écrire un protocole bien défini. Les marques temporaires peuvent être fusionnées par manipulation de séries chronologiques car les deux systèmes utilisent la même horloge pour configurer leurs horodatages. Ce qui précède étend les possibilités d’expérimentation animale en incorporant des données électrophysiologiques pour l’analyse.
La technique présentée ici peut être utilisée dans n’importe quel domaine de recherche en neurosciences et avec les espèces murines les plus communes et même d’autres espèces. La polyvalence du logiciel de suivi comportemental est l’un des avantages les plus significatifs car il pourrait être utilisé dans une grande polyvalence de labyrinthes comme le labyrinthe aquatique Morris, le champ ouvert, la reconnaissance de nouveaux objets, la préférence de lieu conditionné, le panneau de trous, le labyrinthe surélevé plus, le labyrinthe Y, le labyrinthe de bras radial, le labyrinthe Barnes et autres. Il peut être utilisé jusqu’à 16 caméras simultanément. En outre, des centaines de mesures différentes (pour des informations plus détaillées, voir les manuels31,32) peuvent être rapportées. Considérez que ce travail décrit l’expérimentation pour les enregistrements EEG, d’autres techniques comme les potentiels des champs locaux ou l’enregistrement à une seule unité sont possibles. Cependant, les utilisateurs doivent considérer que la configuration générale et plusieurs étapes préparatoires doivent être modifiées à d’autres fins. Ainsi, lorsque cette technique est utilisée avec l’enregistrement Wi-Fi EEG, les possibilités sont étendues, car elle ajoute de nouvelles perspectives aux études animales comme celles effectuées sur des êtres humains pour évaluer plusieurs caractéristiques de l’intégration et de la dynamique de l’EEG, comme la connectivité, la puissance de la bande EEG ou les réponses évoquées. Contrairement aux êtres humains, l’expérimentation animale est possible d’évaluer l’administration de médicaments, les modifications génétiques ou l’expression, parmi de nombreux autres paradigmes expérimentaux. Pour l’analyse EEG, considérez que certains protocoles ont un très faible nombre de répétitions des comportements souhaités, ce qui limite la possibilité de faire la moyenne des réponses et d’obtenir des résultats fiables. Par conséquent, veillez à concevoir les protocoles d’enregistrement et d’analyse qu’il est envisagé d’effectuer avant de commencer l’expérience. Néanmoins, il faut considérer que le travail dans l’expérimentation animale n’est pas possible pour empêcher le mouvement, ce qui augmente la complexité du protocole expérimental et des considérations pour l’analyse du signal et les tâches comportementales. Actuellement, les équipements pour les systèmes de suivi complets et les enregistrements EEG ne sont pas standardisés ou modulaires, ce qui signifie que leur configuration est destinée à un seul protocole et à des adaptations pour explorer d’autres tâches comportementales, impliquant / suggérant des coûts plus élevés pour un grand nombre de laboratoires. Cette situation pourrait être résolue en suivant les options expliquées dans cette étude. Néanmoins, plusieurs améliorations pourraient être réalisées pour des expériences plus fiables. Le travail peut être amélioré en plusieurs étapes en commençant par la fabrication des électrodes en passant par le traitement comportemental et des signaux. Néanmoins, il est démontré que le suivi des animaux et l’acquisition d’EEG sont possibles en utilisant une configuration de haute technologie abordable mais peu coûteuse.
En résumé, le présent travail est une tentative d’aider les scientifiques, en particulier dans le domaine des neurosciences, à être en mesure d’utiliser ces deux techniques qui ne sont pas couramment utilisées en combinaison. La technique d’enregistrement simultané de l’EEG et des tests comportementaux à l’aide d’un logiciel de suivi comportemental présente de nombreux avantages et peut être particulièrement utile dans de nombreux domaines des neurosciences, en particulier dans les domaines de l’apprentissage et de la mémoire. Considérant que cet équipement a d’autres capacités comme un enregistrement profond des structures sous-corticales comme l’hippocampe, mais comme mentionné, plusieurs étapes préparatoires vont changer. L’équipement sans fil résout presque toutes les limitations d’une approche filaire conventionnelle, telles que les problèmes de mobilité des animaux d’une cage à l’autre, les animaux gênés ou emmêlés avec les câbles. Cette technique d’installation est conviviale, comme décrit ci-dessus, et un groupe d’experts ou d’individus presque non formés ou non spécialisés peut utiliser ce logiciel. Le prix de l’équipement EEG est inférieur à celui d’un amplificateur EEG ordinaire. Le logiciel de suivi comportemental est également l’un des logiciels de suivi vidéo les plus abordables du marché. Ce logiciel nécessite des licences annuelles. L’équipement peut être utilisé dans plus d’une installation expérimentale, différents animaux et le type de polyvalence. Nous espérons que cet effort aidera la communauté scientifique et fournira un accès facile pour étudier simultanément le comportement et l’électroencéphalographie.

Le test comportemental est crucial dans la recherche en neurosciences pour une grande quantité d’informations générées dans un contexte in vivo. À cet égard, les chercheurs ont largement utilisé différents tests comportementaux pour analyser la fonction sensori-motrice, les interactions sociales, les comportements anxieux et dépressifs, la dépendance aux substances et diverses formes de fonctions cognitives1. L’enregistrement manuel des tests comportementaux peut être difficile, épuisant et inexact, même pour la plupart des observateurs experts. Même si certains efforts ont été faits pour développer un logiciel gratuit et open-source pour l’enregistrement du comportement (par exemple, l’application sexrat male2 pour le comportement sexuel), plusieurs alternatives permettent l’enregistrement automatique et en temps réel du comportement de différentes espèces animales du poisson3 aux rongeurs 4,5,6. Le suivi vidéo est une méthode précieuse pour un enregistrement rapide et précis du comportement utilisée dans une grande variété d’applications7. Une caractéristique plus potentielle dans la zone d’enregistrement comportemental est d’explorer l’activité neuronale pendant la manifestation comportementale. L’enregistrement simultané de l’activité neuronale (des cellules individuelles aux principales zones du cerveau) et des tâches comportementales pourrait nous montrer comment le cerveau génère des modèles comportementaux spécifiques8. Les comportements sont une séquence de composants mineurs qui pourraient révéler des corrélats entre l’activité neuronale et les mouvements ou actions. Si l’activité neuronale et les modèles comportementaux pouvaient être enregistrés simultanément sur plusieurs échelles de temps, ils pourraient expliquer comment chaque état cérébral est corrélé à chaque comportement particulier (pour un examen plus approfondi de l’enregistrement comportemental, voir Datta et al., 2019 revue8). Par conséquent, l’enregistrement synchronisé de l’activité comportementale et neuronale à l’échelle souhaitée (des neurones à de grandes zones du cerveau) est considéré comme un outil extrêmement utile. Il existe plusieurs systèmes destinés à intégrer des enregistrements comportementaux à d’autres mesures comme l’activité neuronale 4,5.
Bien que l’électroencéphalographie soit considérée comme l’une des techniques les plus utilisées dans le domaine des neurosciences cliniques et de recherche, la mobilité relativement élevée, ainsi que la taille du dispositif d’enregistrement EEG, rendent cette technique unique et difficile à détecter dans le cas de modèles in vivo9. Certaines solutions à ce problème ont été développées, par exemple, l’utilisation de câbles et de dispositifs pivotants qui permettent aux animaux de se déplacer librement dans l’arène. Néanmoins, les systèmes à câbles posent souvent des problèmes pour mener des études, par exemple, lors du transfert d’un animal d’une cage à une autre, on observe une gêne ou un enchevêtrement de l’animal avec les câbles. Des dispositifs télémétriques ont été mis au point pour les enregistrements électrophysiologiques sans fil afin d’accroître la flexibilité de la situation d’enregistrement10,11. Toutefois, ces systèmes ont montré des limites considérables en raison de leur faible nombre de canaux d’enregistrement et de leurs faibles taux d’échantillonnage11. Dans cette étude, nous avons utilisé un système sans fil disponible dans le commerce qui envoie des signaux EEG de l’animal via une connexion Wi-Fi avec un système de rongeurs en mouvement libre12. L’appareil pèse 6 grammes et supporte jusqu’à 16 canaux enregistrés à 1 kSps. Ce système permet l’enregistrement EEG ou de pointes dans l’environnement animal, avec une perturbation réduite, servant de solution économique par rapport aux systèmes électrophysiologiques traditionnels sur le marché. De plus, nous avons synchronisé ces données à l’aide d’un logiciel de suivi vidéo pour fournir une corrélation entre l’EEG et les modèles comportementaux. Cette synchronisation s’effectue hors ligne par alignement et interpolation des données et des événements en fonction des horodatages générés par les deux systèmes et est traitée sur MATLAB.
La neurogenèse adulte est définie comme la prolifération, la survie et la différenciation dans les neurones des cellules nouvellement générées dans le gyrus denté des animaux13,14. Ce processus est connu pour être associé à l’amélioration de la mémoire et de l’apprentissage qui augmente la neurogenèse adulte chez les rongeurs par le biais de conditions d’environnement enrichi (EE)15. L’EE consiste à loger les rongeurs en petits groupes à l’intérieur d’une grande cage munie de jouets et de tubes, où les animaux ont une pertinence nouvelle et complexe mais sans pertinence biologique15. Bien que l’EE stimule la neurogenèse de l’hippocampe, elle varie également dans de nombreux facteurs tels que l’âge, la souche animale, les conditions de stimulation spécifiques ou la procédure de détection de la neurogenèse. Chez des souris d’âge moyen exposées à un logement EE pendant sept jours, la naissance de nouvelles cellules granulaires (GC) dans le gyrus denté de l’hippocampe (DG) a été signalée16. Des études tentant d’ablater sélectivement la neurogenèse adulte chez des rats adultes ont suggéré que de nouvelles cellules granulaires d’environ 1 à 2 semaines sont nécessaires dans la réponse apprise17. Environ 2 ou 3 semaines après la naissance de la GC chez l’adulte DG, plusieurs caractéristiques telles que les épines dendritiques, essentielles à la transmission synaptique excitatrice18, commencent à apparaître. Zhao et al. ont effectué une analyse quantitative pour montrer que le pic de croissance de la colonne vertébrale se produit au cours des 3 à 4 premières semaines19. Plusieurs études électrophysiologiques in vivo suggèrent que seulement trois semaines de conditions de logement EE produisent des altérations dans la transmission synaptique du DG et augmentent l’excitabilité cellulaire20. En outre, il a été rapporté que l’exposition à un environnement enrichi 1 à 4 semaines après les injections de BrdU augmentait significativement la densité des cellules BrdU/NeuN dans la couche granulaire DG chez la souris21. Ces auteurs suggèrent qu’une période critique existe entre une et trois semaines après l’exposition à l’EE puisqu’une augmentation substantielle du nombre de nouveaux neurones a été observée21. Les études sur la neurogenèse hippocampique adulte (AHN) chez l’homme ont été controversées car il n’y avait aucune preuve directe. Cependant, un rapport récent a décrit les stades de développement de l’AHN dans le cerveau humain adulte, identifiant des milliers de neurones immatures dans le DG, démontrant ainsi l’importance de l’AHN au cours du vieillissement chez l’homme22. Sur la base des preuves mentionnées précédemment, l’étude de l’AHN dans des modèles animaux est plus importante que jamais (pour un examen plus approfondi de l’AHN, voir Leal-Galicia et al., 2019 revue15).
Comme mentionné précédemment, l’hippocampe a été lié à une fonction fondamentale dans les capacités d’apprentissage et de mémoire. La formation des mémoires passe par trois processus distincts : l’encodage (acquisition de mémoire), la consolidation (stockage de la mémoire) et la récupération (reconnaissance de la mémoire)23. La mémoire de reconnaissance chez l’homme est testée à l’aide de la tâche de comparaison visuelle par paires24. Les principes fondamentaux des modèles humains et animaux de la mémoire et de l’amnésie sont les tests comportementaux qui évaluent la capacité de reconnaître un stimulus précédemment présenté25,26, comme le fait la tâche de comparaison visuelle par paires chez l’homme. Par conséquent, l’un des tests comportementaux les plus utilisés pour évaluer la capacité d’un rongeur à reconnaître un stimulus précédemment présenté, c’est-à-dire la capacité d’apprentissage et de mémoire, est la tâche spontanée de reconnaissance de nouveaux objets (NORT)23,27. Le protocole NORT consiste en deux nouveaux objets identiques dans une arène familière pendant 10 minutes dans l’essai d’acquisition. Après un temps précis compris entre 0 28 et48 heures29 (temps variable selon chaque protocole), l’animal est renvoyé dans la même arène contenant l’un des mêmes objets familiers, et un nouvel objet. L’animal explore spontanément l’objet nouveau si l’objet familier a été mémorisé26. Le ratio de préférence est couramment utilisé pour évaluer le rendement de l’exploration. Il est déterminé en divisant le temps total d’exploration de l’objet du temps d’exploration du nouveau ou de l’objet familier. Le NORT présente certains avantages par rapport aux autres tests de mémoire de reconnaissance. Plus important encore, il ne nécessite aucune motivation externe, récompense ou punition. Il ne génère pas de conditions stressantes. Enfin, aucune formation n’est nécessaire pour évoquer le comportement d’exploration des objets (pour un examen plus approfondi de NORT, voir réf.23).
Par conséquent, l’enregistrement simultané de multiples modalités de données et leur intégration dans l’étude de l’apprentissage et de la mémoire, en tant qu’effet de la neurogenèse hippocampique adulte, sont très attrayants et constituent une solution convaincante pour les chercheurs dans le domaine. Le présent travail exposera tous les processus impliqués dans l’évaluation simultanée du suivi vidéo comportemental (nouvelle tâche de reconnaissance d’objets) et de l’enregistrement électroencéphalographie sans fil. Ici, nous avons examiné le processus de fabrication des électrodes, la chirurgie d’implantation des électrodes épidurales (vis crânienne), le protocole d’enrichissement environnemental (pour l’induction de la neurogenèse de l’hippocampe), le protocole NORT, la configuration BTS, le couplage EEG - BTS pour une surveillance simultanée en temps réel et l’analyse EEG et des données comportementales exécutées sur l’environnement informatique MATLAB.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>#2 Variable speed rotary tool tip</td>
			<td>Reorder #310048, Lenght 44.5mm</td>
			<td>SS White</td>
			<td>For making the holes where the screws will be inserted</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>#4 Scalpel and blade</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 X 50 X 50 cm Open Field Black Mate Arena</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8 pin Receptacle Housing Female</td>
			<td>Amphenol FCI</td>
			<td>10147606-00008LF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8 pin Receptacle Housing Male</td>
			<td>Amphenol FCI</td>
			<td>10147603-00008LF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic Resin</td>
			<td>MDC Dental</td>
			<td>NicTone</td>
			<td>For fixating the screws to the skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ANY-maze video tracking software</td>
			<td>Stoelting, Co.</td>
			<td>version 6.1</td>
			<td>http://www.anymaze.co.uk/)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>benzalkonium chloride antiseptic solution</td>
			<td>Benzal</td>
			<td>Benzal</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bulldog clamps</td>
			<td>Cientifica VelaQuin</td>
			<td></td>
			<td>For retracting the skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Logitech</td>
			<td>c920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper wire</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crimp contact</td>
			<td>Amphenol FCI</td>
			<td>10147604-01LF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DELL PC</td>
			<td>DELL</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JAGA16</td>
			<td>Jinga-Hi, Inc.</td>
			<td>JAGA16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>PiSA Agropecuaria</td>
			<td>ANESKET</td>
			<td>For anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>R2020a</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>Script was develop ped in collaboration with Jinga-Hi, Inc.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monomer</td>
			<td>MDC Dental</td>
			<td>NicTone</td>
			<td>For fixating the screws to the skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurophys software</td>
			<td>Jinga-Hi, Inc./ Neurosys, LLC</td>
			<td>Neurosys 3.0.0.7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screwdrive</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For inserting the screws into the skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screws</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screws equiped with electrode</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic instrument</td>
			<td>KOPF</td>
			<td></td>
			<td>For the surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable speed rotary tool</td>
			<td>Dremel 3000</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>For making the holes where the screws will be inserted</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voltmeter</td>
			<td>PROAM</td>
			<td>MUL-040</td>
			<td>For confirming that the electrode conducts electricity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xilazine</td>
			<td>PiSA Agropecuaria</td>
			<td>PROCIN</td>
			<td>For anesthesia</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous monitoring of wireless electrophysiology and memory behavioral test as a tool to study hippocampal neurogenesis

L’amplitude des ondes cérébrales obtenue par électroencéphalographie (EEG) a été bien reconnue comme une base pour la capacité cognitive, la mémoire et l’apprentissage sur les animaux et les humains. Le mécanisme de la neurogenèse adulte est également lié à l’amélioration de la mémoire et de l’apprentissage. Traditionnellement, les chercheurs évaluaient les paramètres d’apprentissage et de mémoire dans des modèles de rongeurs par des tâches comportementales. Par conséquent, la surveillance simultanée des changements de comportement et de l’EEG est particulièrement intéressante pour corréler les données entre l’activité cérébrale et les comportements liés aux tâches. Cependant, la plupart des équipements requis pour effectuer les deux études sont complexes, coûteux ou utilisent un réseau d’installation câblé qui entrave les mouvements des animaux naturels. Dans cette étude, l’EEG a été enregistré avec un dispositif d’électrophysiologie sans fil avec l’exécution d’une nouvelle tâche de reconnaissance d’objet (NORT). Le comportement de l’animal a été surveillé simultanément par un système de suivi vidéo. Les deux enregistrements ont été analysés hors ligne par leurs horodatages qui ont été synchronisés pour relier les signaux EEG aux actions de l’animal. Les sujets sont constitués de rats Wistar adultes après un traitement d’enrichissement environnemental à moyen terme. Six électrodes à vis crânienne ont été fixées par paires sur les deux hémisphères sur les régions frontale, centrale et pariétale et ont été référencées à une électrode située à l’arrière de l’os nasal. Le protocole NORT consiste à exposer l’animal à deux objets identiques pendant 10 min. Après 2 h et 24 h, l’un des objets a été remplacé par un nouveau. Le temps d’exploration de chaque objet a été surveillé par un logiciel de suivi comportemental (BTS) et un enregistrement de données EEG. L’analyse de l’EEG synchronisé avec les données comportementales consiste en des estimations de la puissance relative des bandes alpha et bêta et des comparaisons entre la reconnaissance de nouveaux objets et l’exploration d’objets familiers, entre trois étapes expérimentales. Dans ce manuscrit, nous avons discuté du processus de fabrication des électrodes, de la chirurgie d’implantation des électrodes épidurales, du protocole d’enrichissement environnemental, du protocole NORT, de la configuration BTS, du couplage EEG – BTS pour une surveillance simultanée en temps réel et de l’analyse des données EEG basée sur la détection automatique des événements.

Les méthodes décrites ci-dessus ont été appliquées pour enregistrer simultanément l’EEG et l’activité des rats après le traitement d’enrichissement de l’environnement. Les rats Wistar mâles âgés de trois mois ont été soumis à un protocole de traitement d’enrichissement environnemental à moyen terme pendant 20 jours, et ils ont été opérés pour fixer six électrodes à vis du crâne appariées sur les régions frontale, centrale et pariétale référencées à une septième électrode située en Nouvelle-Zélande. Les animaux ont été maintenus dans des conditions naturelles d’obscurité, avec un accès ad libitum à la nourriture et à l’eau. Ce travail montre l’intégration entre le système EEG et le logiciel de suivi comportemental pour un enregistrement simultané en direct. Nous n’avons utilisé que des animaux traités selon le protocole EE car nous ne prétendons pas comparer l’efficacité du traitement, mais seulement illustrer les avantages de l’équipement. Comme preuve que le protocole de logement d’enrichissement environnemental de 20 jours utilisé stimule la neurogenèse adulte, nous présentons des données de numération cellulaire BrdU positives chez des animaux sous EE et des animaux hébergés dans des conditions standard à partir de données non publiées de notre laboratoire. Des rats Wistar mâles âgés de trois mois ont été utilisés. Ils ont été injectés trois fois avec BrdU avec 12 h d’intervalle. Les animaux ont été anesthésiés (pentobarbital (50 mg/kg, i.p.) et euthanasiés par perfusion transcardique (voir figure 5). Pour nous assurer que le gilet attaché à l’appareil EEG ne limite pas les mouvements des animaux, nous avons effectué le test en champ ouvert (OFT) en deux groupes, un groupe a subi une intervention chirurgicale tout en portant l’équipement (gilet et amplificateur EEG), et l’autre groupe d’animaux est resté intact sans porter le matériel. Nous n’avons pas trouvé de différences significatives dans la distance parcourue par les animaux en 10 minutes d’essai (voir Figure 5). Le protocole NORT typique consiste à présenter deux objets et à remplacer l’un d’eux par un nouvel objet. Le logiciel de suivi comportemental surveillait le temps d’exploration.
Le logiciel de suivi comportemental a enregistré un groupe d’animaux pour évaluer leurs principaux paramètres de performance. Par conséquent, nous avons utilisé trois paramètres pour évaluer le rendement de l’exploration. Le rapport de préférence a été calculé en utilisant le temps passé par la tête des animaux dans la zone d’objet, qui indique le temps total que la tête des animaux a passé dans chaque objet. En outre, nous avons calculé un rapport de préférence pour le temps passé à se déplacer vers les objets, qui montre le temps total passé sur chaque animal qui se déplaçait vers chaque zone d’objet. De plus, le temps passé par visite à chaque objet a été calculé. La figure 6 montre les résultats à trois paramètres mentionnés ci-dessus. Dans l’essai d’acquisition, il n’y avait pas de distinction entre les objets dans les trois paramètres évalués : le temps passé dans la zone d’objet pour les trois essais, le temps se déplaçant vers les objets pour les trois essais et le temps par visite dans chaque objet. Il n’y avait aucune différence dans l’essai STM. Pendant ce temps, dans l’essai LTM, un ratio préférentiel d’exploration significativement plus élevé pour le nouvel objet a été observé. De plus, dans l’essai LTM, une préférence pour l’objet nouveau dans le temps passé par visite (panneau C) a également pu être observée. La vidéo 1 montre un exemple représentatif d’un rat enregistré dans l’expérience tandis que la vidéo 2 montre un exemple représentatif d’EEG simultané et d’enregistrement comportemental.
Il était possible de faire correspondre les événements temporels suivis avec le suivi comportemental et l’enregistrement du logiciel EEG à l’aide de l’horloge de l’ordinateur. Les figures 7 et 8 montrent les changements de puissance relative EEG sur les bandes alpha et bêta. Ceux-ci sont liés au contrôle moteur, à la concentration et à la mémoire, ce qui suggère que l’exploration est simplement liée à ces fonctions. Les résultats de l’animal 3 montrent que la puissance alpha tend à diminuer sur STM en ce qui concerne ACQ et LTM, suggérant une désynchronisation liée à l’exploration ou à la récupération de mémoire. Le nombre de reconnaissance d’objets (époques traitées) était faible. À ce stade, il n’est pas possible de déterminer si un test statistique validerait si une telle différence est réelle ou si un artefact a pu produire de telles conditions expérimentales. Néanmoins, la segmentation, l’étiquetage et l’analyse des époques sont devenus possibles grâce à une chronologie d’événements de marquage simultanés chez les animaux et de résultats EEG produits pour de futurs projets de recherche. La combinaison de ces systèmes empêche une identification erronée des événements par un processus de marquage manuel, qui est devenu un problème important à des fins d’expérimentation animale. La combinaison du BTS et de l’activité électrophysiologique (EP) pourrait être associée avec précision au comportement animal; Néanmoins, les conditions expérimentales nécessitent l’utilisation de techniques avancées de traitement du signal pour éliminer les artefacts de mouvement et apporter des améliorations efficaces à la configuration expérimentale.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig01.jpg"> Figure 1 : Exemples de conditions d’environnement enrichi (EE) en cage. Le logement a été fourni avec des jouets et des tubes, dans lesquels les animaux trouvent nouveau et complexe, mais sans pertinence biologique. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig02.jpg"> Figure 2 : Positions des électrodes épidurales dans le crâne du rat. Les vis ont été utilisées simultanément comme ancrage pour le casque et comme électrodes. F = frontal; C = frontoparietal; P = pariétal; 3 = gauche; 4 = droite; NZ = comme référence au sol. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig03.jpg"> Figure 3 : Images représentatives d’une chirurgie d’implantation d’électrodes épidurales (vis crânienne). Image montrant des électrodes intracrâniennes implantées vissées chez des rats à différents stades de la chirurgie. Assurez-vous que les techniques d’asepsie sont suivies lors de l’exécution de cette procédure. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig04.jpg"> Figure 4 : Images représentatives d’un rat avec la configuration expérimentale. Le rat a été obligé de porter le gilet attaché à l’appareil EEG avec une batterie intégrée, à l’intérieur de l’arène utilisée pour le protocole NORT. L’image montre le casque et le connecteur de câble installé sur le rat de la tête. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig05.jpg"> Figure 5 : Preuve de capacité de mouvement et de stimulation neurogénique chez l’adulte par le protocole EE. (A) Des images représentatives de l’activité animale pendant 10 minutes lors de l’essai en plein champ (OFT) et de la distance moyenne parcourue par les animaux portant l’équipement/la chirurgie, et les animaux sans l’équipement/pas de chirurgie. (B-E) Section DG représentative avec cellules marquées BrdU (foncé intense) pour les groupes de logement EE et standard. Les panneaux B et D montrent un faible grossissement du DG, et les panneaux C et E montrent la surface de la boîte à un grossissement plus élevé. Les panneaux B et C sont des tissus du groupe de logement EE, les panneaux D et E sont du groupe de logement standard. L’encart illustre le nombre moyen de cellules marquées dans les deux groupes. ML - couche moléculaire; GCL – couche cellulaire granulaire; SGZ – zone sous-granulaire; flèches - cellules BrdU+. Les graphiques montrent la moyenne ± SEM. Le test T-student a été utilisé pour comparer les groupes. * p≤0,05. Aucune différence significative n’a été trouvée entre les groupes dans le test en plein champ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig05large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig06.jpg"> Figure 6 : Rendement de l’exploration dans l’évaluation NORT. (A) Temps passé dans la zone d’objet pour les trois essais. (B) Le temps se rapproche des objets des trois essais. (C) Temps par visite dans chaque objet. Les graphiques montrent la moyenne ± SEM. L’ANOVA bidirectionnelle à mesures répétées avec le test de comparaisons multiples de Sidak a été utilisée dans tous les paramètres. * p≤0,05, ** p≤0,01 entre les objets de l’essai respectif. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig06large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig07.jpg"> Figure 7 : Changements par rapport à la puissance de la bande EEG alpha associés à l’exploration. Cette figure montre les changements dans la puissance alpha relative, d’une demi-seconde à 2,5 après que l’animal a commencé l’exploration des objets. Les six graphiques correspondaient aux électrodes frontales, centrales et pariétales (de haut en bas) et aux côtés gauche et droit. Les boxplots montrent la distribution de ces séries chronologiques pour chaque combinaison de conditions d’un objet : « familier » et « roman » et de stade : « ACQ », « STM » et « LTM ». <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig07large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig08.jpg"> Figure 8 : Changements par rapport à la puissance de la bande EEG bêta associée à l’exploration. Cette figure montre les changements sur la puissance bêta relative, d’une demi-seconde à 2,5 après que l’animal a commencé l’exploration des objets. Les six graphiques correspondaient aux électrodes frontales, centrales et pariétales (de haut en bas) et aux côtés gauche et droit. Les boxplots montrent la distribution de ces séries chronologiques pour chaque combinaison de conditions d’un objet : « familier » et « roman » et de stade : « ACQ », « STM » et « LTM ». <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61494/61494fig08large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Vidéo 1 : Vidéo représentative montrant un rat enregistré dans l’expérience. Le rat était à l’intérieur de l’arène utilisée pour le protocole NORT. Le rat portait le gilet attaché à l’appareil EEG avec une batterie intégrée. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61494/VIDEO_1.mp4" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.</a>
Vidéo 2: Vidéo représentative montrant l’EEG simultané et l’enregistrement comportemental. Le signal EEG était affiché sur le côté gauche tandis que le test comportemental (NORT) était affiché sur le côté droit de la vidéo. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61494/VIDEO_2.mp4" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.</a>

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Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis Video (Video) | JoVE

Le protocole présenté ici fournit des informations sur l’électroencéphalographie (EEG) simultanée et l’évaluation comportementale en temps réel. Nous avons discuté de toutes les étapes impliquées dans ce protocole comme une solution attrayante pour les chercheurs dans de nombreux domaines des neurosciences, en particulier dans les domaines de l’apprentissage et de la mémoire.

Surveillance simultanée de l’électrophysiologie sans fil et du test comportemental de la mémoire comme outil pour étudier la neurogenèse de l’hippocampe

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