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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis Video at JoVE.com

Мы хотели бы поблагодарить г-на Мигеля Бургоса и г-на Густаво Лаго за оказание технической помощи. Мы благодарны компании Stoelting Co. за покрытие расходов на производство видео, Jinga-hi, Inc. за оказание технической помощи и Отделу исследований и посградо Ибероамериканского университета Сьюдад-де-Мехико за выделение средств на эту работу.

<ol>
	<li>H&#229;nell, A., Marklund, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structured+evaluation+of+rodent+behavioral+tests+used+in+drug+discovery+research.">Structured evaluation of rodent behavioral tests used in drug discovery research.</a> Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 1-13 (2014).</li><li>Buenrostro-J&#225;uregui, 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=SEXRAT+MALE:+A+smartphone+and+tablet+application+to+annotate+and+process+live+sexual+behavior+in+male+rodents.">SEXRAT MALE: A smartphone and tablet application to annotate and process live sexual behavior in male rodents.</a> Journal of Neuroscience Methods. 320, 9-15 (2019).</li><li>Jun, J. J., Longtin, A., Maler, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+behavioral+tracking+of+freely+swimming+weakly+electric+fish.">Long-term behavioral tracking of freely swimming weakly electric fish.</a> Journal of Visualized Experiments. (85), e50962 (2014).</li><li>Shoji, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contextual+and+cued+fear+conditioning+test+using+a+video+analyzing+system+in+mice.">Contextual and cued fear conditioning test using a video analyzing system in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (85), e50871 (2014).</li><li>Zheng, W., Ycu, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fully+automated+and+highly+versatile+system+for+testing+multi-cognitive+functions+and+recording+neuronal+activities+in+rodents.">A fully automated and highly versatile system for testing multi-cognitive functions and recording neuronal activities in rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (63), e3685 (2012).</li><li>Melo-Thomas, L., 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=A+wireless,+bidirectional+interface+for+in+Vivo+recording+and+stimulation+of+neural+activity+in+freely+behaving+rats.">A wireless, bidirectional interface for in Vivo recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats.</a> Journal of Visualized Experiments. (129), e56299 (2017).</li><li>Noldus, L. P. J. J., Spink, A. J., Tegelenbosch, R. A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ethovision+Video+Tracking+System.">Ethovision Video Tracking System.</a> Behavior Research Methods, Instruments, and Computers. 33 (3), 398-414 (2001).</li><li>Datta, S. R., Anderson, D. J., Branson, K., Perona, P., Leifer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+Neuroethology:+A+Call+to+Action.">Computational Neuroethology: A Call to Action.</a> Neuron. 104 (1), 11-24 (2019).</li><li>Medlej, Y., 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=Enhanced+setup+for+wired+continuous+long-term+EEG+monitoring+in+juvenile+and+adult+rats:+application+for+epilepsy+and+other+disorders.">Enhanced setup for wired continuous long-term EEG monitoring in juvenile and adult rats: application for epilepsy and other disorders.</a> BMC Neuroscience. 20, 8 (2019).</li><li>Weiergr&#228;ber, M., Henry, M., Hescheler, J., Smyth, N., Schneider, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocorticographic+and+deep+intracerebral+EEG+recording+in+mice+using+a+telemetry+system.">Electrocorticographic and deep intracerebral EEG recording in mice using a telemetry system.</a> Brain Research Protocols. 14 (3), 154-164 (2005).</li><li>Etholm, L., Arabadzisz, D., Lipp, H. P., Heggelund, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seizure+logging:+A+new+approach+to+synchronized+cable-free+EEG+and+video+recordings+of+seizure+activity+in+mice.">Seizure logging: A new approach to synchronized cable-free EEG and video recordings of seizure activity in mice.</a> Journal of Neuroscience Methods. 192 (2), 254-260 (2010).</li><li>. JAGA16 Wireless Electrophysiology Recording Device Available from: <a target="_blank" href="https://www.jinga-hi.com/hardware-jaga16">https://www.jinga-hi.com/hardware-jaga16</a> (2020)</li><li>Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=More+hippocampal+neurons+in+adult+mice+living+in+an+enriched+environment.">More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment.</a> Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).</li><li>Bruel-Jungerman, E., Laroche, S., Rampon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+neurons+in+the+dentate+gyrus+are+involved+in+the+expression+of+enhanced+long-term+memory+following+environmental+enrichment.">New neurons in the dentate gyrus are involved in the expression of enhanced long-term memory following environmental enrichment.</a> European Journal of Neuroscience. 21 (2), 513-521 (2005).</li><li>Leal-Galicia, P., Romo-Parra, H., Rodr&#237;guez-Serrano, L. M., Buenrostro-J&#225;uregui, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+adult+hippocampal+neurogenesis+exerted+by+sexual,+cognitive+and+physical+activity:+An+update.">Regulation of adult hippocampal neurogenesis exerted by sexual, cognitive and physical activity: An update.</a> Journal of Chemical Neuroanatomy. 101, 101667 (2019).</li><li>Trinchero, M. F., Herrero, M., Monz&#243;n-Salinas, M. C., Schinder, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience-Dependent+Structural+Plasticity+of+Adult-Born+Neurons+in+the+Aging+Hippocampus.">Experience-Dependent Structural Plasticity of Adult-Born Neurons in the Aging Hippocampus.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 739 (2019).</li><li>Shors, T. J., 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=Erratum:+Neurogenesis+in+the+adult+is+involved+in+the+formation+of+trace+memories+(Nature+(2001)+410+(372-376)).">Erratum: Neurogenesis in the adult is involved in the formation of trace memories (Nature (2001) 410 (372-376)).</a> Nature. 414 (6866), 938 (2001).</li><li>Song, H., 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=New+neurons+in+the+adult+mammalian+brain:+Synaptogenesis+and+functional+integration.">New neurons in the adult mammalian brain: Synaptogenesis and functional integration.</a> Journal of Neuroscience. 25 (45), 10366-10368 (2005).</li><li>Zhao, C., Teng, E. M., Summers, R. G., Ming, G. L., Gage, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+morphological+stages+of+dentate+granule+neuron+maturation+in+the+adult+mouse+hippocampus.">Distinct morphological stages of dentate granule neuron maturation in the adult mouse hippocampus.</a> Journal of Neuroscience. 26 (1), 3-11 (2006).</li><li>Irvine, G. I., Logan, B., Ecket, M., Abraham, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enriched+environment+exposure+regulates+excitability,+synaptic+transmission,+and+LTP+in+the+dentate+gyrus+of+freely+moving+rats.">Enriched environment exposure regulates excitability, synaptic transmission, and LTP in the dentate gyrus of freely moving rats.</a> Hippocampus. 16 (2), 149-160 (2006).</li><li>Tashiro, A., Makino, H., Gage, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience-specific+functional+modification+of+the+dentate+gyrus+through+adult+neurogenesis:+A+critical+period+during+an+immature+stage.">Experience-specific functional modification of the dentate gyrus through adult neurogenesis: A critical period during an immature stage.</a> Journal of Neuroscience. 27 (12), 3252-3259 (2007).</li><li>Moreno-Jim&#233;nez, E. 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=Adult+hippocampal+neurogenesis+is+abundant+in+neurologically+healthy+subjects+and+drops+sharply+in+patients+with+Alzheimer's+disease.">Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer's disease.</a> Nature Medicine. 25 (4), 554-560 (2019).</li><li>Cohen, S. J., Stackman, 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=Assessing+rodent+hippocampal+involvement+in+the+novel+object+recognition+task.+A+review.">Assessing rodent hippocampal involvement in the novel object recognition task. A review.</a> Behavioural Brain Research. 285, 105-117 (2015).</li><li>Fagan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+in+the+infant.">Memory in the infant.</a> Journal of Experimental Child Psychology. 9 (2), 217-226 (1970).</li><li>Baxter, M. 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=I've+seen+it+all+before"+Explaining+age-related+impairments+in+object+recognition.+Theoretical+comment+on+Burke+et+al.">I've seen it all before" Explaining age-related impairments in object recognition. Theoretical comment on Burke et al.</a> Behavioral Neuroscience. 124 (5), 706-709 (2010).</li><li>Antunes, M., Biala, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+novel+object+recognition+memory:+Neurobiology,+test+procedure,+and+its+modifications.">The novel object recognition memory: Neurobiology, test procedure, and its modifications.</a> Cognitive Processing. 13 (2), 93-110 (2012).</li><li>Ennaceur, A., Delacour, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+one-trial+test+for+neurobiological+studies+of+memory+in+rats.+1:+Behavioral+data.">A new one-trial test for neurobiological studies of memory in rats. 1: Behavioral data.</a> Behavioural Brain Research. 31 (1), 47-59 (1988).</li><li>Winters, B. D., Forwood, S. E., Cowell, R. A., Saksida, L. M., Bussey, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double+dissociation+between+the+effects+of+peri-postrhinal+cortex+and+hippocampal+lesions+on+tests+of+object+recognition+and+spatial+memory:+Heterogeneity+of+function+within+the+temporal+lobe.">Double dissociation between the effects of peri-postrhinal cortex and hippocampal lesions on tests of object recognition and spatial memory: Heterogeneity of function within the temporal lobe.</a> Journal of Neuroscience. 24 (26), 5901-5908 (2004).</li><li>Forwood, S. E., Winters, B. D., Bussey, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hippocampal+lesions+that+abolish+spatial+maze+performance+spare+object+recognition+memory+at+delays+of+up+48+hours.">Hippocampal lesions that abolish spatial maze performance spare object recognition memory at delays of up 48 hours.</a> Hippocampus. 15 (3), 347-355 (2005).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The rat brain in stereotaxic coordinates. , (1997).</li><li>. Getting started with ANY-maze Setting up and starting work with ANY-maze Available from: <a target="_blank" href="https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf">https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf</a> (2006)</li><li>. A detailed description of the ANY-maze measures Available from: <a target="_blank" href="https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf">https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf</a> (2010)</li></ol>

Доктор Сильвия Ортега-Мартинес работает сотрудником Stoelting Co., компании, которая предоставила и спонсировала производство и открытый доступ к этой статье.

Поведенческие и электроэнцефалографические исследования сложны и сложны по своей природе. Таким образом, комбинация обоих методов представляет собой важные критические шаги. Таким образом, оба параллельных метода широко не используются. В реальной практике каждая группа по всему миру проводит поведенческие тесты с особыми условиями, такими как животные, анализируемые параметры или методы лечения. Вышеизложенное порождает значительные противоречия в этой области и необходимость разработки стандартных процедур, доступных каждому. Здесь мы подготовили эту подробную процедуру со всеми критическими шагами и методологическими соображениями, которые обычно не описываются или не упоминаются в большинстве опубликованных статей. Они обсуждаются ниже.
Производство необходимых материалов является фундаментальным шагом в успехе этой техники. В связи с этим электрод необходимо построить с нуля с использованием винтов из нержавеющей стали, медных кабелей и серебряного сварочного аппарата. Эти материалы трудно сварить вместе постоянно, таким образом, что проводимость и прочность каждого электрода должны быть проверены перед использованием. Возможно использование другого типа проволоки для сборки электродов; Тем не менее, медь достаточно гибкая, чтобы манипулировать электродом, чтобы вставить его в разъем усилителя. В связи с этим желательно использование коммерческих электродов, но их приобретение может быть сложным и дорогостоящим. Операция является одним из наиболее важных шагов в этом протоколе. Настоятельно рекомендуется и даже необходимо иметь опытного хирурга, особенно для имплантации электродов. Поскольку операция часто требует увеличения времени анестезии, а иногда и сварки во время операции, каждая лаборатория должна провести необходимые тесты с соответствующей анестезией (можно использовать разные коктейли) для каждого штамма грызунов, особенно в условиях вивария, различий между пометами и даже индивидуальных различий между животными. Правильное планирование и учет могут предотвратить потерю животных во время операций. Имплантация электродов является еще одним важным шагом. Это требует большой осторожности, чтобы избежать удара кулаком черепа и повреждения мозговых оболочек или мозговой ткани. Винты должны быть размещены правильно, то есть полностью зафиксированы в черепе, иначе на сигналах будут представлены шумы и артефакты, подобные тем, которые связаны с паршивым колокейшном или движением, которое не использует запись ЭЭГ. Пред- и послеоперационное лечение и условия всегда должны проводиться и соблюдаться, чтобы избежать страданий грызунов. Подкожный лидокаин можно использовать на коже головы перед разрезом скальпелем. Капля физраствора в глаза животного поможет предотвратить сухость. Кроме того, физиологический раствор необходимо вводить в рот, а после операции необходимо вводить 1 мл подкожно или внутрибрюшинно, чтобы компенсировать баланс жидкости животного и предотвратить обезвоживание. Сразу после операции противовоспалительные препараты (для уменьшения боли), а также антибиотики с помощью подкожных или местных антибиотиков необходимо вводить непосредственно на периферию кожи головы, где находится зубной цементный колпачок (чтобы уменьшить вероятность инфекции). Повторите описанную выше процедуру через 24 часа после операции. Расположение усилителя ЭЭГ на спине животного является основной сложностью для одновременной записи. Дизайн и изготовление жилета основаны на размерах животных. Жилет должен обеспечивать естественное движение грызуна (см. рисунок 5). Это последнее гарантирует главное преимущество техники, которое заключается в записи свободных движений. Поскольку животные не пытались снять жилет, головной разъем или кабели после операции и в последующие дни, предполагалось, что установка не вызывала значительного ограничения движений или вызывала боль или дискомфорт. Для корректной сегментации ЭЭГ в эпохи на основе событий, отмеченных BTS, обязательно пропишите четко определенный протокол. Временные метки могут быть объединены с помощью манипуляций с временными рядами, потому что обе системы используют одни и те же часы для настройки своих временных меток. Вышеизложенное расширяет возможности для экспериментов на животных, включая электрофизиологические данные для анализа.
Представленная здесь методика может быть использована в любой области исследований в области нейробиологии и с наиболее распространенными видами мышей и даже другими видами. Универсальность программного обеспечения для отслеживания поведения является одним из наиболее значительных преимуществ, поскольку его можно использовать в большой универсальности лабиринтов, таких как водный лабиринт Морриса, открытое поле, распознавание новых объектов, условное предпочтение места, доска для отверстий, приподнятый плюс лабиринт, Y-образный лабиринт, лабиринт радиальной руки, лабиринт Барнса и другие. Его можно использовать до 16 камер одновременно. Кроме того, можно сообщить о сотнях различных мер (более подробную информацию см. в руководствах31,32). Учтите, что в этой работе описываются эксперименты с записями ЭЭГ, возможны некоторые другие методы, такие как потенциалы локальных полей или однократная запись. Тем не менее, пользователи должны учитывать, что общая настройка и несколько подготовительных шагов должны быть изменены для других целей. Таким образом, когда этот метод используется вместе с записью ЭЭГ Wi-Fi, возможности расширяются, потому что он добавляет новые перспективы к исследованиям на животных, таким как те, которые проводились на людях, для оценки нескольких характеристик интеграции и динамики ЭЭГ, таких как связь, мощность диапазона ЭЭГ или вызванные ответы. В отличие от людей, эксперименты на животных возможны для оценки введения лекарств, модификаций генов или экспрессии, среди многих других экспериментальных парадигм. Для анализа ЭЭГ учтите, что некоторые протоколы имеют очень низкое количество повторений желаемого поведения, что ограничивает возможность усреднения ответов и получения надежных результатов. Поэтому будьте осторожны при разработке протоколов записи и анализа, которые, как считается, будут выполняться до начала эксперимента. Тем не менее, следует учитывать, что работа в экспериментах на животных невозможна для предотвращения движения, что увеличивает сложность экспериментального протокола и соображений для анализа сигналов и поведенческих задач. В настоящее время оборудование для полных систем слежения и записей ЭЭГ не является стандартизированным или модульным, что означает, что их настройка предназначена для единого протокола и адаптации для изучения других поведенческих задач, подразумевая/предполагая более высокие затраты для большого количества лабораторий. Эту ситуацию можно решить, следуя вариантам, описанным в этом исследовании. Тем не менее, несколько улучшений могут быть реализованы для более надежных экспериментов. Работа может быть улучшена на нескольких этапах, начиная от изготовления электродов и заканчивая поведенческой обработкой и обработкой сигналов. Тем не менее, продемонстрировано, что отслеживание животных и получение ЭЭГ возможны с использованием доступной высокотехнологичной, но недорогой установки.
Таким образом, настоящая работа является попыткой помочь ученым, особенно в области нейробиологии, иметь возможность использовать эти два метода, которые обычно не используются в комбинации. Метод одновременной записи ЭЭГ и поведенческого тестирования с использованием программного обеспечения для отслеживания поведения имеет много преимуществ, и он может быть особенно полезен во многих областях неврологии, особенно в области обучения и памяти. Учитывая, что у этого оборудования есть и другие возможности, такие как глубокая запись подкорковых структур, таких как гиппокамп, но, как уже упоминалось, несколько подготовительных этапов изменятся. Беспроводное оборудование решает почти все ограничения традиционного проводного подхода, такие как проблемы с мобильностью животных из одной клетки в другую, затрудненные или запутанные животные с кабелями. Этот метод настройки удобен для пользователя, как описано выше, и почти необученная или неспециализированная группа экспертов или отдельных лиц может использовать это программное обеспечение. Цена на оборудование ЭЭГ ниже, чем на обычный усилитель ЭЭГ. Программное обеспечение для отслеживания поведения также является одним из самых доступных программ для видеоотслеживания на рынке. Для этого программного обеспечения требуются годовые лицензии. Оборудование может использоваться более чем в одной экспериментальной установке, на разных животных и по типу универсальности. Мы надеемся, что эти усилия помогут научному сообществу и обеспечат легкий доступ к одновременному изучению поведения и электроэнцефалографии.

Поведенческий тест имеет решающее значение в исследованиях в области нейробиологии для большого количества информации, генерируемой в контексте in vivo. В связи с этим исследователи широко используют различные поведенческие тесты для анализа сенсорно-моторных функций, социальных взаимодействий, тревожного и депрессивного поведения, зависимости от психоактивных веществ и различных форм когнитивных функций1. Ручная запись поведенческих тестов может быть сложной, утомительной и неточной даже для большинства экспертов-наблюдателей. Несмотря на то, что были предприняты некоторые усилия по разработке бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом для регистрации поведения (например, приложение sexrat male2 для сексуального поведения), несколько альтернатив позволяют автоматически и в режиме реального времени записывать поведение различных видов животных от рыб3 до грызунов 4,5,6. Видеослежение является ценным методом быстрой и точной записи поведения, используемым в самых разных приложениях7. Более потенциальной функцией в области поведенческой записи является изучение нейронной активности во время поведенческого проявления. Одновременная регистрация активности нейронов (от отдельных клеток до основных областей мозга) и поведенческих задач может показать нам, как мозг генерирует определенные поведенческие паттерны8. Поведение представляет собой последовательность второстепенных компонентов, которые могут выявить корреляты между нейронной активностью и движениями или действиями. Если бы активность нейронов и поведенческие паттерны можно было бы одновременно записывать в нескольких временных масштабах, они могли бы объяснить, как каждое состояние мозга коррелирует с каждым конкретным поведением (для более глубокого изучения поведенческой записи см. Datta et al., 2019 обзор8). Поэтому синхронизированная запись поведенческой и нейронной активности в нужном масштабе (от нейронов до больших участков мозга) считается чрезвычайно полезным инструментом. Существует несколько систем, предназначенных для интеграции поведенческих записей с другими измерениями, такими как нейронная активность 4,5.
Хотя электроэнцефалография считается одним из наиболее широко используемых методов в области клинической и исследовательской неврологии, относительно высокая мобильность, а также размер записывающего устройства ЭЭГ делают этот метод уникальным и сложным для обнаружения в случае моделей in vivo9. Были разработаны некоторые решения этой проблемы, например, использование тросов и поворотных устройств, которые позволяют животным свободно перемещаться по арене. Тем не менее, кабельные системы часто создают проблемы для проведения исследований, например, во время перемещения животного из одной клетки в другую наблюдается помеха или запутывание животного кабелями. Для беспроводной электрофизиологической записи разработаны телеметрические устройства для повышения гибкости ситуации записи10,11. Однако такие системы продемонстрировали значительные ограничения из-за малого числа каналов записи и низкой частоты дискретизации11. В этом исследовании мы использовали коммерчески доступную беспроводную систему, которая посылает сигналы ЭЭГ от животного через соединение Wi-Fi со свободно движущейся системой12 грызунов. Аппарат весит 6 грамм и выдерживает до 16 каналов, записанных со скоростью 1 kSps. Эта система позволяет регистрировать ЭЭГ или спайки в животной среде с меньшими нарушениями, что является экономичным решением по сравнению с традиционными электрофизиологическими системами, представленными на рынке. Кроме того, мы синхронизировали эти данные с помощью программного обеспечения для видеослежения, чтобы обеспечить корреляцию между ЭЭГ и поведенческими паттернами. Эта синхронизация выполняется в автономном режиме путем выравнивания и интерполяции данных и событий на основе временных меток, генерируемых обеими системами, и обрабатывается в MATLAB.
Взрослый нейрогенез определяется как пролиферация, выживание и дифференцировка в нейронах вновь генерируемых клеток зубчатой извилины животных13,14. Известно, что этот процесс связан с улучшением памяти и обучения, что увеличивает нейрогенез взрослых у грызунов в условиях обогащенной окружающей среды (ЭЭ)15. ЭЭ состоит из содержания грызунов небольшими группами в большой клетке, снабженной игрушками и трубками, где животные имеют новое и сложное, но не имеющее биологического значения15. Хотя ЭЭ стимулирует нейрогенез гиппокампа, он также зависит от многих факторов, таких как возраст, напряжение животных, специфические условия стимуляции или процедура обнаружения нейрогенеза. У мышей среднего возраста, подвергшихся воздействию EE в течение семи дней, сообщалось о рождении новых зернистых клеток (GC) в зубчатой извилине гиппокампа (DG)16. Исследования, пытающиеся выборочно абляцию взрослого нейрогенеза у взрослых крыс, показали, что для усвоенного ответа требуются новые зернистые клетки возрастом около1-2 недель 17. Примерно через 2 или 3 недели после рождения ГК у взрослых ДГ начинают проявляться несколько характерных признаков, таких как дендритные шипы, которые необходимы для возбуждающей синаптической передачи18. Zhao et al. провели количественный анализ, чтобы показать, что пик роста позвоночника приходится на первые 3-4 недели19. Несколько электрофизиологических исследований in vivo показывают, что только три недели условий содержания ЭЭ вызывают изменения в синаптической передаче ДГ и повышают возбудимость клеток20. Кроме того, сообщалось, что воздействие обогащенной среды через 1–4 недели после инъекций BrdU значительно увеличивало плотность клеток BrdU/NeuN в гранулярном слое DG у мышей21. Эти авторы предполагают, что критический период существует между одной и тремя неделями после воздействия ЭЭ, поскольку наблюдалось существенное увеличение числа новых нейронов21. Исследования нейрогенеза взрослого гиппокампа (AHN) у людей были спорными, поскольку не было прямых доказательств. Тем не менее, в недавнем отчете описаны стадии развития AHN в человеческом взрослом мозге, идентифицированы тысячи незрелых нейронов в DG и тем самым продемонстрированы важность AHN во время старения у людей22. Основываясь на доказательствах, упомянутых ранее, изучение AHN на животных моделях является более важным, чем когда-либо (для более глубокого изучения AHN см. Leal-Galicia et al., обзор2019 15).
Как упоминалось ранее, гиппокамп связан с фундаментальной функцией в обучении и памяти. Формирование воспоминаний проходит через три различных процесса: кодирование (сбор памяти), консолидация (хранение памяти) и извлечение (распознавание памяти)23. Распознавание памяти у людей проверяется с помощью задания24 на визуальное парное сравнение. Основами человеческих и животных моделей памяти и амнезии являются поведенческие тесты, которые оценивают способность распознавать ранее представленные стимулы25,26, как это делает задача визуального парного сравнения у людей. Таким образом, одним из наиболее часто используемых поведенческих тестов для оценки способности грызуна распознавать ранее представленный стимул, то есть способность к обучению и памяти, является спонтанная задача распознавания новых объектов (NORT)23,27. Протокол NORT состоит из двух идентичных новых объектов на знакомой арене в течение 10 минут в испытании захвата. Через определенное время между 0 28 и48 часами29 (переменное время в соответствии с каждым протоколом) животное возвращается на ту же арену, содержащую один из тех же знакомых объектов и один новый объект. Животное спонтанно исследует новый объект, если знакомый объект был запомнен26. Коэффициент предпочтений обычно используется при оценке эффективности геологоразведочных работ. Он определяется путем деления общего времени исследования объекта от времени исследования нового или знакомого объекта. NORT имеет некоторые преимущества перед другими тестами памяти распознавания. Самое главное, что это не требует внешней мотивации, вознаграждения или наказания. Он не создает стрессовых состояний. Наконец, не требуется никакого обучения, чтобы вызвать поведение при исследовании объектов (для более глубокого изучения NORT см. ссылку 23).
Таким образом, одновременная запись нескольких модальностей данных и их интеграция в изучение обучения и памяти как эффекта нейрогенеза гиппокампа у взрослых очень привлекательна и обеспечивает убедительное решение для исследователей в этой области. В настоящей работе будут раскрыты все процессы, участвующие в одновременной оценке поведенческого видеослежения (новая задача распознавания объектов) и беспроводной электроэнцефалографии. Здесь мы рассмотрели процесс изготовления электродов, эпидуральную операцию по имплантации электродов, протокол обогащения окружающей среды (для индукции нейрогенеза гиппокампа), следование протоколу NORT, настройку BTS, связь ЭЭГ-BTS для одновременного мониторинга в режиме реального времени, а также анализ данных ЭЭГ и поведения, выполняемый в вычислительной среде 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

Амплитуда мозговых волн, полученная с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), была хорошо известна в качестве основы для когнитивных способностей, памяти и обучения на животных и людях. Механизм нейрогенеза у взрослых также связан с улучшением памяти и обучения. Традиционно исследователи оценивали параметры обучения и памяти в моделях грызунов с помощью поведенческих задач. Таким образом, одновременный мониторинг поведенческих изменений и ЭЭГ особенно интересен для корреляции данных между активностью мозга и поведением, связанным с задачами. Тем не менее, большая часть оборудования, необходимого для проведения обоих исследований, либо сложна, либо дорога, либо использует проводную сеть, которая препятствует движению естественных животных. В этом исследовании ЭЭГ была записана с помощью беспроводного электрофизиологического устройства вместе с выполнением новой задачи распознавания объектов (NORT). За поведением животного одновременно следила система видеослежения. Обе записи были проанализированы в автономном режиме по их временным меткам, которые были синхронизированы, чтобы связать сигналы ЭЭГ с действиями животного. Испытуемые состоят из взрослых крыс Вистар после среднесрочной обработки по обогащению окружающей среды. Шесть винтовых электродов черепа были закреплены попарно на обоих полушариях в лобной, центральной и теменной областях и были привязаны к электроду, расположенному позади носовой кости. Протокол NORT заключается в воздействии на животное двух одинаковых предметов в течение 10 минут. Через 2 ч и 24 ч один из объектов был заменен на новый. Время исследования для каждого объекта контролировалось с помощью программного обеспечения для отслеживания поведения (BTS) и записи данных ЭЭГ. Анализ ЭЭГ, синхронизированной с поведенческими данными, состоит из оценок относительной мощности альфа- и бета-диапазонов и сравнений между распознаванием новых объектов и исследованием знакомых объектов между тремя экспериментальными этапами. В этой рукописи мы обсудили процесс производства электродов, эпидуральную операцию по имплантации электродов, протокол обогащения окружающей среды, протокол NORT, настройку BTS, связь ЭЭГ-BTS для одновременного мониторинга в режиме реального времени и анализ данных ЭЭГ на основе автоматического обнаружения событий.

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis Video at JoVE.com

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

Представленный здесь протокол предоставляет информацию об одновременной электроэнцефалографии (ЭЭГ) и поведенческой оценке в режиме реального времени. Мы обсудили все шаги, связанные с этим протоколом, как привлекательное решение для исследователей во многих областях нейробиологии, особенно в области обучения и памяти.

Одновременный мониторинг беспроводной электрофизиологии и поведенческого теста памяти как инструмент изучения нейрогенеза гиппокампа

Brainwaves amplitude obtained from electroencephalography (EEG) has been well-recognized as a basis for cognitive capacity, memory, and learning on ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis

The Forced Swim Test as a Model of Depressive-like Behavior

The Forced Swim Test as a Model of Depressive-like Behavior Video (Video) | JoVE

Тест принудительного плавания как модель депрессивного типа поведения

The goal of the present protocol is to describe the forced swim test (FST), which is one of the most commonly used assays for the study of depressive-like ...

The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents

The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents Video (Video) | JoVE

Дважды Н лабиринт: Прочная Поведенческая Тест для обучения и памяти у грызунов

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their ...

Morris Water Maze Test: Optimization for Mouse Strain and Testing Environment

Morris Water Maze Test: Optimization for Mouse Strain and Testing Environment Video (Video) | JoVE

Водный лабиринт Морриса Тест: Оптимизация для штамма мыши и тестирования окружающей среды

 The Morris water maze (MWM) is a commonly used task to assess hippocampal-dependent spatial learning and memory in transgenic mouse models of disease, ...

Combined Shuttle-Box Training with Electrophysiological Cortex Recording and Stimulation as a Tool to Study Perception and Learning

Combined Shuttle-Box Training with Electrophysiological Cortex Recording and Stimulation as a Tool to Study Perception and Learning Video (Video) | JoVE

В сочетании Трансфер-Box Обучение с электрофизиологических Cortex записи и стимуляции как инструмент для изучения восприятия и обучения

Shuttle-box avoidance learning is a well-established method in behavioral neuroscience and experimental setups were traditionally custom-made; the ...

Rodent Brain Microinjection to Study Molecular Substrates of Motivated Behavior

Rodent Brain Microinjection to Study Molecular Substrates of Motivated Behavior Video (Video) | JoVE

Грызунов Мозг Микроинъекция по изучению молекулярных субстратов мотивированное поведение

Brain microinjection can aid elucidation of the molecular substrates of complex behaviors, such as motivation. For this purpose rodents can serve as ...

Vagus Nerve Stimulation as a Tool to Induce Plasticity in Pathways Relevant for Extinction Learning

Vagus Nerve Stimulation as a Tool to Induce Plasticity in Pathways Relevant for Extinction Learning Video (Video) | JoVE

Стимуляция блуждающего нерва как инструмент, чтобы побудить пластичность Подготовка актуальным для вымирания обучения

Extinction describes the process of attenuating behavioral responses to neutral stimuli when they no longer provide the reinforcement that has been ...

The 4 Mountains Test: A Short Test of Spatial Memory with High Sensitivity for the Diagnosis of Pre-dementia Alzheimer's Disease

The 4 Mountains Test: A Short Test of Spatial Memory with High Sensitivity for the Diagnosis of Pre-dementia Alzheimer's Disease Video (Video) | JoVE

Тест 4 горы: короткий тест пространственной памяти с высокой чувствительностью для диагностики Пре-деменции Болезнь Альцгеймера

This protocol describes the administration of the 4 Mountains Test (4MT), a short test of spatial memory, in which memory for the topographical layout of ...

The Rodent Psychomotor Vigilance Test (rPVT): A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

The Rodent Psychomotor Vigilance Test RPVT: A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice Video (Video) | JoVE

Грызун психомоторного Бдительность Test (rPVT): Метод оценки психофизиологические качества у крыс и мышей

The human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is a widely used procedure for measuring changes in fatigue and sustained attention. The present article ...

A Real-world What-Where-When Memory Test

A Real-world What-Where-When Memory Test Video (Video) | JoVE

Реальный мир<em&gt; Что-Где-Когда</em&gt; Тест памяти

Episodic memory is a complex memory system which allows recall and mental re-experience of previous episodes from one&#39;s own life. Real-life episodic ...

Using a Virtual Store As a Research Tool to Investigate Consumer In-store Behavior

Using a Virtual Store As a Research Tool to Investigate Consumer In-store Behavior Video (Video) | JoVE

Использование виртуального магазина в качестве инструмента исследования для исследования поведения потребителей в магазине

People&#39;s responses to products and/or choice environments are crucial to understanding in-store consumer behaviors. Currently, there are various ...