Summary

Vidéo-EEG-ECG simultané de surveillance afin d’identifier la dysfonction Neurocardiac dans des modèles murins de l’épilepsie

Published: January 29, 2018
doi:

Summary

Nous présentons ici un protocole pour enregistrer le cerveau et coeur bio signaux chez les souris en utilisant la vidéo simultané, électroencéphalographie (EEG) et Électrocardiographie (ECG). Nous décrivons également des méthodes pour analyser les enregistrements EEG-ECG qui en résulte pour les saisies, puissance spectrale EEG, la fonction cardiaque et variabilité de fréquence cardiaque.

Abstract

Dans l’épilepsie, convulsions peuvent évoquer des troubles du rythme cardiaque tels que les variations du rythme cardiaque, des blocs de conduction, asystoles et arythmies, qui peuvent potentiellement augmenter le risque de la mort subite inattendue dans l’épilepsie (MSIE). Électrocardiographie (ECG) et l’électroencéphalographie (EEG) sont des outils de diagnostic cliniques largement utilisés pour surveiller anormale du cerveau et des rythmes cardiaques chez les patients. Ici, on décrit une technique pour enregistrer simultanément vidéo, EEG et un électrocardiogramme chez les souris au comportement de mesure, le cerveau et activités cardiaques, respectivement. La technique décrite ici utilise un captif (c.-à-d.filaire) enregistrement de configuration dans laquelle l’électrode implantée sur la tête de la souris est câblé à l’appareil de contrôle. Par rapport à la télémétrie sans fil systèmes d’enregistrement, l’arrangement captif possède plusieurs avantages techniques comme un plus grand nombre possible de canaux pour l’enregistrement EEG ou autres biopotentiels ; réduire les coûts électrode ; et une plus grande bande passante (c.-à-d., fréquence d’échantillonnage) d’enregistrements. Les bases de cette technique peuvent également être facilement modifiées pour tenir compte d’enregistrement autre unité, tels que l’électromyographie (EMG) ou la pléthysmographie pour évaluation de muscle et l’activité respiratoire, respectivement. En plus de décrire comment effectuer les enregistrements EEG-ECG, nous détaillons également des méthodes pour quantifier les données obtenues pour les saisies, EEG spectrale d’énergie, la fonction cardiaque et la variabilité de fréquence cardiaque, qui nous montrent dans une expérience d’exemple à l’aide d’une souris avec épilepsie en raison de la délétion du gène Kcna1 . Vidéo-EEG-ECG de surveillance dans des modèles murins d’épilepsie ou d’autres maladies neurologiques fournit un outil puissant pour identifier un dysfonctionnement au niveau du cerveau, cœur ou les interactions de cerveau-cœur.

Introduction

Électroencéphalographie (EEG) et Électrocardiographie (ECG) sont des techniques puissantes et largement utilisés pour l’évaluation in vivo de cerveau et la fonction cardiaque, respectivement. EEG est l’enregistrement de l’activité électrique cérébrale en attachant des électrodes sur le cuir chevelu1. Le signal enregistré avec EEG non invasif représente les fluctuations de la tension résultant de la somme potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs générées principalement par les neurones pyramidaux du cortex1,2. EEG est le plus commun test diagnostique pour évaluer et gérer les patients atteints d’épilepsie3,4. Il est particulièrement utile lorsque des crises d’épilepsie se produisent sans manifestations comportementales convulsives évidentes, telles que les crises d’absence ou de non convulsif état de mal épileptique5,6. À l’inverse, non-épilepsie associés conditions qui mènent à des épisodes convulsifs ou perte de conscience peuvent être diagnostiquée à tort comme des crises d’épilepsie sans surveillance vidéo-EEG7. En plus de son utilité dans le domaine de l’épilepsie, EEG est également largement utilisé pour détecter l’activité anormale du cerveau associée aux troubles du sommeil, troubles de la mémoire et transmissibles, ainsi que de compléter l’anesthésie générale pendant les chirurgies2 , 8 , 9.

Contrairement à l’EEG, ECG (ou EKG telle qu’elle est parfois abrégé) est l’enregistrement de l’activité électrique du coeur10. ECG est généralement effectués en attachant des électrodes aux extrémités de la branche et la paroi thoracique, qui permet de détecter les variations de la tension générée par le myocarde au cours de chaque cycle cardiaque de la contraction et la relaxation de10,11. Les principaux composants de forme d’onde ECG d’un cycle cardiaque normal comprennent l’onde P, le complexe QRS et l’onde T, qui correspond à la dépolarisation auriculaire, ventriculaire dépolarisation et la repolarisation ventriculaire, respectivement10, 11. monitoring ECG est couramment utilisé pour identifier des arythmies cardiaques et des anomalies de la conduction cardiaque système12. Chez les patients épileptiques, l’importance d’utiliser des ECG pour identifier les arythmies potentiellement mortelle est amplifié car ils courent un risque considérablement accru d’arrêt cardiaque, mais aussi la mort subite inattendue dans l’épilepsie13, 14,15.

En plus de leurs applications cliniques, enregistrements EEG et ECG sont devenues un outil indispensable pour l’identification des dysfonctionnement de cerveau et le coeur dans des modèles murins de la maladie. Bien que traditionnellement ces enregistrements ont été effectués séparément, nous décrivons ici une technique pour ECG, EEG et enregistrer des vidéos en même temps chez la souris. La méthode simultanée de vidéo-EEG-ECG détaillée ici utilise une configuration d’enregistrement captif dans laquelle l’électrode implantée sur la tête de la souris est câblé à l’appareil de contrôle. Historiquement, cela attachés ou câblé, configuration a été la norme et plus largement utilisé de méthode pour les enregistrements EEG chez la souris ; Cependant, des systèmes de télémétrie EEG sans fil ont également été développés récemment et gagnent en popularité,16.

Par rapport aux systèmes EEG sans fil, l’arrangement captif possède plusieurs avantages techniques qu’il peuvent être préférable selon l’application désirée. Ces avantages comprennent un plus grand nombre de canaux pour l’enregistrement EEG ou autres biopotentiels ; réduire les coûts électrode ; disponibilité de l’électrode ; moins de susceptibilité pour signaler la perte ; et une plus grande bande passante (i.e., taux d’échantillonnage) d’enregistrements17. Fait correctement, la méthode d’enregistrement captif décrite ici est capable de fournir de haute qualité, sans artefact EEG et ECG données simultanément, ainsi que la vidéo correspondante pour la surveillance comportementale. Ces données EEG et ECG peuvent alors être exploitées afin d’identifier les neurones, cardiaque, ou neurocardiac anomalies telles que des saisies, des changements dans l’EEG de puissance du spectre, les blocs de conduction cardiaque (i.e., ignoré des battements cardiaques) et les changements dans la variabilité du rythme cardiaque. Pour illustrer l’application de ces méthodes quantitatives de l’EEG-ECG, nous présentons une expérience d’exemple à l’aide d’un masquage de Kcna1 (- / -) souris. Kcna1 souris – / – manquent de voltage-dépendants Kv1.1 sous-unités α et présentent par conséquent saisies spontanées, une dysfonction cardiaque et une mort prématurée, ce qui les rend un modèle idéal pour l’évaluation simultanée de EEG-ECG de délétères associés à l’épilepsie dysfonction neurocardiac.

Protocol

Toutes les procédures expérimentales devraient être effectués conformément aux directives de la National Institutes of Health (NIH), approuvé par votre établissement animalier institutionnel et utilisation Comité (IACUC). Les principaux outils chirurgicaux nécessaires à ce protocole sont indiquées à la Figure 1. 1. préparation des électrodes à Implantation Placez le nanoconnector femelle 10-socket (c’est à dire, l’électrode ; <stron…

Representative Results

Pour démontrer comment analyser les données des enregistrements EEG-ECG pour identifier les anomalies de neurocardiac, les résultats sont affichés pour un enregistrement EEG-ECG de 24 h d’une Kcna1–/– souris (2 mois). Ces animaux mutants, qui est conçus à l’absence de voltage-dépendants Kv1.1 sous-unités α codées par le gène Kcna1 , est fréquemment utilisé modèle génétique de l’épilepsie, puisqu’ils montrent l…

Discussion

Pour obtenir des enregistrements d’EEG-ECG de haute qualité qui sont exempts d’artefacts, toutes précautions doivent être prises pour prévenir la dégradation ou le desserrage de l’électrode implantée et fils. Comme un implant de tête EEG se détend, les contacts de fil avec le cerveau vont se dégrader menant à signal une diminution des amplitudes. Implants lâches ou contacts pauvre fil peuvent aussi causer de distorsion des signaux électriques, présenter les enregistrements des artefacts de mouvement e…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par les citoyens Unis pour la recherche sur l’épilepsie (numéro de licence 35489) ; le National Institutes of Health (accorder des numéros R01NS100954, R01NS099188) ; et une bourse de recherche postdoctorale Malcolm Feist Louisiana State University Health Sciences Center.

Materials

VistaVision stereozoom dissecting microscope VWR
Dolan-Jenner MI-150 microscopy illuminator, with ring light VWR MI-150RL
CS Series scale Ohaus CS200 for weighing animal
T/Pump professional Stryker recirculating water heat pad system
Ideal Micro Drill Roboz Surgical Instruments RS-6300
Ideal Micro Drill Burr Set Cell Point Scientific 60-1000 only need the 0.8-mm size
electric trimmer Wahl 9962 mini clipper
tabletop vise Eclipse Tools PD-372 PD-372 Mini-tabletop suction vise
fine scissors Fine Science Tools 14058-11 ToughCut, Straight, Sharp/Sharp, 11.5 cm
Crile-Wood needle holder Fine Science Tools 12003-15 Straight, Serrated, 15 cm, with lock – For applying wound clips
Dumont #7 forceps Fine Science Tools 11297-00 Standard Tips, Curved, Dumostar, 11.5 cm
Adson forceps Fine Science Tools 11006-12 Serrated, Straight, 12 cm
Olsen-Hegar needle holder with suture cutter Fine Science Tools 12002-12 Straight, Serrated, 12 cm, with lock
scalpel handle #3 Fine Science Tools 10003-12
surgical blades #15 Havel's FHS15
6-0 surgical suture Unify S-N618R13 non-absorbable, monofilament, black
gauze sponges Coviden 2346 12 ply, 7.6 cm x 7.6 cm
cotton-tipped swabs Constix SC-9 15.2-cm total length
super glue  Loctite LOC1364076 gel control
Michel wound clips, 7.5mm Kent Scientific INS700750
polycarboxylate dental cement kit Prime-dent 010-036 Type 1 fine grain
tuberculin syringe BD 309623
polyethylene tubing Intramedic 427431 PE160, 1.143 mm (ID) x 1.575 mm (OD)
chlorhexidine  Sigma-Aldrich C9394
ethanol Sigma-Aldrich E7023-500ML
Puralube vet ointment Dechra Veterinary Products opthalamic eye ointment
mouse anesthetic cocktail Ketamine (80 mg/kg), Xylazine (10 mg/kg), and Acepromazine (1 mg/kg)
carprofen Rimadyl (trade name)
HydroGel ClearH20 70-01-5022 hydrating gel; 56-g cups
Ponemah  software Data Sciences International data acquisition and analysis software; version 5.2 or greater with Electrocardiogram Module
7700 Digital Signal conditioner Data Sciences International
12 Channel Isolated Bio-potential Pod Data Sciences International
fish tank Topfin for use as recording chamber; 20.8 gallon aquarium; 40.8 cm (L) X 21.3 cm (W) X 25.5 cm (H)
Digital Communication Module (DCOM) Data Sciences International 13-7715-70
12 Channel Isolated Bio-potential Pod Data Sciences International 12-7770-BIO12
serial link cable Data Sciences International J03557-20 connects DCOM to bio-potential pod
Acquisition Interface (ACQ-7700USB) Data Sciences International PNM-P3P-7002
network video camera Axis Communications P1343, day/night capability
8-Port Gigabit Smart Switch Cisco SG200-08 8-port gigabit ethernet swith with 4 power over ethernet supported ports (Cisco Small Business 200 Series)
10-pin male nanoconnector with guide post hole Omnetics NPS-10-WD-30.0-C-G electrode for implantation on the mouse head
10-socket female nanoconnector with guide post Omnetics NSS-10-WD-2.0-C-G connector for electrode implant
1.5-mm female touchproof connector cables PlasticsOne 441 1 signal, gold-plated; for connecting the wiring from the head-mount implant to the bio-potential pod
soldering iron Weller WESD51 BUNDLE digital soldering station
solder Bernzomatic 327797 lead free, silver bearing, acid flux core solder
heat shrink tubing URBEST collection of tubing with 1.5- to 10-mm internal diameters
heat gun Dewalt D26960
mounting tape (double-sided) 3M Scotch MMM114 114/DC Heavy Duty Mounting Tape, 2.54 cm x 1.27 m 
desktop computer Dell recommended minimum requirements: 3rd Gen Intel Core i7-3770 processor with HD4000 graphics; 4 GB RAM, 1 GB AMD Radeon HD 7570 video card; 1 TB hard drive; Windows 7 OS 
permanent marker Sharpie 37001 black color, ultra fine point
toothpicks for mixing and applying the polycarboxylate dental cement
LabChart Pro software ADInstruments power spectrum software; version 8.1.3 or greater
Kubios HRV software Univ. of Eastern Finland HRV analysis software; version 2.2
Notepad Microsoft simple text editor software

References

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Mishra, V., Gautier, N. M., Glasscock, E. Simultaneous Video-EEG-ECG Monitoring to Identify Neurocardiac Dysfunction in Mouse Models of Epilepsy. J. Vis. Exp. (131), e57300, doi:10.3791/57300 (2018).

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