Theta – Aktivität im Gehirn zu unterschiedlichen kognitiven und funktionalen Zustände im Zusammenhang, einschließlich Erregung, Aufmerksamkeit, willkürliche Bewegung, Erkundungsverhalten, Aufmerksamkeit Verhalten, Lernen und Gedächtnis, somatosensorischen Integration und schnelle Augenbewegungen (REM) Schlaf ^{1, 2.} Grundsätzlich kann Theta-Aktivität als eine rhythmische Einheit in verschiedenen Hirnregionen erzeugt werden und ist sehr gut organisiert und synchronisiert als Theta-Oszillationen. Im Folgenden werden wir uns auf die Analyse und Quantifizierung von Theta – Aktivität / Schwingungen konzentrieren , die ^3, innerhalb des septohippocampalen System erzeugt werden ^4. Innerhalb des Septum, GABAergic, glutamatergen und cholinergen Neuronen Projekt zum Hippocampus und tragen zur Initiierung und Aufrechterhaltung von Theta Schwingungsverhalten. Es gibt eine anhaltende Diskussion darüber , ob Hippokampus – Theta – Oszillationen im Septum initiiert werden, das heißt, </em> Der septalen Schrittmacher-Hippokampus – Folger – Modell, (extrahippocampal Theorie) oder intrinsisch innerhalb des Hippocampus (intrahippocampal Theorie) ^{5, 6, 7.}

Unabhängig von ihrer Herkunft, der Hippocampus-Theta-Oszillationen sind seit Jahren im Fokus des Interesses gewesen, vor allem in transgenen Mausmodellen. Diese Modelle erlauben für die Implantation von tiefen EEG – Elektroden und für die Aufzeichnung von Hippocampus – Theta – Oszillationen unter spezifischen kognitiven und Verhaltens Aufgaben ^8. Hippokampus-Theta-Oszillationen sind heterogen in der Natur. Auf der Grundlage der so genannten dualistische Theorie der Theta – Oszillationen kann man zwischen Atropin empfindlichen Typ – II – Theta und Atropin unempfindliche Typ – I – Theta ^{9, 10, 11} unterscheiden. Letzteres kann typischerweise durch muskarinische M ₁ / M induziert werden <sub> 3 -Rezeptor – Agonisten, zB Arecolin Pilocarpin und Urethan. Jedoch Urethan ist ein Multi-Target-Medikament, das neben Muscarin-Aktivierung, auch komplexe Effekte auf andere Ionenkanal-Einheiten ausübt. Für Typ II theta enthält der Muscarin – Weg die Aktivierung von M ₁ / M ₃ und eine nachfolgende G _{q / 11} (G & alpha;) -vermittelte Aktivierung von Phospholipase C β _1/4 (PLCß _1/4), Inositoltriphosphat (InsP ₃₎ , diacylglycerole (DAG), Ca ²⁺ und Proteinkinase C (PKC). Die Rolle der PLCß ₁ und PLCß ₄ in thetagenesis hat in Knock-out – Studien validiert wurde mit PLCβ1 ^{– / –} und PLCβ4 ^{– / –} Mäuse einen vollständigen Verlust oder signifikante Abschwächung der Theta ¹² Schwingung ^{aufweisen, 13, 14.} Zusätzliche M _1, M ₃ und M ₅ nachgeschalteten Targets (channels / Ströme) der muskarinischen Signalisierungskaskade gehören verschiedene Leitfähigkeiten, wie beispielsweise M-Typ – K ⁺ -Kanals (K _M) über spannungsabhängigen K ⁺ -Kanals (K _v 7); langsam nach Hyperpolarisation K ⁺ Kanal (Ks _AHP); Leck K ⁺ Kanal (K _Leck), wahrscheinlich über TWIK bezogene säureempfindliche K ⁺ Kanal (TASK1 / 3); Kationenstrom (I _CAT), wahrscheinlich über Na ⁺ Leckkanal (NALCN); und I _h über Hyperpolarisation und zyklische Nukleotid – gesteuerten Kanäle (HCN). Zusätzlich M ₂ / M ₄ Acetylcholin – Rezeptoren (AChRs) wurden berichtet mit Einwärtsgleichrichter K ⁺ -Kanal – 3,1 (K _ir 3.1) und Einwärtsgleichrichter K ⁺ -Kanal 3.2 (K _ir 3.2) ¹⁵ zu interferieren.

Derzeit im Handel erhältliche Analysesoftware ermöglicht schnelle FFT-basierte Frequenzanalyse, beispielsweise Analyse der Leistung (P, mV ²⁾oder Leistungsspektrumsdichte (PSD, mV ² / Hz). Leistung oder Leistungsspektrumsdichte (PSD) Analyse des Bereichs Theta-Frequenz gibt nur einen globalen Überblick über seine Tätigkeit. Um jedoch einen detaillierten Einblick in die kognitive und verhaltensbezogene Theta-Aktivität zu erhalten, die Analyse von hochorganisierten Theta-Oszillationen ist obligatorisch. Die Beurteilung der hochorganisierten Theta Schwingungen ist von zentraler Bedeutung im Bereich der neurodegenerativen und neuropsychiatrischen Erkrankungen. Die meisten experimentellen Krankheit Studien in transgenen Mausmodellen durchgeführt hochentwickelte neuro Ansätze zu epidurale Oberfläche und tiefe intrazerebrale EEGs aufzuzeichnen. Diese Techniken umfassen sowohl Haltegurt Systeme ¹⁶ und radiotelemetric Setups ^{17, 18.} Theta Schwingungen können so spontan und verhaltensbezogenen Theta Schwingungen unter Langzeitaufnahmebedingungen aufgezeichnet werden. Theta-Oszillationen Zusätzlich werden Recorded folgende pharmakologische Induktion, sondern auch nach der Exposition von Tieren zu Verhaltens- oder kognitive Aufgaben oder auf sensorische Reize, wie Schwanz einklemmen.

Frühe Ansätze Theta – Oszillationen wurden beschrieben von Csicsvari et al zu charakterisieren. ^19. Die Autoren entwickelt, um eine halbautomatische Werkzeug für kurzfristige Theta-Analyse (15-50 min), die nicht geeignet für Langzeit-EEG-Aufzeichnungen ist. Unsere Methode, hier beschriebene, ermöglicht die Analyse der Langzeit EEG – Aufzeichnung> 48 h ^20. Csicsvari et al. ¹⁰ auch an der theta-delta – Verhältnis bezeichnet, aber keine Schwelle für die Bestimmung von hochorganisierten theta Schwingungen vorgesehen. Die Delta und Theta-Bereich Definitionen unserer Frequenzbereich Definitionen entsprechen. Da es nicht ausdrücklich erwähnt wird, gehen wir davon aus, dass eine FFT-basierte Methode von Csicsvari et al verwendet wird. die Kraft der Theta-Delta-Frequenzbänder zu berechnen. Dieswieder unterscheidet sich deutlich von unserem Verfahren kann, da wir Wavelet-basierte Amplituden auf einer großen Anzahl von Frequenzskalen (Δ Frequenzschritte (f) = 0,05 Hz), was zu einer viel höheren Genauigkeit zu berechnen. Die Dauer der individuell analysiert EEG Epoche unserer Definition ähnlich.

Klausberger et al. ²¹ auch die Verwendung von theta-delta – Verhältnisse für die Analyse von Langzeit – EEG – Aufzeichnungen zu machen. Allerdings gibt es drei große Unterschiede im Vergleich zu unserem Ansatz: i) die EEG – Epoche Dauer ist viel länger, dh mindestens 6 s; ii) die theta-delta-Verhältnis auf 4 eingestellt ist, der viel höher als unsere Schwelle ist, und auf verschiedenen Frequenzbereichsdefinitionen bezieht; und iii) die Leistungsdefinition ist wahrscheinlich auf einer FFT Ansatz basieren, die hohe Präzision fehlt, insbesondere für sehr kurze Zeitfenster (2 s, dh 5 Zyklen für Schwingungen mit einer Frequenz von 2,5 Hz). In solchen Fällen wird eine Wavelet-basierte Verfahren ist empfehlenswert.Eine Studie von Caplan et al. ²² Theta – Leistung allein berechnet , während die Theta-Delta – Leistungsverhältnis zu ignorieren. So nähern sich die Caplan ²² nicht zwischen kognitiven Theta reichen Prozessen begleitet von einem hohen oder niedrigen Delta unterscheiden kann.

Im folgenden Protokoll werden wir unsere analytischen Wavelet-basierten Ansatz präsentieren hochorganisierten Theta-Oszillationen im Hippocampus-EEG-Aufzeichnungen von Mäusen, um zuverlässig zu analysieren. Da dieses Verfahren automatisch arbeitet, kann es zu großen Datenmengen und Langzeit EEG-Messungen angewendet werden.