Theta aktivitet i hjärnan är relaterat till olika kognitiva och funktionella stater, däribland upphetsning, uppmärksamhet, frivilliga rörelser, undersökande beteende, uppmärksamhet beteende, inlärning och minne, somatosensoriska integration och snabba ögonrörelser (REM) sömn ^{1, 2.} Principiellt kan thetaaktivitet som en rytmisk enhet genereras i olika cerebrala regioner och välorganiserad och synkroniseras som theta svängningar. Nedan kommer vi att fokusera på analys och kvantifiering av theta aktivitet / svängningar som genereras inom septohippocampal systemet ^{3, 4.} Inom septum, GABAergic, glutamaterga och kolinerga neuron projektet till hippocampus och bidra till initiering och underhåll av theta oscillerande beteende. Det pågår en diskussion om huruvida hippocampus theta svängningar initieras i septum, dvs. </em> Den septal pacemaker-hippocampus efterföljare modell (extrahippocampal teori) eller egen i hippocampus (intrahippocampal teori) ^{5, 6, 7.}

Oavsett ursprung, har hippocampus theta svängningar varit i fokus för intresset för år, särskilt i transgena musmodeller. Dessa modeller gör det möjligt att implantation av djupa EEG elektroderna och för registrering av hippocampus theta svängningar under särskilda kognitiva och beteendemässiga uppgifter ^8. Hippocampus theta svängningar är heterogen till sin natur. Baserat på den så kallade dualistiska teorin om theta svängningar, kan man skilja mellan atropin känslig typ II theta och atropin okänsliga typ I theta ^{9, 10, 11.} Det senare kan normalt induceras av muskarina M ₁ / M <sub> 3 receptoragonister, t.ex. arekolin, pilokarpin, och uretan. Dock är uretan en multi-mål läkemedel som, förutom muskarin aktivering, utövar också komplexa effekter på andra jonkanal enheter. För typ II theta, inkluderar den muskarina vägen aktiveringen av M ₁ / M ₃ och en efterföljande _{Gq / 11} (Ga) -medierad aktivering av fosfolipas C β _1/4 (PLCβ _1/4), inositol trisfosfat (INSP ₃₎ , diacylglycerole (DAG), Ca2 ^+, och proteinkinas C (PKC). Den roll som PLCβ _es och PLCβ ₄ i thetagenesis har validerats i knock-studier med hjälp av PLCβ1 ^{– / –} och PLCβ4 ^{– / –} möss uppvisar en fullständig förlust eller väsentlig försvagning av theta svängning ^{12, 13, 14.} Ytterligare M _1, M _3, och M ₅ nedströms mål (channels / strömmar) av muskarina signaleringskaskad inkluderar olika konduktanser, såsom M-typ K ⁺ kanalen (K _M) via spänningsberoende K ⁺ kanalen (K _v 7); långsam efter hyperpolarisation K ⁺ kanalen (Ks _AHP); läcka K ⁺ kanal (K _läcka), antagligen via TWIK relaterade syrakänsliga K ⁺ kanal (Task1 / 3); ning ström (I _CAT), antagligen via Na ⁺ läcka kanal (NALCN); och jag _h via hyperpolarisering och cykliska nukleotid gated kanaler (HCN). Dessutom har M ₂ / M ₄ acetylkolinreceptorer (AChRs) rapporterade att störa aktiv likriktare K ⁺ kanal 3,1 (K _ir 3,1) och inåt likriktare K ⁺ kanal 3,2 (K _ir 3,2) ^15.

För närvarande tillåter kommersiellt tillgänglig analytisk programvara för snabb FFT-baserad frekvensanalys, t ex analys av effekt (P, mV ²⁾eller effektspektrumtäthet (PSD, mV ² / Hz). Makt eller effektspektrumtäthet (PSD) analys av theta frekvensområdet ger endast en global översikt över sin verksamhet. Men för att få en detaljerad inblick i kognitiv och beteenderelaterade theta aktivitet är analysen av högt organiserade theta svängningar obligatorisk. Bedömningen av högt organiserade theta svängningar är av central betydelse när det gäller neurodegenerativa och neuropsykiatriska sjukdomar. De flesta experimentella studier sjuka utförs i transgena musmodeller som använder mycket sofistikerade neurokirurgiska metoder för att spela epidural yta och djup intracerebral EEGs. Dessa tekniker innefattar både begränsningssystem ¹⁶ och radiotelemetric inställningar ^{17, 18.} Theta svängningar kan registreras som spontana och beteenderelaterade theta svängningar under långvariga inspelningsförhållanden. Dessutom kan theta oscilleringar vara recorded efter farmakologisk induktion men även efter exponering av djur till beteendemässiga eller kognitiva uppgifter eller sensoriska stimuli, såsom svans nypa.

Tidigt metoder för att karakterisera theta svängningar beskrevs av Csicsvari et al. ^19. Författarna utformat en halvautomatiskt verktyg för kortsiktiga theta analys (15-50 min) som inte lämpar sig för lång tid EEG inspelningar. Vår metod, som beskrivs här, gör det möjligt att analysera långsiktiga EEG inspelning> 48 timmar ^20. Csicsvari et al. ¹⁰ hänvisade också till theta-delta-förhållande, men ingen tröskel för bestämning av högt organiserade theta svängningar tillhandahålls. Delta och theta range definitioner matchar våra frekvensområdet definitioner. Eftersom det inte uttryckligen nämns, antar vi att en FFT-baserad metod används av Csicsvari et al. att beräkna effekten av de theta-delta frekvensband. Dettagång tydligt skiljer sig från vår metod, eftersom vi beräknar wavelet-baserad amplituder på ett stort antal frekvensskalor (frekvens steg Δ (f) = 0,05 Hz), vilket resulterar i mycket högre precision. Varaktigheten av den individuellt analyseras EEG-epok liknar vår definition.

Klausberger et al. ²¹ också utnyttja theta-delta förhållanden för analys av långsiktiga EEG inspelningar. Men det finns tre stora skillnader jämfört med vår strategi: i) EEG epokvaraktigheten är mycket längre, det vill säga, åtminstone 6 s; ii) theta-deltatalet är inställt på 4, vilket är mycket högre än vår tröskel, och förbinds till olika frekvensområdesdefinitioner; och iii) definition strömmen är sannolikt att baseras på en FFT tillvägagångssätt, som saknar hög precision, särskilt för mycket korta tidsfönster (2 s, det vill säga 5 cykler för svängningar med en frekvens på 2,5 Hz). I sådana fall är en wavelet-baserad procedur mer råda.En studie av Caplan et al. ²² enbart beräknad theta makt och bortse från theta-delta effektförhållande. Således Caplan närmar ²² kan inte särskilja mellan kognitiva theta-rika processer som åtföljs av en hög eller låg delta.

I följande protokoll kommer vi att presentera vår analytiska wavelet-baserad metod för att på ett tillförlitligt sätt analysera högt organiserade theta svängningar i hippocampus EEG inspelningar från möss. Eftersom detta förfarande fungerar automatiskt, kan den appliceras på stora datamängder och långsiktiga EEG-mätningar.