Vi præsenterer her, en protokol for at optage hjerne og hjerte bio signaler i mus ved hjælp af samtidige video, electroencefalografi (EEG) og Elektrokardiografi (EKG). Vi beskriver også metoder til at analysere de resulterende EEG-ECG-indspilninger for krampeanfald, EEG spektrale magt, hjertefunktion og hjertefrekvens variabilitet.
I epilepsi, kan anfald fremkalde hjerte rytmeforstyrrelser såsom hjertefrekvens ændringer, overledning blokke, asystoles og arytmier, som potentielt kan øge risikoen for pludselig uventet død i epilepsi (SUDEP). Electroencefalografi (EEG) og Elektrokardiografi (EKG) er udbredte kliniske diagnostiske værktøjer til at overvåge for abnorme hjerne og hjerte rytmer i patienter. Her, er en teknik til at samtidig optage video, EEG og ECG i mus til foranstaltning, hjernen, og hjerte aktiviteter, henholdsvis, beskrevet. Den teknik beskrevet heri udnytter en tøjret (dvs., kablet) optagelse konfiguration hvor indopereret elektrode på hovedet af musen er kabelforbundet til kontrolapparatet. I forhold til trådløse telemetri optagelse systemer, besidder arrangementet tøjret adskillige tekniske fordele såsom en større mulige antal kanaler til optagelse af EEG eller andre biopotentials; lavere elektrode omkostninger; og større frekvensbåndbredde (dvs., samplingfrekvens) af optagelser. Grundlæggende i denne teknik kan også let ændres til at rumme optagelse andre biosignalers, såsom Elektromyografi (EMG) eller plethysmography til vurdering af muskel og respiratoriske aktivitet, henholdsvis. Ud over at beskrive hvordan man udfører EEG-ECG optagelser, detalje vi også metoder til at kvantificere de resulterende data for krampeanfald, EEG spektrale magt, hjertefunktion og hjertefrekvens variabilitet, som vi viser i et eksempel eksperiment ved hjælp af en mus med epilepsi som følge af Kcna1 gen sletning. Video-EEG-ECG overvågning i musemodeller af epilepsi eller andre neurologiske sygdom giver et kraftfuldt værktøj til at identificere dysfunktion på niveau med hjerne, hjerte eller hjerne-hjerte interaktioner.
Electroencefalografi (EEG) og Elektrokardiografi (EKG) er magtfulde og udbredte teknikker til vurdering i vivo hjernen og hjertefunktion, henholdsvis. EEG er optagelse af elektriske hjerneaktivitet ved at knytte elektroder til hovedbunden1. Det signal registreres med non-invasiv EEG repræsenterer spændingsudsving udspringer summated excitatoriske og hæmmende postsynaptiske potentialer genereret hovedsagelig af kortikale pyramideformet neuroner1,2. EEG er den mest almindelige neurodiagnostic test til evaluering og håndtering af patienter med epilepsi3,4. Det er især nyttigt, når epileptiske anfald opstår uden indlysende krampagtig adfærdsmæssige manifestationer, som fravær anfald eller ikke-krampagtig status epilepticus5,6. Omvendt, ikke-epilepsi relaterede betingelser, der fører til krampagtig episoder eller tab af bevidsthed kan være fejldiagnosticeret som epileptiske anfald uden video-EEG overvågning7. Ud over dets anvendelighed inden for epilepsi, er EEG også almindeligt anvendt til at opdage unormale hjerneaktivitet forbundet med søvnforstyrrelser, encephalopatier og hukommelse lidelser, samt at supplere narkose under operationer2 , 8 , 9.
I modsætning til EEG, ECG (eller EKG som det er undertiden forkortet) er optagelse af den elektriske aktivitet i hjertet10. EKG’er er normalt udføres ved at knytte elektroder til lemmer ekstremiteter og brystvæggen, der tillader detektering af spændingsændringer genereret af myokardiet under hvert hjerte cyklus af sammentrækning og afslapning10,11. De primære ECG bølgeform komponenter af en normal hjerte cyklus omfatter P-bølge, QRS kompleks og T-bølge, der svarer til atrieflimren depolarisering, ventrikulær depolarisering og ventrikulær repolarisering, henholdsvis10, 11. rutinemæssigt EKG-monitorering bruges til at identificere hjertearytmi og defekter af cardiac overledning system12. Blandt patienter, epilepsi, er betydningen af at bruge ECG for at identificere potentielt livstruende arytmier forstærket, da de er væsentligt øget risiko for pludselige hjertestop, som pludselig uventet død i epilepsi13, 14,15.
Ud over deres kliniske applikationer, er EEG og ECG optagelser blevet et uundværligt redskab til at identificere hjernen og hjertet dysfunktion i musemodeller af sygdom. Selv om disse optagelser har traditionelt været udført separat, beskriver her vi en teknik til at optage video, EEG og ECG samtidig i mus. Den samtidige video-EEG-ECG metode detaljeret her udnytter en tøjrede optagelse konfiguration hvor indopereret elektrode på hovedet af musen er kabelforbundet til kontrolapparatet. Historisk set har dette tøjret, eller wired, konfiguration har været standard og mest flittigt brugt metode for EEG optagelser i mus; men trådløse EEG telemetri systemer er også blevet udviklet for nylig og er vinder i popularitet16.
I forhold til trådløse EEG systemer, besidder arrangementet tøjret adskillige tekniske fordele, der kan gøre det bedre afhængigt af det ønskede program. Disse fordele omfatter et større antal kanaler til optagelse af EEG eller andre biopotentials; lavere elektrode omkostninger; elektrode disposability; mindre følsomhed over for signal tab; og større frekvensbåndbredde (dvs., samplingfrekvens) optagelser17. Gennemstegt ordentligt, den tøjrede optagelse metode beskrevet her er i stand til at levere høj kvalitet, artifact-fri EEG og ECG data samtidigt, sammen med den tilsvarende video for adfærdsmæssige overvågning. Denne EEG og ECG data kan derefter være udvundet for at identificere neurale, hjerte, eller neurocardiac abnormiteter såsom kramper, ændringer i EEG power spectrum, cardiac overledning blokke (dvs., springes hjerteslag), og ændringer i hjertefrekvens variabilitet. For at demonstrere anvendelsen af disse EEG-ECG kvantitative metoder, præsenterer vi et eksempel eksperiment ved hjælp af en Kcna1 knockout (- / -) mus. Kcna1 – / – mus mangler spænding-gated Kv1.1 α-underenheder og som følge heraf udviser spontane anfald, cardiac dysfunktion og for tidlig død, hvilket gør dem en ideel model for samtidige EEG-ECG evaluering af skadelige, epilepsi-associerede neurocardiac dysfunktion.
For at opnå høj kvalitet EEG-ECG optagelser, der er fri for artefakter, bør der træffes alle forholdsregler for at forhindre nedbrydning eller løsne indopereret elektrode og ledninger. Som et EEG hoved implantat bliver løs, vil wire kontakter med hjernen forringe fører til nedsat signal amplituder. Løs implantater eller dårlig wire kontakter kan også forårsage forvrængning af de elektriske signaler, at indføre bevægelse artefakter og baggrundsstøj til optagelserne. For at forhindre potentielle lempelser af…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af borgernes United for forskning i epilepsi (grant nummer 35489); den National Institutes of Health (tildele numre R01NS100954, R01NS099188); og en Louisiana State University Health Sciences Center Malcolm Feist postdoc stipendium.
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 |