Samtidige Video-EEG-EKG overvågning for at identificere Neurocardiac dysfunktion i musemodeller af epilepsi

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 neuroner^1,2. EEG er den mest almindelige neurodiagnostic test til evaluering og håndtering af patienter med epilepsi^3,4. Det er især nyttigt, når epileptiske anfald opstår uden indlysende krampagtig adfærdsmæssige manifestationer, som fravær anfald eller ikke-krampagtig status epilepticus^5,6. 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 operationer^{2 , 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 afslapning^10,11. 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, henholdsvis^{10, 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 epilepsi^{13, 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.