Chronisch slaaptekort in muis Pups door middel van zachte behandeling
Summary
We beschrijven een slaap deprivatie techniek die bekend staat als zachte behandeling waar onderzoekers zachtjes prod muizen elk moment slaap gedrag wordt waargenomen. Deze methode is een krachtig hulpmiddel waarmee onderzoekers de effecten die chronische slaap beperking in de gehele ontwikkeling op toekomstige hersenen fysiologie en gedrag hebben kan te bestuderen.
Abstract
Slaap is essentieel voor de goede ontwikkeling en Neurale plasticiteit. Bovendien, abnormale slaappatronen zijn kenmerkend voor veel neurologische aandoeningen. Bestuderen hoe chronische beperking van de slaap tijdens de ontwikkeling van invloed kan zijn op de volwassen gedrag kan toevoegen aan ons begrip van de opkomst van gedrags symptomen van neurologische aandoeningen. Hoewel er vele methoden die kunnen worden gebruikt om te slapen in knaagdieren, met inbegrip van gedwongen motoriek, verstoring van de constante, presentatie van een aversieve stimulus, of een elektrische schok te beperken, veel van deze methoden zijn zeer belastend en kunnen niet worden gebruikt bij neonatale muizen. We beschrijven hier, zachte behandeling, een slaap deprivatie techniek die kan gebruikt worden chronisch in de gehele ontwikkeling en in volwassenheid tot beperking van de slaap. Zachte behandeling omvat nauwkeurige observatie van de muizen gedurende de ontbering slaap en vereist de onderzoeker te zachtjes prod de dieren wanneer ze inactief worden of weer gedrag geassocieerd met slapen. In combinatie met EEG-opnamen, kan zachte behandeling worden gebruikt om een specifieke fase van de slaap zoals rapid eye movement (REM) slaap selectief te verstoren. De techniek van zachte behandeling is een krachtig hulpmiddel voor de studie van de effecten van chronische slaap beperking zelfs in de neonatale muizen die veel van de meer stress procedures gebruikt voor slaaptekort omzeilt.
Introduction
Slaap speelt een cruciale rol in de neuronale plasticiteit en synapse formatie en eliminatie tijdens1,2van de ontwikkeling van de hersenen. Rapid eye movement (REM) slaap is met name essentieel voor het vormen van stabiele synaptic circuits door beide versterking van specifieke synapsen en synaptische snoeien2. Farmacologische slaaptekort vroeg in het leven leidt tot veel fysiologische en gedragsmatige tekorten3,4. Naast farmacologische slaap deprivatie, andere vormen van slaaptekort zoals constante schudden, gedwongen motoriek of presentatie van een aversieve stimulus zijn geassocieerd met depressie-achtige symptomen tijdens volwassenheid, verschillende neurale activering patronen, en veranderingen in slaap tijd en slaap continuïteit tijdens een herstelperiode na ontbering5,6,7. Wanneer slaap het chronisch in muizen voor meer dan vijf weken tijdens de ontwikkeling beperkt is, de gedrags tekorten werden waargenomen na een maand van de slaap herstel8. Samen genomen, suggereren deze studies dat de verstoring van de slaap in de neonatale knaagdier later slaappatronen, hersenfunctie en -gedrag kan beïnvloeden. Wijzen op het belang van de slaap voor de ontwikkeling van de normale hersenen bij de mens, vele patiënten met neurologische aandoeningen, met inbegrip van Autisme Spectrum stoornissen, Tubereuze Sclerose Complex, fragiele X-syndroom en aandacht-Deficit/Hyperactivity Obsessieve compulsieve stoornis, verslag abnormaliteiten in slaappatronen naast allerlei gedrags tekorten1.
Gezien het aantal neurologische aandoeningen die gekoppeld aan abnormale slaappatronen zijn, is het belangrijk om te begrijpen hoe gebrek aan slaap beïnvloedt hersenfunctie en gedrag. Echter, ondanks de gegevens die het belang van slaap tijdens de ontwikkeling, ondersteunen de meeste methodologieën die te beperken of te ontnemen van slaap focus op volwassenen dieren. Deze technieken omvatten allerlei tests waarvoor gedwongen motorische activiteit (bijvoorbeeld, constante loopband), constante verstoring (bijvoorbeeld roteren Veger bar of voortdurende roman object presentatie), of het verstoren van het dier aan het begin van REM-slaap (bijvoorbeeld platform waterbeheersing)9,10. Hoewel deze methoden is de problemen in verband met slaaptekort bij volwassenen effectief gebleken, zijn geen van deze methoden geschikt voor knaagdieren pups vanwege hun beperkte mobiliteit, hoge slaap station en de schadelijke effecten van stress vroeg in het leven. Vanwege het belang van slaap tijdens de ontwikkeling is het essentieel om te begrijpen hoe beperkt slaap in neonatale pups beïnvloedt toekomstig gedrag tijdens volwassenheid.
Een techniek om te slapen, die kan worden gebruikt in knaagdier pups beperken is zachte behandeling. Zachte behandeling omvat de onderzoeker directe wisselwerking met de knaagdieren die ieder tijd slaap gedrag wordt waargenomen. Onderzoekers kunnen gebruiken hun handen, een penseel of presentatie van de nieuwe objecten fysiek verstoort slaap in neonatale knaagdieren8,10,11,12,13,14 . Slaap kan gedragsgestoorde worden bepaald door gebrek aan motorische activiteit, myoclonische spiertrekkingen en oog sluiting (in oudere knaagdier pups). EEG validatie bevestigt dat slaap verstoren met zachte behandeling op basis van deze gedragingen vermindert de totale slaaptijd met 91% in P12 ratten14. Andere technieken die zijn gebruikt om het ontnemen van de jonge muizen omvatten elektrische schok en presentatie van onaangename stimuli, maar deze technieken kunnen niet worden gebruikt voor chronische slaap beperking en zijn meer stress dan zachte behandeling7, 15. chronische slaap beperking kan ook worden bereikt door een schudden protocol dat kan worden gebruikt met of zonder EEG elektrode implantatie en bijbehorende computersoftware, maar dit protocol belet niet alle slaap en is daarom minder gecontroleerd ten opzichte van zachte behandeling4,16. De mogelijkheid om te beperken of te ontnemen van muizen van de slaap voor vele dagen in een rij zonder specifieke apparatuur, computersoftware of elektrode implantatie is een voordeel van de zachte behandeling techniek. Chronische slaap beperking via zachte behandeling effectief beperkt slaap in neonatale knaagdieren en produceert een scala aan gedragsveranderingen na de slaap deprivatie periode8,11,12, 17.
Hier beschrijven we resultaten waarin Chronisch slaaptekort gedurende drie uur per dag van postnatale dag 5 (P5) t P42 heeft grote invloed op gezelligheid van muizen na een herstelperiode van 30 dagen waarin slaap niet wordt verstoord. Deze resultaten wijzen op de lange termijn effecten van chronische slaap beperking tijdens ontwikkeling op toekomstig gedrag.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier beschrijven we een methode voor slaaptekort, zachte behandeling, die kan worden gebruikt in zowel knaagdier pups en bij volwassenen. Zachte inleveren vereist onderzoekers te observeren van muizen voor de duur van een periode van slaap deprivatie en zachtjes prod de dieren wanneer ze inactief of twitching ter voorkoming van slaap. Voorafgaande slaap deprivatie studies hebt gecontroleerd door middel van gelijktijdige electroencephalogram (EEG) opnamen dat zachte behandeling beide REM voorkomt en niet REM NREM – slaap<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gefinancierd door de intramurale Research Program van de NIMH (ZIA MH00889). RMS werd ook ondersteund door een FRAXA Postdoctoral Fellowship.
Materials
| C57BL/6J mice | Jackson Labs | 000664 | Wildtype mice used |
| Super Mouse 750 Mouse Cage | Lab Products, Inc. | Cages for the mice | |
| SANI-Chips Bedding | PJ Murphys | Bedding for the mice | |
| S&S Bristle Brush Assortment Pack | Staples | Item # 13764, Model AB37100 | Paint brushes are used to gently poke mice |
References
- Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. Sleep, plasticity and the pathophysiology of neurodevelopmental disorders: the potential roles of protein synthesis and other cellular processes. Brain Sci. 4 (1), 150-201 (2014).
- Li, W., Ma, L., Yang, G., Gan, W. B. REM sleep selectively prunes and maintains new synapses in development and learning. Nat Neurosci. 20 (3), 427-437 (2017).
- Peirano, P. D., Algarin, C. R. Sleep in brain development. Biol Res. 40 (4), 471-478 (2007).
- Mirmiran, M., et al. Effects of experimental suppression of active (REM) sleep during early development upon adult brain and behavior in the rat. Brain Res. 283 (2-3), 277-286 (1983).
- Feng, P., Ma, Y. Instrumental REM sleep deprivation in neonates leads to adult depression-like behaviors in rats. Sleep. 26 (8), 990-996 (2003).
- Frank, M. G., Morrissette, R., Heller, H. C. Effects of sleep deprivation in neonatal rats. Am J Physiol. 275 (1 Pt 2), R148-R157 (1998).
- Todd, W. D., Gibson, J. L., Shaw, C. S., Blumberg, M. S. Brainstem and hypothalamic regulation of sleep pressure and rebound in newborn rats. Behav Neurosci. 124 (1), 69-78 (2010).
- Sare, R. M., Levine, M., Hildreth, C., Picchioni, D., Smith, C. B. Chronic sleep restriction during development can lead to long-lasting behavioral effects. Physiol Behav. 155, 208-217 (2016).
- Colavito, V., et al. Experimental sleep deprivation as a tool to test memory deficits in rodents. Front Syst Neurosci. 7, 106 (2013).
- Franken, P., Dijk, D. J., Tobler, I., Borbely, A. A. Sleep deprivation in rats: Effects on EEG power spectra, vigilance states, and cortical temperature. Am J Physiol. 261 (1 Pt 2), R198-R208 (1991).
- Araujo, P., Coelho, C. A., Oliveira, M. G., Tufik, S., Andersen, M. L. Neonatal sleep restriction increases nociceptive sensitivity in adolescent mice. Pain Physician. 21 (2), E137-E148 (2018).
- Araujo, P., Tufik, S., Anderson, M. L. Sleep and pain: A relationship that begins in early life. Pain Physician. 17 (6), E787-E798 (2014).
- Hairston, I. S., et al. Sleep deprivation effects on growth factor expression in neonatal rats: a potential role for BDNF in the mediation of delta power. J Neurophysiol. 91 (4), 1586-1595 (2004).
- Hairston, I. S., et al. Sleep deprivation elevates plasma corticosterone levels in neonatal rats. Neurosci Lett. 315 (1-2), 29-32 (2001).
- Blumberg, M. S., Middlemis-Brown, J. E., Johnson, E. D. Sleep homeostasis in infant rats. Behav Neurosci. 118 (6), 1253-1261 (2004).
- Feng, P., Vogel, G. W., Obermeyer, W., Kinney, G. G. An instrumental method for long-term continuous REM sleep deprivation of neonatal rats. Sleep. 23 (2), 175-183 (2000).
- Xu, Z. Q., Gao, C. Y., Fang, C. Q., Zhou, H. D., Jiang, X. J. The mechanism and characterization of learning and memory impairment in sleep-deprived mice. Cell Biochem Biophys. 58 (3), 137-140 (2010).
- Barriga, C., Martin, M. I., Tabla, R., Ortega, E., Rodriguez, A. B. Circadian rhythm of melatonin, corticosterone and phagocytosis: Effect of stress. J Pineal Res. 30 (3), 180-187 (2001).
- Nadler, J. J., et al. Automated apparatus for quantitation of social approach behaviors in mice. Genes Brain Behav. 3 (5), 303-314 (2004).
- Thomas, A., et al. Marble burying reflects a repetitive and perseverative behavior more than novelty-induced anxiety. Psychopharmacology (Berl). 204 (2), 361-373 (2009).
- Karlsson, K. A., Blumberg, M. S. The union of the state: Myoclonic twitching is coupled with nuchal muscle atonia in infant rats. Behav Neurosci. 116 (5), 912-917 (2002).
