JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
행동분석학

Одновременный мониторинг беспроводной электрофизиологии и поведенческого теста памяти как инструмент изучения нейрогенеза гиппокампа

Published: August 20, 2020
doi:
10.3791/61494
, , , , , , , , ,
1Laboratorio de Neurociencias, Departamento de Psicología,Universidad Iberoamericana Ciudad de México, 2Stoeling Co., 3Departamento de Estudios en Ingeniería para la Innovación,Universidad Iberoamericana Ciudad de México

Summary

Представленный здесь протокол предоставляет информацию об одновременной электроэнцефалографии (ЭЭГ) и поведенческой оценке в режиме реального времени. Мы обсудили все шаги, связанные с этим протоколом, как привлекательное решение для исследователей во многих областях нейробиологии, особенно в области обучения и памяти.

Abstract

Амплитуда мозговых волн, полученная с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), была хорошо известна в качестве основы для когнитивных способностей, памяти и обучения на животных и людях. Механизм нейрогенеза у взрослых также связан с улучшением памяти и обучения. Традиционно исследователи оценивали параметры обучения и памяти в моделях грызунов с помощью поведенческих задач. Таким образом, одновременный мониторинг поведенческих изменений и ЭЭГ особенно интересен для корреляции данных между активностью мозга и поведением, связанным с задачами. Тем не менее, большая часть оборудования, необходимого для проведения обоих исследований, либо сложна, либо дорога, либо использует проводную сеть, которая препятствует движению естественных животных. В этом исследовании ЭЭГ была записана с помощью беспроводного электрофизиологического устройства вместе с выполнением новой задачи распознавания объектов (NORT). За поведением животного одновременно следила система видеослежения. Обе записи были проанализированы в автономном режиме по их временным меткам, которые были синхронизированы, чтобы связать сигналы ЭЭГ с действиями животного. Испытуемые состоят из взрослых крыс Вистар после среднесрочной обработки по обогащению окружающей среды. Шесть винтовых электродов черепа были закреплены попарно на обоих полушариях в лобной, центральной и теменной областях и были привязаны к электроду, расположенному позади носовой кости. Протокол NORT заключается в воздействии на животное двух одинаковых предметов в течение 10 минут. Через 2 ч и 24 ч один из объектов был заменен на новый. Время исследования для каждого объекта контролировалось с помощью программного обеспечения для отслеживания поведения (BTS) и записи данных ЭЭГ. Анализ ЭЭГ, синхронизированной с поведенческими данными, состоит из оценок относительной мощности альфа- и бета-диапазонов и сравнений между распознаванием новых объектов и исследованием знакомых объектов между тремя экспериментальными этапами. В этой рукописи мы обсудили процесс производства электродов, эпидуральную операцию по имплантации электродов, протокол обогащения окружающей среды, протокол NORT, настройку BTS, связь ЭЭГ-BTS для одновременного мониторинга в режиме реального времени и анализ данных ЭЭГ на основе автоматического обнаружения событий.

Introduction

Поведенческий тест имеет решающее значение в исследованиях в области нейробиологии для большого количества информации, генерируемой в контексте in vivo. В связи с этим исследователи широко используют различные поведенческие тесты для анализа сенсорно-моторных функций, социальных взаимодействий, тревожного и депрессивного поведения, зависимости от психоактивных веществ и различных форм когнитивных функций1. Ручная запись поведенческих тестов может быть сложной, утомительной и неточной даже для большинства экспертов-наблюдателей. Несмотря на то, что были предприняты некоторые усилия по разработке бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом для регистрации поведения (например, приложение sexrat male2 для сексуального поведения), несколько альтернатив позволяют автоматически и в режиме реального времени записывать поведение различных видов животных от рыб3 до грызунов 4,5,6. Видеослежение является ценным методом быстрой и точной записи поведения, используемым в самых разных приложениях7. Более потенциальной функцией в области поведенческой записи является изучение нейронной активности во время поведенческого проявления. Одновременная регистрация активности нейронов (от отдельных клеток до основных областей мозга) и поведенческих задач может показать нам, как мозг генерирует определенные поведенческие паттерны8. Поведение представляет собой последовательность второстепенных компонентов, которые могут выявить корреляты между нейронной активностью и движениями или действиями. Если бы активность нейронов и поведенческие паттерны можно было бы одновременно записывать в нескольких временных масштабах, они могли бы объяснить, как каждое состояние мозга коррелирует с каждым конкретным поведением (для более глубокого изучения поведенческой записи см. Datta et al., 2019 обзор8). Поэтому синхронизированная запись поведенческой и нейронной активности в нужном масштабе (от нейронов до больших участков мозга) считается чрезвычайно полезным инструментом. Существует несколько систем, предназначенных для интеграции поведенческих записей с другими измерениями, такими как нейронная активность 4,5.

Хотя электроэнцефалография считается одним из наиболее широко используемых методов в области клинической и исследовательской неврологии, относительно высокая мобильность, а также размер записывающего устройства ЭЭГ делают этот метод уникальным и сложным для обнаружения в случае моделей in vivo9. Были разработаны некоторые решения этой проблемы, например, использование тросов и поворотных устройств, которые позволяют животным свободно перемещаться по арене. Тем не менее, кабельные системы часто создают проблемы для проведения исследований, например, во время перемещения животного из одной клетки в другую наблюдается помеха или запутывание животного кабелями. Для беспроводной электрофизиологической записи разработаны телеметрические устройства для повышения гибкости ситуации записи10,11. Однако такие системы продемонстрировали значительные ограничения из-за малого числа каналов записи и низкой частоты дискретизации11. В этом исследовании мы использовали коммерчески доступную беспроводную систему, которая посылает сигналы ЭЭГ от животного через соединение Wi-Fi со свободно движущейся системой12 грызунов. Аппарат весит 6 грамм и выдерживает до 16 каналов, записанных со скоростью 1 kSps. Эта система позволяет регистрировать ЭЭГ или спайки в животной среде с меньшими нарушениями, что является экономичным решением по сравнению с традиционными электрофизиологическими системами, представленными на рынке. Кроме того, мы синхронизировали эти данные с помощью программного обеспечения для видеослежения, чтобы обеспечить корреляцию между ЭЭГ и поведенческими паттернами. Эта синхронизация выполняется в автономном режиме путем выравнивания и интерполяции данных и событий на основе временных меток, генерируемых обеими системами, и обрабатывается в MATLAB.

Взрослый нейрогенез определяется как пролиферация, выживание и дифференцировка в нейронах вновь генерируемых клеток зубчатой извилины животных13,14. Известно, что этот процесс связан с улучшением памяти и обучения, что увеличивает нейрогенез взрослых у грызунов в условиях обогащенной окружающей среды (ЭЭ)15. ЭЭ состоит из содержания грызунов небольшими группами в большой клетке, снабженной игрушками и трубками, где животные имеют новое и сложное, но не имеющее биологического значения15. Хотя ЭЭ стимулирует нейрогенез гиппокампа, он также зависит от многих факторов, таких как возраст, напряжение животных, специфические условия стимуляции или процедура обнаружения нейрогенеза. У мышей среднего возраста, подвергшихся воздействию EE в течение семи дней, сообщалось о рождении новых зернистых клеток (GC) в зубчатой извилине гиппокампа (DG)16. Исследования, пытающиеся выборочно абляцию взрослого нейрогенеза у взрослых крыс, показали, что для усвоенного ответа требуются новые зернистые клетки возрастом около1-2 недель 17. Примерно через 2 или 3 недели после рождения ГК у взрослых ДГ начинают проявляться несколько характерных признаков, таких как дендритные шипы, которые необходимы для возбуждающей синаптической передачи18. Zhao et al. провели количественный анализ, чтобы показать, что пик роста позвоночника приходится на первые 3-4 недели19. Несколько электрофизиологических исследований in vivo показывают, что только три недели условий содержания ЭЭ вызывают изменения в синаптической передаче ДГ и повышают возбудимость клеток20. Кроме того, сообщалось, что воздействие обогащенной среды через 1–4 недели после инъекций BrdU значительно увеличивало плотность клеток BrdU/NeuN в гранулярном слое DG у мышей21. Эти авторы предполагают, что критический период существует между одной и тремя неделями после воздействия ЭЭ, поскольку наблюдалось существенное увеличение числа новых нейронов21. Исследования нейрогенеза взрослого гиппокампа (AHN) у людей были спорными, поскольку не было прямых доказательств. Тем не менее, в недавнем отчете описаны стадии развития AHN в человеческом взрослом мозге, идентифицированы тысячи незрелых нейронов в DG и тем самым продемонстрированы важность AHN во время старения у людей22. Основываясь на доказательствах, упомянутых ранее, изучение AHN на животных моделях является более важным, чем когда-либо (для более глубокого изучения AHN см. Leal-Galicia et al., обзор2019 15).

Как упоминалось ранее, гиппокамп связан с фундаментальной функцией в обучении и памяти. Формирование воспоминаний проходит через три различных процесса: кодирование (сбор памяти), консолидация (хранение памяти) и извлечение (распознавание памяти)23. Распознавание памяти у людей проверяется с помощью задания24 на визуальное парное сравнение. Основами человеческих и животных моделей памяти и амнезии являются поведенческие тесты, которые оценивают способность распознавать ранее представленные стимулы25,26, как это делает задача визуального парного сравнения у людей. Таким образом, одним из наиболее часто используемых поведенческих тестов для оценки способности грызуна распознавать ранее представленный стимул, то есть способность к обучению и памяти, является спонтанная задача распознавания новых объектов (NORT)23,27. Протокол NORT состоит из двух идентичных новых объектов на знакомой арене в течение 10 минут в испытании захвата. Через определенное время между 0 28 и48 часами29 (переменное время в соответствии с каждым протоколом) животное возвращается на ту же арену, содержащую один из тех же знакомых объектов и один новый объект. Животное спонтанно исследует новый объект, если знакомый объект был запомнен26. Коэффициент предпочтений обычно используется при оценке эффективности геологоразведочных работ. Он определяется путем деления общего времени исследования объекта от времени исследования нового или знакомого объекта. NORT имеет некоторые преимущества перед другими тестами памяти распознавания. Самое главное, что это не требует внешней мотивации, вознаграждения или наказания. Он не создает стрессовых состояний. Наконец, не требуется никакого обучения, чтобы вызвать поведение при исследовании объектов (для более глубокого изучения NORT см. ссылку 23).

Таким образом, одновременная запись нескольких модальностей данных и их интеграция в изучение обучения и памяти как эффекта нейрогенеза гиппокампа у взрослых очень привлекательна и обеспечивает убедительное решение для исследователей в этой области. В настоящей работе будут раскрыты все процессы, участвующие в одновременной оценке поведенческого видеослежения (новая задача распознавания объектов) и беспроводной электроэнцефалографии. Здесь мы рассмотрели процесс изготовления электродов, эпидуральную операцию по имплантации электродов, протокол обогащения окружающей среды (для индукции нейрогенеза гиппокампа), следование протоколу NORT, настройку BTS, связь ЭЭГ-BTS для одновременного мониторинга в режиме реального времени, а также анализ данных ЭЭГ и поведения, выполняемый в вычислительной среде MATLAB.

Protocol

Все процедуры соответствуют Руководству по уходу и использованию лабораторных животных (NIH Publications N°. 8023, пересмотрено в 1978 году), введенному национальными учреждениями здравоохранения и местными мексиканскими законами для сокращения количества животных, используемых для благополучия животных и запрета страданий животных. Комитет по этике Ибероамериканского университета одобрил экспериментальные протоколы использования животных в этом исследовании. 1. Общая настройка Установите программное обеспечение для отслеживания поведения на компьютер в соответствии с инструкциями производителя. Установите камеру прямо над устройством так, чтобы она была направлена вниз. Камера должна быть подключена к компьютеру. Установите программное обеспечение драйвера, необходимое для работы камеры (следуя инструкциям производителя). Если камера оснащена зум-объективом, отрегулируйте их так, чтобы они идеально вписывались в дисплей камеры. Выключите режим автофокусировки (AF) камеры в соответствии с производственным программным обеспечением. Убедитесь, что камера правильно работает в режиме реального времени, и протестируйте режим видеозахвата, пока он не будет готов к использованию. 2. Протокол по обогащению окружающей среды (см. рис. 1) ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого эксперимента использовались трехмесячные самцы крыс Вистар, которые содержались в естественных условиях темного освещения. Подстилку из опилок выложите на прозрачную акриловую квадратную арену (500 х 500 х 500 мм). Поставьте на арену три разных вида игрушек для взаимодействия грызунов (например, колеса активности, двухъярусные игрушки, лестницы и т. д.). Добавьте четыре 2-дюймовые и четыре изогнутые серые непрозрачные трубки из ПВХ. Обеспечьте диспенсеры для еды и воды свободным доступом к животным . Поместите по три грызуна в клетку внутри комнаты вивария в обычных условиях. Оставляйте животных на этой арене на время, требуемое согласно соответствующему протоколу. В этом эксперименте животные должны оставаться внутри арены в течение 20 дней.ПРИМЕЧАНИЕ: После операции по имплантации электродов животные не возвращаются к лечению обогащением окружающей среды. Вместо этого они были помещены в отдельные клетки до тех пор, пока не будет завершен новый тест на распознавание объектов. 3. Процесс изготовления электродов Отрежьте кусок медной проволоки примерно на 2 см и наждачной бумагой потрите примерно по 0,5 см с каждого конца. Прикрутите один конец медной проволоки к головке небольшого винта (электродов) и убедитесь, что она надежно закреплена, так как это важный шаг. Правильный контакт между обоими материалами должен быть гарантирован, чтобы избежать артефактов в сигналах ЭЭГ. Вставьте другой конец в клеммный наконечник разъема и убедитесь, что он правильно закреплен, укрепив его тонкими щипцами. Этот наконечник следует подключать с помощью кабеля усилителя. Измерьте подходящую проводимость от наконечника до винта с помощью мультиметра. Этот процесс гарантирует, что соединение электродов установлено правильно. 4. Эпидуральная (черепная винта) операция по имплантации электродов ПРИМЕЧАНИЕ: После 20 дней обработки окружающей средой животные будут подвергнуты хирургическому вмешательству в соответствии с процедурой, описанной ниже: Введите животному коктейль из кетамина/ксилазина (90/10 мг/кг внутривенно).ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы избежать обструкции дыхательных путей, подождите, пока крыса не перестанет двигаться, затем выньте ее из клетки и положите животное на ровную поверхность. Вводите нестероидное противовоспалительное средство (мелоксикам 1 мг/кг) и антибиотик (энрофлоксацин 2,5 мг/кг) в качестве упреждающей анальгезии. После того, как крыса полностью обезболивается, побрейте область головы крысы.ПРИМЕЧАНИЕ: Перед продолжением операции убедитесь, что животное полностью обезболито. Аккуратно защипните одну из ножек или хвост. Если животное реагирует на раздражитель, подождите еще несколько минут и снова ущипните его. Если животное не реагирует на щепотку, переходите к следующему шагу. При наличии необходимого оборудования настоятельно рекомендуется использовать газовую анестезию (например, изофлуран), так как ее легче титровать в целях безопасности. Поместите животное на стереотаксический аппарат, сначала зафиксировав оба уха ушными планками (будьте осторожны, чтобы не повредить внутреннее ухо животного). Наконец, поместите передние зубы на прикусную планку и закрепите носовую планку.ПРИМЕЧАНИЕ: Обеспечьте животное грелкой на время всей операции, так как анестезия, используемая в этой процедуре, обычно вызывает переохлаждение и проблемы с дыханием. Очистите верхнюю часть головы с помощью трех чередующихся раундов скраба на основе хлоргексидина или йода, а затем смывайте солевым раствором или спиртом. Вводят лидокаин подкожно (20 мг/мл) под кожу области головы (0,5 мл). Закапывайте каплю офтальмологического раствора или физиологического раствора в глаза каждого животного каждые 5-10 минут, чтобы они не высохли. Используя скальпель, сделайте разрез примерно на 2 см от переднего до заднего направления, чтобы правильно обнажить верхнюю часть черепа. Втяните кожу с помощью бульдожьих зажимов и соскребите ткань, покрывающую череп. Определите и запишите полученные координаты брегмы. Начиная с Bregma, используя стереотаксический Paxinos и Watson Atlas30, найдите и отметьте положение каждой из семи точек (координат), в которых будут закреплены электроды.ПРИМЕЧАНИЕ: В этом эксперименте винты F3, F4 (+2,0 мм от Bregma, 2,25 мм сбоку от средней линии); винты C3, C4 (−3,0 мм от Bregma, 2,75 мм сбоку от средней линии); и были установлены винты P3, P4 (−7,0 мм от Bregma, 2,75 мм сбоку от средней линии). Седьмой винт был расположен позади носовой кости (NZ) в качестве основного ориентира (см. рис. 2). Используя сверлильный инструмент с регулируемой скоростью, сделайте отверстие с наконечником размером 2 (длина 44,5 мм) на каждой из отметин, будьте осторожны, чтобы не проникнуть в череп полностью. Вставьте электрод в отверстие и осторожно вкрутите его в череп. Повторяйте шаги 4.10 и 4.11 до тех пор, пока все семь винтов не будут закреплены соответствующим образом. Зафиксируйте все 7 шурупов первым слоем стоматологического цемента. Вставьте каждый электрод в разъем. Покройте провода целиком вторым слоем стоматологического цемента (он не даст животному отдернуть шурупы) и нижней частью разъема. При необходимости покройте третьим слоем стоматологического цемента, оставив разъем ЭЭГ чистым для правильного подключения, чтобы устройство ЭЭГ можно было правильно подключить (см. рисунок 3).ПРИМЕЧАНИЕ: После установки каждой пары двусторонних винтов их можно закрепить зубным цементом (необязательный шаг). Оставьте крысу в послеоперационном уходе на ночь. Понаблюдайте за животным и обеспечьте животное грелкой в течение 1-2 ч после операции, так как анестезия, используемая в этой процедуре, обычно вызывает переохлаждение и проблемы с дыханием. Вводите 50 мл / кг / 24 часа (поддерживающая доза) физиологического раствора подкожно, чтобы предотвратить обезвоживание. Вводят нестероидное противовоспалительное средство (мелоксикам 2 мг/кг,/к) и антибиотик (энрофлоксацин 5 мг/кг, перорально) после операции и в течение следующих 24 часов. После операции держите крыс в одиночных клетках для полного выздоровления в течение семи дней перед проведением поведенческих тестов. Аккуратно манипулируйте животным периодически (не реже одного раза в день), чтобы уменьшить стресс в будущих манипуляциях. Удерживая крысу одной рукой, пальцем осторожно надавливают на спину животного, скользя пальцами по шерсти. Проверьте рану головы, состояние здоровья, поведение в целом и массу тела в течение одной недели после операции.ПРИМЕЧАНИЕ: Если у животного обнаружены какие-либо отклонения или признаки заболевания / стресса, сообщите об этом ответственному ветеринарному врачу. По истечении этого периода выполните тест на распознавание новых объектов и технику записи ЭЭГ. 5. Новый тест на распознавание объектов (NORT) ПРИМЕЧАНИЕ: Через семь дней после операции приступайте к поведенческим тестам. Все поведенческие процедуры в представленном эксперименте выполнялись в период от 14 ч 00 мин до 16 ч 00 мин, что соответствует световому циклу крысы. Наденьте на крысу жилет из мягкой ткани (к которому будет помещен прибор ЭЭГ во время поведенческого теста). Дайте привыкание в течение 2-3 дней перед проведением поведенческого теста. Разместите черную акриловую квадратную арену (500 x 500 x 500 мм) в комнате звукозаписи с тусклым освещением. Прикрепите два одинаковых новых предмета к центру пола арены с помощью двустороннего скотча (чтобы предотвратить его смещение животными). Объекты должны находиться на равном расстоянии друг от друга и от стен арены. Предварительно тщательно очищайте каждый предмет 50% этанолом, а также пол арены после каждого испытания (чтобы избежать обонятельных сигналов).ПРИМЕЧАНИЕ: Всегда переводите животных в комнаты содержания (из комнаты вивария в экспериментальную комнату) не менее чем за полчаса до начала каждого сеанса. После завершения сеанса записи оставьте животных в экспериментальной комнате еще на час. Это сделано для того, чтобы избежать стресса, который может повлиять на выполнение этого теста. Подключайте устройство ЭЭГ перед началом каждого теста. Аккуратно удерживайте животное и плотно вставьте кабель в разъем на голове животного с набором ЭЭГ, прикрепленным к спине животного (см. рисунок 4). Допускается только одна позиция.ПРИМЕЧАНИЕ: Мягкие предыдущие манипуляции с животным могут помочь уменьшить стресс у животных во время процедуры соединения. В противном случае возрастает риск повреждения устройства или животных. Полностью предварительно зарядите аккумулятор устройства с помощью USB-порта. Новые этапы тестов на распознавание объектовПривыкание: Прикасайтесь к животному с интервалом в 5 минут в течение двух дней подряд, а сразу после этого поместите животное на арену (без каких-либо предметов) и дайте ему свободно исследовать его в течение 10 минут.ПРИМЕЧАНИЕ: Перед выполнением каких-либо сеансов тестирования на приобретение и запоминание крыс осторожно обрабатывали и подключали к соответствующему устройству ЭЭГ, которое было должным образом закреплено перед началом теста. Сеанс приобретения: Поместите животное на арену лицом к одной из стен, противоположных объектам. Позвольте животным свободно исследовать их в течение 10 минут. Перейдите к шагу 6.13 для тестовой записи с помощью программного обеспечения для отслеживания поведения.ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что устройство ЭЭГ правильно удерживает жилет, прикрепленный к спине крысы (чтобы обеспечить правильное отслеживание животного). Для дополнительного армирования используют малярный скотч. Тест кратковременной памяти (SMT): замените один из объектов на любой другой, совершенно другой по форме, цвету и текстуре. Поместите животное через 2 часа после сеанса захвата на арену лицом к одной из стен, противоположных объектам. Дайте животному свободно исследовать его в течение 10 минут. Перейдите к шагу 6.13 для тестовой записи с помощью программного обеспечения для отслеживания поведения. Тест долговременной памяти (LMT): Замените используемый объект любым другим, полностью отличающимся по форме, цвету и текстуре от теста кратковременной памяти. Поместите животное через 24 часа после сеанса захвата на арену лицом к одной из стен, противоположных объектам. Позвольте животному свободно исследовать в течение 10 минут Перейдите к шагу 6.13 для записи теста с использованием программного обеспечения для отслеживания поведения. 6. Настройка программного обеспечения для отслеживания поведения Откройте программное обеспечение для отслеживания поведения. Войдите в учетную запись, используя имя пользователя и пароль учреждения. Откройте кран «Новый пустой эксперимент» и выберите имя протокола (например, «NORT»). Выберите «Режим видеослежения».ПРИМЕЧАНИЕ: В этом эксперименте камера настроена на потоковую передачу видео в реальном времени. Однако есть дополнительная опция для выбора предварительно записанных видео. Перейдите в раздел «Аппараты». Определите площадь арены, отрегулировав оранжевый прямоугольник в соответствии с границами проецируемой арены. Определите область объекта, подгоняя оранжевые круги на границе объектов внутри арены, проецируемые с камеры на экран. Установите масштаб движущейся линии линейки в положение вдоль известной длины изображения (арены). Введите длину объекта в миллиметрах в опции «Длина линии линейки» на панели настроек. В этом случае арена имеет размеры 500 х 500 мм. Перейдите в раздел «Отслеживание и поведение». Перейдите к разделу «Зоны». Нажмите на меню «Добавить элемент» и выберите «Новая зона». Выберите область арены и назовите новую зону (например, «Поле»). Повторите предыдущий шаг с областью объектов и назовите новую зону (например, «Объекты»). Перейдите в раздел «Цвет животных» и выберите опцию «Животные светлее, чем фон аппарата».ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого эксперимента использовались белые (Wistar) крысы. Тем не менее, программное обеспечение имеет дополнительные опции для исследователей, которые используют черных и пятнистых крыс. Обе породы животных могут быть использованы в одном эксперименте. Перейдите в раздел «Отслеживание головы и хвоста животного» и выберите «Да, я хочу, чтобы голова и хвост животного отслеживались». Перейти в раздел “Тестирование” | «Этапы» и в меню «Добавить элемент» выберите пункт «Новый этап». Назовите новый этап «Приобретение». Определите продолжительность этапа (например, 600 с). Повторите предыдущий шаг этапов «Тест кратковременной памяти» и «Тест долговременной памяти».ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе все этапы имеют одинаковую продолжительность (10 минут). Перейдите в раздел «Процедуры». Определите события, которые будут отслеживаться для каждого этапа (приобретение, тест кратковременной памяти и тест долговременной памяти). Начните испытание (с каждого животного). Перейдите в раздел «Тесты» (в верхней строке меню) и выберите «Добавить тест (+)». Присвойте животному, подлежащему испытанию, номер (например, «1»). Выберите «Запись» и назовите животных и сессию (например, «M1 Acq»). Перед тем, как поместить животное на арену, нажмите один раз на кнопку “Играть”. Отобразится сообщение «ожидание запуска». Поместив животное на арену, нажмите второй раз на кнопку “Играть”. Тест начнется и завершится автоматически. Повторите шаги 6.13-6.16 для теста кратковременной памяти (через 2 часа после сеанса сбора) и теста долговременной памяти (через 24 часа после сеанса сбора). 7. Настройка беспроводного электрофизиологического устройства Подключите модем к хосту ПК и включите его. Выключите любое другое сетевое устройство на ПК. Желательно отключить любую другую беспроводную связь в регистрационной комнате, такую как Bluetooth, сотовые телефоны, другие модемы или даже беспроводные телефоны. Прикрепите усилитель к спине крысы, как указано в шаге 5.5. Включите устройство ЭЭГ, подключив аккумулятор.ПРИМЕЧАНИЕ: Через 2 секунды после подключения устройства на усилителе ЭЭГ начнет мигать красный светодиод, указывающий на то, что связь с модемом активна, а затем загорится зеленый светодиод. Если связь прошла успешно, светодиоды на модеме начнут непрерывно мигать. Теперь усилитель готов к отправке информации на модем. Запустите программное обеспечение ЭЭГ и настройте его в соответствии с инструкциями производителя для интеграции в беспроводное устройство сбора данных ЭЭГ. Нажмите кнопку «Запустить дисплей». Программное обеспечение ЭЭГ отобразит фактическое получение сигнала.ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте «Диспетчер задач Windows», чтобы назначить режим приоритета «В реальном времени», чтобы избежать пропущенной информации во время экспериментов. 8. Запись сигнала электроэнцефалографии (ЭЭГ) Убедившись, что программное обеспечение ЭЭГ собирает данные, запустите программное обеспечение для отслеживания поведения и установите экспериментальный протокол, чтобы убедиться, что животное находится в зоне наблюдения и настройка работает правильно. На этом этапе запустите программную запись ЭЭГ, нажав кнопку «Начать запись». Убедившись, что сигнал сбора работает, начните эксперименты в BTS. После окончания эксперимента вернитесь к программному обеспечению ЭЭГ и остановите процесс записи. Запись будет сохранена с использованием имени по умолчанию, состоящего из даты записи, в следующем формате: «yyyy-mmdd-hhmm_SubjectID_Ephys.plx». По умолчанию все записи сохраняются в папке программного обеспечения ЭЭГ (NeurophysData). Убедитесь, что оба файла данных были созданы. Запишите журнал эксперимента или измените имя, чтобы избежать путаницы. 9. Поведенческая задача и синхронизация сигнала ЭЭГ Откройте MATLAB и выполните команду: convert_plx2mat. Такая функция откроет окно браузера. Функции преобразования предоставляются производителем и должны быть добавлены в путь MATLAB. Выберите *.plx для преобразования и нажмите «Enter» в командной строке MATLAB, чтобы преобразовать его в параметры по умолчанию. Откройте файл экспериментов BTS и перейдите в «Протокол». Кликните по опции «Результаты, отчеты и данные», выделите все события обоих объектов и нажмите на кнопку «Выбрать формат времени для отчета», выберите третий вариант: «Показывать время событий в реальном времени в ЧЧ:ММ:СС.sss — например 13:20:14.791». Теперь перейдите в «Файл» и нажмите «Экспорт» и «Экспортировать эксперимент в формате XML», установите флажок «Дата и время теста», наконец, нажмите «Создать XML». Перейдите в раздел «Экспорт тестовых данных» и нажмите «Сохранить данные». Будет создан файл .csv с указанием времени событий. Повторите шаги с 9.1 по 9.5 для каждого файла. В нашем случае это были три эксперимента: ACQ, STM и LTM. После преобразования файлов ЭЭГ и поведения соберите их в одну папку. Папка должна содержать шесть файлов, три файла .mat и три .csv соответственно. В нашем случае файлы назывались: PID_01_ACQ_N.mat, PID_02_STM_N.mat, PID_03_LTM_N.mat, PID_01_ACQ_M.csv, PID_02_STM_M.csv и PID_03_LTM_M.csv. ID относится к идентификационному номеру животного. Откройте функцию «procesa_sujeto.m» с помощью MATLAB и настройте вторую строку на идентификатор животного. Теперь переместите MATLAB в такую папку и выполните: “procesa_sujeto” для создания фигур альфа- и бета-диапазона относительной к мощности, связанной с распознаванием объектов на сценах ACQ, STM и LTM.ПРИМЕЧАНИЕ: “procesa_sujeto” – это функция, которая выполняет/запускает несколько анализов обработки сигналов. Эти анализы кратко изложены ниже на этапах 9.10-9.15. Фильтруйте каждый сигнал ЭЭГ с помощью полосового фильтра Баттерворта 4-го порядка с частотой [5-40] Гц, используя фазовую коррекцию. Визуально осмотрите сигналы перед следующим анализом, и те каналы с артефактами, полученными из-за неправильного размещения электродов или неправильной настройки движениями животных, были исключены из дальнейшего анализа. Опорные сигналы к общему среднему значению для устранения артефактов движения. Сегментные сигналы ЭЭГ образуют эпохи длиной 4 с, синхронизированные временными метками, полученными из BTS. Целевыми мероприятиями являлось исследование объекта, отмеченного расстоянием животного до границы объектов. Эти события отмечены на временных метках BTS и использовались в качестве идентификаторов, фиксирующих положение окон. Таким образом, эпохи ЭЭГ разграничены на 1 с до начала исследования на 3 с после. На данный момент проверка продолжительности разведки не использовалась, но она будет рассмотрена для будущих исследований. Оцените спектральную плотность мощности в эти эпохи с помощью метода периодограммы Уэлча, используя длину окна 1 с, перекрытие 90%, окно Ханнинга до оценки преобразования Фурье, с этими параметрами было достигнуто разрешение 1 Гц. Оцените спектральную мощность на каждом диапазоне, оценив площадь под периодограммой, и представленные значения соответствуют относительной энергии, это означает, что энергия каждого диапазона ЭЭГ была разделена на полную энергию эпохи. Эта процедура также уменьшает ошибочные оценки из-за артефактов на сигналах ЭЭГ.

Representative Results

Описанные выше методы применялись для одновременной регистрации ЭЭГ и активности крыс после обогащения окружающей среды. Трехмесячные самцы крыс Вистар находились под среднесрочным протоколом лечения обогащением окружающей среды в течение 20 дней, и им была проведена операция по фиксации шести винтовых электродов черепа, спаренных на лобной, центральной и теменной областях, связанных с седьмым электродом, расположенным в Новой Зеландии. Животные содержались в естественных условиях темного света, с свободным доступом к пище и воде. В этой работе показана интеграция между системой ЭЭГ и программным обеспечением для отслеживания поведения для одновременной записи в реальном времени. Мы использовали только животных, прошедших лечение по протоколу ЭЭ, так как мы не претендуем на сравнение эффективности лечения, а лишь демонстрируем преимущества оборудования. В качестве доказательства того, что используемый 20-дневный протокол содержания для обогащения окружающей среды стимулирует взрослый нейрогенез, мы представляем данные о количестве клеток BrdU у животных с ЭЭ и животных, содержащихся в стандартных условиях, из неопубликованных данных из нашей лаборатории. Использовались трехмесячные самцы крыс Вистар. Им трижды вводили BrdU с интервалом в 12 часов. Животных обезболивали (пентобарбитал (50 мг/кг внутривенно) и усыпляли транскардиальной перфузией (см. рис. 5). Чтобы убедиться, что жилет, прикрепленный к устройству ЭЭГ, не ограничивает движения животных, мы провели тест в открытом поле (OFT) на две группы, одна группа перенесла операцию во время ношения оборудования (жилет и усилитель ЭЭГ), а другая группа животных осталась неповрежденной без ношения оборудования. Мы не обнаружили существенных различий в расстоянии, пройденном животными за 10 минут тестирования (см. рис. 5). Типичный протокол NORT состоит из представления двух объектов и замены одного из них новым объектом. Программное обеспечение для отслеживания поведения отслеживало время разведки. Программное обеспечение для отслеживания поведения записывало группу животных, чтобы оценить их ключевые параметры производительности. Поэтому для оценки эффективности геологоразведочных работ мы использовали три параметра. Коэффициент предпочтения был рассчитан с использованием времени нахождения головы животных в зоне объекта, которое сообщает об общем количестве времени, которое голова животного провела в каждом объекте. Кроме того, мы рассчитали коэффициент предпочтений для времени, затраченного на перемещение к объектам, который показывает общее количество времени, затраченного на каждое животное, которое двигалось к каждой объектной зоне. Дополнительно подсчитывалось время, затраченное на посещение каждого объекта. На рисунке 6 показаны трехпараметрические результаты, упомянутые выше. В испытании по приобретению не было различий между объектами по трем оцениваемым параметрам: время нахождения в зоне объекта для трех испытаний, время движения к объектам для трех испытаний и время на посещение в каждом объекте. В исследовании STM различий не было. Между тем, в испытании LTM было замечено значительно более высокое соотношение предпочтений разведки для нового объекта. Кроме того, в испытании LTM также можно было увидеть предпочтение новому объекту по времени, затрачиваемому на посещение (панель C). На видео 1 показан репрезентативный пример крысы, записанной в эксперименте, а на видео 2 показан репрезентативный пример одновременной записи ЭЭГ и поведения. Можно было сопоставить отслеживаемые временные события с помощью поведенческого отслеживания и записи программного обеспечения ЭЭГ с использованием часов компьютера. На рисунках 7 и 8 показаны изменения относительной мощности ЭЭГ в альфа- и бета-диапазонах. Они связаны с двигательным контролем, концентрацией и памятью, предполагая, что исследование связано только с этими функциями. Результаты животного 3 показывают, что альфа-мощность имеет тенденцию к снижению на STM относительно ACQ и LTM, что предполагает десинхронизацию, связанную с исследованием или извлечением памяти. Количество распознаваний объектов (обработанных эпох) было низким. К этому моменту невозможно определить, подтвердит ли статистический тест, реальна ли такая разница, или артефакт способен создать такие экспериментальные условия. Тем не менее, сегментация, маркировка и анализ эпох стали возможными благодаря временной шкале одновременных событий маркировки у животных и результатов ЭЭГ, полученных для будущих исследовательских проектов. Объединение этих систем предотвращает неправомерную идентификацию событий с помощью ручного процесса маркировки, что стало серьезной проблемой в целях экспериментов на животных. Комбинация BTS и электрофизиологической (EP) активности может быть точно связана с поведением животных; Тем не менее, экспериментальные условия требуют использования передовых методов обработки сигналов для устранения артефактов движения и эффективного улучшения экспериментальной установки. Рисунок 1: Примеры условий обогащенной среды (ЭЭ) клетки. Жилье было обеспечено игрушками и трубками, в которых животные находят новое и сложное, но не имеющее биологического значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2: Положение эпидуральных электродов в черепе крысы. Винты одновременно использовались в качестве якоря для гарнитуры и в качестве электродов. F = фронтальный; С = лобно-теменные; P = теменный; 3 = слева; 4 = справа; NZ = в качестве наземного ориентира. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 3: Репрезентативные изображения операции по имплантации эпидуральных электродов (черепных винтов). Изображение, показывающее имплантированные винты внутричерепных электродов у крыс на разных этапах операции. Убедитесь, что при выполнении этой процедуры соблюдаются асептические методы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 4: Репрезентативные изображения крысы вместе с экспериментальной установкой. Крысу заставили носить жилет, прикрепленный к устройству ЭЭГ со встроенной батареей, внутри арены, используемой для протокола NORT. На изображении показана гарнитура и разъем кабеля, установленный на голове крысы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 5: Доказательства двигательной способности и стимуляции нейрогенеза у взрослых по протоколу EE. (A) Репрезентативные изображения активности животных в течение 10 минут в открытом полевых тесте (OFT) и среднее расстояние, которое прошли животные с оборудованием / хирургией, и животные без оборудования / без хирургического вмешательства. (Б-Е) Репрезентативная секция DG с мечеными ячейками BrdU (интенсивно темная) для EE и стандартных групп корпусов. Панели B и D показывают низкое увеличение DG, а панели C и E показывают площадь коробки при большем увеличении. Панели B и C представляют собой ткань из группы корпусов EE, панели D и E – из стандартной группы корпусов. Врезка иллюстрирует среднее количество меченых ячеек в обеих группах. ML – молекулярный слой; GCL – зернистый клеточный слой; СГЗ – субгранулярная зона; стрелки – ячейки BrdU+. Графики показывают среднее значение ± SEM. Для сравнения групп использовался тест Т-студента. * стр≤0,05. Не было обнаружено существенных различий между группами в тесте в открытом поле. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 6: Эффективность геологоразведочных работ при оценке NORT. (А) Время нахождения в объектной зоне для трех испытаний. (B) Время, движущееся к объектам для трех испытаний. (C) Время на посещение каждого объекта. Графики показывают среднее значение ± SEM. Во всех параметрах использовались двусторонние повторные измерения ANOVA с тестом множественных сравнений Сидака. *≤0,05, **≤0,01 между объектами в соответствующем испытании. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 7: Изменения мощности альфа-диапазона ЭЭГ, связанные с исследованием. На этом рисунке показаны изменения относительной альфа-мощности от половины секунды до 2,5 после того, как животное начинает исследовать объекты. Шесть графиков соответствовали лобному, центральному и теменному электродам (сверху вниз), а также левой и правой сторонам. Блочные диаграммы показывают распределение таких временных рядов для каждой комбинации условий объекта: «Знакомый» и «Новый», и стадии: «ACQ», «STM» и «LTM». Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 8: Изменения мощности бета-диапазона ЭЭГ, связанные с исследованием. На этом рисунке показаны изменения относительной бета-мощности, от половины секунды до 2,5 после того, как животное начинает исследовать объекты. Шесть графиков соответствовали лобному, центральному и теменному электродам (сверху вниз), а также левой и правой сторонам. Блочные диаграммы показывают распределение таких временных рядов для каждой комбинации условий объекта: «Знакомый» и «Новый», и стадии: «ACQ», «STM» и «LTM». Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Видео 1: Репрезентативное видео, показывающее крысу, записанную в эксперименте. Крыса находилась внутри арены, используемой для протокола NORT. Крыса была одета в жилет, прикрепленный к устройству ЭЭГ со встроенной батареей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео. Видео 2: Репрезентативное видео, показывающее одновременную запись ЭЭГ и поведения. Сигнал ЭЭГ отображался с левой стороны, а поведенческий тест (NORT) отображался с правой стороны видео. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.

Discussion

Поведенческие и электроэнцефалографические исследования сложны и сложны по своей природе. Таким образом, комбинация обоих методов представляет собой важные критические шаги. Таким образом, оба параллельных метода широко не используются. В реальной практике каждая группа по всему миру проводит поведенческие тесты с особыми условиями, такими как животные, анализируемые параметры или методы лечения. Вышеизложенное порождает значительные противоречия в этой области и необходимость разработки стандартных процедур, доступных каждому. Здесь мы подготовили эту подробную процедуру со всеми критическими шагами и методологическими соображениями, которые обычно не описываются или не упоминаются в большинстве опубликованных статей. Они обсуждаются ниже.

Производство необходимых материалов является фундаментальным шагом в успехе этой техники. В связи с этим электрод необходимо построить с нуля с использованием винтов из нержавеющей стали, медных кабелей и серебряного сварочного аппарата. Эти материалы трудно сварить вместе постоянно, таким образом, что проводимость и прочность каждого электрода должны быть проверены перед использованием. Возможно использование другого типа проволоки для сборки электродов; Тем не менее, медь достаточно гибкая, чтобы манипулировать электродом, чтобы вставить его в разъем усилителя. В связи с этим желательно использование коммерческих электродов, но их приобретение может быть сложным и дорогостоящим. Операция является одним из наиболее важных шагов в этом протоколе. Настоятельно рекомендуется и даже необходимо иметь опытного хирурга, особенно для имплантации электродов. Поскольку операция часто требует увеличения времени анестезии, а иногда и сварки во время операции, каждая лаборатория должна провести необходимые тесты с соответствующей анестезией (можно использовать разные коктейли) для каждого штамма грызунов, особенно в условиях вивария, различий между пометами и даже индивидуальных различий между животными. Правильное планирование и учет могут предотвратить потерю животных во время операций. Имплантация электродов является еще одним важным шагом. Это требует большой осторожности, чтобы избежать удара кулаком черепа и повреждения мозговых оболочек или мозговой ткани. Винты должны быть размещены правильно, то есть полностью зафиксированы в черепе, иначе на сигналах будут представлены шумы и артефакты, подобные тем, которые связаны с паршивым колокейшном или движением, которое не использует запись ЭЭГ. Пред- и послеоперационное лечение и условия всегда должны проводиться и соблюдаться, чтобы избежать страданий грызунов. Подкожный лидокаин можно использовать на коже головы перед разрезом скальпелем. Капля физраствора в глаза животного поможет предотвратить сухость. Кроме того, физиологический раствор необходимо вводить в рот, а после операции необходимо вводить 1 мл подкожно или внутрибрюшинно, чтобы компенсировать баланс жидкости животного и предотвратить обезвоживание. Сразу после операции противовоспалительные препараты (для уменьшения боли), а также антибиотики с помощью подкожных или местных антибиотиков необходимо вводить непосредственно на периферию кожи головы, где находится зубной цементный колпачок (чтобы уменьшить вероятность инфекции). Повторите описанную выше процедуру через 24 часа после операции. Расположение усилителя ЭЭГ на спине животного является основной сложностью для одновременной записи. Дизайн и изготовление жилета основаны на размерах животных. Жилет должен обеспечивать естественное движение грызуна (см. рисунок 5). Это последнее гарантирует главное преимущество техники, которое заключается в записи свободных движений. Поскольку животные не пытались снять жилет, головной разъем или кабели после операции и в последующие дни, предполагалось, что установка не вызывала значительного ограничения движений или вызывала боль или дискомфорт. Для корректной сегментации ЭЭГ в эпохи на основе событий, отмеченных BTS, обязательно пропишите четко определенный протокол. Временные метки могут быть объединены с помощью манипуляций с временными рядами, потому что обе системы используют одни и те же часы для настройки своих временных меток. Вышеизложенное расширяет возможности для экспериментов на животных, включая электрофизиологические данные для анализа.

Представленная здесь методика может быть использована в любой области исследований в области нейробиологии и с наиболее распространенными видами мышей и даже другими видами. Универсальность программного обеспечения для отслеживания поведения является одним из наиболее значительных преимуществ, поскольку его можно использовать в большой универсальности лабиринтов, таких как водный лабиринт Морриса, открытое поле, распознавание новых объектов, условное предпочтение места, доска для отверстий, приподнятый плюс лабиринт, Y-образный лабиринт, лабиринт радиальной руки, лабиринт Барнса и другие. Его можно использовать до 16 камер одновременно. Кроме того, можно сообщить о сотнях различных мер (более подробную информацию см. в руководствах31,32). Учтите, что в этой работе описываются эксперименты с записями ЭЭГ, возможны некоторые другие методы, такие как потенциалы локальных полей или однократная запись. Тем не менее, пользователи должны учитывать, что общая настройка и несколько подготовительных шагов должны быть изменены для других целей. Таким образом, когда этот метод используется вместе с записью ЭЭГ Wi-Fi, возможности расширяются, потому что он добавляет новые перспективы к исследованиям на животных, таким как те, которые проводились на людях, для оценки нескольких характеристик интеграции и динамики ЭЭГ, таких как связь, мощность диапазона ЭЭГ или вызванные ответы. В отличие от людей, эксперименты на животных возможны для оценки введения лекарств, модификаций генов или экспрессии, среди многих других экспериментальных парадигм. Для анализа ЭЭГ учтите, что некоторые протоколы имеют очень низкое количество повторений желаемого поведения, что ограничивает возможность усреднения ответов и получения надежных результатов. Поэтому будьте осторожны при разработке протоколов записи и анализа, которые, как считается, будут выполняться до начала эксперимента. Тем не менее, следует учитывать, что работа в экспериментах на животных невозможна для предотвращения движения, что увеличивает сложность экспериментального протокола и соображений для анализа сигналов и поведенческих задач. В настоящее время оборудование для полных систем слежения и записей ЭЭГ не является стандартизированным или модульным, что означает, что их настройка предназначена для единого протокола и адаптации для изучения других поведенческих задач, подразумевая/предполагая более высокие затраты для большого количества лабораторий. Эту ситуацию можно решить, следуя вариантам, описанным в этом исследовании. Тем не менее, несколько улучшений могут быть реализованы для более надежных экспериментов. Работа может быть улучшена на нескольких этапах, начиная от изготовления электродов и заканчивая поведенческой обработкой и обработкой сигналов. Тем не менее, продемонстрировано, что отслеживание животных и получение ЭЭГ возможны с использованием доступной высокотехнологичной, но недорогой установки.

Таким образом, настоящая работа является попыткой помочь ученым, особенно в области нейробиологии, иметь возможность использовать эти два метода, которые обычно не используются в комбинации. Метод одновременной записи ЭЭГ и поведенческого тестирования с использованием программного обеспечения для отслеживания поведения имеет много преимуществ, и он может быть особенно полезен во многих областях неврологии, особенно в области обучения и памяти. Учитывая, что у этого оборудования есть и другие возможности, такие как глубокая запись подкорковых структур, таких как гиппокамп, но, как уже упоминалось, несколько подготовительных этапов изменятся. Беспроводное оборудование решает почти все ограничения традиционного проводного подхода, такие как проблемы с мобильностью животных из одной клетки в другую, затрудненные или запутанные животные с кабелями. Этот метод настройки удобен для пользователя, как описано выше, и почти необученная или неспециализированная группа экспертов или отдельных лиц может использовать это программное обеспечение. Цена на оборудование ЭЭГ ниже, чем на обычный усилитель ЭЭГ. Программное обеспечение для отслеживания поведения также является одним из самых доступных программ для видеоотслеживания на рынке. Для этого программного обеспечения требуются годовые лицензии. Оборудование может использоваться более чем в одной экспериментальной установке, на разных животных и по типу универсальности. Мы надеемся, что эти усилия помогут научному сообществу и обеспечат легкий доступ к одновременному изучению поведения и электроэнцефалографии.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотели бы поблагодарить г-на Мигеля Бургоса и г-на Густаво Лаго за оказание технической помощи. Мы благодарны компании Stoelting Co. за покрытие расходов на производство видео, Jinga-hi, Inc. за оказание технической помощи и Отделу исследований и посградо Ибероамериканского университета Сьюдад-де-Мехико за выделение средств на эту работу.

Materials

#2 Variable speed rotary tool tip Reorder #310048, Lenght 44.5mm SS White For making the holes where the screws will be inserted
#4 Scalpel and blade
50 X 50 X 50 cm Open Field Black Mate Arena
8 pin Receptacle Housing Female Amphenol FCI 10147606-00008LF
8 pin Receptacle Housing Male Amphenol FCI 10147603-00008LF
Acrylic Resin MDC Dental NicTone For fixating the screws to the skull
ANY-maze video tracking software Stoelting, Co. version 6.1 http://www.anymaze.co.uk/)
benzalkonium chloride antiseptic solution Benzal Benzal
Bulldog clamps Cientifica VelaQuin For retracting the skin
Camera Logitech c920
Copper wire
Crimp contact Amphenol FCI 10147604-01LF
DELL PC DELL
Electrode
JAGA16 Jinga-Hi, Inc. JAGA16
Ketamine PiSA Agropecuaria ANESKET For anesthesia
MATLAB R2020a MathWorks Script was develop ped in collaboration with Jinga-Hi, Inc.
Monomer MDC Dental NicTone For fixating the screws to the skull
Neurophys software Jinga-Hi, Inc./ Neurosys, LLC Neurosys 3.0.0.7
Screwdrive For inserting the screws into the skull
Screws
Screws equiped with electrode
Stereotaxic instrument KOPF For the surgery
Variable speed rotary tool Dremel 3000 Dremel For making the holes where the screws will be inserted
Voltmeter PROAM MUL-040 For confirming that the electrode conducts electricity
Xilazine PiSA Agropecuaria PROCIN For anesthesia
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hånell, A., Marklund, N. Structured evaluation of rodent behavioral tests used in drug discovery research. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 1-13 (2014).
  2. Buenrostro-Jáuregui, M., et al. SEXRAT MALE: A smartphone and tablet application to annotate and process live sexual behavior in male rodents. Journal of Neuroscience Methods. 320, 9-15 (2019).
  3. Jun, J. J., Longtin, A., Maler, L. Long-term behavioral tracking of freely swimming weakly electric fish. Journal of Visualized Experiments. (85), e50962 (2014).
  4. Shoji, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. Contextual and cued fear conditioning test using a video analyzing system in mice. Journal of Visualized Experiments. (85), e50871 (2014).
  5. Zheng, W., Ycu, E. A. A fully automated and highly versatile system for testing multi-cognitive functions and recording neuronal activities in rodents. Journal of Visualized Experiments. (63), e3685 (2012).
  6. Melo-Thomas, L., et al. A wireless, bidirectional interface for in Vivo recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats. Journal of Visualized Experiments. (129), e56299 (2017).
  7. Noldus, L. P. J. J., Spink, A. J., Tegelenbosch, R. A. J. Ethovision Video Tracking System. Behavior Research Methods, Instruments, and Computers. 33 (3), 398-414 (2001).
  8. Datta, S. R., Anderson, D. J., Branson, K., Perona, P., Leifer, A. Computational Neuroethology: A Call to Action. Neuron. 104 (1), 11-24 (2019).
  9. Medlej, Y., et al. Enhanced setup for wired continuous long-term EEG monitoring in juvenile and adult rats: application for epilepsy and other disorders. BMC Neuroscience. 20, 8 (2019).
  10. Weiergräber, M., Henry, M., Hescheler, J., Smyth, N., Schneider, T. Electrocorticographic and deep intracerebral EEG recording in mice using a telemetry system. Brain Research Protocols. 14 (3), 154-164 (2005).
  11. Etholm, L., Arabadzisz, D., Lipp, H. P., Heggelund, P. Seizure logging: A new approach to synchronized cable-free EEG and video recordings of seizure activity in mice. Journal of Neuroscience Methods. 192 (2), 254-260 (2010).
  12. . JAGA16 Wireless Electrophysiology Recording Device Available from: https://www.jinga-hi.com/hardware-jaga16 (2020)
  13. Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
  14. Bruel-Jungerman, E., Laroche, S., Rampon, C. New neurons in the dentate gyrus are involved in the expression of enhanced long-term memory following environmental enrichment. European Journal of Neuroscience. 21 (2), 513-521 (2005).
  15. Leal-Galicia, P., Romo-Parra, H., Rodríguez-Serrano, L. M., Buenrostro-Jáuregui, M. Regulation of adult hippocampal neurogenesis exerted by sexual, cognitive and physical activity: An update. Journal of Chemical Neuroanatomy. 101, 101667 (2019).
  16. Trinchero, M. F., Herrero, M., Monzón-Salinas, M. C., Schinder, A. F. Experience-Dependent Structural Plasticity of Adult-Born Neurons in the Aging Hippocampus. Frontiers in Neuroscience. 13, 739 (2019).
  17. Shors, T. J., et al. Erratum: Neurogenesis in the adult is involved in the formation of trace memories (Nature (2001) 410 (372-376)). Nature. 414 (6866), 938 (2001).
  18. Song, H., et al. New neurons in the adult mammalian brain: Synaptogenesis and functional integration. Journal of Neuroscience. 25 (45), 10366-10368 (2005).
  19. Zhao, C., Teng, E. M., Summers, R. G., Ming, G. L., Gage, F. H. Distinct morphological stages of dentate granule neuron maturation in the adult mouse hippocampus. Journal of Neuroscience. 26 (1), 3-11 (2006).
  20. Irvine, G. I., Logan, B., Ecket, M., Abraham, W. C. Enriched environment exposure regulates excitability, synaptic transmission, and LTP in the dentate gyrus of freely moving rats. Hippocampus. 16 (2), 149-160 (2006).
  21. Tashiro, A., Makino, H., Gage, F. H. Experience-specific functional modification of the dentate gyrus through adult neurogenesis: A critical period during an immature stage. Journal of Neuroscience. 27 (12), 3252-3259 (2007).
  22. Moreno-Jiménez, E. P., et al. Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer’s disease. Nature Medicine. 25 (4), 554-560 (2019).
  23. Cohen, S. J., Stackman, R. W. Assessing rodent hippocampal involvement in the novel object recognition task. A review. Behavioural Brain Research. 285, 105-117 (2015).
  24. Fagan, J. Memory in the infant. Journal of Experimental Child Psychology. 9 (2), 217-226 (1970).
  25. Baxter, M. G., et al. I’ve seen it all before” Explaining age-related impairments in object recognition. Theoretical comment on Burke et al. Behavioral Neuroscience. 124 (5), 706-709 (2010).
  26. Antunes, M., Biala, G. The novel object recognition memory: Neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing. 13 (2), 93-110 (2012).
  27. Ennaceur, A., Delacour, J. A new one-trial test for neurobiological studies of memory in rats. 1: Behavioral data. Behavioural Brain Research. 31 (1), 47-59 (1988).
  28. Winters, B. D., Forwood, S. E., Cowell, R. A., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Double dissociation between the effects of peri-postrhinal cortex and hippocampal lesions on tests of object recognition and spatial memory: Heterogeneity of function within the temporal lobe. Journal of Neuroscience. 24 (26), 5901-5908 (2004).
  29. Forwood, S. E., Winters, B. D., Bussey, T. J. Hippocampal lesions that abolish spatial maze performance spare object recognition memory at delays of up 48 hours. Hippocampus. 15 (3), 347-355 (2005).
  30. Paxinos, G., Watson, C. . The rat brain in stereotaxic coordinates. , (1997).
  31. . Getting started with ANY-maze Setting up and starting work with ANY-maze Available from: https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf (2006)
  32. . A detailed description of the ANY-maze measures Available from: https://www.braintreesci.com/images/ANYMaze.pdf (2010)

Tags

Wireless ElectrophysiologyMemory Behavioral TestHippocampal NeurogenesisSimultaneous Behavioral Video TrackingWireless EEG RecordingElectrophysiology Device SetupEEG Software IntegrationBehavioral Tracking Software SetupVideo Tracking ModeArena SettingsAnimal Color TrackingHead And Tail TrackingTesting And Stages

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Buenrostro-Jáuregui, M., Rodríguez-Serrano, L. M., Chávez-Hernández, M. E., Tapia-de-Jesús, A., Mata-Luevanos, J., Mata, F., Galicia-Castillo, O., Tirado-Martínez, D., Ortega-Martinez, S., Bojorges-Valdez, E. Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis. J. Vis. Exp. (162), e61494, doi:10.3791/61494 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image