マウス脳波で高度に組織化されたシータ振動の自動検出

脳内のシータ活動は覚醒、注意、随意運動、探索行動、注目の行動、学習および記憶、体性感覚の統合、および急速眼球運動^{（REM）1を}寝て^、2を含む様々な認知および機能状態、に関連しています。主に、リズミカルなエンティティとしてシータ活動は、様々な脳の領域で生成することができ、高度に組織化とシータ振動として同期されます。以下では、シータ活動/中隔海馬システム^3、4内で生成される振動の解析と定量化に焦点を当てます。セプタム内では、GABA作動性、グルタミン酸、およびコリン作動性ニューロンのプロジェクト海馬へとシータ振動挙動の開始および維持に貢献しています。海馬シータ振動はすなわち 、中隔に開始されたかどうかについて継続的な議論があり、 </em>海馬内の中隔ペースメーカー海馬フォロワーモデル、（extrahippocampal理論）または本質（海馬内理論^{）5、6、7。}

かかわらず、その起源の、海馬シータ振動は、特にトランスジェニックマウスモデルでは、年間の関心の焦点になっています。これらのモデルは、深いEEG電極の移植のために、特定の認知および行動のタスク⁸下の海馬シータ振動の記録を可能にします。海馬シータ振動は、本質的に不均一です。シータ振動のいわゆる二元的な理論に基づいて、一方がアトロピン感応型間IIシータおよびアトロピン非感受性型Iシータ^{9、10、11を}区別することができます。後者は、典型的には_、1 / MムスカリンMにより誘導することができます<sUB> 3受容体アゴニスト、 例えば、アレコリン、ピロカルピン、およびウレタン。しかし、ウレタンムスカリン活性化に加えて、他のイオンチャネルエンティティの複雑な効果を発揮する、多標的薬物です。 II型シータについては、ムスカリン性経路は、M ₁の活性化/ M ₃およびその後のG _qを_{/ 11（Gα）1/4β}ホスホリパーゼCの媒介活性化_{（PLCβ1/4）、}イノシトール三リン酸（INSP _3）が含ま_れ 、diacylglycerole（DAG） ^の Ca ^2+、およびプロテインキナーゼC（PKC）。 ^{– / –}およびPLCβ4 ^{– / –}シータ振動^12、13、14の完全な喪失または重大な減衰を示すマウスthetagenesisで_PLCβ1および_PLCβ4の役割は、ノックアウトPLCβ1を用いた研究で確認されています。追加のM _{1、M 3、}およびM ₅下流の標的（CHA;ムスカリン性シグナル伝達カスケードのnnels /電流）は、電位依存性K ⁺チャネル（K _V 7）を介してM型K ⁺チャネル（K _M）などの様々なコンダクタンスを含みます過分極K ⁺チャネル（KS _AHP）の後に遅いです。おそらくTWIK関連の酸感受性K ⁺チャネルを介してリークK ⁺チャネル（K _漏れ ）、（TASK1 / 3）;おそらくのNa ^+漏洩チャネルを介してカチオン電流（I _{CAT）、（NALCN）。}過分極および環状ヌクレオチド依存性チャネル（HCN）を介して、私の_時間 。また、M ₂ / M ₄アセチルコリン受容体（AChRs）は内向き整流K ⁺ 3.1（3.1 _IR K）をチャネルと内向き整流K ^{+ 3.2（K}の_IR ^{3.2）15チャネル}を妨害することが報告されました。

現在、市販の解析ソフトウェアは、（P、mVの^2）高速FFTによる周波数解析、 例えば、電力の分析を可能にしますまたはパワースペクトル密度（PSD、mVの² /ヘルツ）。電力またはシータ周波数範囲のパワースペクトル密度（PSD）分析は、その活性の全体概要を示します。しかし、認知と行動に関連したシータ活動への詳細な洞察を得るために、高度に組織化さシータ振動の解析が必須です。高度に組織化さシータ振動の評価は、神経変性および神経精神疾患の分野で非常に重要です。ほとんどの実験的疾患研究は硬膜外表面及び深部脳脳波を記録するために、高度に洗練された神経外科的アプローチを使用して、トランスジェニックマウスモデルにおいて行われます。これらの技術は、テザーシステム¹⁶とradiotelemetricセットアップ^17、18の両方が含まれます。シータ振動長期記録条件の下で自発的及び行動関連シータ振動として記録することができます。また、シータ振動がRECOすることができます薬理学的誘導後だけでなく、行動や認知タスクへの、またはそのような尾がピンチなどの感覚刺激に対する動物の曝露後のrded。

早期シータ振動がCsicsvari らによって記載された特徴づけるために近づきます。 ^19。長時間EEG記録には適していません – （50分15）著者らは、短期シータ分析のための半自動化ツールを開発しました。ここで説明する私たちの方法は、> 48時間²⁰長期脳波記録の分析を可能にします。 Csicsvari ら。 ^10はまた^、シータ-デルタ比と呼ばれるが、高度に組織化さシータ振動の決意にはしきい値が提供されていません。デルタとシータ範囲の定義は、私たちの周波数範囲の定義と一致しています。それが明示的に言及されていないように、我々は、FFTベースの方法はCsicsvari らによって使用されていることを前提としています。シータ・デルタ周波数帯域の電力を計算します。この我々ははるかに高い精度が得られ、周波数スケールの大きな数（周波数はΔ（F）= 0.05 Hzのステップ）にウェーブレットベースの振幅を計算するので、再び明らかに、我々の方法は異なります。個別に分析したEEGエポックの持続時間は、私たちの定義と同様です。

Klausberger ら。 ^図21は 、長期のEEG記録の分析のためのシータ-デルタ比を利用します。しかし、我々のアプローチに比べて3主要な違いがあります：ⅰ）EEGエポック時間、 すなわち、少なくとも6秒、はるかに長いですが、 II）、シータ、デルタ比は、我々のしきい値よりもはるかに高く、異なる周波数範囲の定義に関連している、4に設定されています。およびiii）電力の定義は、特に、非常に短い時間枠（2秒、 すなわち、2.5ヘルツの周波数で振動するための5サイクル）のために、高精度に欠けるFFT方式に基づいてされる可能性があります。このような場合には、ウェーブレットに基づく手順がより推奨されます。キャプランらの研究。シータ-デルタ電力比を無視し^22は、単独シータ電力を計算しました。このように、カプラン・アプローチ^22は、高いか低いデルタを伴う認知シータ豊富なプロセスを区別することはできません。

以下のプロトコルでは、我々は確実にマウスから海馬EEG記録で高度に組織化さシータ振動を解析するために、当社の分析ウェーブレットベースのアプローチを提示します。この手順は自動的に動作するので、それは大きなデータセットおよび長期EEG測定に適用することができます。