Detecção automática de altamente organizada Oscilações Theta no Murino EEG

Theta atividade no cérebro está relacionada com diferentes estados cognitivos e funcionais, incluindo excitação, atenção, o movimento voluntário, o comportamento exploratório, o comportamento de atenção, aprendizagem e memória, a integração somatossensorial e movimento rápido dos olhos (REM) ^{1, 2.} Principalmente, teta actividade rítmica como uma entidade pode ser gerada em diferentes regiões cerebrais e é altamente organizado e sincronizado como teta oscilações. Abaixo, vamos concentrar-se na análise e quantificação de teta atividade / oscilações que são gerados dentro do sistema septohippocampal ^{3, 4.} Dentro do septo, gabaérgica, projecto glutamatérgicos e neurónios colinérgicos no hipocampo e contribuir para a iniciação e manutenção de teta comportamento oscilatório. Há uma discussão se a oscilações do hipocampo teta são iniciadas no septo, ou seja, </em> O modelo do septo pacemaker-hipocampal seguidor, (teoria extrahippocampal) ou intrinsecamente dentro do hipocampo (teoria intra-hipocampal) ^{5, 6, 7.}

Independentemente da sua origem, oscilações teta do hipocampo têm sido no foco de interesse durante anos, particularmente em modelos de camundongos transgênicos. Estes modelos permitem a implantação de eletrodos de EEG profundas e para a gravação de oscilações teta do hipocampo sob tarefas cognitivas e comportamentais específicas ^8. oscilações do hipocampo teta são heterogéneos na natureza. Com base na assim chamada teoria dual de teta de oscilações, pode-se diferenciar entre sensível à atropina tipo II e atropina teta-teta insensível tipo I ^{9, 10, 11.} Este último pode, tipicamente, ser induzida por M muscarínico ₁ / M <sagonistas> 3 receptores ub, por exemplo, arecolina, pilocarpina, e uretano. No entanto, uretano é uma droga multi-alvo que, além de ativação muscarínica, também exerce efeitos complexos em outras entidades de canais iônicos. Para o tipo II theta, a via muscarínico inclui a ativação de M ₁ / M ₃ e um subsequente G _{q / 11} (Gu) activação mediada da fosfolipase C β _1/4 (PLCβ _1/4), inositol trifosfato (INSP ₃₎ , diacylglycerole (DAG), ^{Ca2 +,} e a proteína quinase C (PKC). O papel da PLCβ ₁ e PLCβ ₄ em thetagenesis foi validado em estudos de knock-out usando PLCβ1 ^{– / –} e PLCβ4 ^{– / –} ratos que apresentam uma perda completa ou atenuação significativa da teta oscilação ^{12, 13, 14.} M adicional de _1, M ₃ e M ₅ alvos a jusante (channels / correntes) da cascata de sinalização incluem vários muscarínico condutâncias, tais como a M-tipo de canal de K ⁺ (K _H) através do canal ^de K ⁺ dependentes de voltagem (K _v 7); lento depois hiperpolarização K ⁺ canal (Ks _AHP); vazar K ⁺ canal _(vazamento K), provavelmente através Twik relacionadas com K sensível ao ácido ⁺ canal (TASK1 / 3); atual catiônica (I _CAT), provavelmente através de Na ⁺ canal de vazamento (NALCN); e I _h através hiperpolarização e canais de nucleótidos cíclicos fechado (HCN). Além disso, foram relatados os receptores H ₂ / H ₄ acetilcolina (AChRs) para interferir com rectificador de entrada canal de K ⁺ 3.1 _(IR K 3.1) e para dentro canal de K ⁺ rectificador 3.2 _(IR K 3.2) ^15.

Atualmente, software analítico disponível no mercado permite a análise rápida baseada em FFT frequência, por exemplo, a análise do poder (P, mV ²⁾ou a densidade do espectro de potência (PSD, mV ² / Hz). Poder ou análise de densidade de espectro de potência (PSD) da faixa de freqüência teta só dá uma visão global da sua actividade. No entanto, a fim de obter uma visão detalhada sobre a atividade theta cognitivo e relacionados com o comportamento de, a análise das oscilações teta altamente organizados é obrigatória. A avaliação das oscilações teta altamente organizados é de importância central no domínio das doenças neurodegenerativas e neuropsiquiátricas. A maioria dos estudos de doenças experimentais são realizados em modelos de ratos transgénicos utilizando abordagens neurocirúrgicas altamente sofisticados para gravar superfície epidural e EEGs intracerebrais profundas. Essas técnicas incluem ambos os sistemas tirante ¹⁶ e configurações radiotelemetric ^{17, 18.} oscilações teta pode ser gravado como oscilações teta espontâneas e afins-comportamentais em condições de gravação de longo prazo. Além disso, teta oscilações pode ser recorded após a indução farmacológica, mas também após a exposição dos animais a tarefas comportamentais ou cognitivas ou a estímulos sensoriais, como a cauda de beliscar.

Cedo se aproxima para caracterizar teta oscilações foram descritos por Csicsvari et ai. ^19. Os autores concebido uma ferramenta semi-automatizada para análise teta de curto prazo (15 – 50 min), que não é adequado para gravações de EEG de longa data. O nosso método, descrito aqui, permite a análise do registo de EEG de longa duração> 48 h ^20. Csicsvari et ai. ¹⁰ também se refere ao rácio de teta-delta, mas nenhum limite para a determinação de oscilações teta altamente organizado é fornecida. As definições de gama delta e teta coincidir com as nossas definições de faixas de freqüência. Como não é explicitamente mencionada, presumimos que um método baseado em FFT é usado por Csicsvari et al. para calcular o poder das faixas de frequências teta-delta. estenovamente difere claramente do nosso método, uma vez que calcular as amplitudes baseado no wavelet em um grande número de escalas de frequência (frequência Δ passos (f) = 0,05 Hz), resultando em muito mais elevado de precisão. A duração do epoch EEG individualmente analisada é semelhante à nossa definição.

Klausberger et ai. ²¹ também fazer uso de proporções de teta-delta para a análise de EEG de longo prazo. No entanto, existem três diferenças importantes, em comparação com a nossa abordagem: i) a duração epoch EEG é muito mais longo, ou seja, pelo menos, 6 s; ii) a razão de teta-delta é ajustado para 4, o qual é muito maior do que a nossa limiar, e está relacionada com a diferentes definições de faixa de frequências; e iii) a definição de potência é susceptível de ser baseada numa abordagem FFT, que carece de alta precisão, particularmente para janelas de tempo muito curto (2 s, ou seja, a 5 ciclos de oscilações com uma frequência de 2,5 Hz). Em tais casos, um procedimento baseado no wavelet é mais recomendável.Um estudo realizado por Caplan et al. ²² calculado apenas poder teta ignorando a razão de poder teta-delta. Assim, a aproximar Caplan ²² não é possível diferenciar entre processos cognitivos rico-teta acompanhados por um delta alto ou baixo.

No protocolo seguinte, apresentaremos a nossa abordagem baseada em wavelet analítica para analisar de forma confiável oscilações teta altamente organizados em gravações de EEG do hipocampo de ratos. Uma vez que este procedimento funciona automaticamente, que pode ser aplicado a grandes conjuntos de dados e medições EEG longo prazo.