Автоматическое обнаружение высокоорганизованной Theta колебаний в мышиной EEG

Тета активность в мозге связаны с различными когнитивными и функциональных состояний, в том числе возбуждение, внимание, добровольное движение, исследовательское поведение, поведение внимания, обучения и памяти, интеграция соматосенсорной и быстрым движением глаз (REM) сна ^{1, 2.} В принципе, тета-активность в качестве ритмического лица могут быть получены в различных регионах головного мозга и имеет высокую степень организации и синхронизированы, как тета колебаний. Ниже мы остановимся на анализе и количественной оценки тета – активности / колебаний, которые генерируются в системе septohippocampal ^{3, 4.} В перегородке, ГАМК, глутаматэргическую и холинергические нейроны проекта в гиппокампе и внести свой вклад в инициации и поддержании тета колебательного поведения. Существует постоянная дискуссия о том инициируются гиппокамп тета – колебаний в перегородке, т.е. </em> Септального кардиостимулятор-гиппокампа модель последователем, (extrahippocampal теория) или внутренне в гиппокампе (intrahippocampal теория) ^{5, 6, 7.}

Независимо от их происхождения, гиппокампа колебания тета были в фокусе интереса в течение многих лет, особенно в моделях трансгенных мышей. Эти модели позволяют имплантации глубоких ЭЭГ электродов и для записи гиппокампа колебаний тета при определенных когнитивных и поведенческих задач ^8. Гиппокампа тета колебания неоднороден по своей природе. На основе так называемой дуалистической теории тета – колебаний, можно различать атропин-чувствительный тип II тета и атропин нечувствительным типа I тета ^{9, 10, 11.} Последнее может обычно быть индуцирован мускариновых М ₁ / М <sагонисты> 3 рецептора UB, например, ареколин, пилокарпин и уретан. Тем не менее, уретан является многопрофильным целевой препарат, который, помимо мускариновых активации, а также оказывает комплексное воздействие на других субъектов ионных каналов. Для типа II тета, мускариновый путь включает в себя активацию M ₁ / M ₃ и последующий G _{Q / 11} (Gα) -опосредованного активация фосфолипазы С β _1/4 (PLCβ _1/4), инозитолтрифосфат (ИНСп ₃₎ , diacylglycerole (ДАГ), Са ^2+, и протеинкиназы С (ПКС). Роль PLCβ ₁ и PLCβ ₄ в thetagenesis была подтверждена в нокаут-исследованиях с использованием PLCβ1 ^{– / –} и PLCβ4 ^{– / –} мышей , проявляющие полную потерю или значительное ослабление тета – колебаний ^{12, 13, 14.} Дополнительный М _1, М ₃ и М ₅ вниз по течению цели (Channels / токи) мускариновых сигнального каскада включают в себя различные проводимостей, такие как M-типа K ⁺ канала (К _М) через зависящие от напряжения K ⁺ канала (K _v 7); медленно после гиперполяризации K ⁺ канала (Кз _АХП); утечка K ⁺ канал _{(утечки} K), вероятно , через ебаня связанных с кислотно-чувствительных K ⁺ канал (TASK1 / 3); Катион тока (I _CAT), вероятно , через канал утечки Na ⁺ (NALCN); и я _ч с помощью гиперполяризации и циклических нуклеотидов закрытого типа каналов (HCN). Кроме того, были представлены рецепторы M ₂ / M ₄ ацетилхолина (АХР) вмешиваться внутрь выпрямителя K ⁺ канала 3.1 (К _ир 3.1) и внутреннего выпрямителя K ⁺ канала 3.2 (K _ир 3.2) ^15.

В настоящее время коммерчески доступным аналитическое программное обеспечение позволяет быстро частотного анализа на основе быстрого преобразования Фурье, например, анализ мощности (P, мВ ²⁾или спектральная плотность мощности (PSD, ² мВ / Гц). Мощность или спектральная плотность мощности (PSD) анализ диапазона частот тета дает лишь общий обзор своей деятельности. Тем не менее, для того, чтобы получить подробное представление о когнитивных и поведения, связанных с тета-активности, анализ высокоорганизованных колебаний тета является обязательным. Оценка высокоорганизованных колебаний тета имеет центральное значение в области нейродегенеративных и психоневрологических заболеваний. Большинство исследований экспериментальные заболевания проводят в трансгенных мышах с использованием высоко-сложные нейрохирургические подходы к записи эпидуральную поверхности и глубоких внутримозговых EEGs. Эти методы включают в себя как страховочного троса системы ¹⁶ и радиотелеметрическая установок ^{17, 18.} Тета колебания могут быть записаны как спонтанных, так и поведения, связанных с тета-колебаний при условиях длительной записи. Кроме того, тета колебания могут быть выздоровеетrded следующие фармакологической индукции, но и после облучения животных в поведенческих или когнитивных задач или на сенсорные стимулы, такие, как хвост щипать.

Ранние подходы к характеризуют тета колебания были описаны Csicsvari и др. ^19. Авторы разработали полуавтоматический инструмент для краткосрочного анализа тета (15 – 50 мин), что не подходит для длительного времени записи ЭЭГ. Наш метод, описанный здесь, позволяет проводить анализ долгосрочных ЭЭГ записи> 48 ч ^20. Csicsvari и др. ¹⁰ также называется отношением тета-дельта, но никакого порога для определения высокоорганизованных колебаний тета не предусмотрено. Определения диапазона дельта и тета совпадают с нашими определениями диапазона частот. Как не упоминается, мы исходим из того, что метод FFT на основе используется Csicsvari и др. чтобы рассчитать мощность тета-дельта-диапазонов частот. Этаопять явно отличается от нашего метода, так как мы рассчитать на основе вейвлет-амплитуд на большом числе частотных шкал (частота шагов A (F) = 0,05 Гц), что приводит к гораздо более высокой точностью. Продолжительность индивидуально-анализируемой EEG эпохи подобна нашему определению.

Klausberger и др. ²¹ также используют соотношения тета-дельта для анализа долгосрочных записей ЭЭГ. Тем не менее, существуют три основных отличия по сравнению с нашим подходом: I) длительность эпохи EEG гораздо больше, то есть, по крайней мере , 6 лет; II) отношение тета-дельта установлен в положение 4, что значительно выше, чем нашего порога, и связан с различными определениями диапазона частот; и III) определение мощности может быть основано на подходе FFT, который испытывает недостаток в высокой точности, особенно для очень коротких временных окон (2 с, то есть, 5 циклов для колебаний с частотой 2,5 Гц). В таких случаях процедура вейвлет на основе более рекомендуется.Исследование, проведенное Капланом и др. ²² исключительно рассчитывается мощность тета, игнорируя при этом отношение мощности тета-дельта. Таким образом, Каплан приближения ²² не может различать когнитивных тета богатых процессов , сопровождающихся высокой или низкой дельты.

В следующем протоколе, мы представим наш аналитический подход сейсмического импульса на основе надежного анализа высокоорганизованных колебаний тета в гиппокампа записи ЭЭГ у мышей. Так как эта процедура работает автоматически, он может быть применен к большим наборам данных и долгосрочных измерений ЭЭГ.