Summary

Eş zamanlı Video-EEG-EKG Neurocardiac disfonksiyon epilepsi fare modelleri tanımlamak için izleme

Published: January 29, 2018
doi:

Summary

Burada, biyo sinyalleri kullanarak aynı anda video, farelerde kalp ve beyin kaydetmek için bir iletişim kuralı mevcut elektroansefalografi (EEG) ve Elektrokardiyografi (EKG). Ayrıca elde edilen EEG-ECG kayıtları nöbetler, EEG spektral güç, kardiyak fonksiyon ve kalp hızı değişkenliği için analiz yöntemleri açıklar.

Abstract

Epilepsi, nöbet kalp ritim bozuklukları gibi kalp hızı değişiklikleri, iletim bloklar, asystoles ve potansiyel olarak epilepsi (SUDEP) beklenmedik ani ölüm riskini artırabilir aritmiler uyandırmak. Elektroansefalografi (EEG) ve Elektrokardiyografi (EKG) anormal beyin ve hastalarda kalp ritimleri için izlemek için yaygın olarak kullanılan klinik tanı araçları vardır. Burada, aynı anda video, EEG ve ECG ölçü davranış, beyin ve kalp faaliyetleri, farelerde sırasıyla, kaydetmek için bir teknik kullanılmıştır. Burada açıklanan tekniği bir hayvan zinciri kullanır (kabloluYani) fare kafasına implante elektrot kayıt cihazları için sabit kablolu kayıt yapılandırma. Kablosuz telemetri sistemleri kayıt için karşılaştırıldığında, hayvan zinciri düzenleme kayıt EEG veya diğer biopotentials için kanalları daha olası çok sayıda gibi çeşitli teknik avantajları sahiptir; elektrot maliyetlerini; ve daha büyük frekans bant genişliği (Yani, örnekleme oranı) kayıtları. Bu teknik temelleri de kolayca Elektromiyografi (EMG) veya pletismografisi kas ve solunum aktivite değerlendirmesi gibi diğer biosignals sırasıyla kayıt yerleştirmek için değiştirilebilir. EEG-ECG kayıtları nasıl açıklayan ek olarak, biz de nöbetler, EEG spektral güç, kardiyak fonksiyon ve bir fare ile kullanarak bir örnek deneyde gösteren kalp hızı değişkenliği, elde edilen verileri ölçmek için yöntemler detay epilepsi Kcna1 gen silme nedeniyle. Video-EEG-ECG epilepsi veya diğer nörolojik hastalık fare modellerinde izleme disfonksiyon beyin, kalp ya da beyin-kalp etkileşimleri düzeyde tanımlamak için güçlü bir araç sağlar.

Introduction

Elektroansefalografi (EEG) ve Elektrokardiyografi (EKG) vivo içinde beyin ve kalp fonksiyonu, sırasıyla değerlendirmek için güçlü ve yaygın olarak kullanılan tekniklerdir. EEG için kafa derisi1elektrotlar takılarak elektrik beyin aktivitesi kaydıdır. Non-invaziv EEG ile kaydedilen sinyal voltaj dalgalanmaları esas olarak kortikal piramidal nöronların1,2tarafından oluşturulan summated eksitatör ve inhibitör postsinaptik potansiyeller kaynaklanan temsil eder. EEG değerlendirilmesi ve epilepsi3,4olan hastalar yönetmek için en yaygın neurodiagnostic testidir. Devamsızlık nöbetler veya şok durum Epileptikus5,6gibi bariz Kasılan davranışsal belirtiler olmadan Epileptik nöbetler ortaya çıktığında özellikle yararlıdır. Diğer taraftan, epilepsi sigara Kasılan bölümleri veya bilinç kaybı neden koşullar olmadan video-EEG izleme7Epileptik nöbetler olarak yanlış teşhis ilgili. Epilepsi alanında kullanışlılığı yanı sıra, uyku bozuklukları, Encephalopathy ve bellek bozuklukları ile ilişkili anormal beyin aktivitesi tespit etmek için hem de genel anestezi ameliyat2 sırasında ek olarak Ayrıca yaygın EEG kullanılır , 8 , 9.

EEG, ECG aksine (veya EKG olarak bazen kısaltılır) kalp10elektriksel aktivitesinin kaydıdır. ECGs genellikle uzuv ekstremitelerde ve kasılma ve gevşeme10,11kalp her döngüsü sırasında Miyokardiyum tarafından üretilen voltaj değişiklikleri algılanmasını sağlar göğüs duvarı elektrotlar takılarak yapılmaktadır. P dalgası, QRS kompleksi ve T dalgası Atriyal depolarizasyon, ventrikül depolarizasyon ve Ventriküler repolarization, sırasıyla10, için karşılık gelen birincil ECG dalga bileşenler normal bir kalp döngüsünün içerir 11. ECG izleme rutin olarak kardiyak aritmiler ve kardiyak iletim sistemi12kusurlarý tanımlamak için kullanılır. Onlar ani kalp durması gibi ani beklenmedik ölümü epilepsi13önemli ölçüde artış riski olduğundan epilepsi hastaları arasında potansiyel olarak yaşamı tehdit eden aritmiler tanımlamak için ECG kullanmanın önemini güçlendirilmiş, 14,15.

Klinik uygulamaları ek olarak, EEG ve ECG kayıtları beyin ve kalp fonksiyon bozukluğu hastalığı fare modelleri tanımlamak için vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Burada geleneksel olarak bu kayıtlar ayrı olarak gerçekleştirilmiş olsa da, video kaydetmek, EEG ve ECG bir teknik aynı anda farelerde açıklayın. Burada ayrıntılı eş zamanlı video-EEG-ECG yöntemi fare kafasına implante elektrot kayıt cihazları için sabit kablolu olduğu bir hayvan zinciri kayıt yapılandırma kullanır. Tarihsel olarak, bu gergin veya kablolu, yapılandırma standart edilmiş ve en yaygın kullanılan yöntem farelerde EEG kayıtları için; Ancak, kablosuz EEG telemetri sistemleri de son zamanlarda geliştirilmiştir ve popülerlik16kazanmaktadır.

Kablosuz EEG sistemlerine göre hayvan zinciri düzenleme bağlı olarak istediğiniz uygulamayı tercih yapabilir birkaç teknik avantajları sahip olur. Bu avantajı kanalları kayıt EEG veya diğer biopotentials için daha fazla sayıda içerir; elektrot maliyetlerini; elektrot disposability; daha az duyarlılık kaybı sinyal; ve daha büyük frekans bant genişliği (i.e., örnekleme hızı) kayıtları17. Burada anlatılan hayvan zinciri kayıt yöntemi düzgün yapılmazsa, yüksek kaliteli, yapı-Alerjik EEG ve ECG verebilmektedir veri ile birlikte aynı anda, ilgili video davranış izlemek için. Bu EEG ve ECG veri sonra sinirsel, kardiyak tanımlamak için mayınlı veya neurocardiac anormallikler nöbetler, EEG değişimler gibi güç spektrumu, kardiyak iletim bloğu (i.e., kalp atım atlanır) ve kalp hızı değişkenliği değişimler. EEG-ECG nicel yöntemlerin uygulanması göstermek için fare Kcna1 nakavt (- / -) kullanarak bir örnek deney tanıtacağız. Kcna1 – / – fare voltaj Kv1.1 α-alt birimleri eksikliği ve sonuç olarak spontan nöbetler, kardiyak disfonksiyonu ve erken ölüm, yapım onları aynı anda EEG-ECG değerlendirilmesi zararlı için ideal bir model epilepsi ilişkili sergi neurocardiac disfonksiyon.

Protocol

Tüm deneysel prosedürler kılavuzlarınıza uygun olarak Ulusal kurumları, Sağlık (NIH), kuruluşunuzun kurumsal hayvan bakım ve kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmış yapılmalıdır. Bu iletişim kuralı için gerekli ana cerrahi alet şekil 1′ de gösterilmektedir. 1. elektrot implantasyon için hazırlanması 10-soket kadın nanoconnector (yani, elektrot; yerleştirin Şekil 2A) yukarı dönük olacak …

Representative Results

Neurocardiac anormallikleri tanımlamak için EEG-ECG kayıtları verileri çözümlemek nasıl göstermek için sonuçları gösterilir bir Kcna1-/- fare (2 aylık) 24-h EEG-ECG kaydı için. Onlar güvenilir ve yaygın jeneralize Tonik klonik nöbet etkinlik başlangıç sergi beri voltaj Kv1.1 α- Kcna1 gen tarafından kodlanmış alt birimleri eksikliği için tasarlanmıştır, bu mutant hayvanlar epilepsi sık kullanılan bir geneti…

Discussion

Yapılardan ücretsiz yüksek kaliteli EEG-ECG kayıtları elde etmek için her türlü önlemi bozulma ya da implante elektrot ve teller gevşeme önlemek için alınmalıdır. Bir EEG baş implant gevşek hale geldikçe, beyin tel kişilerle düşük sinyal genlikleri için önde gelen düşer. Gevşek implantlar veya zavallı tel kişiler de hareket eserler ve arka plan gürültü kayıtları tanıtımı elektrik sinyallerini bozulma neden olabilir. Potansiyel kafa implantı gevşeme önlemek için diş çimento taban…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser vatandaşlar United epilepsi (grant numarası 35489); araştırmaları tarafından desteklenmiştir Ulusal (sayı R01NS100954, R01NS099188 vermek) sağlık Enstitüleri; ve Louisiana State Üniversitesi Sağlık Bilimleri Merkezi Malcolm Feist doktora sonrası bursu.

Materials

VistaVision stereozoom dissecting microscope VWR
Dolan-Jenner MI-150 microscopy illuminator, with ring light VWR MI-150RL
CS Series scale Ohaus CS200 for weighing animal
T/Pump professional Stryker recirculating water heat pad system
Ideal Micro Drill Roboz Surgical Instruments RS-6300
Ideal Micro Drill Burr Set Cell Point Scientific 60-1000 only need the 0.8-mm size
electric trimmer Wahl 9962 mini clipper
tabletop vise Eclipse Tools PD-372 PD-372 Mini-tabletop suction vise
fine scissors Fine Science Tools 14058-11 ToughCut, Straight, Sharp/Sharp, 11.5 cm
Crile-Wood needle holder Fine Science Tools 12003-15 Straight, Serrated, 15 cm, with lock – For applying wound clips
Dumont #7 forceps Fine Science Tools 11297-00 Standard Tips, Curved, Dumostar, 11.5 cm
Adson forceps Fine Science Tools 11006-12 Serrated, Straight, 12 cm
Olsen-Hegar needle holder with suture cutter Fine Science Tools 12002-12 Straight, Serrated, 12 cm, with lock
scalpel handle #3 Fine Science Tools 10003-12
surgical blades #15 Havel's FHS15
6-0 surgical suture Unify S-N618R13 non-absorbable, monofilament, black
gauze sponges Coviden 2346 12 ply, 7.6 cm x 7.6 cm
cotton-tipped swabs Constix SC-9 15.2-cm total length
super glue  Loctite LOC1364076 gel control
Michel wound clips, 7.5mm Kent Scientific INS700750
polycarboxylate dental cement kit Prime-dent 010-036 Type 1 fine grain
tuberculin syringe BD 309623
polyethylene tubing Intramedic 427431 PE160, 1.143 mm (ID) x 1.575 mm (OD)
chlorhexidine  Sigma-Aldrich C9394
ethanol Sigma-Aldrich E7023-500ML
Puralube vet ointment Dechra Veterinary Products opthalamic eye ointment
mouse anesthetic cocktail Ketamine (80 mg/kg), Xylazine (10 mg/kg), and Acepromazine (1 mg/kg)
carprofen Rimadyl (trade name)
HydroGel ClearH20 70-01-5022 hydrating gel; 56-g cups
Ponemah  software Data Sciences International data acquisition and analysis software; version 5.2 or greater with Electrocardiogram Module
7700 Digital Signal conditioner Data Sciences International
12 Channel Isolated Bio-potential Pod Data Sciences International
fish tank Topfin for use as recording chamber; 20.8 gallon aquarium; 40.8 cm (L) X 21.3 cm (W) X 25.5 cm (H)
Digital Communication Module (DCOM) Data Sciences International 13-7715-70
12 Channel Isolated Bio-potential Pod Data Sciences International 12-7770-BIO12
serial link cable Data Sciences International J03557-20 connects DCOM to bio-potential pod
Acquisition Interface (ACQ-7700USB) Data Sciences International PNM-P3P-7002
network video camera Axis Communications P1343, day/night capability
8-Port Gigabit Smart Switch Cisco SG200-08 8-port gigabit ethernet swith with 4 power over ethernet supported ports (Cisco Small Business 200 Series)
10-pin male nanoconnector with guide post hole Omnetics NPS-10-WD-30.0-C-G electrode for implantation on the mouse head
10-socket female nanoconnector with guide post Omnetics NSS-10-WD-2.0-C-G connector for electrode implant
1.5-mm female touchproof connector cables PlasticsOne 441 1 signal, gold-plated; for connecting the wiring from the head-mount implant to the bio-potential pod
soldering iron Weller WESD51 BUNDLE digital soldering station
solder Bernzomatic 327797 lead free, silver bearing, acid flux core solder
heat shrink tubing URBEST collection of tubing with 1.5- to 10-mm internal diameters
heat gun Dewalt D26960
mounting tape (double-sided) 3M Scotch MMM114 114/DC Heavy Duty Mounting Tape, 2.54 cm x 1.27 m 
desktop computer Dell recommended minimum requirements: 3rd Gen Intel Core i7-3770 processor with HD4000 graphics; 4 GB RAM, 1 GB AMD Radeon HD 7570 video card; 1 TB hard drive; Windows 7 OS 
permanent marker Sharpie 37001 black color, ultra fine point
toothpicks for mixing and applying the polycarboxylate dental cement
LabChart Pro software ADInstruments power spectrum software; version 8.1.3 or greater
Kubios HRV software Univ. of Eastern Finland HRV analysis software; version 2.2
Notepad Microsoft simple text editor software

References

  1. Fisch, B. J. . Fisch and Spehlmann’s EEG Primer. , (1999).
  2. Constant, I., Sabourdin, N. The EEG signal: a window on the cortical brain activity. Paediatr. Anaesth. 22 (6), 539-552 (2012).
  3. Mendez, O. E., Brenner, R. P. Increasing the yield of EEG. J. Clin. Neurophysiol. 23 (4), 282-293 (2006).
  4. Smith, S. J. M. EEG in the diagnosis, classification, and management of patients with epilepsy. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 76, ii2-ii7 (2005).
  5. Bauer, G., Trinka, E. Nonconvulsive status epilepticus and coma. Epilepsia. 51 (2), 177-190 (2010).
  6. Hughes, J. R. Absence seizures: a review of recent reports with new concepts. Epilepsy Behav. 15 (4), 404-412 (2009).
  7. Mostacci, B., Bisulli, F., Alvisi, L., Licchetta, L., Baruzzi, A., Tinuper, P. Ictal characteristics of psychogenic nonepileptic seizures: what we have learned from video/EEG recordings–a literature review. Epilepsy Behav. 22 (2), 144-153 (2011).
  8. Smith, S. J. M. EEG in neurological conditions other than epilepsy: when does it help, what does it add?. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 76, ii8-ii12 (2005).
  9. Kennett, R. Modern electroencephalography. J. Neurol. 259 (4), 783-789 (2012).
  10. Thaler, M. S. . The Only EKG Book You’ll Ever Need. , (2012).
  11. Becker, D. E. Fundamentals of electrocardiography interpretation. Anesth. Prog. 53 (2), 53-63 (2006).
  12. Luz, E. J. S., Schwartz, W. R., Cámara-Chávez, G., Menotti, D. ECG-based heartbeat classification for arrhythmia detection: A survey. Comput. Methods Programs Biomed. 127, 144-164 (2016).
  13. Bardai, A., et al. Epilepsy is a risk factor for sudden cardiac arrest in the general population. PloS One. 7 (8), e42749 (2012).
  14. Lamberts, R. J., et al. Increased prevalence of ECG markers for sudden cardiac arrest in refractory epilepsy. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 86 (3), 309-313 (2015).
  15. Thurman, D. J., Hesdorffer, D. C., French, J. A. Sudden unexpected death in epilepsy: assessing the public health burden. Epilepsia. 55 (10), 1479-1485 (2014).
  16. Zayachkivsky, A., Lehmkuhle, M. J., Dudek, F. E. Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System. J. Vis. Exp. (101), e52554 (2015).
  17. Bertram, E. H. Monitoring for Seizures in Rodents. Models of Seizures and Epilepsy. , 97-109 (2017).
  18. Mishra, V., et al. Scn2a deletion improves survival and brain-heart dynamics in the Kcna1-null mouse model of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Hum. Mol. Genet. 26 (11), 2091-2103 (2017).
  19. Thireau, J., Zhang, B. L., Poisson, D., Babuty, D. Heart rate variability in mice: a theoretical and practical guide. Exp. Physiol. 93 (1), 83-94 (2008).
  20. Smart, S. L., et al. Deletion of the K(V)1.1 potassium channel causes epilepsy in mice. Neuron. 20 (4), 809-819 (1998).
  21. Glasscock, E., Yoo, J. W., Chen, T. T., Klassen, T. L., Noebels, J. L. Kv1.1 potassium channel deficiency reveals brain-driven cardiac dysfunction as a candidate mechanism for sudden unexplained death in epilepsy. J. Neurosci. 30 (15), 5167-5175 (2010).
  22. Moore, B. M., Jerry Jou, ., Tatalovic, C., Kaufman, M., S, E., Kline, D. D., Kunze, D. L. The Kv1.1 null mouse, a model of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Epilepsia. 55 (11), 1808-1816 (2014).
  23. Ryvlin, P., et al. Incidence and mechanisms of cardiorespiratory arrests in epilepsy monitoring units (MORTEMUS): a retrospective study. Lancet Neurol. 12 (10), 966-977 (2013).
  24. Stables, C. L., Auerbach, D. S., Whitesall, S. E., D’Alecy, L. G., Feldman, E. L. Differential impact of type-1 and type-2 diabetes on control of heart rate in mice. Auton. Neurosci. 194, 17-25 (2016).
  25. Gehrmann, J., Hammer, P. E., Maguire, C. T., Wakimoto, H., Triedman, J. K., Berul, C. I. Phenotypic screening for heart rate variability in the mouse. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 279 (2), H733-H740 (2000).
  26. Goldman, A. M., Glasscock, E., Yoo, J., Chen, T. T., Klassen, T. L., Noebels, J. L. Arrhythmia in heart and brain: KCNQ1 mutations link epilepsy and sudden unexplained death. Sci. Transl. Med. 1 (2), 2ra6 (2009).

Play Video

Cite This Article
Mishra, V., Gautier, N. M., Glasscock, E. Simultaneous Video-EEG-ECG Monitoring to Identify Neurocardiac Dysfunction in Mouse Models of Epilepsy. J. Vis. Exp. (131), e57300, doi:10.3791/57300 (2018).

View Video