Eş zamanlı Video-EEG-EKG Neurocardiac disfonksiyon epilepsi fare modelleri tanımlamak için izleme
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
Representative Results
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
- Fisch, B. J. . Fisch and Spehlmann’s EEG Primer. , (1999).
- Constant, I., Sabourdin, N. The EEG signal: a window on the cortical brain activity. Paediatr. Anaesth. 22 (6), 539-552 (2012).
- Mendez, O. E., Brenner, R. P. Increasing the yield of EEG. J. Clin. Neurophysiol. 23 (4), 282-293 (2006).
- Smith, S. J. M. EEG in the diagnosis, classification, and management of patients with epilepsy. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 76, ii2-ii7 (2005).
- Bauer, G., Trinka, E. Nonconvulsive status epilepticus and coma. Epilepsia. 51 (2), 177-190 (2010).
- Hughes, J. R. Absence seizures: a review of recent reports with new concepts. Epilepsy Behav. 15 (4), 404-412 (2009).
- 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).
- 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).
- Kennett, R. Modern electroencephalography. J. Neurol. 259 (4), 783-789 (2012).
- Thaler, M. S. . The Only EKG Book You’ll Ever Need. , (2012).
- Becker, D. E. Fundamentals of electrocardiography interpretation. Anesth. Prog. 53 (2), 53-63 (2006).
- 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).
- Bardai, A., et al. Epilepsy is a risk factor for sudden cardiac arrest in the general population. PloS One. 7 (8), e42749 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bertram, E. H. Monitoring for Seizures in Rodents. Models of Seizures and Epilepsy. , 97-109 (2017).
- 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).
- 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).
- Smart, S. L., et al. Deletion of the K(V)1.1 potassium channel causes epilepsy in mice. Neuron. 20 (4), 809-819 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
