تحديد مدة النوم في القوارض موسع، الفائق
Summary
يصف لنا طريقة الفائق لقياس النوم عن طريق الرصد قفص المنزل على أساس النشاط. هذا الأسلوب يوفر مزايا أكثر من الأساليب التقليدية القائمة على التخطيط الدماغي. يتم أيضا التحقق من صحة لتحديد مدة النوم الإجمالية، ويمكن أن تكون أداة قوية لرصد النوم في نماذج القوارض من الأمراض التي تصيب البشر.
Abstract
تقليديا، والنوم يرصد للالكهربائي (EEG). وتتطلب دراسات التخطيط الدماغي في القوارض الجراحية زرع أقطاب كهربائية تليها فترة نقاهة طويلة. للقيام تسجيل EEG، الحيوان متصل بجهاز استقبال، خلق حبل غير طبيعي للرأس-الجبل. رصد EEG مضيعة للوقت، ويحمل خطر على الحيوان، وليس وضع طبيعي تماما لقياس النوم. أساليب بديلة للكشف عن السكون، لا سيما في طريقة الفائق، ستعزز إلى حد كبير مجال أبحاث النوم. هنا، يمكننا وصف أسلوب المصادق عليها للكشف عن السكون عن طريق الرصد قفص المنزل على أساس النشاط. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن النوم تقييمها عن طريق هذا الأسلوب لديه درجة عالية من الاتفاق مع النوم يعرف بالتدابير التقليدية القائمة على التخطيط الدماغي. بينما يتم التحقق من صحة هذا الأسلوب للنوم مجموع الوقت، من المهم ملاحظة أن مدة نوبة النوم وينبغي تقييم التخطيط الدماغي التي لديها أفضل الأزمنة. يمكن أيضا أن تميز التخطيط الدماغي حركة العين السريعة (REM) وغير النوم REM، إعطاء المزيد من التفاصيل حول الطبيعة الدقيقة للنوم. ومع ذلك، يمكن استخدام التصميم على أساس النشاط النوم لتحليل عدة أيام من النوم دون عائق وتقييم النوم كاستجابة لحدث حادة (مثل الإجهاد). هنا، نحن إظهار قوة هذا النظام للكشف عن استجابة الفئران لحقن داخل يوميا.
Introduction
النوم له وظائف مهمة لاستعادة الجسم والدماغ بعد الأعباء اليومية للسهر1. فقد ثبت أن النوم يلعب دوراً في الاحتفاظ بالذاكرة والدماغ عامة اللدونة1. التخطيط الدماغي هو معيار الذهب للكشف عن السكون2. في القوارض، يتطلب رصد EEG الجراحية زرع أقطاب الملصقة على رأس جبل، يحتاج الحيوان بعد فترة من الزمن لاسترداد2. بعد الانتعاش، والحيوان متصل بجهاز تسجيل، ويرد آخر فترة للتعود2. وبسبب هذه الفترات اللازمة للإنعاش والتعود، EEG شاقة وتستغرق وقتاً طويلاً ولا يمكن إجراء معقول على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك، العملية الجراحية لزرع قطب كهربائي يحمل خطر كامن للحيوان. وأخيراً، تحليل البيانات لسجل النوم في دراسات التخطيط الدماغي أيضا شاقة جداً. بديل لذلك، سيساعد الأسلوب غير الغازية، والفائق لرصد النوم إلى حد كبير إلى بحوث النوم القوارض.
على أساس النشاط الرئيسية-قفص نظام لرصد المستخدمة للكشف عن السكون يعالج أوجه قصور دراسات التخطيط الدماغي. فرضية بسيطة هي أن من المرجح أن حيوان غير نشط حيوان نوم. ولقد ثبت أن 40 s خمول المستمر (إهمال في الحقبات s 10) مقياسا يعول عليه من النوم كما تقاس التخطيط الدماغي (يظهر أن يكون الاتفاق 88-94 ٪)3. يمكن استخدام نظم الرصد الرئيسية-قفص لدراسة مجموعات كبيرة من الحيوانات مع الوقت الحد الأدنى من الإعداد. وقد أظهرنا أن يستغرقه الحيوانات تقريبا يوم واحد روض للمساكن الفردية في قفص المنزل رصد نظام4 خلافا للاسترداد اللازمة ل دراسات التخطيط الدماغي2منذ أسابيع. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضا الكشف عن بعض الأجهزة المعلمات الفسيولوجية مثل درجة حرارة الجسم الأساسية ومعدل ضربات القلب والنشاط والتغذية. يتم تحديد درجة الحرارة ومعدل ضربات القلب من زرع جهاز إرسال صغير. ويمكن توفير المزيد من المعلومات حول الماوس هذه المعلمات وقد تستعمل بالتوازي مع تسجيل النوم لإضافة المزيد إلى فهمنا للنوم، وكيف يتأثر.
في حين أنها أداة قوية، توجد بعض القيود على أنواع البيانات التي يمكن الحصول عليها من الرصد قفص المنزل على أساس النشاط. دراسات التخطيط الدماغي يمكن التفريق بين REM وغير-REM النوم، التي قد تكون هامة لفهم أعمق للعمارة النوم. يمكن أن توفر على أساس النشاط الرئيسية-قفص نظم الرصد فقط البيانات لمدة النوم الإجمالية. وبالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن الإخراج للرصد قفص المنزل على أساس النشاط يوفر معلومات حول مدة نوبة النوم، نحن لا دقة تقييم مدة نوبة بسبب القيد الملازمة ل فترات s 403. وعلى الرغم من هذه القيود، توفر مراقبة المنزل-قفص من النوم مدة تدبير بيولوجية هامة التي قد تؤثر على العديد من العوامل المتلقين للمعلومات بما في ذلك صحة الحيوان والسلوك5.
وقد استخدمت المستندة إلى نشاط الرصد الرئيسية-قفص للكشف عن السكون في العديد من الدراسات التي تشير إلى أن براعة. ونورد عينة من هذه الدراسات4،،من67،،من89،10،11،12. بالإضافة إلى طريقة عرض، هناك طرق أخرى للكشف عن السكون عن طريق الرصد على أساس النشاط، يحتوي كل منها على13،القيود الخاصة به14. وبعض هذه الدراسات دراسة فترات طويلة من النوم دون انقطاع (ح 72) بينما بعض دراسة النوم في كتل من ح 24. في هذه الدراسة، ونحن تقديم تحليل النوم كل فترة 24 ساعة بعد الاستجابة لحقن (الملكية الفكرية) داخل يوميا وقفص الدوري التغييرات في نموذج ماوس الهش × متلازمة (Fmr1 كو الفئران). لقد اخترنا كو Fmr1 الفئران لأنها قللت من النوم4 وهي الافتراض بأن فرط رد الفعل إلى معلومات حسية15. إبراز البيانات لدينا القدرة على اكتشاف التغيرات في أنماط النوم في استجابة إلى حدث مجهدة. هذا الأسلوب مثالي للحصول على معلومات عامة حول النوم في أفواج كبيرة من الفئران. يمكن أن تكون الطريقة مفيدة لفهم آثار التعديلات الوراثية المحددة في النوم، وآثار العلاجات الدوائية، أو الاستجابة للأحداث، مثل الضغوطات. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر الأسلوب وسيلة بسيطة للكشف عن استجابة قبل الشروع في دراسات أكثر مشاركة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وهنا نقدم طريقة noninvasive الفائق لتحديد مدة النوم استناداً إلى رصد النشاط في المنزل-القفص. تم التحقق من هذا الأسلوب لتقدير الوقت النوم مجموع ضد التخطيط الدماغي الدراسات3. المستندة إلى نشاط الرصد الرئيسية-القفص بسيط وموسع، وتنطبق على الدراسات السكانية في إعداد كبيرة من الحيوانات…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب تود أن تقر “هيئة التحرير الزملاء المعاهد الوطنية للصحة” للمساعدة على التحرير. هذه الأبحاث بتمويل من “برنامج البحوث الداخلية” NIMH (ضياء MH00889). كما أيد RMS “زمالة ما بعد الدكتوراه فراشة”.
Materials
| Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS) | Columbus Instruments | Equipment and software to analyze sleep duration | |
| Captisol Research Grade | Captisol | RC-0C7-100 | Captisol for dissolving hydrophobic compounds |
| 30 G BD Needle 1/2 inch | BD | 305106 | Needle for injections |
| BD Disposable Syringes | Fisher | 14-823-30 | Syringes for injections |
| B6.129P2-Fmr1tm1Cgr/J | Jackson Labs | 3025 | Fmr1 KO mice |
| Super Mouse 750 Mouse Cage | Lab Products, Inc. | Homecages for the mice | |
| SANI-Chips Bedding | PJ Murphys | Bedding for the mice |
References
- Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. Sleep, plasticity and the pathophysiology of neurodevelopmental disorders: the potential roles of protein synthesis and other cellular processes. Brain sciences. 4, 150-201 (2014).
- Ingvar, M. C., Maeder, P., Sokoloff, L., Smith, C. B. The effects of aging on local rates of cerebral protein synthesis in rats. Monographs in neural sciences. 11, 47-50 (1984).
- Pack, A. I., et al. Novel method for high-throughput phenotyping of sleep in mice. Physiological genomics. 28, 232-238 (2007).
- Sare, R. M., et al. Deficient Sleep in Mouse Models of Fragile X Syndrome. Front Mol Neurosci. 10, (2017).
- Alvarez, G. G., Ayas, N. T. The impact of daily sleep duration on health: a review of the literature. Progress in cardiovascular nursing. 19, 56-59 (2004).
- Kincheski, G. C., et al. Chronic sleep restriction promotes brain inflammation and synapse loss, and potentiates memory impairment induced by amyloid-beta oligomers in mice. Brain, behavior, and immunity. 64, 140-151 (2017).
- Sare, R. M., Levine, M., Hildreth, C., Picchioni, D., Smith, C. B. Chronic sleep restriction during development can lead to long-lasting behavioral effects. Physiology & behavior. 155, 208-217 (2015).
- Moretti, P., Bouwknecht, J. A., Teague, R., Paylor, R., Zoghbi, H. Y. Abnormalities of social interactions and home-cage behavior in a mouse model of Rett syndrome. Human molecular genetics. 14, 205-220 (2005).
- Guzman, M. S., et al. Mice with selective elimination of striatal acetylcholine release are lean, show altered energy homeostasis and changed sleep/wake cycle. Journal of neurochemistry. 124, 658-669 (2013).
- Vecsey, C. G., et al. Daily acclimation handling does not affect hippocampal long-term potentiation or cause chronic sleep deprivation in mice. Sleep. 36, 601-607 (2013).
- Bogdanik, L. P., Chapman, H. D., Miers, K. E., Serreze, D. V., Burgess, R. W. A MusD retrotransposon insertion in the mouse Slc6a5 gene causes alterations in neuromuscular junction maturation and behavioral phenotypes. PloS one. 7, e30217 (2012).
- Angelakos, C. C., et al. Hyperactivity and male-specific sleep deficits in the 16p11.2 deletion mouse model of autism. Autism research: official journal of the International Society for Autism Research. 10, 572-584 (2017).
- Fisher, S. P., et al. Rapid assessment of sleep-wake behavior in mice. Journal of biological rhythms. 27, 48-58 (2012).
- Mang, G. M., et al. Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/ electromyogram recordings in mouse sleep studies. Sleep. 37, 1383-1392 (2014).
- Chen, L., Toth, M. Fragile X mice develop sensory hyperreactivity to auditory stimuli. Neuroscience. 103, 1043-1050 (2001).
