Summary

Nicht-invasive High-Throughput-Bestimmung der Schlafdauer bei Nagern

Published: April 18, 2018
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Summary

Wir beschreiben eine Hochdurchsatz-Methode zur Messung der Schlaf durch Activity based Überwachung Haus-Käfig. Diese Methode bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen EEG-basierten Methoden. Es kann ist gut für die Bestimmung der gesamten Schlafdauer validiert und ein mächtiges Werkzeug, Schlaf in Nager-Modelle der menschlichen Krankheit zu überwachen.

Abstract

Traditionell wird Schlaf durch ein Elektroenzephalogramm (EEG) überwacht. EEG-Studien an Nagern erfordern chirurgische Implantation der Elektroden, gefolgt von einer langen Erholungsphase. Um eine EEG-Aufzeichnung durchzuführen, ist das Tier an einen Empfänger, erstellen eine unnatürliche Leine an der Kopf-Halterung verbunden. EEG-Überwachung ist zeitaufwendig, trägt ein Risiko für das Tier, und ist keine völlig natürliche Umgebung für die Messung des Schlafes. Alternative Methoden, um Schlaf, besonders in einer Hochdurchsatz-Mode erkennen würde stark Bereich der Schlafforschung vorrücken. Hier beschreiben wir eine validierte Methode zur Erkennung von Schlaf durch Activity based monitoring Haus-Käfig. Frühere Studien haben gezeigt, dass Schlaf über diese Methode bewertet ein hohes Maß an Übereinstimmung mit dem Schlaf durch traditionelle EEG-basierten Maßnahmen definiert hat. Während diese Methode für die Gesamt-Schlafdauer validiert ist, ist es wichtig zu beachten, dass die Schlafdauer Kampf durch ein EEG bewertet werden sollte, die bessere zeitliche Auflösung hat. Das EEG kann auch REM (REM) und non – REM-Schlaf, geben mehr Details über die genaue Art des Schlafes unterscheiden. Dennoch kann Activity based Schlaf Bestimmung mehrere Tage der ungestörten Schlaf analysieren und Schlaf als Reaktion auf ein akutes Ereignis (wie Stress) bewerten verwendet werden. Hier zeigen wir die Kraft dieses Systems, die Beantwortung von Mäusen täglich intraperitoneale Injektionen zu erkennen.

Introduction

Schlaf hat wichtige Funktionen für die Wiederherstellung von Körper und Gehirn nach der täglichen Belastung der Wachheit1. Es hat sich gezeigt, dass Schlaf eine Rolle bei der Merkfähigkeit und allgemeine Gehirn Plastizität1 spielt. Das EEG ist der Goldstandard, Schlaf2zu erkennen. Bei Nagetieren erfordert EEG Überwachung chirurgische Implantation von Elektroden angebracht, um eine Kopf-Mount, woraufhin benötigt das Tier eine Zeit2wiederherstellen. Nach der Wiederherstellung das Tier ist an das Aufnahmegerät angeschlossen und erhält eine andere Periode der Gewöhnung2. Aufgrund dieser notwendigen Perioden der Erholung und Gewöhnung EEG ist zeitaufwendig und mühsam und nicht angemessen in großem Maßstab durchgeführt werden. Darüber hinaus trägt der chirurgische Eingriff der Elektrode Implantation eine Risiko für das Tier. Schließlich ist die Datenanalyse für das scoring Schlaf EEG-Studien auch sehr mühsam. Eine Alternative, nicht-invasive, Hochdurchsatz-Verfahren zur Schlafüberwachung würde stark Nagetier Schlafforschung unterstützen.

Ein Activity based Home-Käfig monitoring-System verwendet, um Schlaf zu erkennen befasst sich mit die Beschränkungen von EEG-Studien. Die einfache Prämisse ist, dass ein inaktiver Tier wahrscheinlich ein schlafendes Tier. Es hat sich gezeigt, dass 40 s der kontinuierlichen Inaktivität (Makulatur in 10 s Epochen) ist ein zuverlässiger Maßstab für Schlaf gemessen mit einem EEG (88-94 % Zustimmung gezeigt)3. Startseite-Käfig-monitoring-Systeme können verwendet werden, um große Gruppen von Tieren mit minimale Rüstzeit zu studieren. Wir haben gezeigt, dass es Tiere etwa einen Tag braucht, um zu individuellen Wohnraum in der Heimat-Käfig monitoring System4 im Gegensatz zu den Wochen der Erholung benötigt für EEG Studien2gewöhnen. Darüber hinaus können einige Setups auch physiologische Parameter wie Körpertemperatur, Herzfrequenz, Aktivität und Fütterung erkennen. Temperatur und Herzfrequenz werden von der Implantation eines kleinen Senders bestimmt. Diese Parameter können mehr Informationen über die Maus und ergänzen, unser Verständnis von Schlaf und wie es beeinflusst wird parallel zu den Schlaf-Aufnahme verwendet werden.

Während es ein mächtiges Werkzeug ist, gibt es einige Einschränkungen für die Datentypen, die von Activity based Überwachung Haus-Käfig erworben werden können. EEG-Studien können unterscheiden zwischen REM und non – REM-Schlaf, die für ein tieferes Verständnis der Schlafarchitektur wichtig sein können. Activity based Home-Käfig-monitoring-Systeme können nur Daten für die gesamte Schlafdauer. Zusätzlich, obwohl die Ausgabe für Activity based Home-Käfig Überwachung Informationen über Schlafdauer Kampf gibt, kann nicht wir Kampf Dauer wegen der inhärenten Beschränkungen der 40 s Abständen3richtig einschätzen. Trotz dieser Einschränkungen bietet die Haus-Käfig Überwachung der Schlafdauer eine wichtige biologische Maßnahme, die viele nachgeschaltete Faktoren einschließlich der Tiergesundheit und Verhalten5beeinflussen können.

Activity based Überwachung Haus-Käfig wurde zur Schlaf in vielen Studien zeigt seine Vielseitigkeit zu erkennen. Wir zitieren eine Probe von diesen Studien4,6,7,8,9,10,11,12. Neben der Methode vorgestellt gibt es andere Methoden zur Erkennung von Schlaf durch Activity based monitoring, jeweils eine eigene Einschränkungen13,14. Einige dieser Studien untersuchen längere ununterbrochenen Schlaf (72 h) während einige Schlaf untersuchen in Blöcken von 24 h. In dieser Studie stellen wir Schlafanalyse für jeden Zeitraum von 24 h nach der Antwort an täglichen intraperitoneal (IP)-Injektionen und periodische Käfig Veränderungen in einem Mausmodell der fragilen X-Syndrom (1 KO Mäusen). Wir haben 1 KO Mäuse, weil sie schlafen4 reduziert haben und Hypothese sind zu hyper-reaktiv auf sensorische Informationen15. Unsere Daten zeigen die Fähigkeit zum Erkennen von Änderungen im Schlaf-Muster als Reaktion auf ein belastendes Ereignis. Diese Methode eignet sich für den Erhalt der allgemeine Informationen über den Schlaf in großen Kohorten von Mäusen. Die Methode kann hilfreich für das Verständnis der Auswirkungen von bestimmten genetischen Veränderungen, die auf den Schlaf, die Auswirkungen der pharmakologischen Behandlungen oder Reaktionen auf Ereignisse, wie z. B. ein Stressor sein. Darüber hinaus bietet die Methode des Screenings auf eine Antwort vor Einleitung eines stärker Studien auf einfache Weise.

Protocol

Die Verfahren wurden durch die nationale Institut für geistige Gesundheit Animal Care and Use Committee genehmigt und durchgeführt in Übereinstimmung mit den nationalen Institute der Gesundheitsrichtlinien auf die Pflege und Nutzung von Tieren. 1. Einrichten schlafen Erkennungseinheiten Kaufen Sie die gewünschte Anzahl von Einheiten und Software. Folgen Sie den Anweisungen zum Einrichten der monitoring-Systeme. Richten Sie einen Detektor gegenüber einem Emitter…

Representative Results

Um die Wirkung der täglichen Injektionen auf Schlaf und ob Tiere gewöhnen zu den Injektionen zu ermitteln, führten wir tägliche IP-Injektionen an 14 aufeinander folgenden Tagen um 09:00 (Licht-Zyklus begann um 06:00) und 12 1 KO C57Bl/6J Mäuse Schlafdauer erzielte. Wir nutzten ein Probanden Design, Injektion jedes Tier mit normalen Kochsalzlösung für 4 aufeinanderfolgende Tage (1-4 Tage) und dann 30 % Cyclodextrin für die folgenden zehn aufeinander folgenden Tagen (5-14 T…

Discussion

Hier präsentieren wir Ihnen eine nicht-invasive, Hochdurchsatz-Methode zur Bestimmung der Schlafdauer basierend auf Aktivitätsüberwachung im Haus-Käfig. Diese Methode der Ermittlung des Gesamt-Schlafdauer wurde gegen EEG Studien3validiert. Activity based Überwachung Haus-Käfig ist einfach, nicht-invasive und für Bevölkerungsstudien in großer Zahl von Tieren. Es ist begrenzt, da es nicht ausführliche Informationen über den Schlaf (z. B. Kampf Dauer und Schlaf Schlafstadien) geben kann.</…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren möchten der NIH-Fellows-Redaktion für ihre redaktionelle Unterstützung anerkennen. Diese Forschung wurde durch das intramurale Forschungsprogramm des NIMH (ZIA MH00889) finanziert. RMS wurde auch durch eine FRAXA Postdoctoral Fellowship unterstützt.

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

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Cite This Article
Saré, R. M., Lemons, A., Torossian, A., Beebe Smith, C. Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents. J. Vis. Exp. (134), e57420, doi:10.3791/57420 (2018).

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