נחישותם לא פולשנית, תפוקה גבוהה של משך השינה בחולדות
Summary
אנו מתארים שיטה תפוקה גבוהה של מדידת שינה באמצעות פיקוח הביתה כלוב מבוסס-פעילות. שיטה זו מציעה יתרונות על פני שיטות מסורתיות מבוססות-EEG. זה טוב מאומת מצפני משך השינה הכולל והוא יכול להיות כלי רב עוצמה כדי לפקח על שינה במודלים מכרסם של מחלות אנושיות.
Abstract
באופן מסורתי, שינה נמצא בפיקוח של העוויתיים (EEG). EEG מחקרים בחולדות דורשים ניתוח ההשתלה של האלקטרודות ואחריו תקופת החלמה ארוכה. כדי לבצע הקלטת EEG, החיה מחובר למקלט, יצירת הקשר לא טבעי הראש ההר. ניטור EEG הוא זמן רב, נושאת סיכונים לבעל-החיים, היא לא הגדרה טבעית לחלוטין עבור המידה של שינה. שיטות אלטרנטיביות כדי לזהות שינה, במיוחד באופן תפוקה גבוהה, במידה רבה מראש בתחום מחקר השינה. כאן, אנו מתארים שיטה המאומת לגילוי שינה דרך פיקוח הביתה כלוב מבוסס-פעילות. מחקרים קודמים הראו כי שינה העריך באמצעות שיטה זו יש רמה גבוהה של הסכם שהוגדר על-ידי אמצעים מסורתיים מבוססי EEG בשינה. ואילו בשיטה זו תאומת זמן שינה הכולל, חשוב לציין כי משך לגבי השינה צריכה להיות מוערך על ידי אא שבו יש יותר רזולוציה טמפורלית. א. ג יכול להבדיל גם תנועות עיניים מהירות (REM), ראם שינה, לתת יותר פרטים על האופי המדויק של שינה. למרות זאת, שינה מבוססי פעילות נחישות יכול לשמש כדי לנתח ימים מרובים של שינה ללא הפרעה, ולהעריך שינה כתגובה לאירוע חריפה (כמו מתח). כאן, אנו מראים את העוצמה של מערכת זו כדי לזהות את התגובה של עכברים כדי זריקות יומיות בקרום הבטן.
Introduction
שינה יש פונקציות חשובות לשיקום בעקבות הנטל היומי של ערות1במוח ובגוף. הוכח כי שינה ממלאת תפקיד שימור זיכרון ו- פלסטיות המוח כללי1. א. ג הוא תקן זהב כדי לזהות שינה2. בחולדות, ניטור EEG דורשת השתלה כירורגית של אלקטרודות למוט הר-הראש, לאחר מכן החיה צריך פרק זמן להתאושש2. לאחר ההתאוששות, החיה מחובר למכשיר הקלטה, ניתנת עוד תקופת habituation2. בגלל אלה תקופות הכרחי יחלים ויחזור habituation, EEG היא זמן רב ולא מייגעת, אין אפשרות לבצע באופן סביר בקנה מידה גדול. בנוסף, הליך כירורגי של אלקטרודה השרשה נושא סיכון הטמון לחיה. לבסוף, ניתוח הנתונים עבור ניקוד שינה במחקרים EEG היא גם מייגע מאוד. חלופה, שיטה לא פולשנית, תפוקה גבוהה של שינה ניטור לסייע מאוד מחקר השינה מכרסמים.
מבוסס על פעילות בית-כלוב ניטור מערכת המשמשים לזיהוי שינה מטפל המגבלות של מחקרים EEG. ההנחה פשוטה הוא חיים לא פעיל הוא כנראה חיה מגורים. הוכח כי 40 s של חוסר פעילות רציפה (מנופה ב שהשרתים s 10) הוא מדד אמין של שינה כפי שנמדד עם EEG (הראו שיש הסכם 88-94%)3. מערכות ניטור כלוב הבית יכול לשמש כדי לחקור קבוצות גדולות של בעלי חיים זמן הכיוונון מינימלי. אנחנו הראו כי זה לוקח חיות כ יום אחד habituate לדיור בודדים הבית-כלוב ניטור מערכת4 בניגוד השבועות של שחזור לצורך לימודי אא ג2. בנוסף, כמה setups יכול גם לזהות פרמטרים פיזיולוגיים כגון טמפרטורת הגוף, קצב הלב, פעילות, האכלה. טמפרטורה וקצב הלב נחושים מכל ההשתלה של משדר קטן. פרמטרים אלה יכולים לספק מידע נוסף אודות העכבר, ניתן להשתמש במקביל ההקלטה שינה כדי להוסיף עוד יותר את ההבנה שלנו של שינה ואת ההשפעה עליו.
אמנם זה כלי רב עוצמה, ישנן כמה מגבלות על סוגי נתונים שניתן לרכוש מבוססי פעילות הבית-כלוב ניטור. EEG מחקרים באפשרותך להבדיל בין REM ללא ראם שינה, אשר עשוי להיות חשוב להבנה עמוקה יותר של שינה אדריכלות. מבוסס על פעילות מערכות ניטור כלוב בית יכול לספק רק נתונים משך השינה הכולל. בנוסף, למרות הפלט לניטור הבית-כלוב מבוססי פעילות נותן מידע על משך התקף שינה, אנחנו לא במדויק להעריך משך התקף בגלל המגבלה הטבועה של s 40 במרווחים3. למרות מגבלות אלו, כלוב בית ניטור של משך השינה מספק מדד ביולוגי חשוב שעשוי להשפיע על גורמים רבים במורד הזרם, כולל התנהגות5ובריאות של החיה.
מבוסס על פעילות בית-כלוב ניטור שימש כדי לזהות שינה במחקרים רבים המציין צדדיות שלה. אנו מצטטים מדגם של אלה מחקרים4,6,7,8,9,10,11,12. בנוסף השיטה שהוצגו, יש גם שיטות אחרות של זיהוי שינה דרך פיקוח מבוסס-פעילות, המכילים כל אחד מגבלות משלו,13,14. חלק ממחקרים אלה לבחון תקופות ארוכות של שינה ללא הפרעה (72 h) בעוד כמה לבחון שינה בבלוקים של 24 שעות. במחקר זה, אנו מציגים שינה ניתוח עבור כל תקופת 24 שעות לאחר התגובה זריקות יומיות (IP) בקרום הבטן, כלוב תקופתיים שינויים במודל של עכברים של שביר X תסמונת (Fmr1 KO עכברים). בחרנו Fmr1 KO עכברים כי הם צמצמו שינה4 היא שממוצע hyper-תגובתי מידע חושי15. הנתונים שלנו להדגיש את היכולת לזהות שינויים בדפוסי שינה בתגובה לאירוע מלחיץ. שיטה זו היא אידיאלית עבור קבלת מידע כללי על שינה בכל קוהורטות גדולות של עכברים. השיטה יכולה להיות שימושית להבנת השפעת ספציפי שינויים גנטיים על שינה, ההשפעות של טיפול תרופתי, או התגובות אירועים, כגון יותר מלחיץ. בנוסף, השיטה מספקת אמצעי הקרנה לתגובה לפני ביצוע מחקרים מעורב יותר פשוטה.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן, אנו מציגים שיטה לא פולשנית, תפוקה גבוהה עבור קביעת משך השינה בהתבסס על ניטור פעילות הבית-כלוב. שיטה זו של הערכת זמן שינה הכולל אומתה נגד לימודי אא ג3. פיקוח הביתה כלוב מבוסס-פעילות היא פשוטה, לא פולשנית, החלים על לימודי אוכלוסיה במספר גדול של בעלי חיים. זה מוגבל כי הוא לא יוכ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להכיר את NIH עמיתי וחברי לסיוע העריכה שלהם. מחקר זה מומן על ידי מגזר תוכנית מחקר של מכון NIMH (ZIA MH00889). RMS גם נתמך על ידי מלגת פוסט-דוקטורט FRAXA.
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).
