Неинвазивный, высок объём определение продолжительности сна в грызунов
Summary
Мы описываем высок объём метод измерения сна посредством деятельности на основе мониторинга дома клетке. Этот метод предлагает преимущества по сравнению с традиционными методами на основе ЭЭГ. Он также проверяется для определения продолжительности сна и может быть мощным инструментом для мониторинга сна в грызунов моделях заболеваний человека.
Abstract
Традиционно сон контролируется электроэнцефалограммы (ЭЭГ). ЭЭГ исследования на грызунах требуют хирургического вживления электродов, последовал длительный период восстановления. Для выполнения записи ЭЭГ, животное подключен к приемнику, создание неестественных троса к Голова гора. ЭЭГ-мониторинг времени, несет риск для животного и не является вполне естественным местом для измерения сна. Альтернативные методы для обнаружения сна, особенно в моде высокой пропускной способности, значительно продвинет области исследования сна. Здесь мы описываем проверяемого метода для обнаружения сна через мониторинг на основе деятельности дома Кейдж. Предыдущие исследования показали, что сна, оценивать через этот метод имеет высокую степень согласия с сна, определяется традиционных мер, основанных на ЭЭГ. В то время как этот метод проверяется на время сна, важно отметить, что продолжительность сна схватки должны оцениваться ЭЭГ, которая имеет более временного разрешения. ЭЭГ можно различать также быстрое движение глаз (REM) и сна БЭРА, давая более подробно о точный характер сна. Тем не менее определение на основе деятельности сна может использоваться для анализа нескольких дней безмятежный сон и оценить сна в ответ на событие острый (как стресс). Здесь мы покажем власть этой системы, чтобы обнаружить ответ мышей на ежедневные внутрибрюшинной инъекции.
Introduction
Сна имеет важные функции для восстановления тела и мозга после ежедневного бремени бодрствования1. Было показано, что сон играет определенную роль в памяти хранения и общие мозга пластичности1. ЭЭГ является золотым стандартом для обнаружения сна2. Грызунов ЭЭГ-мониторинг требует хирургической имплантации электродов, прикреплены к Голова гора, после чего животное требуется некоторое время для восстановления2. После восстановления, животное прилагается к устройству записи и другой период привыкания2. Из-за этих необходимых периодов восстановления и привыкания ЭЭГ кропотливая и занимают много времени и не может быть выполнена в достаточно крупных масштабах. Кроме того хирургическая процедура вживления электродов носит имманентный риск для животного. Наконец анализ данных для озвучивания сна ЭЭГ исследования также является весьма трудоемким. Альтернатива, неинвазивная, высок объём метод мониторинга сна значительно помогло бы грызунов сна исследований.
На основе деятельности дома Кейдж систему мониторинга для обнаружения сна устраняет ограничения ЭЭГ исследования. Простой предпосылке что является неактивным животное вероятно сна животного. Было показано, что 40 s непрерывного простоя (сегментирование в 10 s эпох) является надежной мерой сна как измеряется с ЭЭГ (показано на 88-94% соглашение)3. Главная Кейдж систем мониторинга может использоваться для изучения больших групп животных с минимальной установки времени. Мы показали, что он принимает животных примерно один день, чтобы приучать к индивидуального жилья в доме Кейдж мониторинга системы4 в отличие от недели восстановления необходимых для ЭЭГ исследования2. Кроме того некоторые настройки можно также обнаружить физиологических параметров, таких как ядро температуры тела, частоты пульса, деятельности и кормления. Температуры и частоты сердечных сокращений, определяются из имплантации небольшой передатчик. Эти параметры могут предоставить дополнительные сведения о мыши и могут использоваться параллельно с записью сна для дальнейшего добавления нашего понимания сна и как она влияет.
Хотя это мощный инструмент, существуют некоторые ограничения на типы данных, которые могут быть приобретены из дома Кейдж мониторинг на основе деятельности. ЭЭГ исследования может продифференцировать между REM и не – REM сна, которые могут иметь важное значение для более глубокого сна архитектуры. Только на основе деятельности систем мониторинга дома клетка может предоставлять данные для продолжительность сна. Кроме того хотя вывод для дома Кейдж мониторинг на основе деятельности дает информацию о Бута продолжительность сна, мы не может точно оценить продолжительность схватки за ограничение, свойственное 40 s интервалов3. Несмотря на эти ограничения дома Кейдж мониторинг продолжительность сна обеспечивает важной биологической мерой, могут влиять многие течению факторов, включая поведение5и здоровью животных.
Мониторинг на основе деятельности дома Кейдж был использован для обнаружения сна во многих исследованиях, указывающий его универсальность. Приведем пример этих исследований4,6,,78,9,10,11,12. В дополнение к представил метод есть другие методы обнаружения сна через мониторинг на основе деятельности, каждый из которых содержит свои собственные ограничения13,14. Некоторые из этих исследований изучить длительного непрерывного сна (72 ч) в то время как некоторые изучения сна в блоках 24 ч. В этом исследовании мы представляем анализ сна для каждого периода 24 ч после ответа ежедневные внутрибрюшинной инъекции (IP) и периодические Кейдж изменения в модель мыши ломкая Х-хромосома (Fmr1 KO мышей). Мы выбрали Fmr1 KO мышей, потому что они сократили сна4 и являются предположить, чтобы быть гипер реактивной сенсорной информации15. Наши данные выделите способности обнаруживать изменения в сон в ответ на стрессовые события. Этот метод идеально подходит для получения общей информации о сна в большой когорты мышей. Метод может быть полезен для понимания последствий конкретных генетических изменений на сон, эффекты фармакологических препаратов, или ответы на события, такие как stressor. Кроме того метод предоставляет простой способ скрининга для ответа до начала исследования более активное участие.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы представляем неинвазивный, высок объём метод для определения продолжительности сна, основанный на мониторинг активности в дома клетке. Этот метод оценки времени сна протестирована против ЭЭГ исследования3. Мониторинг на основе деятельности дома Кейдж простой, не…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы признать редколлегии NIH стипендиатов для их редакционной помощи. Это исследование финансировалось интрамуральных исследовательской программы NIMH (Зия MH00889). RMS был также поддержан FRAXA докторантура стипендий.
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).
