Theta activity in the hippocampus is related to specific cognitive and behavioral stages. Here, we describe an analytical method to detect highly-organized theta oscillations within the hippocampus using a time-frequency (i.e., wavelet analysis)-based approach.
תטא פעילות נוצרת במערכת septohippocampal וניתן להקליט באמצעות אלקטרודות intrahippocampal עמוקות electroencephalography המושתלת (EEG) גישות radiotelemetry או לקשור מערכת. פרמקולוגית, תטא בהיפוקמפוס היא הטרוגנית (ראה התיאוריה הדואליסטית) והוא יכול להיות מובחן לתוך מסוג I תטא סוג II. תת EEG הבודד אלה קשורים למדינות קוגניטיביים והתנהגותיים ספציפיות, כגון עוררת, חקר, למידה וזיכרון, פונקציות אינטגרטיבי גבוהות וכו במחלות ניווניות כמו אלצהיימר, מבני ושינויים תפקודיים של מערכת septohippocampal יכול לגרום לפעילות תטא לקוית / תנודות. ניתוח כמוני התקן של EEG בהיפוקמפוס כולל ניתוח תדיר מבוסס Fast-פורייה- טרנספורמציה (FFT). עם זאת, הליך זה אינו מספק פרטים על פעילות תטא ב תנודות תטא כלליות מאוד מאורגנות בפרט. על מנת לקבל detaמידע iled על תנודות תטא מאוד מאורגן בהיפוקמפוס, פיתחנו גישה אנליטית חדשה. גישה זו מאפשרת כימות הזמן- וחסכונית של משך תנודות תטא מאוד מאורגן ומאפיינים ותדירותם.
תטא פעילות במוח קשורה מדינות קוגניטיביים ותפקודיות שונות, כולל עוררות, קשב, תנועה רצונית, התנהגות גישוש, התנהגות תשומת לב, למידה וזיכרון, אינטגרציה חושית, ואת תנועות עיניים מהירות (REM) לישון 1, 2. בעיקר, תטא פעילות כישות קצבית יכול להיווצר באזורים מוחין שונים והוא מאורגן מסונכרן כמו תטא תנודות. להלן נבקש להתמקד בניתוח וכימות של תטא פעילות / תנודות המופקות במערכת septohippocampal 3, 4. בתוך מחצה, GABAergic, glutamatergic, ונוירונים כולינרגית פרויקט להיפוקמפוס ולתרום ייזום ותחזוקה של תטא התנהגות תנודתית. יש דיון מתמשך על אם תנודות תטא בהיפוקמפוס מבצעים יזומים מחצה, כלומר, </em> המודל חסיד קוצב-בהיפוקמפוס במחיצה, (תורת extrahippocampal) או צרופה במבנה ההיפוקמפוס (תיאוריה intrahippocampal) 5, 6, 7.
לא משנה מוצאם, תנודות תטא בהיפוקמפוס כבר במוקד העניין במשך שנים, במיוחד במודלים עכבר מהונדס. מודלים אלה מאפשרים להשתלה של אלקטרודות EEG עמוקה עבור ההקלטה של תנודות תטא בהיפוקמפוס תחת משימות ספציפיות קוגניטיביים והתנהגותיים 8. תנודות בהיפוקמפוס תטא הם הטרוגניים בטבע. בהתבסס על התיאוריה הדואליסטית כביכול של תטא תנודות, אפשר להבדיל בין סוג רגיש-אטרופין השנייה תטא אטרופין רישיות מסוג I תטא 9, 10, 11. האחרון יכול להיגרם בדרך כלל על ידי M מוסקריניים 1 / M <sUB> 3 אגוניסטים לקולטן, למשל, arecoline, pilocarpine, ו urethane. עם זאת, urethane היא תרופה רב-יעד, מלבד הפעלת מוסקריניים, גם מפעילה אפקטים מורכבים על גופי ערוץ יון אחרים. לקבלת תטא מסוג II, מסלול מוסקריניים כולל את ההפעלה של M 1 / M 3 ו עוקבות G q / 11 (Gα) הפעלת בתיווך של פוספוליפאז C β 1/4 (PLCβ 1/4), אינוזיטול טריפוספט (Insp 3) , diacylglycerole (DAG), Ca 2 +, וחלבון קינאז C (PKC). תפקידיו של PLCβ 1 ו PLCβ 4 thetagenesis יאומתו במחקרים נוק-אאוט באמצעות PLCβ1 – / – ו PLCβ4 – / – עכברים מפגינים אובדן מוחלט או הנחתה משמעותית של תטא תנודה 12, 13, 14. M 1 נוסף, M 3, ו- M 5 מטרות במורד הזרם (צ'הnnels / זרמים) של מפל איתות מוסקריניים כוללים conductances שונה, כגון K M-הסוג + ערוץ (K M) באמצעות K תלוי מתח + ערוץ (K v 7); איטי לאחר K + ערוץ hyperpolarization (Ks אח"פ); לדלוף K + ערוץ (דליפת K), כנראה באמצעות TWIK הקשורים K חומצה רגיש + ערוץ (TASK1 / 3); הנוכחי קטיון (CAT I), כנראה באמצעות ערוץ דליפה Na + (NALCN); ואני h באמצעות hyperpolarization וערוצי מגודרת מחזוריים נוקלאוטיד (HCN). בנוסף, M 2 / M קולטני אצטילכולין 4 (AChRs) דווחו להפריע מיישר פנימה K + לתעל 3.1 (K IR 3.1) ופנימה מיישר K + לתעל 3.2 (K IR 3.2) 15.
נכון לעכשיו, התוכנה האנליטית-זמינים מסחרית המאפשרת ניתוח תדירות FFT מבוסס מהר, למשל, ניתוח של כוח (P, mV 2)או צפיפות ספקטרום ההספק (PSD, mV 2 / Hz). כוח או צפיפות ספקטרום ההספק (PSD) ניתוח מתחום התדרים תטא רק נותן סקירה עולמית של פעילותה. עם זאת, על מנת לקבל תובנה מפורטת פעילות תטא קוגניטיביים הקשורים בהתנהגות, הניתוח של תנודות תטא מאוד מאורגנות הוא חובה. ההערכה של תנודות תטא מאוד מאורגן היא בעלת חשיבות מרכזית בתחום של מחלות ניווניות של מערכת העצבים נוירופסיכיאטריות. רוב מחקרי מחל ניסיוני מתבצעים במודלי עכבר מהונדסים תוך שימוש בגישות נוירו-מאוד-מתוחכמות להקליט משטח אפידורל ואת לתרשים אק"ג תוך-מוחי עמוק. טכניקות אלו כוללות שתי מערכות לקשור 16 ו setups radiotelemetric 17, 18. ניתן להקליט תנודות תטא כמו תנודות תטא ספונטניות בהתנהגויות הקשורות בתנאי הקלטה לטווח ארוכים. בנוסף, תטא תנודות יכולות להיות recorded הבא אינדוקציה תרופתית אלא גם בעקבות חשיפת בעלי חי משימות התנהגותיות או קוגניטיביות או לגירויים חושיים, כגון צביטת זנב.
מוקדם גישות לאפיין תטא תנודות תוארו על ידי Csicsvari et al. 19. המחברים מתכננים כלי חצי אוטומטי לניתוח תטא לטווח קצר (15 – 50 דקות) כי אינו מתאים קלטות EEG ארוך זמן. השיטה שלנו, המתוארת כאן, מאפשר ניתוח של הקלטה ארוך טווח EEG> 48 שעות 20. Csicsvari et al. 10 התייחס גם יחס תטא-דלתא, אבל אין סף לקביעת תנודות תטא מאוד מאורגן מסופק. ההגדרות המגוונות דלתא תטא להתאים הגדרות טווח תדרים שלנו. כמו כן, הוא לא הזכיר במפורש, אנו מניחים כי שיטת FFT מבוסס משמש Csicsvari et al. כדי לחשב את הכוח של התדרים-דלתא תטא. זֶהשוב שונה בבירור מן השיטה שלנו, מאז אנו מחשבים אמפליטודות מבוסס ידווה על מספר רב של סולמות תדר (תדירויות צעדי Δ (f) = 0.05 הרץ), וכתוצאה מכך הדיוק גבוה בהרבה. משך תקופת EEG בנפרד נתחה דומה הגדרתנו.
Klausberger et al. 21 גם לעשות שימוש יחסי דלתא-תטא לניתוח הקלטות ארוך טווח EEG. עם זאת, ישנם שלושה הבדלים עיקריים לעומת הגישה שלנו: i) משך תקופת EEG הוא הרבה יותר, כלומר, לפחות 6 שעות; ii) יחס תטא-דלתא מוגדר 4, וזה הרבה יותר גבוה מאשר סף ביתנו, והיא קשורה להגדרות טווח תדרים שונות; ו- III) הגדרת הכח צפויה להתבסס על גישת FFT, אשר חסר דיוק גבוה, במיוחד עבור חלונות זמן קצרה מאוד (2 s, כלומר, 5 מחזורים עבור תנודות בתדירות של 2.5 הרץ). במקרים כאלה, הליך מבוסס ידווה הוא מומלץ יותר.מחקר שנערך על ידי קפלן ואח '. 22 אך ורק מחושב הכוח תטא תוך התעלמות יחס כוח דלתא-תטא. לפיכך, קפלן להתקרב 22 לא יכולים להבדיל בין תהליכים תטא עשירית קוגניטיבי מלווים דלתא גבוהה או נמוכה.
בפרוטוקול הבא, נוכל להציג גישה אדוה מבוססי האנליטית שלנו לנתח באופן מהימן תנודות תטא מאוד מאורגן בהקלטות EEG בהיפוקמפוס מעכברים. מאז הליך זה עובד באופן אוטומטי, זה יכול להיות מיושם על ערכות נתונים גדולות ומדידות ארוך טווח EEG.
תטא פעילות רלוונטית מרכזיים לנוירופיזיולוגיה מערכתית. ניתן לראות באזורי מוח שונים, במיוחד בהיפוקמפוס, שם היא קשורה מדינות התנהגותיים וקוגניטיביים ספציפיים. בנוסף, תטא בהיפוקמפוס יכול להיות מובחן פרמקולוגית לתוך סוג אטרופין רגיש תטא שאני סוג ב 'ו אטרופין רישיות. ס…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr. Christina Ginkel (German Center for Neurodegenerative Diseases, DZNE) and Dr. Robert Stark (DZNE) for their assistance with animal breeding and animal healthcare. This work was financially supported by the Federal Institute for Drugs and Medical Devices (Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM), Bonn, Germany.
Carprofen (Rimadyl VET – Injektionslösung) | Pfizer | PZN 0110208208 | 20ml |
binocular surgical magnification microscope | Zeiss Stemi 2000 | 0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000 | |
Dexpanthenole (Bepanthen Wund- und Heilsalbe) | Bayer | PZN: 1578818 | |
drapes (sterile) | Hartmann | PZN 0366787 | |
70% ethanol | Carl Roth | 9065.5 | |
0.3% / 3% hydrogene peroxide solution | Sigma | 95321 | 30% stock solution |
gloves (sterile) | Unigloves | 1570 | |
dental glas ionomer cement | KentDental /NORDENTA | 957 321 | |
heat-based surgical instrument sterilizer | F.S.T. | 18000-50 | |
high-speed dental drill | Adeor | SI-1708 | |
Inhalation narcotic system (isoflurane) | Harvard Apparatus GmbH | 34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230 | |
Isoflurane | Baxter 250 ml | PZN 6497131 | |
Ketamine | Pfizer | PZN 07506004 | |
Lactated Ringer's solution (sterile) | Braun | L7502 | |
Nissl staining solution | Armin Baack | BAA31712159 | |
pads (sterile) | ReWa Krankenhausbedarf | 2003/01 | |
Steel and tungsten electrodes parylene coated | FHC Inc., USA | UEWLGESEANND | |
stereotaxic frame | Neurostar | 51730M | ordered at Stoelting |
(Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic) | |||
tapes (sterile) | BSN medical GmbH & Co. KG | 626225 | |
TA10ETA-F20 | DSI | 270-0042-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 2.5 mV, channel bandwidth (B) 1-200 Hz, nominal sampling rate (f) 1000 Hz (f = 5B) temperature operating range 34-41 °C warranted battery life 4 months |
TL11M2-F20EET | DSI | 270-0124-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 1.25 mV, channel bandwidth (B) 1-50 Hz, nominal sampling rate (f) 250 Hz (f = 5B) temperature operating range 34-41 °C warranted battery life 1.5 months |
Vibroslicer 5000 MZ | Electron Microscopy Sciences | 5000-005 | |
Xylazine (Rompun) | Bayer | PZN: 1320422 | |
Matlab | Mathworks Inc. | programming, computing and visualization software | |
SPSS | IBM | statistical analysis software |