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.
Teta aktivitesi septohippocampal sistemde üretilir ve derin intrahipokampal elektrotları ve implante elektroensefalografi (EEG) radiotelemetry veya bağlama sistemi yaklaşımları kullanılarak kaydedilebilir. Farmakolojik, hipokampal teta (dualist teorisi bakınız) heterojen ve tip I ve tip II teta içine ayırt edilebilir. Bu bireysel EEG alt tipleri bozulmuş teta aktivitesi neden olabilir örneğin Alzheimer, yapısal ve septohippocampal sisteminin fonksiyonel değişiklikler gibi nörodejeneratif hastalıklar vb uyarılma, keşif, öğrenme ve bellek, yüksek bütünleştirici fonksiyonları gibi spesifik bilişsel ve davranışsal devletler, ilgili / salınımlar. hipokampal EEG standart kantitatif analiz Fast-Fourier-Dönüşüm (FFT) tabanlı frekans analizini içermektedir. Ancak, bu yordam özelde ve son derece organize teta salınımlarının teta etkinliğiyle ilgili ayrıntıları sağlamaz. DETA elde etmek içinhipokampus son derece organize teta salınımlarına bu kama bilgiler, yeni bir analitik yaklaşım geliştirdik. Bu yaklaşım, yüksek organize teta salınımları ve frekans özellikleri süresi zaman ve maliyet-etkin bir miktarının sağlar.
Beyindeki teta aktivitesi, 2 uyarılma, dikkat, istemli hareket, keşif davranışı, dikkat davranışı, öğrenme ve bellek, somatosensoryel entegrasyonu ve hızlı göz hareketi (REM) da dahil olmak üzere farklı bilişsel ve işlevsel devletler, 1 ila uyku ilgilidir. Prensip olarak, ritmik bir varlık olarak teta aktivitesi çeşitli beyin bölgelerinde oluşturulabilir ve yüksek teta salınımlar olarak düzenlenmiş ve senkronize edilir. Aşağıda, teta aktivitesi / septohippocampal sistemi 3, 4 içinde oluşturulan salınımlar analizi ve ölçümü üzerinde durulacak. septum içinde, GABAerjik, glutamaterjik ve kolinerjik nöronlar proje hipokampus ve osilasyonel davranış başlatılması ve bakım katkıda bulunmaktadır. Hipokampal teta salınımları, yani septum başlatılan konusunda bir sürmekte olan tartışmalar vardır, </em> Hipokampus içinde septal kalp pili-hipokampal takipçisi modeli, (extrahippocampal teori) ya da kendiliğinden (intrahipokampal teorisi) 5, 6, 7.
Kökenine bakılmaksızın, hipokampus teta salınımları özellikle transgenik fare modellerinde, yıllardır ilgi odağı olmuştur. Bu modeller, derin EEG elektrotları implantasyon ve spesifik bilişsel ve davranışsal görevleri 8 altında hipokampal teta salınımlarının kayıt için izin verir. Hipokampal teta salınımlar doğada heterojendir. Teta salınımların sözde ikici teorisine dayanarak, bir atropin duyarlı tip II teta ve atropin duyarsız tip I teta 9, 10, 11 birbirinden ayırabilirsiniz. Bu sonuncusu, muskarinik M tarafından indüklenebilir 1 / M <sUB> 3 reseptörü agonistleri, örneğin, arekolin gibi, pilokarpin ve üretan. Bununla birlikte, üretan muskarinik aktivasyonunun yanı sıra, aynı zamanda diğer iyon kanalı kişiler karmaşık etki gösterir, bir çoklu hedef ilaçtır. Tip II teta için, muskarinik yolu M 1 aktivasyonunu / M 3 ve sonraki G q / 11 (Gα) 1/4 β fosfolipaz C aracılı aktivasyonu (PLCβ 1/4), inositol trifosfat (Insp 3) içerir , diacylglycerole (DAG), Ca + 2 ve protein kinaz C (PKC). Thetagenesis bölgesindeki PLCβ 1 ve PLCβ 4 rolü kullanılarak nakavt çalışmaları onaylanmıştır PLCβ1 – / – ve PLCβ4 – / – teta salınım 12, 13, 14 tam bir kayıp veya önemli bir zayıflama sergileyen fareler. Ek 1 M, E 3 arasındadır ve M 5 alt hedef (CHA, muskarinik sinyalleme olay zincirinin nnels / akımları) bu tür voltaja bağımlı K + kanalı (K h 7) ile M-tipi bir K + kanalı (K M) gibi çeşitli iletkenlikleri arasında, hiperpolarizasyon K + kanalı (Ks AHP) sonra yavaş; asit-duyarlı K + kanal (TASK1 / 3) TWIK ilgili muhtemelen aracılığıyla, K + kanalı (K kaçak) kaçak; Muhtemelen, Na + kaçak kanalı üzerinden katyon akımı (I CAT), (NALCN); ve ben h hiperpolarizasyon ve siklik nükleotid kapılı kanallar (HCN) üzerinden. Buna ek olarak, M 2 / M 4 asetilkolin reseptörleri (AChRs) K + 3.1 (3.1 ir K) kanal içe redresör müdahale ve doğrultucu içe K + 15 3.2 (3.2 ir K) kanal bildirildi.
Şu anda piyasada mevcut analitik yazılım (P mV 2) hızlı FFT tabanlı frekans analizleri, örneğin, güç analizi için izin verirveya güç spektrum yoğunluğu (PSD, mV 2 / Hz). Güç veya teta frekans aralığının güç spektrum yoğunluğu (PSD) analizi sadece faaliyet küresel bir bakış verir. Ancak, bilişsel ve davranış ile ilgili teta aktivitesi içine ayrıntılı bir fikir elde etmek için, son derece organize teta salınımlarının analizi zorunludur. Çok organize teta salınımlarının değerlendirilmesi nörodejeneratif ve nöropsikiyatrik hastalıklar alanında merkezi bir öneme sahiptir. Çoğu deneysel hastalık çalışmaları epidural yüzey ve derin intraserebral EEG'ler kaydetmek için son derece sofistike nöroşirürji yaklaşımlar kullanılarak transgenik fare modellerinde yürütülmektedir. Bu teknikler hem halata sistemleri 16 ve radiotelemetrik kurulumları 17, 18 içerir. Teta salınımlar uzun süreli kayıt koşulları altında kendiliğinden ve davranış ile ilgili teta salınımları olarak kaydedilebilir. Buna ek olarak, teta salınımlar reco olabilirfarmakolojik indüksiyon takip değil, aynı zamanda davranış veya bilişsel görevleri ya da kuyruk kıstırma olarak duyusal uyaranlara, hayvanların maruz kalma takip rded.
Erken teta salınımlar Csicsvari ve diğerleri tarafından tarif edilmiştir karakterize yaklaşımlar. 19. Uzun süre EEG kayıtları için uygun değildir – (50 dk 15) Yazarlar kısa süreli teta analizi için yarı otomatik bir araç tasarladık. Burada açıklanan Önerilen yöntem,> 48 saat 20 Uzun vadeli EEG kaydının analizi sağlar. Csicsvari ve diğ. 10 da teta-delta oranı sevk, ama son derece organize teta salınımlarının belirlenmesi için herhangi bir eşik sağlanır. delta ve teta aralığı tanımları bizim frekans aralığı tanımları maç. Açıkça belirtilmeyen gibi, bir FFT tabanlı yöntem Csicsvari ve arkadaşları tarafından kullanılan tahmin. teta-delta frekans bantlarında gücünü hesaplamak için. Bubiz çok yüksek hassasiyet ile sonuçlanan, frekans ölçekler çok sayıda (frekans Δ (f) = 0.05 Hz adımlar) üzerine dalgacık tabanlı genlikleri hesaplamak beri yine açıkça bizim yöntemden farklıdır. Tek tek analiz EEG çağın süresi bizim tanımına benzer.
KlausBerger ve diğ. 21 uzun vadeli EEG kayıtlarının analizi için teta-delta oranları faydalanmak. Ancak, bizim yaklaşımla karşılaştırıldığında üç büyük farklılıklar vardır: i) EEG dönem süresi, daha uzun, yani en az 6 s; ii) teta-delta oran bizim eşik çok daha yüksektir ve farklı frekans aralığı tanımları ile ilgili olan, 4'e ayarlanır; ve iii) güç tanımı (özellikle çok kısa bir süre pencereler için, yüksek hassasiyetli yoksun bir FFT yaklaşımına dayalı olması muhtemeldir 2 s, yani 2.5 Hz'lik bir frekansta) ile salınımlar için 5 çevrimleri. Bu gibi durumlarda, bir dalgacık tabanlı prosedür daha tavsiye edilir.Caplan ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışma. Teta-delta gücü oranı ihmal ederek 22 sadece teta gücü hesaplanır. Böylece, Caplan 22 yüksek veya düşük delta eşliğinde bilişsel teta zengin süreçler ayırt edemez yaklaşım.
Aşağıdaki protokol, güvenilir farelerin hipokampal EEG kayıtları son derece organize teta salınımlar analiz analitik dalgacık tabanlı bir yaklaşım sunacak. Bu prosedür otomatik olarak çalışır bu yana, büyük veri kümeleri ve uzun vadeli EEG ölçümleri uygulanabilir.
Teta aktivitesi sistemik Nörofizyolojideki merkezi öneme sahiptir. Özellikle belirli davranış ve bilişsel ilişkin hippokampustaki, çeşitli beyin bölgelerinde görülmektedir. Buna ek olarak, hipokampal teta farmakolojik atropin duyarlı tip II ve atropin duyarsız tip I teta içine ayırt edilebilir. Tip I yürümek gibi veya çalışan, hareket ile ilişkili olduğu düşünülen 27, 28, 29, <sup class="xr…
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 |