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神经科学

睡眠の無効化装置:ショウジョウバエを奪う睡眠の非常に効率的な方法

Published: December 14, 2020
doi:
10.3791/62105
, , , ,
1Department of Neuroscience,Washington University School of Medicine

Summary

睡眠不足は、睡眠機能と調節を調査するための強力なツールです。我々は、睡眠排便装置を使用して ショウジョウバエ を奪い、剥奪によって誘発されるリバウンド睡眠の程度を決定するプロトコルを記述する。

Abstract

睡眠恒常性は、睡眠喪失後に観察される睡眠の増加であり、動物界全体の睡眠を識別するために使用される定義基準の1つである。その結果、睡眠不足と睡眠制限は、睡眠機能に関する洞察を提供するために一般的に使用される強力なツールです。しかし、睡眠不足の実験は、剥奪刺激自体が生理学と行動の観察された変化の原因である可能性があるという点で本質的に問題です。したがって、成功した睡眠不足技術は、動物を目覚めさせ、理想的には、意図しない結果を多数誘発することなく、堅牢な睡眠リバウンドをもたらすべきである。ここでは、ショ ウジョウバエのメラノガスターの睡眠剥奪技術について説明します。睡眠の無効化装置(SNAP)は否定的なジオタキシスを誘発するために10年代ごとに刺激を与える。刺激は予測可能であるが、SNAPは効果的に高い睡眠駆動を持つハエでも夜間睡眠の>95%を防ぐ。重要なことに、その後の恒恒動応答は、手による剥奪を用いて達成された応答と非常によく似ている。刺激のタイミングと間隔は睡眠喪失を最小限に抑え、刺激が生理学や行動に及ぼす非特異的な影響を調べるために変更することができる。また、睡眠制限や覚醒閾値の評価にも使用できます。SNAPは、睡眠機能をよりよく理解するために使用できる強力な睡眠破壊技術です。

Introduction

睡眠は動物では普遍的に近いが、その機能は不明のままである。睡眠恒常性は、睡眠不足後の睡眠の代償的増加、睡眠の定義性の特性であり、多くの動物1、2、3、4、5の睡眠状態を特徴付けるために使用されてきた。

ハエの睡眠は、睡眠喪失4、5に対する堅牢な恒育応答を含む、人間の睡眠と多くの類似点を有する。ハエの睡眠に関する数多くの研究は、睡眠不足を使用して、延長覚覚から生じる有害な結果を調べることによって睡眠機能を推測し、睡眠の恒食調節を制御する神経生物学的メカニズムを決定することによって睡眠調節を理解してきた。したがって、睡眠不足のハエは、学習と記憶6、7、8、9、10、11、12、構造可塑性13、14、15、視覚注意16、神経損傷17、18、交配および攻撃的な行動19、交配および攻撃的な行動の障害を示すことが示された。20、細胞増殖21、及び酸化ストレス22に対する応答を、23に挙げ、いくつか挙げる。さらに、リバウンド睡眠を制御する神経生物学的メカニズムの調査は、睡眠ホメオスタット8、9、23、24、25、26、27、28、29を構成する神経機構に関する重要な洞察を生み出した。 .最後に、健康な動物の睡眠機能に関する基本的な洞察を明らかにすることに加えて、睡眠不足の研究はまた、病気の状態で睡眠機能に関する洞察を知らせた30、31。

睡眠不足は間違いなく強力なツールですが、睡眠不足実験では、動物を目覚めさせるために使用される刺激によって誘発されるものと、拡張覚醒から生じる表記型を区別することが重要です。手の剥奪または穏やかな取り扱いによる睡眠不足は、一般的に、最小限の破壊的な睡眠剥奪のための標準を設定すると考えられている。ここでは、睡眠無効装置(SNAP)を使用してハエを奪う睡眠プロトコルについて説明します。SNAPは、10年代ごとにハエに機械的刺激を与え、負のジオタキシスを誘発してハエを目覚めさせる装置です(図1)。SNAPは、高い睡眠駆動8、32を持つハエであっても、夜間の睡眠の>98%のハエを効率的に奪う。SNAPは強打敏感なハエで較正されており、SNAP内のハエの攪拌はハエに害を与えません。SNAPによる睡眠不足は、手の剥奪によって得られたものと同等のリバウンドを誘発する7.SNAPは、したがって、覚醒刺激の影響を制御しながら、ハエを奪う睡眠を取る堅牢な方法です。

Protocol

1. 実験準備 彼らは男性と女性のハエを分離し、バイアルに閉じるようにハエを収集します。注:睡眠実験は、一般的に雌のハエで行われます。処女女性を収集することが重要です。嵌合雌は、データの分析を複雑にする幼虫に孵化する卵を産む。 <20のグループで単一のセックスの家のハエ。注:社会的に豊かな環境(>50のグループ)での住宅ハエは、睡眠ドライブ<sup class="xre…

Representative Results

広州S(Cs)は野生型株として使用した。ハエは12時間の光で維持された:12時間暗いスケジュール、そして睡眠は一晩で12時間奪われた。ベースライン日(bs)、睡眠剥奪日(sd)、および2つの回復日(rec1およびrec2)の睡眠プロファイルの検査は、ハエがSNAPで効果的に睡眠を奪われ、文献4、5で観察された報告と一致して日中に睡眠?…

Discussion

ショウジョウバエの睡眠は、2000年に独立して特徴づけられ、2つのグループ4、5によって特徴付けられていた。これらの先駆的な研究では、ハエは穏やかな取り扱い(すなわち、手の剥奪)によって睡眠を奪われ、一晩の睡眠不足に対する堅牢なホメオスタティック応答を示すことが示された。重要なことに、睡眠不足の実験では、動物を目覚?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作業は、5R01NS051305-14および5R01NS076980-08をPJSに付与するNIHによって支援されました。

Materials

Locomotor activity tubes
Fisher Tissue Prep Wax Thermo Fisher 13404-122 Wax used for sealing tubes
Glass tubes Wale Apparatus 244050 We cut 5mm diameter Pyrex glass tubes into 65mm long tubes to record sleep. Pre-cut tubes can also be purchased.
Nutri Fly Bloomington Formulation fly food Genesee Scientific 66-113 Labs might use their own fly food recipe. It is important that sleep be recorded on the same food that flies were reared in.
Rotary glass cutting tool Dremel Multi Pro 395 Used to cut 65mm long glass tubes 
Monitoring Sleep
DAM System and DAMFileScan software Trikinetics Software used to acquire data from DAM monitors and save the acquired data in an appropriate format
Data acquisition computer Lenovo Idea Centre AIO3 A equivalent computer from any manufacturer can substitute
Drosophila Activity Monitors Trikinetics DAM2 These monitors are used to record flies' locomotor activity
Environment Monitor Trikinetics DEnM Not essential, but an easy way to monitor environmental conditions in the chamber where sleep is recorded
Light Controller Trikinetics LC4 A convenient way to control the timing of when the SNAP is turned on and off
Power Supply Interface Unit for DAM Trikinetics PSIU-9 Required for data acquisition computers to record Trikinetics locomotor acitvity data
RJ11 connector 7001-64PC Multicomp DAM monitors accept RJ11 jacks
Splitters Trikinetics SPLT5 Used to connect upto 5 DAM monitors
Telephone cable wire Radioshack 278-367 Phone cables to acquire data from DAM monitors
Sleep Deprivation
Power supply Gw INSTEK GPS-30300 Power supply for the SNAP
Sleep Nullifying Apparatus Washington University School of Medicine machine shop
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References

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Sleep DeprivationSleep RestrictionDrosophilaSleep HomeostasisSleep RegulationSNAP (Sleep Nullifying Apparatus)Activity MonitoringLocomotor ActivitySleep BoutSleep Recovery

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Melnattur, K., Morgan, E., Duong, V., Kalra, A., Shaw, P. J. The Sleep Nullifying Apparatus: A Highly Efficient Method of Sleep Depriving Drosophila. J. Vis. Exp. (166), e62105, doi:10.3791/62105 (2020).
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