סימולטני וידאו-EEG-אק ג ניטור כדי לזהות Neurocardiac בתפקוד במודלים של העכבר של אפילפסיה
Summary
כאן, אנו מציגים את פרוטוקול כדי להקליט את המוח ואת הלב אותות ביו בעכברים באמצעות וידאו בו זמנית, אלקטרואנצפלוגרם (EEG) ולאחר אלקטרוקרדיוגרם (א). אנו מתארים גם שיטות כדי לנתח את הקלטות EEG-א וכתוצאה מכך התקפים, כוח ספקטרלי EEG, תפקוד הלב של השתנות קצב הלב.
Abstract
באפילפסיה, התקפים יכולים לעורר הפרעות בקצב הלב כגון שינויי קצב הלב, הולכה רחובות, asystoles, הפרעות בקצב הלב, אשר יכול להגביר פוטנציאל הסיכון למוות פתאומי בלתי צפוי באפילפסיה (SUDEP). אלקטרואנצפלוגרם (EEG) אלקטרוקרדיוגרם (א) שימוש נרחב כלי אבחון קליני כדי לפקח על המוח תקינה, בקצב הלב בחולים בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. . הנה, טכניקה במקביל להקליט וידאו, EEG, אק ג בעכברים למדוד התנהגות, המוח של פעילות הלב, בהתאמה, מתואר. בטכניקה המתוארת במסמך זה מנצל עגינה של תצורת הקלטה (קרי, קווית) שבו האלקטרודה מושתל על ראשו של העכבר מוגדרת לציוד הקלטה. לעומת טלמטריה אלחוטית מערכות הקלטה, ההסדר קשור היא בעלת מספר יתרונות טכניים כגון מספר אפשרי גדול של ערוצים להקלטה EEG או biopotentials אחרים; עלויות נמוכות יותר אלקטרודה; גדול בתדר פס (כלומר, קצב הדגימה) של הקלטות. היסודות של טכניקה זו גם ניתן בקלות לשנות כדי להתאים הקלטה biosignals אחרים, כגון אלקטרומיוגרפיה (EMG) או plethysmography עבור הערכה של שרירים ופעילות בדרכי הנשימה, בהתאמה. בנוסף מתאר כיצד לבצע הקלטות אא ג-א, אנחנו גם פירוט שיטות כדי לכמת את הנתונים המתקבלים התקפים, EEG כוח ספקטרלי, תפקוד הלב של השתנות קצב הלב, אשר אנחנו מדגימים בניסוי דוגמה באמצעות עכבר עם אפילפסיה עקב מחיקה ג’ין Kcna1 . וידאו-EEG-א ניטור במודלים של העכבר של אפילפסיה או מחלה נוירולוגית אחרת מספק כלי רב עוצמה כדי לזהות חוסר תפקוד ברמה של המוח, הלב או המוח ללב אינטראקציות.
Introduction
אלקטרואנצפלוגרם (EEG) אלקטרוקרדיוגרם (א) טכניקות בשימוש נרחב ועוצמתי להערכת ויוו המוח ותפקוד הלב, בהתאמה בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. EEG היא ההקלטה של פעילות מוחית חשמלית על ידי הצמדת אלקטרודות הקרקפת1. האות הקליט עם EEG לא פולשנית מייצג תנודות מתח הנובע summated פוטנציאל postsynaptic, סינאפסות שנוצר בעיקר על ידי נוירונים בקליפת המוח כפירמידה1,2. EEG הוא המבחן neurodiagnostic הנפוץ ביותר עבור הערכת וניהול בחולים עם אפילפסיה3,4. זה שימושי במיוחד בעת התקפים אפילפטיים להתרחש ללא ברור ביטויים התנהגותיים עוויתית, כגון ויהיו היעדרות או המצב הלא-עוויתי אפילפטיקוס5,6. לעומת זאת, שאינו אפילפסיה הקשורות התנאים להוביל עוויתית פרקים או אובדן הכרה עשוי להיות misdiagnosed התקפים אפילפטיים ללא ניטור וידאו EEG7. בנוסף, גם בתחום של אפילפסיה אא ג הוא גם משמש לזיהוי פעילות מוחית חריגה הקשורים עם הפרעות שינה, encephalopathies, הפרעות זיכרון, כמו גם להשלמת הרדמה כללית במהלך ניתוחים2 , 8 , 9.
בניגוד EEG, אק ג (או אק ג כפי שהוא מופיע לעתים באופן מקוצר) ההקלטה הפעילות החשמלית של הלב10. ECGs מבוצעות בדרך כלל על-ידי הצמדת אלקטרודות האיבר הגפיים, קיר החזה, אשר מאפשר זיהוי של השינויים מתח שנוצר על ידי שריר הלב במהלך כל מחזור הלב להתכווצות והרפיה10,11. המרכיבים העיקריים של גל א של מחזור טבעי הלב כוללים את גל P, את קומפלקס QRS גל T, אשר תואמות את פרפור דפולריזציה, דפולריזציה חדרית וחדרית רה-פולריזציה, בהתאמה10, 11. ניטור אק ג באופן שגרתי משמש לזיהוי הפרעות קצב הלב, מומי מערכת הולכה לב12. בקרב חולי אפילפסיה, החשיבות של שימוש א לזיהוי הפרעות קצב מסכני מוגבר מאז הם בסיכון מוגבר באופן משמעותי של דום לב פתאומי, כמו גם מוות פתאומי בלתי צפוי אפילפסיה13, 14,15.
בנוסף שלהם יישומים קליניים, EEG ו א הקלטות הפכו כלי הכרחי לזיהוי בתפקוד המוח והלב במודלים של העכבר של המחלה. למרות באופן מסורתי ההקלטות בוצעו בנפרד, כאן אנו מתארים טכניקה כדי להקליט וידאו EEG, אק ג בו זמנית בעכברים. השיטה וידאו-EEG-אק ג סימולטני מפורט כאן מנצל תצורה קשור הקלטה שבה האלקטרודה מושתל על ראשו של העכבר מוגדרת לציוד הקלטה. מבחינה היסטורית, זה קשור או קווית, תצורת יש התקן נעשה שימוש נרחב ביותר של שיטת להקלטות EEG בעכברים; עם זאת, אלחוטית מערכות טלמטריה EEG גם פותחו לאחרונה, צוברות פופולריות16.
בהשוואה למערכות EEG אלחוטית, ההסדר קשור בעל מספר יתרונות טכניים, שעשוי להפוך את זה עדיף בהתאם ליישום המבוקש. יתרונות אלו כוללים מספר גדול של ערוצים להקלטה EEG או biopotentials אחרים; עלויות נמוכות יותר אלקטרודה; אלקטרודה disposability; פחות רגישות כדי לאותת אובדן; ורוחב פס תדירות יותר (כלומר., קצב הדגימה) של הקלטות17. נעשה כראוי, שיטת ההקלטה קשור המתוארים כאן הוא מסוגל לספק איכות גבוהה ללא החפץ EEG, אק ג נתונים בו-זמנית, יחד עם וידאו המתאימים לניטור התנהגותית. נתונים אלה EEG ו א יכול אז, דן כדי לזהות עצבים, לב, או neurocardiac חריגות כגון פרכוסים, שינויים ב- EEG כוח הספקטרום, הולכה לב רחובות (כלומר., דילג פעימות הלב), ושינויים השתנות קצב הלב. כדי להדגים את היישום של השיטות כמותיים אא ג-א, אנו מציגים הניסוי דוגמה באמצעות פצצה Kcna1 (- / -.) העכבר. Kcna1 עכברים – / – חוסר ממותגת מתח Kv1.1 α-subunits, כתוצאה מכך התערוכה התקפים ספונטנית בתפקוד הלב, מוות בטרם עת, הפיכתם מודל אידיאלי עבור הערכה EEG-א בו זמנית של ברישול אפילפסיה-הקשורים neurocardiac לקוי.
Protocol
Representative Results
Discussion
כדי להשיג הקלטות EEG-א באיכות גבוהה ללא ממצאים, בכל אמצעי זהירות יש לנקוט כדי למנוע השפלה או התרופפות של אלקטרודה מושתל, חוטים. שתל ראש EEG הופך רפוי, אנשי הקשר חוט עם המוח תגרע המוביל אות ירד amplitudes. שתלים רופף או אנשי קשר חוט המסכן יכול גם לגרום עיוות של האותות החשמליים, החדרת חפצים תנועה ורעש ר…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי אזרחים מאוחדים לחקר מחלת הנפילה (גרנט מספר 35489); מכוני הבריאות הלאומיים (להעניק מספרים R01NS100954, R01NS099188); מלגת פוסט-דוקטורט של מלקולם פייסט לואיזיאנה סטייט האוניברסיטה למדעי הבריאות מרכז.
Materials
| VistaVision stereozoom dissecting microscope | VWR | ||
| Dolan-Jenner MI-150 microscopy illuminator, with ring light | VWR | MI-150RL | |
| CS Series scale | Ohaus | CS200 | for weighing animal |
| T/Pump professional | Stryker | recirculating water heat pad system | |
| Ideal Micro Drill | Roboz Surgical Instruments | RS-6300 | |
| Ideal Micro Drill Burr Set | Cell Point Scientific | 60-1000 | only need the 0.8-mm size |
| electric trimmer | Wahl | 9962 | mini clipper |
| tabletop vise | Eclipse Tools | PD-372 | PD-372 Mini-tabletop suction vise |
| fine scissors | Fine Science Tools | 14058-11 | ToughCut, Straight, Sharp/Sharp, 11.5 cm |
| Crile-Wood needle holder | Fine Science Tools | 12003-15 | Straight, Serrated, 15 cm, with lock – For applying wound clips |
| Dumont #7 forceps | Fine Science Tools | 11297-00 | Standard Tips, Curved, Dumostar, 11.5 cm |
| Adson forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | Serrated, Straight, 12 cm |
| Olsen-Hegar needle holder with suture cutter | Fine Science Tools | 12002-12 | Straight, Serrated, 12 cm, with lock |
| scalpel handle #3 | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| surgical blades #15 | Havel's | FHS15 | |
| 6-0 surgical suture | Unify | S-N618R13 | non-absorbable, monofilament, black |
| gauze sponges | Coviden | 2346 | 12 ply, 7.6 cm x 7.6 cm |
| cotton-tipped swabs | Constix | SC-9 | 15.2-cm total length |
| super glue | Loctite | LOC1364076 | gel control |
| Michel wound clips, 7.5mm | Kent Scientific | INS700750 | |
| polycarboxylate dental cement kit | Prime-dent | 010-036 | Type 1 fine grain |
| tuberculin syringe | BD | 309623 | |
| polyethylene tubing | Intramedic | 427431 | PE160, 1.143 mm (ID) x 1.575 mm (OD) |
| chlorhexidine | Sigma-Aldrich | C9394 | |
| ethanol | Sigma-Aldrich | E7023-500ML | |
| Puralube vet ointment | Dechra Veterinary Products | opthalamic eye ointment | |
| mouse anesthetic cocktail | Ketamine (80 mg/kg), Xylazine (10 mg/kg), and Acepromazine (1 mg/kg) | ||
| carprofen | Rimadyl (trade name) | ||
| HydroGel | ClearH20 | 70-01-5022 | hydrating gel; 56-g cups |
| Ponemah software | Data Sciences International | data acquisition and analysis software; version 5.2 or greater with Electrocardiogram Module | |
| 7700 Digital Signal conditioner | Data Sciences International | ||
| 12 Channel Isolated Bio-potential Pod | Data Sciences International | ||
| fish tank | Topfin | for use as recording chamber; 20.8 gallon aquarium; 40.8 cm (L) X 21.3 cm (W) X 25.5 cm (H) | |
| Digital Communication Module (DCOM) | Data Sciences International | 13-7715-70 | |
| 12 Channel Isolated Bio-potential Pod | Data Sciences International | 12-7770-BIO12 | |
| serial link cable | Data Sciences International | J03557-20 | connects DCOM to bio-potential pod |
| Acquisition Interface (ACQ-7700USB) | Data Sciences International | PNM-P3P-7002 | |
| network video camera | Axis Communications | P1343, day/night capability | |
| 8-Port Gigabit Smart Switch | Cisco | SG200-08 | 8-port gigabit ethernet swith with 4 power over ethernet supported ports (Cisco Small Business 200 Series) |
| 10-pin male nanoconnector with guide post hole | Omnetics | NPS-10-WD-30.0-C-G | electrode for implantation on the mouse head |
| 10-socket female nanoconnector with guide post | Omnetics | NSS-10-WD-2.0-C-G | connector for electrode implant |
| 1.5-mm female touchproof connector cables | PlasticsOne | 441 | 1 signal, gold-plated; for connecting the wiring from the head-mount implant to the bio-potential pod |
| soldering iron | Weller | WESD51 BUNDLE | digital soldering station |
| solder | Bernzomatic | 327797 | lead free, silver bearing, acid flux core solder |
| heat shrink tubing | URBEST | collection of tubing with 1.5- to 10-mm internal diameters | |
| heat gun | Dewalt | D26960 | |
| mounting tape (double-sided) | 3M Scotch | MMM114 | 114/DC Heavy Duty Mounting Tape, 2.54 cm x 1.27 m |
| desktop computer | Dell | recommended minimum requirements: 3rd Gen Intel Core i7-3770 processor with HD4000 graphics; 4 GB RAM, 1 GB AMD Radeon HD 7570 video card; 1 TB hard drive; Windows 7 OS | |
| permanent marker | Sharpie | 37001 | black color, ultra fine point |
| toothpicks | for mixing and applying the polycarboxylate dental cement | ||
| LabChart Pro software | ADInstruments | power spectrum software; version 8.1.3 or greater | |
| Kubios HRV software | Univ. of Eastern Finland | HRV analysis software; version 2.2 | |
| Notepad | Microsoft | simple text editor software |
References
- Fisch, B. J. . Fisch and Spehlmann’s EEG Primer. , (1999).
- Constant, I., Sabourdin, N. The EEG signal: a window on the cortical brain activity. Paediatr. Anaesth. 22 (6), 539-552 (2012).
- Mendez, O. E., Brenner, R. P. Increasing the yield of EEG. J. Clin. Neurophysiol. 23 (4), 282-293 (2006).
- Smith, S. J. M. EEG in the diagnosis, classification, and management of patients with epilepsy. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 76, ii2-ii7 (2005).
- Bauer, G., Trinka, E. Nonconvulsive status epilepticus and coma. Epilepsia. 51 (2), 177-190 (2010).
- Hughes, J. R. Absence seizures: a review of recent reports with new concepts. Epilepsy Behav. 15 (4), 404-412 (2009).
- Mostacci, B., Bisulli, F., Alvisi, L., Licchetta, L., Baruzzi, A., Tinuper, P. Ictal characteristics of psychogenic nonepileptic seizures: what we have learned from video/EEG recordings–a literature review. Epilepsy Behav. 22 (2), 144-153 (2011).
- Smith, S. J. M. EEG in neurological conditions other than epilepsy: when does it help, what does it add?. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 76, ii8-ii12 (2005).
- Kennett, R. Modern electroencephalography. J. Neurol. 259 (4), 783-789 (2012).
- Thaler, M. S. . The Only EKG Book You’ll Ever Need. , (2012).
- Becker, D. E. Fundamentals of electrocardiography interpretation. Anesth. Prog. 53 (2), 53-63 (2006).
- Luz, E. J. S., Schwartz, W. R., Cámara-Chávez, G., Menotti, D. ECG-based heartbeat classification for arrhythmia detection: A survey. Comput. Methods Programs Biomed. 127, 144-164 (2016).
- Bardai, A., et al. Epilepsy is a risk factor for sudden cardiac arrest in the general population. PloS One. 7 (8), e42749 (2012).
- Lamberts, R. J., et al. Increased prevalence of ECG markers for sudden cardiac arrest in refractory epilepsy. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 86 (3), 309-313 (2015).
- Thurman, D. J., Hesdorffer, D. C., French, J. A. Sudden unexpected death in epilepsy: assessing the public health burden. Epilepsia. 55 (10), 1479-1485 (2014).
- Zayachkivsky, A., Lehmkuhle, M. J., Dudek, F. E. Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System. J. Vis. Exp. (101), e52554 (2015).
- Bertram, E. H. Monitoring for Seizures in Rodents. Models of Seizures and Epilepsy. , 97-109 (2017).
- Mishra, V., et al. Scn2a deletion improves survival and brain-heart dynamics in the Kcna1-null mouse model of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Hum. Mol. Genet. 26 (11), 2091-2103 (2017).
- Thireau, J., Zhang, B. L., Poisson, D., Babuty, D. Heart rate variability in mice: a theoretical and practical guide. Exp. Physiol. 93 (1), 83-94 (2008).
- Smart, S. L., et al. Deletion of the K(V)1.1 potassium channel causes epilepsy in mice. Neuron. 20 (4), 809-819 (1998).
- Glasscock, E., Yoo, J. W., Chen, T. T., Klassen, T. L., Noebels, J. L. Kv1.1 potassium channel deficiency reveals brain-driven cardiac dysfunction as a candidate mechanism for sudden unexplained death in epilepsy. J. Neurosci. 30 (15), 5167-5175 (2010).
- Moore, B. M., Jerry Jou, ., Tatalovic, C., Kaufman, M., S, E., Kline, D. D., Kunze, D. L. The Kv1.1 null mouse, a model of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Epilepsia. 55 (11), 1808-1816 (2014).
- Ryvlin, P., et al. Incidence and mechanisms of cardiorespiratory arrests in epilepsy monitoring units (MORTEMUS): a retrospective study. Lancet Neurol. 12 (10), 966-977 (2013).
- Stables, C. L., Auerbach, D. S., Whitesall, S. E., D’Alecy, L. G., Feldman, E. L. Differential impact of type-1 and type-2 diabetes on control of heart rate in mice. Auton. Neurosci. 194, 17-25 (2016).
- Gehrmann, J., Hammer, P. E., Maguire, C. T., Wakimoto, H., Triedman, J. K., Berul, C. I. Phenotypic screening for heart rate variability in the mouse. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 279 (2), H733-H740 (2000).
- Goldman, A. M., Glasscock, E., Yoo, J., Chen, T. T., Klassen, T. L., Noebels, J. L. Arrhythmia in heart and brain: KCNQ1 mutations link epilepsy and sudden unexplained death. Sci. Transl. Med. 1 (2), 2ra6 (2009).
