Gleichzeitige Video-EEG-EKG Monitoring Neurocardiac Dysfunktion in Mausmodellen der Epilepsie zu identifizieren
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Erfassung von Gehirn und Herz Bio-Signale bei Mäusen mit gleichzeitiger Video Elektroenzephalographie (EEG) und Elektrokardiographie (EKG). Wir beschreiben auch Methoden, um die daraus resultierende EEG-EKG-Aufnahmen für Anfälle, spektrale EEG, Herzfunktion und Herzfrequenz-Variabilität zu analysieren.
Abstract
Bei Epilepsie können Anfälle hervorrufen, Herzrhythmus-Störungen wie zum Beispiel Veränderungen der Herzfrequenz, Wärmeleitung Blöcke, Asystoles und Behandlung von Herzrhythmusstörungen, die potenziell plötzlicher unerwarteter Tod bei Epilepsie (bereits) erhöhen können. Elektroenzephalographie (EEG) und Elektrokardiographie (EKG) sind weit verbreitete klinische Diagnose-Tools für abnormale Gehirn und Herz Rhythmen bei Patienten zu überwachen. Hier ist eine Technik, um gleichzeitig, EEG und EKG bei Mäusen zu Maßnahme Verhalten, Gehirn und Herz Aktivitäten bzw. Videoaufnahmen beschrieben. Die hier beschriebene Technik nutzt ein tethered (d.h.verkabelt) Aufnahmekonfiguration in denen die implantierte Elektrode auf den Kopf der Maus fest verdrahtet, dem Kontrollgerät ist. Im Vergleich zu drahtlosen Telemetrie Aufzeichnungssysteme, besitzt die gefesselte Anordnung mehrere technische Vorteile wie eine größere mögliche Anzahl von Kanälen zur Aufnahme von EEG oder anderen Biopotentials; untere Elektrode Kosten; und größere Frequenzbandbreite (d.h., Sampling-Rate) Aufnahmen. Die Grundlagen dieser Technik können auch leicht angepasst werden bzw. andere Biosignalen wie Elektromyographie (EMG) oder Plethysmographie zur Beurteilung von Muskel und Atmungsaktivität, Aufnahme. Neben der Beschreibung der EEG-EKG-Aufnahmen durchführen, zeigen wir auch Methoden zur Quantifizierung der Ergebnisdaten für Anfälle, EEG-spektrale, Herzfunktion und Herzfrequenz-Variabilität, die wir zeigen an einem Beispiel-Experiment mit einer Maus mit Epilepsie durch Kcna1 gen löschen. Video-EEG-EKG-Überwachung in Mausmodellen der Epilepsie oder einer anderen neurologischen Erkrankung ist ein leistungsstarkes Tool um Dysfunktion auf der Ebene von Gehirn, Herz oder Gehirn-Herz Interaktionen zu identifizieren.
Introduction
Elektroenzephalographie (EEG) und Elektrokardiographie (EKG) sind leistungsfähige und am weitesten verbreiteten Techniken zur Bewertung von in Vivo Gehirn und Herzfunktion, beziehungsweise. EEG ist die Aufzeichnung der elektrischen Hirnaktivität durch das Anbringen der Elektroden auf der Kopfhaut1. Das Signal aufgezeichnet mit nicht-invasive EEG steht für Spannungsschwankungen aus aufintegrierten exzitatorischen und inhibitorischen postsynaptischen Potenziale vor allem durch kortikale pyramidale Neuronen1,2erzeugt. EEG ist der am häufigsten verwendeten neurodiagnostische-Test zur Beurteilung und Behandlung von Patienten mit Epilepsie3,4. Es ist besonders nützlich, wenn epileptische Anfälle, ohne offensichtliche krampfhaft Verhaltens Manifestationen, z. B. Abwesenheit Ergreifungen oder nicht-konvulsiver Status Epilepticus5,6 auftreten. Umgekehrt, nicht-Epilepsie zusammenhängende Bedingungen, die zu krampfartigen Episoden oder Verlust des Bewusstseins führen als epileptische Anfälle ohne Video-EEG Überwachung7diagnostiziert werden können. Neben seiner Nützlichkeit auf dem Gebiet der Epilepsie ist EEG auch abnormale Gehirnaktivität im Zusammenhang mit Schlafstörungen, Enzephalopathien und Gedächtnisstörungen zu erkennen sowie allgemeinen Anästhesie bei Operationen2 ergänzen weit verbreitet , 8 , 9.
Im Gegensatz zum EEG, ECG (oder EKG als es manchmal abgekürzt) ist die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Herzens10. EKGs erfolgt in der Regel durch das Anbringen von Elektroden auf die Extremität Extremitäten und Brustwand, die ermöglicht die Erkennung von Spannungsänderungen, die vom Herzmuskel während jedes Herzzyklus Kontraktion und Entspannung10,11erzeugt. Die ECG Wellenform Hauptkomponenten einer normalen Herzzyklus gehören die P-Welle, QRS-Komplexes und der T-Welle, die Vorhofflimmern Depolarisation, ventrikulären Depolarisation und ventrikuläre Repolarisation, bzw.10, entsprechen 11. EKG-monitoring wird routinemäßig verwendet, um Herzrhythmusstörungen und Mängel der kardialen Wärmeleitung System12zu identifizieren. Bei Epilepsie-Patienten ist die Bedeutung des Einsatzes von ECG, um potenziell lebensbedrohliche Arrhythmien zu identifizieren verstärkt, da sie deutlich erhöhtes Risiko für plötzlichen Herztod, sowie plötzliche unerwartete Todesfälle bei Epilepsie13sind, 14,15.
Neben ihrer klinischen Anwendungen sind EEG und EKG-Aufnahmen ein unverzichtbares Instrument zur Identifizierung von Hirn und Herz Dysfunktion in Mausmodellen der Krankheit geworden. Obwohl traditionell diese Aufnahmen separat durchgeführt worden sind, beschreiben hier wir eine Technik, um Videos aufzunehmen, EEG und EKG gleichzeitig bei Mäusen. Die gleichzeitige Video-EEG-EKG-Methode hier nutzt eine gefesselte Aufnahmekonfiguration in denen die implantierte Elektrode auf den Kopf der Maus dem Kontrollgerät fest verdrahtet ist. In der Vergangenheit das angebunden oder verdrahtet, Konfiguration der Standard und wurde am häufigsten verwendete Methode für EEG-Ableitungen bei Mäusen; Allerdings drahtlose EEG-Telemetrie-Systeme haben auch vor kurzem entwickelt worden und gewinnt an Popularität16.
Im Vergleich zu EEG-Funksysteme, besitzt die gefesselte Anordnung einige technische Vorteile, die es, abhängig von der gewünschten Anwendung vorzuziehen machen können. Diese Vorteile sind eine größere Anzahl von Kanälen zur Aufnahme von EEG oder anderen Biopotentials; untere Elektrode Kosten; Elektrode Verfügbarkeit; weniger Anfälligkeit für signal-Verlust; und größere Frequenzbandbreite (i.e., Sampling-Rate) von Aufnahmen17. Richtig gemacht, die hier beschriebene tethered Aufnahmemethode ist in der Lage qualitativ hochwertige, artefaktfrei EEG und EKG Daten gleichzeitig, zusammen mit dem entsprechenden Video zur Überwachung von Verhalten. Diese EEG und EKG-Daten können dann abgebaut werden, um neuronale, kardiale zu identifizieren, oder Neurocardiac Anomalien wie Krampfanfälle, Veränderungen im EEG power-Spektrum, kardiale Wärmeleitung Blöcke (i.e., Herzschläge übersprungen), und Veränderungen in der Herzfrequenz-Variabilität. Um die Anwendung dieser EEG-EKG quantitative Methoden zu demonstrieren, präsentieren wir ein Beispiel-Experiment mit einem Kcna1 -Ko (- / -) Maus. Kcna1 – / – Mäusen fehlt Spannung gated Kv1.1 α-Untereinheiten und folglich weisen eine spontane Anfälle, kardialer Dysfunktion und vorzeitigen Tod, so dass sie ein ideales Modell für simultane EEG-EKG-Auswertung von schädlichen Epilepsie-assoziierten Neurocardiac Dysfunktion.
Protocol
Representative Results
Discussion
EEG-EKG Aufnahmen in hoher Qualität zu erhalten, die frei von Artefakten sind, sollten alle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um Abbau oder Lockerung von implantierten Elektrode und Leitungen zu verhindern. Ein EEG Kopf Implantat locker wird, werden der Draht Kontakte mit dem Gehirn führt zu verminderter Signal Amplituden beeinträchtigen. Lockere Implantate oder schlechten Draht Kontakte kann auch Verzerrung der elektrischen Signale, Einführung von Bewegungsartefakten und Hintergrundgeräusche zu den Aufnahmen. U…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt von Citizens United für die Forschung bei Epilepsie (Grant-Nummer 35489); die National Institutes of Health (Zuschuss Zahlen R01NS100954, R01NS099188); und Louisiana State University Health Sciences Center Malcolm Feist Postdoctoral Fellow.
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 |
Riferimenti
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