Noninvasiv EEG inspelningar från fritt rörliga smågrisar
Summary
Här presenterar vi ett protokoll till rekord telemetriska elektroencefalogram (EEGs) från fritt rörliga smågrisar direkt i pigpen utan användning av lugnande medel, vilket gör det möjligt att spela in typiska EEG-mönster under icke – REM-sömn, som spindeln spricker.
Abstract
Metoden tillåter inspelning av hög kvalitet elektroencefalogram (EEGs) från fritt rörliga smågrisar direkt i pigpen. Vi använder en enkanals telemetriska elektroencefalografi system i kombination med standard självhäftande hydrogel elektroder. Smågrisarna är lugnade ner utan användning av lugnande medel. Efter sin övergång till pigpen, smågrisarna bete sig normalt — de dricker och sover i samma cykel som sina syskon. Sin sömn arrangerar gradvis används för EEG inspelningarna.
Introduction
Smågrisar är en framväxande modellsystem för neurovetenskap1. För att stärka translationell forskning, uppfann vi en metod att spela in icke-invasiv, kliniska EEGs från ohämmad smågrisar2 (figur 1 och figur 2). Två förutsättningar för en translationell användning av EEG inspelningar, angående EEG mönster i samband med kortikala mognad, är en icke-invasiv metod, jämförbar med den kliniska inställningen och avhållsamhet av lugnande eller narkos. En-kanals telemetri system3 i kombination med självhäftande elektroder kan sättas fast i ca 5 min. efteråt, smågrisarna kommer att återhämta sig snabbt från förfarandet för hantering och synkronisera deras utfodring och sover beteende till den andra smågrisar och suggan.
Även om det finns redan försök att använda icke-invasiv EEG inspelningar från sederad djur4, utförs de flesta elektroencefalografi studier från djur med invasiva metoder. Dessa metoder har biverkningar avseende inflammatoriska processer kring den inopererade elektroder5,6 , och i de flesta fall, de kräver en social separation av djuren på grund av de externa komponenterna av implanterade EEG systemet. Översättningen av dessa data till det kliniska sammanhanget är därför svårt. Behovet av translationella angreppssätt blir tydligt av det faktum att det ännu inte är känt hur en ”normal” hjärnans mognad under tidiga kortikala utveckling representeras av kliniska, icke-invasiv elektroencefalografi7. Detta kunskapsglapp orsakas av tekniska utmaningar i samband med EEG inspelningar från prematura spädbarn8. I djurmodell system nås mönster av tidig kortikala utveckling bättre, eftersom de flesta djur föds med en ”prematura hjärna” i jämförelse med mänskliga kortikala utveckling9. Förutom bevarade mönster av kortikala utveckling över arter2, har det nyligen visats att EEG inspelningar från prematura spädbarn också kan förutsäga det individuella kliniska resultatet under senare liv10,11. Den metod som beskrivs här är särskilt användbart för developmental neuroscience translationella aspekter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ett avgörande steg i protokollet är den adekvat hudkontakt med elektroderna, särskilt marken elektroden, att uppnå stabila inspelningar med låg ljudnivå. Dessutom eftersom smågrisar är mycket smidig, är det viktigt att täcka hela systemet med silikongummi att skydda elektroderna och telemetri enheten. Dessutom om experimenten utförs i ett stall med ett spaltgolv, vara försiktig med små enheter eller kopplingar.
Vid en otillräcklig grepp av självhäftande hydrogel elektroderna, f…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Helmut Scheu för möjligheten att bedriva vår forskning i pigpen på Hofgut Neumühle.
Materials
| Disposable adhesive surface silver/silver chloride electrodes |
Spes Medica S.r.l., Genova, Italy |
Self adhesive hydrogel electrode | |
| Abralyt HiCl | Easycap GmbH | Abrasive cream | |
| Body Double fast | Smooth On Inc. | Skin adhesive silicone | |
| Telemetry system | Internal development | ||
| Picolog 1216 | Pico Technology | AD converter | |
| Laptop | Panasonic | Rugged laptop | |
| Receiver | Internal development |
Riferimenti
- Conrad, M. S., Sutton, B. P., Dilger, R. N., Johnson, R. W. An in vivo three-dimensional magnetic resonance imaging-based averaged brain collection of the neonatal piglet (Sus scrofa). PLoS ONE. 9 (9), e107650 (2014).
- de Camp, N. V., Hense, F., Lecher, B., Scheu, H., Bergeler, J. Models for preterm cortical development using non invasive clinical EEG. Translational Neuroscience. 8, 211-224 (2017).
- Lapray, D., Bergeler, J., Dupont, E., Thews, O., Luhmann, H. J., Barculo, D., Daniels, J. A novel telemetric system for recording brain activity in small animals. Telemetry: Research, Technology and Applications. , 195-203 (2009).
- Kim, D., Yeon, C., Kim, K. Development and experimental validation of a dry non- invasive multi-channel mouse scalp EEG sensor through visual evoked potential recordings. Sensors. 17, 326 (2017).
- Moshayedi, P., et al. The relationship between glial cell mechanosensitivity and foreign body reactions in the central nervous system. Biomaterials. 35, 3919-3925 (2014).
- Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10, 066014 (2013).
- Hellström-Westas, L., Rosén, I. Electroencephalography and brain damage in preterm infants. Early Human Development. 81, 255-261 (2005).
- Lloyd, R. O., Goulding, R. M., Filan, P. M., Boylan, G. B. Overcoming the practical challenges of electroencephalography for very preterm infants in the neonatal intensive care unit. Acta Paediatrica. , 152-157 (2015).
- Clancy, B., Finlay, B. L., Darlington, R. B., Anand, K. J. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 28, 931-937 (2007).
- Iyer, K. K., et al. Cortical burst dynamics predict clinical outcome early in extremely preterm infants. Brain. 138, 2206-2218 (2015).
- Luhmann, H., de Camp, N., Bergeler, J. Monitoring brain activity in preterms: mathematics helps to predict clinical outcome. Brain. 138, 2114-2125 (2015).
- Dragomir, A., Akay, Y., Curran, A. K., Akay, M. Complexity measures of the central respiratory networks during wakefulness and sleep. Journal of Neural Engineering. 5, 254-261 (2008).
- Peever, J., Fuller, P. M. The biology of REM sleep. Current Biology. 27, R1237-R1248 (2017).
- Robert, S., Dallaire, A. Polygraphic Analysis of the sleep-wake states and the REM Sleep periodicity in domesticated pigs (Sus scrofa). Physiology & Behavior. 37 (2), 289-293 (1986).
