Privación de sueño crónica en ratón cachorros por medio de suave manejo
Summary
Describimos una técnica de privación de sueño conocida como donde investigadores suavemente producciën ratones cualquier momento comportamiento de sueño se observa un manejo suave. Este método es una poderosa herramienta que permite a los investigadores estudiar los efectos que puede tener restricción del sueño crónica en todo el desarrollo sobre el comportamiento y la fisiología cerebral futuro.
Abstract
El sueño es fundamental para el correcto desarrollo y plasticidad neuronal. Por otra parte, los patrones de sueño anormales son características de muchos trastornos del neurodesarrollo. Estudiar cómo crónica restricción del sueño durante el desarrollo puede afectar comportamiento adulto puede aumentar nuestra comprensión de la aparición de síntomas conductuales de trastornos del neurodesarrollo. Si bien hay muchos métodos que pueden utilizarse para restringir el sueño en roedores incluyendo locomoción forzada, interrupción constante, presentación de un estímulo aversivo o descarga eléctrica, muchos de estos métodos son muy estresantes y no pueden usarse en ratones neonatales. Aquí, describimos la manipulación suave, una técnica de privación de sueño que puede utilizarse crónicamente a lo largo de desarrollo y en la edad adulta para lograr la restricción del sueño. Manipulación suave consiste en una observación más cercana de los ratones durante todo el período de privación de sueño y requiere al investigador suavemente prod los animales cuando están inactivos o mostrar comportamientos asociados con el sueño. Junto con las grabaciones de EEG, manejo suave podría utilizarse para interrumpir selectivamente una fase específica del sueño como el sueño de movimientos oculares rápidos (MOR). La técnica de manejo suave es una poderosa herramienta para el estudio de los efectos de restricción del sueño crónica incluso en ratones neonatales que evita muchos de los procedimientos más estresantes para la privación del sueño.
Introduction
Sueño juega un papel fundamental en la formación de sinapsis y la plasticidad neuronal y eliminación durante el cerebro desarrollo1,2. En concreto, movimientos oculares rápidos (REM) es esencial para la formación de circuitos sinápticos estables por tanto fortalecimiento de la sinapsis específicas y poda sináptica2. La privación del sueño farmacológico temprano en la vida lleva a muchos déficits fisiológicos y de comportamiento3,4. Además de dormir farmacológica privación, otras formas de privación de sueño como agitación constante, forzado locomoción, o presentación de un estímulo aversivo se han asociado con síntomas como la depresión en la edad adulta, diferentes nervios patrones de activación y cambios en la continuidad de tiempo y sueño de sueño durante un período de recuperación después de privación5,6,7. Cuando sueño es crónica en ratones durante más de cinco semanas durante el desarrollo, déficits conductuales fueron observados después de un mes de sueño de recuperación8. Tomados juntos, estos estudios sugieren que la interrupción del sueño en el roedor neonatal puede afectar más adelante patrones del sueño, función cerebral y comportamiento. La importancia del sueño para el desarrollo normal del cerebro en los seres humanos, muchos pacientes con trastornos del desarrollo neurológico, incluyendo trastornos del espectro autista, complejo de esclerosis tuberosa, síndrome de X frágil y déficit de atención con hiperactividad Desorden, las anormalidades en patrones de sueño, además de una gran variedad de déficits conductuales1informe.
Dado el número de trastornos del neurodesarrollo que se asocian a patrones de sueño anormales, es importante entender cómo la falta de sueño afecta el comportamiento y la función cerebral. Sin embargo, a pesar de los datos que apoyan la importancia de dormir durante el desarrollo, más metodologías que restringen o privar a los animales del foco del sueño en adultos. Estas técnicas incluyen una variedad de pruebas que requieren obligados actividad locomotora (por ejemplo, constante caminadora), interrupción constante (por ejemplo, girando la barra de barrendero o presentación objeto novela continua) o molestar a los animales en el inicio de El sueño REM (por ejemplo, la plataforma sobre el agua)9,10. Aunque estos métodos han demostrado eficacia los problemas relacionados con la privación del sueño en adultos, ninguno de estos métodos son apropiado para crías de roedores debido a su limitada movilidad, sueño alto en coche y los efectos adversos del estrés temprano en la vida. Debido a la importancia del sueño durante el desarrollo, es fundamental para entender el sueño como restringido en el comportamiento futuro de los cachorros neonatales afecta durante la edad adulta.
Una técnica para restringir el sueño que puede ser utilizado en crías de roedores es un manejo suave. Manipulación suave implica el investigador interactuar directamente con los roedores que se observa cualquier comportamiento en tiempo de sueño. Los investigadores pueden utilizar sus manos, un pincel o la presentación de objetos novedosos para alterar físicamente el sueño en roedores neonatales8,10,11,12,13,14 . Sueño puede determinarse su comportamiento por la falta de actividad motora, espasmos mioclónicos y encierro del ojo (en crías de roedores mayores). Validación de EEG confirma que perturban el sueño con la dirección apacible basado en estos comportamientos reduce el tiempo de sueño total en un 91% en P12 ratas14. Otras técnicas que se han utilizado para privar a ratones jóvenes incluyen descargas eléctricas y presentación de los estímulos desagradables, pero estas técnicas no pueden utilizarse para restricción de sueño crónica y son más estresantes que una manipulación suave7, 15. restricción de sueño crónica también puede lograrse a través de un protocolo de agitación que puede utilizarse con o sin implantación de electrodos de EEG y los programas informáticos asociados, pero este Protocolo no impide dormir todos y por lo tanto es menos controlada en comparación con un manejo suave4,16. La capacidad de restringir o privar a los ratones de sueño durante varios días en una fila sin equipos específicos, programas informáticos o implantación de electrodo es un beneficio de la técnica de manipulación suave. Restricción del sueño crónica mediante manipulación suave efectivamente limita el sueño en roedores neonatales y produce una variedad de cambios en el comportamiento tras el sueño privación período8,11,12, 17.
Aquí, Describimos resultados que privación de sueño crónica durante tres horas por día del día postnatal 5 (P5) a P42 afecta significativamente la sociabilidad de los ratones después de un período de recuperación de 30 días en el que sueño no es perturbado. Estos resultados destacan los efectos a largo plazo de la restricción del sueño crónica durante el desarrollo de comportamiento futuro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí se describe un método para la privación del sueño, suave manejo, que puede utilizarse en ambos roedores cachorros y adultos. Entrega suave requiere que los investigadores observar los ratones durante un período de privación de sueño y suavemente prod los animales cuando están inactivos o temblor para evitar el sueño. Estudios de privación de sueño previa han comprobado por medio de grabaciones simultáneo del electroencefalograma (EEG) que evita la manipulación suave tanto REM y no – REM NREM sueño<sup …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue financiada por el programa de investigación intramuros del NIMH (ZIA MH00889). RMS también fue apoyado por una Beca Postdoctoral de FRAXA.
Materials
| C57BL/6J mice | Jackson Labs | 000664 | Wildtype mice used |
| Super Mouse 750 Mouse Cage | Lab Products, Inc. | Cages for the mice | |
| SANI-Chips Bedding | PJ Murphys | Bedding for the mice | |
| S&S Bristle Brush Assortment Pack | Staples | Item # 13764, Model AB37100 | Paint brushes are used to gently poke mice |
References
- Picchioni, D., Reith, R. M., Nadel, J. L., Smith, C. B. Sleep, plasticity and the pathophysiology of neurodevelopmental disorders: the potential roles of protein synthesis and other cellular processes. Brain Sci. 4 (1), 150-201 (2014).
- Li, W., Ma, L., Yang, G., Gan, W. B. REM sleep selectively prunes and maintains new synapses in development and learning. Nat Neurosci. 20 (3), 427-437 (2017).
- Peirano, P. D., Algarin, C. R. Sleep in brain development. Biol Res. 40 (4), 471-478 (2007).
- Mirmiran, M., et al. Effects of experimental suppression of active (REM) sleep during early development upon adult brain and behavior in the rat. Brain Res. 283 (2-3), 277-286 (1983).
- Feng, P., Ma, Y. Instrumental REM sleep deprivation in neonates leads to adult depression-like behaviors in rats. Sleep. 26 (8), 990-996 (2003).
- Frank, M. G., Morrissette, R., Heller, H. C. Effects of sleep deprivation in neonatal rats. Am J Physiol. 275 (1 Pt 2), R148-R157 (1998).
- Todd, W. D., Gibson, J. L., Shaw, C. S., Blumberg, M. S. Brainstem and hypothalamic regulation of sleep pressure and rebound in newborn rats. Behav Neurosci. 124 (1), 69-78 (2010).
- Sare, R. M., Levine, M., Hildreth, C., Picchioni, D., Smith, C. B. Chronic sleep restriction during development can lead to long-lasting behavioral effects. Physiol Behav. 155, 208-217 (2016).
- Colavito, V., et al. Experimental sleep deprivation as a tool to test memory deficits in rodents. Front Syst Neurosci. 7, 106 (2013).
- Franken, P., Dijk, D. J., Tobler, I., Borbely, A. A. Sleep deprivation in rats: Effects on EEG power spectra, vigilance states, and cortical temperature. Am J Physiol. 261 (1 Pt 2), R198-R208 (1991).
- Araujo, P., Coelho, C. A., Oliveira, M. G., Tufik, S., Andersen, M. L. Neonatal sleep restriction increases nociceptive sensitivity in adolescent mice. Pain Physician. 21 (2), E137-E148 (2018).
- Araujo, P., Tufik, S., Anderson, M. L. Sleep and pain: A relationship that begins in early life. Pain Physician. 17 (6), E787-E798 (2014).
- Hairston, I. S., et al. Sleep deprivation effects on growth factor expression in neonatal rats: a potential role for BDNF in the mediation of delta power. J Neurophysiol. 91 (4), 1586-1595 (2004).
- Hairston, I. S., et al. Sleep deprivation elevates plasma corticosterone levels in neonatal rats. Neurosci Lett. 315 (1-2), 29-32 (2001).
- Blumberg, M. S., Middlemis-Brown, J. E., Johnson, E. D. Sleep homeostasis in infant rats. Behav Neurosci. 118 (6), 1253-1261 (2004).
- Feng, P., Vogel, G. W., Obermeyer, W., Kinney, G. G. An instrumental method for long-term continuous REM sleep deprivation of neonatal rats. Sleep. 23 (2), 175-183 (2000).
- Xu, Z. Q., Gao, C. Y., Fang, C. Q., Zhou, H. D., Jiang, X. J. The mechanism and characterization of learning and memory impairment in sleep-deprived mice. Cell Biochem Biophys. 58 (3), 137-140 (2010).
- Barriga, C., Martin, M. I., Tabla, R., Ortega, E., Rodriguez, A. B. Circadian rhythm of melatonin, corticosterone and phagocytosis: Effect of stress. J Pineal Res. 30 (3), 180-187 (2001).
- Nadler, J. J., et al. Automated apparatus for quantitation of social approach behaviors in mice. Genes Brain Behav. 3 (5), 303-314 (2004).
- Thomas, A., et al. Marble burying reflects a repetitive and perseverative behavior more than novelty-induced anxiety. Psychopharmacology (Berl). 204 (2), 361-373 (2009).
- Karlsson, K. A., Blumberg, M. S. The union of the state: Myoclonic twitching is coupled with nuchal muscle atonia in infant rats. Behav Neurosci. 116 (5), 912-917 (2002).
