Kronisk søvnmangel musen Pups gjennom forsiktig håndtering
Summary
Vi beskriver en søvn deprivasjon teknikk kjent som forsiktig håndtering der etterforskere forsiktig prod mus helst søvn problemet er observert. Denne metoden er et kraftig verktøy som tillater forskere å studere virkningene kronisk søvn begrensning gjennom utvikling kan ha på fremtidige hjernen fysiologi og atferd.
Abstract
Søvn er avgjørende for riktig utvikling og nevrale plastisitet. Videre er unormalt søvnmønster karakteristisk for mange neurodevelopmental lidelser. Studere hvordan kronisk søvn begrensning under utviklingen kan påvirke virkemåten for voksne kan legge til vår forståelse av fremveksten av atferdsmessige symptomer på neurodevelopmental lidelser. Mens det er mange metoder som kan brukes til å begrense søvn i gnagere inkludert tvungen bevegelse, konstant avbrudd, presentasjon i aversive stimulans eller elektrisk støt, mange av disse metodene er svært stressende og kan ikke brukes i neonatal mus. Her beskriver vi forsiktig håndtering, en søvn deprivasjon teknikk som kan brukes kronisk gjennom utvikling og inn i voksenlivet for å oppnå søvn begrensning. Skånsom innebærer av musene gjennom søvn deprivasjon perioden og krever forskeren å forsiktig prod dyr når de er inaktiv eller vise opptreden forbundet med søvn. Sammen med EEG innspillinger, kan skånsom brukes å selektivt forstyrre en bestemt fremdriftsfase søvn som REM (REM)-søvn. Teknikken for skånsom er et kraftig verktøy for studier av effekten av kronisk søvn begrensning i neonatal mus som omgår mange av mer stressende prosedyrene brukes for søvnmangel.
Introduction
Søvn spiller en avgjørende rolle i neuronal plastisitet og synapse dannelse og eliminering under hjerne utviklingen1,2. Spesielt er REM (REM)-søvn viktig for danner stabile synaptic kretser gjennom begge styrking av bestemte synapser og synaptic beskjæring2. Farmakologiske søvnmangel tidlig i livet fører til mange fysiologiske og behavioral underskudd3,4. I tillegg til farmakologisk søvn deprivasjon, andre former for søvnmangel som konstant skjelvende, tvang bevegelse eller presentasjon av en aversive stimulans er forbundet med depresjon-lignende symptomer voksen, forskjellige nevrale aktivisering mønstre og endringer i sove tid og søvn kontinuitet i en utvinning periode etter deprivasjon5,6,7. Når søvn er kronisk begrenset i mus i over fem uker under utvikling, ble atferdsmessige underskudd observert etter en måned med søvn utvinning8. Sammen tyder disse studiene på at forstyrrelse av søvn i neonatal gnagere kan påvirke senere søvnmønster, hjernefunksjon og virkemåte. Fremheve betydningen av søvn for normal hjerne utviklingen i mennesker, mange pasienter med neurodevelopmental lidelser, inkludert autismespekterforstyrrelser, Tuberous sklerose komplekse, skjøre X syndrom og oppmerksomhet-underskudd/hyperaktivitet Lidelse, rapporten unormalt i søvnmønster i tillegg til en rekke atferdsmessige underskudd1.
Gitt antall neurodevelopmental lidelser forbundet med unormalt søvnmønster, er det viktig å forstå hvordan søvnmangel påvirker hjernefunksjon og atferd. Men til tross for data som støtter viktigheten av søvn under utvikling, de fleste metoder som begrenser eller frata dyr søvn fokus på voksne. Disse teknikkene omfatter en rekke tester som krever tvunget locomotor aktivitet (f.eks konstant tredemølle), konstant avbrudd (f.eks roterende feiemaskin bar eller kontinuerlig romanen objektet presentasjon) eller forstyrre dyret ved utbruddet av REM-søvn (f.eks plattform over vann)9,10. Selv om disse metodene har effektivt vist problemene knyttet til søvnmangel hos voksne, er ingen av disse metodene passende for gnager pups på grunn av begrenset mobilitet, sove stasjon og de negative effektene av stress tidlig i livet. På grunn av viktigheten av søvn under utvikling er det avgjørende å forstå hvordan begrenset søvn i neonatal pups påvirker fremtidig atferd voksen.
En teknikk for å begrense søvn som kan brukes i gnager pups er skånsom. Skånsom innebærer etterforskeren direkte samspill med gnagere noen sove funksjonalitet er observert. Etterforskerne kan bruke hendene, pensel eller presentasjon av romanen objekter til å fysisk avbryte søvn i neonatal gnagere8,10,11,12,13,14 . Søvn kan behaviorally bestemmes av mangel på motorisk aktivitet, myoclonic rykninger, og øye nedleggelse (i eldre gnager pups). EEG validering bekrefter at forstyrre søvnen med mild håndtering basert på disse virkemåtene reduserer totale sove tid med 91% i P12 rotter14. Andre teknikker som har blitt brukt å frata unge mus inkluderer elektrisk støt og presentasjon av ubehagelig stimuli, men disse teknikkene kan ikke brukes for kronisk søvn begrensning og er mer stressende enn skånsom7, 15. kronisk søvn begrensning kan også gjøres gjennom en risting protokoll som kan brukes med eller uten EEG elektrode implantasjon og tilhørende programvare, men dette hindrer ikke alle skulle sovne og er derfor mindre kontrollerte forhold til skånsom4,16. Muligheten til å begrense eller frata mus søvn i mange dager på rad uten spesifikk utstyr, programvare eller elektrode implantasjon er en fordel av skånsom teknikken. Kronisk søvn begrensning via forsiktig håndtering effektivt begrenser søvn i neonatal gnagere og produserer en rekke atferdsendringer etter de søvn deprivasjon periode8,11,12, 17.
Her beskriver vi resultater som påvirker kronisk søvnmangel i tre timer per dag fra postnatal dag 5 (P5) til P42 betydelig omgjengelighet mus etter en 30-dagers restitusjonsperiode som søvn ikke forstyrres. Disse resultatene markere langtidseffekter av kronisk søvn begrensning under utvikling på fremtidig atferd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her vi beskriver en metode for søvnmangel, forsiktig håndtering, som kan brukes i både gnager pups og voksne. Mild levere krever forskere å observere mus for varigheten av en søvn deprivasjon periode og forsiktig prod dyr når de er inaktiv eller beveger seg å forebygge sove. Tidligere søvn deprivasjon studier har bekreftet ved hjelp av samtidige EEG (EEG) innspillinger at skånsom hindrer både REM og ikke – REM NREM sove10. Skånsom er en av bare søvn deprivasjon metoder som kan brukes p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble finansiert av Intramural forskningsprogrammet av NIMH (ZIA MH00889). RMS ble også støttet av FRAXA doc..
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).
