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Neuroscience

수면 무효화 장치: 수 면 박탈 Drosophila의 매우 효율적인 방법

Published: December 14, 2020
doi:
10.3791/62105
, , , ,
1Department of Neuroscience,Washington University School of Medicine

Summary

수면 부족은 수면 기능과 조절을 조사하는 강력한 도구입니다. 우리는 수면 무효화 장치를 사용하여 Drosophila를 수면 박탈하는 프로토콜을 설명하고, 박탈에 의해 유도된 리바운드 수면의 정도를 결정하기 위하여.

Abstract

수면 항상성, 수면 손실 다음 관찰 수 면의 증가, 동물의 왕국을 통해 수 면을 식별 하는 데 사용 하는 정의 기준 중 하나입니다. 결과적으로, 수 면 부족 및 수 면 제한은 일반적으로 수 면 기능에 대 한 통찰력을 제공 하는 데 사용 되는 강력한 도구. 그럼에도 불구 하 고, 수 면 부족 실험은 본질적으로 문제가 박탈 자극 자체 생리학 및 행동에 관찰 된 변화의 원인 수 있습니다. 따라서 성공적인 수면 부족 기술은 동물을 깨어 있게 해야 하며, 이상적으로는 의도하지 않은 많은 결과를 유도하지 않고도 강력한 수면 리바운드를 초래합니다. 여기에서, 우리는 Drosophila 멜라노가스터에대한 수면 부족 기술을 설명합니다. 수면 무효화 장치(SNAP)는 10대마다 자극을 투여하여 부정적인 지질택시를 유발합니다. 자극은 예측 가능하지만 SNAP는 높은 수면 드라이브가있는 파리에서도 야간 수면의 >95 %를 효과적으로 방지합니다. 중요한 것은, 후속 동종 반응은 손 박탈을 사용하여 달성한 것과 매우 유사합니다. 자극의 타이밍과 간격은 수면 손실을 최소화하고 따라서 생리학 및 행동에 자극의 비 특이적 효과를 검사하기 위해 수정 될 수있다. SNAP는 또한 수면 제한및 각성 임계값을 평가하기 위하여 이용될 수 있습니다. SNAP는 수면 기능을 더 잘 이해하는 데 사용할 수있는 강력한 수면 장애 기술입니다.

Introduction

수면은 동물에서 보편적 인 근처에 있지만 그 기능은 불분명합니다. 수면 항상성, 수면 부족 후 수면의 보상 증가는 수면의 결정적인 특성이며, 이는 수면상태1,2,3,4,5의수면 상태를 특성화하는 데 사용되어 왔다.

즉석에서 수면은 수면 손실에 대한 강력한 정근성 반응을 포함하여 인간의 수면과 많은 유사점이 있습니다4,5. 즉석에서 수면의 수많은 연구는 확장 된 깨어에서 발생하는 불리한 결과를 검사하여 수면 기능을 추론하기 위해 수면 부족을 모두 사용하고, 수면의 정충성 조절을 제어하는 신경 생물학적 메커니즘을 결정하여 수면 조절을 이해합니다. 이와 같이 수면 박탈파리는 학습 및기억6,7,8,9,10,11,12,구조적 가소성13,14,15,시각주의16,뉴런 상해로부터의회복,17,18,짝짓기 및 공격적인행동(19)에장애를 나타내는 것으로나타났다. 20,세포증식(21)은산화스트레스(22)및23에 대한 반응으로 몇 가지 이름을 지정한다. 또한, 리바운드 수면을 제어하는 신경생물학적 메커니즘에 대한 조사는수면항상성을 구성하는 신경 기계에 대한 중요한 통찰력을 산출했다8,9,23,24,25,26,27,28,29 . 마지막으로, 건강한 동물의 수면 기능에 대한 근본적인 통찰력을 밝히는 것 외에도 수면 부족 연구는 병든 상태에서 수면 기능에 대한 통찰력을30,31로나타냈습니다.

수면 부족은 명백히 강력한 도구이지만, 수면 부족 실험과 함께, 동물을 깨우는 데 사용되는 자극에 의해 유도된 것과 는 함께 깨어있는 현상을 구별하는 것이 중요합니다. 손 부족 또는 부드러운 취급에 의한 수면 부족은 일반적으로 최소한의 파괴적인 수면 부족을 위한 표준으로 간주됩니다. 여기서 우리는 수면 무효화 장치 (SNAP)를 사용하여 수면 박탈 파리에 대한 프로토콜을 설명합니다. SNAP는 10대마다 비행하는 기계적 자극을 제공하여 음의 지질택시(그림1)를유도하여 파리를 깨어 있게 하는 장치입니다. SNAP는 높은 수면 드라이브8,32로 비행할 때도 야간 수면의 >98%를 효율적으로박탈합니다. SNAP는 강타 민감한 파리에서 보정되었으며 SNAP에서 파리가 파리에 해를 끼치지 않습니다. SNAP를 가진 수면 부족은 손 박탈에 의해 얻어진 것과 비교되는 리바운드를 유도합니다7. SNAP는 따라서 자극자극의 효과를 조절하면서 파리를 잠들게 하는 강력한 방법입니다.

Protocol

1. 실험 준비 그들은 바이알에 가까이로 파리를 수집, 남성과 여성의 파리를 분리.참고: 수면 실험은 일반적으로 암컷 파리로 수행됩니다. 처녀 여성을 수집하는 것이 중요합니다. 짝짓기 암컷은 유충에 부화하는 알을 낳아 데이터 분석을 복잡하게 만듭니다. 집은 <20의 그룹에서 단일 섹스의 파리.참고: 주택은 사회적으로 풍요로운 환경(>50그룹)에서 비행하여 수면 운전<sup clas…

Representative Results

캔톤 S(Cs)는 야생형 변형으로 사용되었다. 파리는 12h 빛으로 유지되었습니다 : 12 시간 어두운 일정, 수면은 하룻밤 사이에 12 시간 동안 박탈되었습니다. Cs의 수면 프로파일 검사는 기준선일(bs), 수면 부족일(sd), 2일 회복일(rec1 및 rec2)(그림 2A)에파리가 SNAP에서 효과적으로 수면을 취하지 않았으며, 문헌4,5에서</s…

Discussion

드로소필라의 수면은 2000년에 독립적으로 특징지어졌으며, 2개 그룹4,5. 이러한 선구적인 연구에서 파리는 부드러운 취급 (즉, 손 부족)에 의해 수면을 박탈하고 하룻밤 수면 부족에 대한 강력한 동종 반응을 나타내는 것으로 나타났습니다. 중요한 것은, 어떤 잠 부족 실험든지와 함께 동물을 깨어 있는 것을 지키기 위하여 이용된 방법의 잠재적인…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 NIH 보조금 5R01NS051305-14 및 5R01NS076980-08에 의해 지원되었습니다.

Materials

Locomotor activity tubes
Fisher Tissue Prep Wax Thermo Fisher 13404-122 Wax used for sealing tubes
Glass tubes Wale Apparatus 244050 We cut 5mm diameter Pyrex glass tubes into 65mm long tubes to record sleep. Pre-cut tubes can also be purchased.
Nutri Fly Bloomington Formulation fly food Genesee Scientific 66-113 Labs might use their own fly food recipe. It is important that sleep be recorded on the same food that flies were reared in.
Rotary glass cutting tool Dremel Multi Pro 395 Used to cut 65mm long glass tubes 
Monitoring Sleep
DAM System and DAMFileScan software Trikinetics Software used to acquire data from DAM monitors and save the acquired data in an appropriate format
Data acquisition computer Lenovo Idea Centre AIO3 A equivalent computer from any manufacturer can substitute
Drosophila Activity Monitors Trikinetics DAM2 These monitors are used to record flies' locomotor activity
Environment Monitor Trikinetics DEnM Not essential, but an easy way to monitor environmental conditions in the chamber where sleep is recorded
Light Controller Trikinetics LC4 A convenient way to control the timing of when the SNAP is turned on and off
Power Supply Interface Unit for DAM Trikinetics PSIU-9 Required for data acquisition computers to record Trikinetics locomotor acitvity data
RJ11 connector 7001-64PC Multicomp DAM monitors accept RJ11 jacks
Splitters Trikinetics SPLT5 Used to connect upto 5 DAM monitors
Telephone cable wire Radioshack 278-367 Phone cables to acquire data from DAM monitors
Sleep Deprivation
Power supply Gw INSTEK GPS-30300 Power supply for the SNAP
Sleep Nullifying Apparatus Washington University School of Medicine machine shop
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References

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Keywords: Sleep DeprivationSleep RestrictionDrosophilaSleep HomeostasisSleep RegulationSNAP (Sleep Nullifying Apparatus)Activity MonitoringLocomotor ActivitySleep BoutSleep Recovery
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Melnattur, K., Morgan, E., Duong, V., Kalra, A., Shaw, P. J. The Sleep Nullifying Apparatus: A Highly Efficient Method of Sleep Depriving Drosophila. J. Vis. Exp. (166), e62105, doi:10.3791/62105 (2020).
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