小動物(如小鼠和大鼠)的硬膜外腦電圖(EEG)和肌電圖(EMG)記錄對于研究睡眠-覺醒節(jié)律至關重要。
睡眠由不同的階段組成,不同的階段可以通過腦電和肌電活動的不同模式進行區(qū)分。
來源:Behavioral Methods to Study Anxiety in Rodents
睡眠總體上可分為兩個不同的階段:快速眼動睡眠(REM Sleep)和非快速眼動睡眠(NREM Sleep)。
REM的特征表現(xiàn)為:快速/低壓的腦電圖、隨機眼動和肌肉處在完全松弛的狀態(tài)。
REM也被稱為異相睡眠(Paradoxical Sleep),因其腦電活動的特征與清醒時相似,而身體卻與大腦基本脫節(jié),似乎處于深度睡眠的狀態(tài)。
相比之下,在NREM中,運動神經(jīng)元受到刺激,但沒有眼動發(fā)生。
來源:《神經(jīng)科學-探索腦》
人類的NREM可分為3個階段,即N1、N2和N3階段,其中第3階段被稱為深度睡眠或慢波睡眠,其特征在腦電圖中主要表現(xiàn)為大而慢的δ波(0.5-4 Hz)。
來源:Neuroscientifically Challenged
另一方面,因為小動物(如大鼠和小鼠)沒有像人類那樣有長時間的鞏固睡眠期,所以其NREM的細分標準還并未確定。
筑波大學國際綜合睡眠醫(yī)學研究所(WPI-IIIS)在2016年時發(fā)布了一篇關于測量小鼠睡眠的多導記錄過程的論文(Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice)。
研究團隊在論文中展示了小鼠在NREM、REM和WAKE狀態(tài)下10秒內(nèi)典型的EEG、EMG波形圖和譜線密度百分比:
來源:Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice
· 在NREM睡眠中,EEG展示了以δ波段(0.5-4 Hz)為主的高振幅波;
· 在REM睡眠中,EEG顯示了以θ波段(6-10 Hz)為主的低振幅波;
· 而在WAKE狀態(tài)下,EEG的波幅較低,沒有典型波段主導;
· 同時,在NREM和REM狀態(tài)下的EMG信號都弱于Wake狀態(tài)下的EMG信號。
論文中還總結(jié)出使用EEG和EMG信號對小動物(大鼠和小鼠)進行睡眠分期的一般標準:
來源:Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice
論文同時還指出,EEG/EMG信號的采集質(zhì)量對于是否能進行準確的睡眠分期十分重要。
在EEG和FFT分析中,電極(螺絲)不穩(wěn)固通常是電信號產(chǎn)生偽影的原因。
EEG信號的質(zhì)量可以通過目測明顯熟睡中的小鼠,是否具有高幅低頻率的EEG信號來進行確認。
小動物腦電肌電記錄系統(tǒng)
小動物腦電肌電記錄系統(tǒng),專門應用于針對自由活動大小鼠的睡眠,癲癇,睡眠剝奪和其他行為學研究。我們的EEG/EMG記錄系統(tǒng)利用特色的頭戴式的前置微型放大器,即使在動物運動時也能采集到非常清晰的波形圖。新增的6軸加速度傳感器,配合肌電數(shù)據(jù)能快速準確區(qū)分動物的不同運動狀態(tài)(睡眠/清醒),消除肉眼帶來的誤差,讓實驗監(jiān)測數(shù)據(jù)更加精準。
小動物腦電肌電記錄系統(tǒng)是一套高通量,高性價比的電生理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可用于多達8只清醒&自由活動的動物同時進行電生理信號采集。模塊化硬件可以做到即插即用,配套軟件功能豐富,界面友好,為科研人員和科研工程師們提供了一個性價比極高的、成熟的、易于使用的電生理研究工具平臺。
可以將數(shù)據(jù)儲存為BDF格式,并導出為EDF,CSV或二進制文件,以便導入第三方應用程序,如MATLAB,EEGLAB,BCILAB,OpenVibe,F(xiàn)ieldTrip,SciPy和EDF Browser。提供MATLAB和C / C ++ SDK用于開發(fā)實時EEG測量和分析應用程序(例如,腦機接口,BCI)。
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