小鼠脑电图中高度有序θ振荡的自动检测

本实验的总体目标是利用可植入式脑电遥测技术，分析小鼠中由药物诱导的高度有序θ节律振荡。该方法有助于回答系统神经科学领域中的关键问题，例如如何通过长期海马脑电遥测记录来诱导、检测和量化小鼠脑电图中的高度有序θ节律振荡。该技术的主要优势在于，能够对大规模的小鼠海马脑电记录中的高度有序θ节律振荡进行有效分析。

该技术的意义延伸至我们对阿尔茨海默病等神经精神疾病和神经退行性疾病的治疗，因为频率改变（如θ节律异常）常与此类疾病相关。尽管该方法可为小鼠海马θ节律异常提供深入见解，但经过适当调整后，也可应用于其他物种（包括人类）的脑电图记录。通常情况下，若实验流程尚不成熟，该方法将面临困难，因为θ振荡的检测分析依赖于恰当的脑电电极植入和θ节律诱导。

在插入电极之前，需将电极尖端的聚对二甲苯涂层刮除。接着，将电极的颅外部分通过机械方式夹在发射器的不锈钢螺旋上，并将其剪短至所需长度。

为了植入射频发射器，将麻醉后的小鼠置于手术台上，并通过面罩持续向动物输送异氟烷。通过检查尾部夹捏反射、足部夹捏反射及呼吸频率来确认麻醉深度。随后，去除头皮部位的体毛，并使用70%乙醇和含碘消毒液对剃净的头皮进行消毒。

随后，使用手术刀从额部至枕部沿中线在头皮上做一切口。然后，用手术剪在动物背部一侧进行皮下分离，制作一个皮下囊袋。接着，将发射器插入皮下囊袋中，并将柔性发射器导线的多余长度一同置入囊袋内。

随后，使用鼻夹固定颅骨。然后将实验动物放置于立体定位仪上，并调整耳杆。

将0.3%的过氧化氢涂抹于颅骨，以去除任何组织，并帮助观察颅缝以及颅骨测量标志点，如前囟点（bregma）和后囟点（lambda）。接下来，使用高速神经外科钻在无压力模式下以最大转速根据所选坐标钻孔。选择合适的电极，并在植入前用70%乙醇对电极进行消毒。

应根据实验要求仔细选择电极类型。通常，聚对二甲苯包被的钨电极或不锈钢电极最为常见。随后，使用玻璃离子体水泥固定电极，并等待水泥完全固化。

接下来，使用不可吸收缝合线通过间断缝合方式关闭头皮。术后镇痛管理采用术后4天内每天皮下注射一次卡洛芬。在进行记录或注射实验前，让动物恢复10至14天。

在此操作中，使用磁性开关激活射频发射器。进行至少24至48小时的长期海马脑电图（EEG）记录。对长期记录的脑电图振幅和脑电图频率特征进行分析，可深入了解θ振荡的昼夜节律依赖性，及其与特定行为、认知状态或任务之间的关联。

为了药理学诱导θ振荡，需预先用甲基东莨菪碱处理动物，以避免外周毒蕈碱样反应。随后，向小鼠给予单次剂量的乌拉坦或毒蕈碱受体激动剂以启动θ振荡。约60分钟后，注射阿托品，以区分对阿托品敏感的Ⅱ型与不敏感的Ⅰ型θ振荡。

继续记录。为验证脑电图电极的放置位置，剪断不锈钢电极并移除射频发射器。然后处死小鼠，并从颅骨中取出脑组织。

为了验证电极放置位置，使用粘合剂将取出的脑组织固定在振动切片机的组织架上，然后将脑组织切成100微米厚的冠状切片。将切片贴附于玻璃载玻片上，并采用标准组织学方法用尼氏蓝染色。

只有当动物符合正确的脑电图（EEG）电极放置标准时，才将其纳入分析。对于CA1区域，深部电极的尖端应位于CA1锥体细胞层内。上传脑电图数据。

这是一段典型的30分钟脑电图（EEG）片段。请使用此处显示的复数Morlet小波函数进行时频分析。进行时频分析时，频率范围设置为0.2至12 Hz，步长设置为0.1 Hz。该脑电图片段的时频图以颜色编码形式展示，突出了theta频段和较高delta频段的活动范围。

此处对提取的 2.5 秒 EEG 片段进行 theta 节段分析。由于 theta 频段的最大振幅与上 delta 频段最大振幅的比值大于 1.5，因此该片段被归类为 theta 振荡片段。这确保了在计算的 EEG 片段中，theta 最大振幅至少比上 delta 频段的振幅高 50%。

该图展示了高度有序的θ振荡与脑电图（EEG）记录中θ波检测指标之间的相关性，其中θ振荡片段可进行量化并进行统计分析。此处为两个持续2.5秒的EEG片段，分别被视觉分类为非θ波段和θ波段。下方对应图中显示了CA1区EEG片段的时频分析结果，频率范围为0.2至12 Hz。通过对振幅进行颜色编码，非θ波EEG片段的时频分析在时间维度上显示出频率规律波动的θ波结构特征。

而具有高度同步化θ振荡的脑电段则表现为规则且振幅稳定、频率接近6 Hz的高振幅θ节律。该图中最大θ振荡振幅与最大δ振荡振幅的比值为1.25，而此图中该比值为4.67。这明显可将该脑电图时段归类为θ振荡脑电段。若操作得当，掌握该技术后可在一小时内完成分析。

在完成该操作后，可进一步开展其他方法，如对其他频段进行时频分析或自动癫痫发作检测，以回答其他脑电频段是否受到影响、它们如何耦合以及与神经元过度兴奋性的关系等问题。该技术建立后，为系统神经科学领域的研究人员探索转基因小鼠模型（如阿尔茨海默病小鼠模型）中海马θ节律结构的改变提供了重要途径。观看本视频后，您应能够充分理解如何诱导、检测和分析高度有序的θ振荡。