世界睡眠日 | 睡眠对健康至关重要——临床前睡眠研究完整解决方案

• 大小鼠EEG/EMG睡眠监测系统

• 大小鼠脑内神经化学物质监测系统

• 大小鼠非侵入式睡眠监测系统

• 大小鼠睡眠剥夺系统

     目前有研究表明睡眠障碍的发生与中枢神经系统内多种神经递质相关，其关键点在于神经元之间的相互作用。目前研究较多的神经递质有以下四种：胺类神经递质，如5-羟色胺、多巴胺；抑制性神经递质，如γ－氨基丁酸；兴奋性氨基酸类递质，如谷氨酸。脑内神经递质浓度水平的变化对睡眠障碍的早期诊断、早期治疗及预后的评估具有重要意义。

     针对大小鼠脑内神经化学物质的检测，美国Pinnacle公司的生物CNS生物传感器系统和快速扫描循环伏安法(FSCV)检测系统可实现在大小鼠清醒自由的状态下实时监测其脑内神经化学物质的变化。

     CNS生物传感器系统可用于在大小鼠清醒自由的状态下实时监测其脑内神经化学物质的秒级浓度变化，包括谷氨酸、葡萄糖、乳酸和乙醇等化学物质。

     谷氨酸是一种兴奋性神经递质，其纤维投射至网状结构、丘脑及大脑皮质。研究发现，谷氨酸是参与睡眠－觉醒调节的重要物质之一，在觉醒和快速动眼睡眠期，其含量急剧增高，睡眠剥夺3h后，即可观察到这种显著的变化。随着睡意加深，谷氨酸含量停止上升，并开始下降。到非快速动眼睡眠期，谷氨酸含量下降速率和睡眠深度呈正相关。这种变化说明脑内谷氨酸的动态平衡参与了睡眠和觉醒的调节，即觉醒状态和睡眠剥夺后其含量上升，入睡后又降低。

     通过Pinnacle的CNS生物传感器系统，研究人员可实时监测脑内谷氨酸或其他神经化学物质浓度的同时采集脑电肌电，进行完整的睡眠研究方案。

C57小鼠前额叶皮质中记录谷氨酸的浓度变化

     快速扫描循环伏安法(fast scan cyclic voltammetry, FSCV)旨在帮助用户简化儿茶酚胺和其他电活性分析物的检测和定量过程，具有较为精确、实时、特异性较高的优点，适用于大小鼠活体原位检测脑内神经递质的释放。该方法具有很高的时空分辨率，可以在微米级空间尺度上实现毫秒级的快速分析，可根据不同物质氧化还原过程对电极伏安曲线峰值的差异实现对多种物质的分析。

     Pinnacle推出的FSCV系统通过用户自定义不同波形的电压扫描的方式，专门用于在体检测脑内儿茶酚胺类神经递质（多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素和腺苷等）的浓度变化。

自由活动大鼠体内多巴胺反应

   多巴胺氧化和还原的 FSCV 3D 彩色图

     美国Signal Solutions公司推出的PiezoSleep无创睡眠产品是一款啮齿动物非侵入式睡眠/觉醒活动监测系统，具有操作简单、准确性高、高通量等特点，在多数情况下可替代基于侵入式EEG分析的传统睡眠研究设备，是睡眠节律等研究的新选择。

     PiezoSleep系统基础原理为压电传感技术，精密压电聚合物薄膜准确感受动物各种活动信息，如呼吸、饮食、梳理等，并将活动信息产生机械压力信号转换为电信号，软件通过特征性算法对信号快速分析并自动评分获得动物睡眠/觉醒节律、呼吸率等信息。

     PiezoSleep具有专业性睡眠监测及分析软件，可完成动物实验数据的快速分析以及自动评分，并且根据结果可获得一系列多样化数据可视化图表，节省实验人员大量实验数据处理时间。

单只小鼠48小时睡眠时相分析图，PiezoSleep产品与金标准EEG/EMG法分析数据有良好的一致性和相关性

 EEG/EMG睡眠监测（左）及PiezoSleep睡眠监测（右）

     睡眠剥夺研究模型主要采用人工技术减少正常睡眠量，造成睡眠障碍，以研究睡眠丧失或睡眠限制后对机体的影响。目前采用的动物有小鼠、大鼠、猫、犬和鸽子等，其中以鼠类为模型动物的睡眠剥夺或限制实验研究最为透彻，涉及对生理、基因表达、免疫功能、应激反应和多种意识的行为学监测、学习记忆等。

     针对睡眠剥夺方面的研究，玉研仪器推荐以下解决方案：

     美国Pinnacle公司转棒式睡眠剥夺系统是一款不需要对动物进行训练，以温和的方式对动物进行睡眠限制的仪器，参数设定完成后，不再需要人为的干预即可对大鼠或小鼠进行睡眠剥夺的实验。该系统有两个型号：Feedback型和StandAlone型。

     该系统可以通过Pinnacle的EEG/EMG系统实时监测动物脑电肌电信号来进行睡眠剥夺，系统可以预先设置动物的睡眠状态的脑电肌电参数值，当实时监测的EEG和EMG与预设置的睡眠状态参数值相匹配时，系统控制击打棒转动，以此方式保持动物时刻处于清醒状态。

      自定义设置脑电肌电睡眠剥夺阈值

     该系统旋转棒以时间为参数进行控制，从秒到小时、日、周或月间隔不等。旋转棒可设置为随机方向，以尽量减少动物对睡眠剥夺环境产生适应。使用主机上的触屏LCD控件进行操作时完全不需要电脑控制。

   直接设置剥夺时间无差别进行睡眠干扰

     美国SignalSolutions公司的Qwake睡眠剥夺系统可通过压电传感器在实时检测动物活动度、呼吸频率等参数的同时获得动物睡眠状态的信息，并能够借助配套软件实施在线自动评分功能，从而反馈性控制相应设备进行睡眠剥夺造模。系统在监测到动物睡着的时候会通过振动笼子将动物唤醒以达到睡眠剥夺的目的。

     Qwake反馈型睡眠剥夺系统最大的优势是能够无创对动物睡眠进行精准地剥夺，实验环境贴近动物正常饲养状态，清醒活动无拘束。专利的压电传感器技术对动物睡眠状态监测非常灵敏，独特的摇笼式干扰方式不会对动物造成伤害，既能反馈性剥夺动物睡眠，又不会主动强制造成动物运动。