Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Kraften i Interstimulus Interval for vurdering af tidsmæssige forarbejdes i Rodents

Published: April 19, 2019 doi: 10.3791/58659
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Program in Behavioral Neuroscience, Department of Psychology, University of South Carolina

Summary

Tidsmæssige behandling, en preattentive proces, kan ligge til grund for underskud i højere kognitive processer, herunder opmærksomhed, almindeligt observeret i neurokognitive lidelser. Ved hjælp af prepulse hæmning som en eksemplariske paradigme, præsenterer vi en protokol til at manipulere interstimulus interval (ISI) at etablere form af ISI funktion til at give en vurdering af den tidsmæssige behandling.

Abstract

Tidsmæssige forarbejdning underskud har været impliceret som en potentiel elementært dimension af højere kognitive processer, almindeligt observeret i neurokognitive lidelser. Trods popularization af prepulse hæmning (PPI) i de seneste år fremme mange nuværende protokoller ved hjælp af en procent af kontrolforanstaltning, derved udelukkes vurdering af tidsmæssige behandling. Den nuværende undersøgelse bruges cross-modalitet PPI og gap prepulse hæmning (gap-PPI) for at demonstrere fordelene ved at ansætte en række interstimulus intervaller (ISIs) at afgrænse virkningerne af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering og alder. Vurdering af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering og alder afslører nytten af indflyvningen varierende interstimulus intervallet (ISI) for at etablere formen af funktionen ISI, herunder stigninger (skarpere kurve bøjningsformer) eller formindsker (udfladning af amplituden responskurve) i overraske amplitude. Derudover er forskydninger i peak svar hæmning, tyder på en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI, ofte afsløret. Således, den systematiske manipulering af ISI frembyder en afgørende mulighed for at evaluere tidsmæssige behandling, der kan afsløre de underliggende neurale mekanismer involveret i neurokognitive lidelser.

Introduction

Tidsmæssige forarbejdning underskud har været impliceret som en potentiel underliggende neurale mekanisme for ændringer i højere kognitive processer almindeligt observeret i neurokognitive lidelser. Prepulse hæmning (PPI) af auditive overraske svar (ASR) er en translationel eksperimentelle paradigme bruges normalt til at undersøge tidsmæssige forarbejdning underskud, afslørende dybtgående ændringer i neurokognitive lidelser som skizofreni1, opmærksomhed underskud hyperaktivitet lidelse2 og HIV-1 associerede neurokognitive lidelser3,4. Specifikt, har vurderinger af tidsmæssige forarbejdning i prækliniske modeller af HIV-1 afsløret den almenhed, relative permanens, og foreslog den diagnostiske nytte af PPI på tværs af fleste af dyrene funktionelle levetid3,4 ,5,6.

Bruges en tilgang med varierende interstimulus interval (ISI; dvs. tid mellem en prepulse og overraske stimulus) i analysen af refleks ændring datoer tilbage til Sechenov i 18637. De skelsættende undersøgelser af refleks ændring, en foranstaltning af sensorimotor gating, ansat indflyvningen varierende ISI at vurdere flexor svar og audition i frøer7,8, samt refleksmæssigt svar i mennesker9. De første kliniske anvendelse af proceduren refleks ændring vurderes visuelle følsomhed i en mand med hysterisk blindhed10. Over et århundrede efter de første rapporter af refleks ændring blev tilgang af varierende ISI populariseret på tværs af en række skelsættende papirer11,12,13. Trods de iboende forskelle i de skelsættende undersøgelser på refleks modifikation (dvs. arter, eksperimentelle procedurer, reflekser) etablerede de et tidsmæssige forhold, der var påfaldende ens mellem arter.

Vurdering af prepulse hæmning ved hjælp af en metode variere ISI, som beskrevet i denne protokol, har flere fordele frem for de populariseret procent af kontrol tilgang. Først, tilgangen giver mulighed for at etablere formen af funktionen ISI, herunder stigninger (skarpere kurve bøjningsformer) eller formindsker (udfladning af amplitude responskurve)3,15 i overraske amplitude, samt forskydninger i peak point for svar hæmning3,5. Derudover når indflyvningen varierende ISI er ansat, er overraske svar en relativt stabil fænomen1, tyder på den potentielle nytte af tilgang i longitudinelle studier undersøger progression af neurokognitive underskud5 , 15. Endelig PPI giver en afgørende mulighed for at forstå de underliggende neurale kredsløb involveret i neurokognitive lidelser16.

I vores undersøgelse ansat vi to eksperimentelle paradigmer (figur 1), herunder cross-modalitet PPI og hul prepulse hæmning (gap-PPI), for at vurdere nytten af indflyvningen varierende ISI at afgrænse virkningerne af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering, og alder. Cross-modalitet PPI eksperimentelle paradigme udnytter præsentationen af en ekstra stimulans (f.eks.tone, lys, luft pust) som et diskret prestimulus forud for en akustisk overraskende stimulus. I skarp kontrast, i hul-PPI eksperimentelle paradigme, tjener fraværet af en baggrund (fx, fjernelse af baggrundsstøj, lys eller luft pust) som en diskret prestimulus. Her beskriver vi både eksperimentelle paradigmer for vurdering af tidsmæssige forarbejdning, samt statistiske metoder til analyse af PPI og gap-PPI. I diskussionen sammenlignede vi de konklusioner, man ville drage fra variabel ISI tilgang og populariseret procentdelen af kontrol tilgang.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle dyr protokoller blev gennemgået og godkendt af Animal Care og brug Udvalget ved University of South Carolina (føderale assurance nummer: D16-00028).

1. definere parametre og kalibrering af apparatet overraske

  1. Oprette overraske response system (Se Tabel af materialer) ifølge producentens anvisninger.
    1. Vedlægge overraske platform i en 10 cm tykke dobbeltvægget isoleret kabinet.
  2. Kalibrere svar følsomheder bruger overraske kalibrering ordning.
  3. Vedhæfte høj frekvens højttaler 30 cm over indehaveren af dyr.
    1. Måle og kalibrere højttaleren ved hjælp af en Lydmåler ved at placere mikrofonen inde indehaveren af dyr.
  4. Anbringe en hvid LED lys (22 lux) på væggen foran indehaveren af dyr.
    1. Måle lux præsenteret som en visuel prepulse bruge en lysmåler.
  5. Tilslut en halvstiv plastikrør (0,64 mm diameter) til en trykluft tank via et flyselskab regulator.
    1. Indstille air tank til 16 psi til præsentation af taktile prestimuli.
    2. Brug en Lydmåler til at måle mængden af støj fra den taktile stimulering inde i røret, 2,5 cm fra slutningen af indehaveren af dyr. Hvis du bruger flere kamre, sikre, at alle kamre er kalibreret på samme måde.
      Bemærk: For at forhindre den taktile stimuli fra at blive opfattet som en akustisk stimulus, skal lyden af luft pust prepulse være mindre end eller lig med hvid støj baggrund. I den nuværende struktur udsendes luft pust prepulse 70 db(A) inde i røret, mens hvid baggrundsstøj blev også sat til 70 db(A).

2. oprettelse af eksperimentelle programmer

  1. Åbn Startle Response System software (Se Tabel af materialer).
  2. Klik på definitioner og vælg definere retssag.
  3. Definere en pulse-only ASR retssag.
    Bemærk: Den puls-only ASR retssag køres under tilvænning-session, og 6 gange i begyndelsen af hver cross-modalitet PPI og gap-PPI session for tilvænning.
    1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
    2. Postdataene.
    3. Indstil analogt niveau til 720.
    4. Definere den vent som 20 ms.
    5. Indføre baggrund.
    6. Afslutte retssagen.
    7. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
  4. Klik på definitioner og vælg definere retssag.
  5. Oprette seks separate retssagen definitionerne for akustisk PPI, herunder en retssag for hver ISI (dvs., 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Oprette en retssag definition for 0 ms ISI for akustisk PPI.
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Postdataene.
      3. Indstil analogt niveau til 720.
      4. Tildele 20 ms vent længde.
      5. Indføre baggrund.
      6. Afslutte retssagen.
      7. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
    2. Oprette resterende retssagen definitionerne for ISIs med både en prestimulus og en stimulus (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Angive Analog til 600 på 0 ms at introducere prestimulus.
      3. Tildele de vente længde til 20 ms til at angive længden af prestimulus.
      4. Angive Analog til 440 på 20 ms til at fjerne prestimulus.
      5. Definere de vente længde afhængig af ISI.
        Bemærk: Definere den vent som: 10 ms for 30 ms ISI, 30 ms for 50 ms ISI, 80 ms til 100 ms ISI, 180 ms til 200 ms ISI, og 3980 ms for 4000 ms ISI. Kun én vent længde er inkluderet for hver ISI.
      6. Postdataene.
      7. Indstil analogt niveau til 720.
      8. Tildele 20 ms vent længde.
      9. Indføre baggrund.
      10. Afslutte retssagen.
      11. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
  6. Klik på definitioner og vælg definere retssag.
  7. Oprette seks separate retssag definitioner for visuel eller taktile PPI, herunder en retssag for hver ISI (dvs., 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Oprette en retssag definition for 0 ms ISI for visuel eller taktile PPI.
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Postdataene.
      3. Drej den taktile.
      4. Indstil analogt niveau til 720 og vent længde til 20 ms.
      5. Slukke taktile.
      6. Indføre baggrund.
      7. Afslutte retssagen.
      8. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
    2. Oprette resterende retssagen definitionerne for ISIs med både en prestimulus og en stimulus (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      Bemærk: Visuelle og taktile kan ikke køres samtidigt på grund af software og hardware begrænsninger. Modalitet præsenteret er afhængig af input til hardwaren (dvs., om lyset er forbundet eller luft pust er tilsluttet).
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Drej taktile at indføre prestimulus.
        Bemærk: I dette tilfælde taktile refererer til modalitet (dvs. enten visual eller luft pust) som er forbundet med hardwaren.
      3. Angiv vent længden til 20 ms.
      4. Slukke taktile for at fjerne prestimulus.
      5. Analog indstilles til 440 på 20 ms.
      6. Definere de vente længde afhængig af ISI.
        Bemærk: Definere den vent som: 10 ms for 30 ms ISI, 30 ms for 50 ms ISI, 80 ms til 100 ms ISI, 180 ms til 200 ms ISI, og 3980 ms for 4000 ms ISI.
      7. Postdataene.
      8. Indstil analogt niveau til 720.
      9. Tildele 20 ms vent længde.
      10. Indføre baggrund.
      11. Afslutte retssagen.
      12. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
  8. Klik på definitioner og vælg definere retssag.
  9. Oprette seks separate retssag definitioner for akustisk gap-PPI, herunder en retssag for hver ISI (dvs., 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Oprette en retssag definition for 0 ms ISI for akustisk gap-PPI.
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Postdataene.
      3. Indstil analogt niveau til 720 og vent længde til 20 ms.
      4. Indføre baggrund.
      5. Afslutte retssagen.
      6. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
    2. Oprette resterende retssagen definitionerne for ISIs med både en prestimulus og en stimulus (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Analog indstilles til 0 på 0 ms at introducere prestimulus.
      3. Tildele de vente længde til 20 ms til at angive længden af prestimulus.
      4. Angive Analog til 440 på 20 ms til at fjerne prestimulus.
      5. Definere de vente længde afhængig af ISI.
        Bemærk: Definere den vent som: 10 ms for 30 ms ISI, 30 ms for 50 ms ISI, 80 ms til 100 ms ISI, 180 ms til 200 ms ISI, og 3980 ms for 4000 ms ISI.
      6. Postdataene.
      7. Indstil analogt niveau til 720.
      8. Tildele 20 ms vent længde.
      9. Indføre baggrund.
      10. Afslutte retssagen.
      11. Hit acceptere for at gemme retssagen.
  10. Klik på definitioner og vælg definere retssag.
  11. Oprette seks separate retssagen definitionerne for de visuelle eller taktile gap-PPI, herunder en retssag for hver ISI (dvs., 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Oprette en retssag definition for 0 ms ISI for visuel eller taktile gap-PPI.
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Drej den taktile.
      3. Postdataene.
      4. Indstil analogt niveau til 720 og vent længde til 20 ms.
      5. Indføre baggrund.
      6. Afslutte retssagen.
      7. Ramte Accepter for at gemme retssagen.
    2. Oprette resterende retssagen definitionerne for ISIs med både en prestimulus og en stimulus (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Skriv en retssag navn. Tryk på Enter.
      2. Drej den taktile.
      3. Indstil analogt Level til 0 ms.
      4. Slukke taktile.
      5. Angiv vent længden til 20 ms.
      6. Drej den taktile.
      7. Indstil analogt niveau til 440.
      8. Definere de vente længde afhængig af ISI.
        Bemærk: Definere den vent som: 10 ms for 30 ms ISI, 30 ms for 50 ms ISI, 80 ms til 100 ms ISI, 180 ms til 200 ms ISI, og 3980 ms for 4000 ms ISI.
      9. Postdataene.
      10. Indstil analogt niveau til 720.
      11. Tildele 20 ms vent længde.
      12. Indføre baggrund.
      13. Afslutte retssagen.
      14. Hit acceptere for at gemme retssagen.
  12. Vælg definitioner og definere Session.
    1. Oprette en tilvænning-session.
      1. Indstille Analog baggrundsniveauet til 440, antallet af Record prøver til 200 prøver i sekundet 2000, perioden akklimatisering til 5 min og sekvens gentagelser til 36.
      2. Skriv 10 i feltet intertrial interval (ITI) liste.
      3. Klik på Tilføj og vælg puls-only ASR retssagen.
      4. Klik på Gem for at gemme tilvænning-session.
  13. Vælg definitioner og definere Session.
  14. Definere sessionen for Cross-modalitet PPI.
    1. Indstille Analog baggrundsniveauet til 440, antallet af Record prøver til 200 prøver i sekundet 2000, perioden akklimatisering til 5 min og sekvens gentagelser til 1.
    2. Define intertrial interval (ITI) liste.
      1. Skriv 10 i de første 5 ITI listen felter.
      2. Skriv en variabel ITI (15-25 s) i de næste 72 ITI listen felter, der repræsenterer forsøg med en prestimulus.
    3. Klik på Tilføj.
      1. Vælg puls-only ASR retssagen og indlæse den 6 gange for forsøg 1-6.
      2. Oprette 6-prøveversion blokke for hver prestimulus modalitet ved hjælp af en latinsk Square design (tabel 1).
      3. Belastning 6-prøveversion blokke i en ABBA kontravægte rækkefølgen af præsentation (fx akustisk, visual, visual, akustisk, akustisk, etc.) til cross-modalitet PPI.
        Bemærk: Hvert forsøg skal indlæses individuelt.
        Bemærk: Hver cross-modalitet PPI session indeholder ialt 78 forsøg.
    4. Klik på Gem for at gemme sessionen.
  15. Vælg definitioner og definere Session.
    1. Definere sessionen for Gap-PPI.
      1. Indstille Analog baggrundsniveauet til 440, antallet af Record prøver til 200 prøver i sekundet 2000, perioden akklimatisering til 5 min og sekvens gentagelser til 1.
      2. Define intertrial interval (ITI) liste.
        1. Skriv 10 i de første 5 ITI listen felter.
        2. Skriv en variabel ITI (15-25 s) i de næste 36 ITI listen felter, der repræsenterer forsøg med en prestimulus.
      3. Klik på Indlæs for at indlæse forsøgene.
        1. Vælg puls-only ASR retssagen og indlæse den 6 gange for forsøg 1-6.
        2. Oprette 6-prøveversion blokke for hver prestimulus modalitet ved hjælp af en latinsk Square design (tabel 1).
      4. Klik på Gem for at gemme sessionen.
        Bemærk: Hvert hul-PPI session omfatter i alt 42 forsøg. Hver session vurderer en sensorisk modalitet.

3. protokollen struktur

  1. Bruge F344/N rat stamme, den mest almindelige indavlede rat stamme, for vurderinger.
    Bemærk: Cross-modalitet PPI og gap-PPI kan gennemføres på dyr på en række forskellige aldre, af begge køn, og uanset hormonelle status (dvs., ovariectomized, kastrerede, intakt). Detaljer vedrørende de dyr, der anvendes i de repræsentative data præsenteres i de repræsentative resultater.
  2. Håndtere dyr at tillade acclimation på tværs af en række dage forud for begyndelsen eksperimenter.
  3. Randomisere rækkefølgen af dyr til forsøg afhængig af mellem fag faktorer af interesse (f.eks. biologiske køn, behandling).
  4. Åbn overraske response systemsoftware. Klik på Kør. Vælg session af interesse.
    Bemærk: kun én session foregår om dagen og sessioner skal foretages i en rækkefølge (dvs., tilvænning, Cross-modalitet PPI, Gap-PPI)
  5. Input en Output-filnavn og klik på OK.
  6. Angiv emnet, gruppe- og id-oplysninger, og klik på Fortsæt.
  7. Placere dyret i overraske apparatet ved hjælp af en animalsk indhegning, der er mest passende for størrelsen af dyret. Klik på OK for at starte sessionen.
  8. Eksportere data til analyse.
    1. Klik på rapporter | Sammenkæde Data. Indlæse datafilen og klikke på Tilføj. Klik på ASCII for at gemme data output.

4. dataanalyse

  1. Beregne en korrigeret V. Max for hvert forsøg ved at trække V. Max fra startværdien.
    Bemærk: Den justerede V. Max skaber et mål for gennemsnitlig peak ASR amplitude.
  2. Grafisk visualisere resultater for tilvænning-session.
    1. Plot gruppe betyder og standard fejl af middelværdien for hvert forsøg. Regression analyser kan gennemføres og passer med 95% konfidensintervaller.
  3. Grafisk visualisere resultater for tværsnits cross-modalitet PPI og gap-PPI.
    1. Beregne gennemsnitsværdier for hver ISI fra et gennemsnit på tværs af de 6 forsøg individuelt for hvert dyr.
    2. Beregne og graf gruppe betyder og standard fejl af middelværdien for hver ISI og sensoriske modalitet.
  4. Statistisk analyser cross-modalitet PPI og gap-PPI (valgfrit).
    Bemærk: Selv om den præcise statistiske tilgang vil være afhængig af den eksperimentelle design og forskningsspørgsmål af interesse, en blandet design gentagne foranstaltninger ANOVA giver en passende fremgangsmåde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En fremtrædende ikke-monotone ISI funktion blev observeret i cross-modalitet PPI (tal 2A, 3A, 4A) og gap-PPI (tal 2B, 3B, 4B). Baseline overraske Reaktionerne blev observeret på 0 og 4000 ms ISIs, medtaget som reference forsøg inden for en test session. Betydningen af 4000 ms ISI ikke kan undervurderes, da det ligner mest PPI test forsøg (dvs., 30, 50, 100, 200 ms ISIs) i, at emnet får både prepulse og overraskende stimuli. Dog er ingen signifikant fald i ASR observeret på 4000 ms ISI på grund af den store tidsinterval mellem prepulse og overraskende stimulus. Enten tilsætning (dvs. cross-modalitet PPI) eller fjernelse (dvs. forskellen-PPI) af en diskret prestimulus produceret robust hæmning på 30, 50, 100 og 200 ms ISIs; hæmning, der var afhængig af sensorisk modalitet, psykostimulanser eksponering eller alder. Kraften i ISI tilgang afsløres ved at undersøge disse virkninger på ændringer i funktionen ISI (dvs, skarpere bøjningsformer af ISI kurve, udfladning af ISI kurve og forskydninger i punkt af maksimal hæmning).

Nytten af indflyvningen varierende ISI for at afgrænse virkningerne af sensoriske modalitet i cross-modalitet PPI er illustreret i figur 2A (F344/N styrer mellem 8 og 10 måneder gammel, n= 20). På grund af hardware og software begrænsninger, kan kun to prestimulus modaliteter vurderes på én gang. Efter tilvænning, samtidige akustiske og visuelle prepulse stimuli blev brugt til at undersøge PPI. Næste, samtidige akustiske og taktile prepulse stimuli blev brugt til at vurdere PPI. Data for akustisk PPI præsenteres fra den eksperimentelle paradigme herunder samtidige fremlæggelse af akustiske og visuelle prestimuli (dvs., visuelle sammenhæng). En fremtrædende skift i maksimal hæmning punkt er afhængig af sensorisk modalitet, tyder på en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI. Specifikt, er maksimal hæmning observeret på 30 ms ISI efter præsentationen af en diskret akustisk prestimulus, på 50 ms ISI efter præsentationen af en diskret visuelle prestimulus, og på 200 ms ISI efter præsentationen af en diskret taktile prestimulus. Derudover er en fladere ISI funktion, vejledende af en relativ ufølsomhed over for manipulation af ISI, observeret efter præsentationen af en akustisk prestimulus i forhold til en visuel eller taktile prestimulus. En gentagen foranstaltninger ANOVA blev udført for at statistisk analyse af data, bekræfter vores observationer og afslører en betydelig prestimulus modalitet x ISI interaktion [F(10,190) = 22,8, pGG≤0.001, ηp2= 0.546] med en fremtrædende lineær-lineær komponent [F(1,19) = 36.1, p≤0.001, ηp2= 0.655]. Især samspillet tegnede sig for en stor del af variansen i modellen, dokumenteres via foranstaltninger af ηp2.

Efter en dyr erfaring med hver prestimulus i cross-modalitet PPI, generalizability af sensoriske modalitet virkningerne blev vurderet i hul-PPI. Akustisk gap-PPI, visuelle gap-PPI og taktile gap-PPI blev hver gennemført separat. Figur 2B viser generalizability af varierende ISI for at afgrænse virkningerne af sensoriske modalitet. En fremtrædende skift i maksimal hæmning, tyder på en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI, punkt blev observeret i taktile gap-PPI (dvs. 30 ms) i forhold til akustiske gap-PPI og visuelle forskel-PPI (dvs. 50 ms). Derudover blev en relativ ufølsomhed over for manipulation af ISI, fremgår af en relativt fladere ISI funktion observeret i taktile gap-PPI og visuelle forskel-PPI i forhold til akustiske gap-PPI. Som i cross-modalitet PPI, en betydelig prestimulus modalitet x ISI interaktion [F(10,190) = 17,6, pGG≤0.001, ηp2= 0.481] med en fremtrædende lineær-kvadratisk element [F(1,19) = 58,5, p≤0.001, Ηp2= 0.755] blev afsløret; en effekt, som igen, tegner sig for en betydelig del af variansen.

Efter afslutningen af cross-modalitet PPI og gap-PPI administreres dyr gentagne gange mundtligt Self Methylphenidat (MPH). En post-test vurdering af cross-modalitet PPI med samtidige akustiske og visuelle prestimuli og akustiske gap-PPI blev gennemført på cirka 14 måneder efter 22-27 dage af MPH eksponering. De præ-test og post-test ISI funktioner for akustisk PPI er illustreret i figur 3A. Mest bemærkelsesværdigt, på post-test vurdering, er en relativ udfladning af funktionen ISI observeret, tyder på en relativ ufølsomhed over for manipulation af ISI i forhold til præ-test vurdering. Derudover er en fremtrædende skift i maksimal hæmning punkt afsløret, med hæmning på 30 ms ISI under præ-test vurdering og 100 ms ISI på post-test vurdering, hvilket tyder på en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI. En gentaget foranstaltninger ANOVA bekræftet disse observationer, afslører en betydelig test session x ISI interaktion [F(5,95) = 7.4, pGG≤0.003, ηp2= 0.280] med en fremtrædende lineær-kvadratisk element [F (1,19) = 10.6, p≤0.004, ηp2= 0.358].

Efter post-test cross-modalitet PPI vurdering, akustisk gap-PPI blev udført for at vurdere generalizability af virkningerne af psykostimulanser eksponering på tidsmæssige behandling. Figur 3B illustrerer generalizability af varierende ISI for at afgrænse psykostimulanser udsættelse. Maksimal hæmning var på 50 ms ISI under både præ-test og post-test vurderingen. Men et væsentligt fladere ISI funktion blev observeret efter MPH eksponering. En gentaget foranstaltninger ANOVA bekræftet disse observationer, afslører en betydelig test session x ISI interaktion [F (5, 95) = 3,6, pGG≤0.013, ηp2= 0.159] med en fremtrædende lineær-cubic komponent [F (1,19) = 9.1, p ≤0.007, ηp2= 0.325].

Form af ISI funktion giver også mulighed for at vurdere udviklingen af tidsmæssige behandling på tværs af alder. I en langsgående studie (F344/N kontrolelementer, mandlige: n= 20, kvindelige: n= 17), cross-modalitet PPI med samtidige akustiske og visuelle prestimuli foregik hver tres dage fra postnatal dag (PD) 30 til PD 150. Udviklingen af tidsmæssige forarbejdning i visuelle PPI er illustreret i figur 4A. Inden for visuel PPI er punktet af maksimal hæmning på alle aldre på 50 ms ISI. Dog er en skarpere bøjning af funktionen ISI observeret på tværs af alder, hvilket tyder på en sanselig skarphed som opstår i forbindelse med udvikling. En gentaget foranstaltninger ANOVA, med sex mellem fag faktor og alder, ISI og retssagen inden for fag faktorer, bekræftede disse bemærkninger afslører en betydelig alder x ISI interaktion [F(10.350) = 12,6, pGG≤0.001, η p2= 0,265] med en fremtrædende lineær-kvadratisk element [F(1,35) = 32.6, p≤0.001, ηp2= 0.482] og en betydelig ISI x sex interaktion [F(5,175) = 4.0, pGG≤0.014, η p 2= 0.104] med en fremtrædende kvadratiske komponent [F(1,35) = 5.2, p≤0.028, ηp2= 0.130].

I hver alder, blev akustisk gap-PPI gennemført efter cross-modalitet PPI. De oplevelser et dyr har haft har en direkte indvirkning på sine svar, nødvendiggør brug af en sekventiel eksperimentelle design (dvs., altid gennemføre cross-modalitet PPI før gap-PPI). Figur 4B illustrerer udviklingen af tidsmæssige forarbejdning, vurderet ved hjælp af akustiske gap-PPI. PD 30, blev der observeret en relativ ufølsomhed over for manipulation af ISI, fremgår af en fladere ISI funktion, i forhold til PD 90 eller PD 150. Observationer af de skarpeste ISI funktion på PD 150 tyder på en sanselig skarphed, der forekommer i hele udvikling. Derudover er en fremtrædende skift i maksimal hæmning punkt afsløret, med maksimal hæmning forekommende på 30 ms ISI på PD 30 og 50 ms ISI på PD 90 og PD 150, hvilket tyder på en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI. Statistisk, observation af en betydelig alder x ISI interaktion [F(10.350) = 10.4, pGG≤0.001, ηp2= 0.230] med en fremtrædende lineær-kvadratisk element [F(1,35) = 70,5, p≤0.001, η p2= 0.668] og en ISI x sex interaktion [F(5,175) = 3,8, pGG≤0.010, ηp2= 0.097] med en fremtrædende kvadratiske komponent [F(1,35) = 11.0, p≤0.002, ηp 2= 0.184240] bekræfter vores observationer.

Figure 1
Figur 1: Prepulse hæmning eksperimentelle paradigmer. A) dyr udviser en baseline auditive overraske svar når en akustisk overraske stimulus præsenteres. B) under cross-modalitet prepulse hæmning (PPI), præsentationen af et diskret prestimulus (dvs. akustisk tone, lys, luft pust) 30 til 500 ms16 før en akustisk startle stimulus, producerer robuste hæmning. C) under gap prepulse hæmning (gap-PPI), fjernelse af en diskret prestimulus (hul i baggrundsstøj, lys eller luft pust) 30 til 200 ms17 før en akustisk overraske stimulus producerer robuste hæmning. Billedet er tilpasset fra labyrint ingeniører18. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: tværsnits vurdering af tidsmæssige behandling: sensoriske modalitet. A) repræsentative analyse af effekten af sensoriske modalitet på funktionen interstimulus interval (ISI) i cross-modalitet prepulse hæmning (PPI). B) repræsentative analyse af effekten af sensoriske modalitet på ISI i hul prepulse hæmning (gap-PPI). Resultaterne fra McLaurin et al. 6 er reanalyzed på en nye måde at vurdere effekten af sensoriske modalitet. Data præsenteres som gennemsnit ± standard fejl af middelværdien. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: tværsnits vurdering af tidsmæssige behandling: psykostimulanser eksponering. A) repræsentative analyse af effekten af psykostimulanser eksponering (Prætest vs posttest) på funktionen interstimulus interval (ISI) i akustisk prepulse hæmning (PPI). B) repræsentative analyse af effekten af psykostimulanser eksponering på ISI i akustisk hul prepulse hæmning (gap-PPI). Resultaterne fra McLaurin et al. 6 er reanalyzed i en roman måde som Førtest komponent for psykostimulanser eksponering. Data præsenteres som gennemsnit ± standard fejl af middelværdien. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: langsgående vurdering af tidsmæssige forarbejdning. A) repræsentative analyse af effekten af alder på funktionen interstimulus interval (ISI) i visual prepulse hæmning (PPI). B) repræsentative analyse af effekten af alder på funktionen ISI i akustisk hul prepulse hæmning (gap-PPI). Data præsenteres som gennemsnit ± standard fejl af middelværdien. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Retssag blok Interstimulus Interval
1 0 30 50 100 200 4000
2 30 50 100 200 4000 0
3 50 100 200 4000 0 30
4 100 200 4000 0 30 50
5 200 4000 0 30 50 100
6 4000 0 30 50 100 200

Tabel 1: Latin Square eksperimentelle Design

Sensoriske modalitet Cross-modalitet PPI Gap-PPI
Auditive 85,7 (2.0) 25,0 (4.3)
Visuel 72,6 (2,7) 52,8 (5.3)
Taktile 73,2 (3.0) -3.6 (8,5)
Psykostimulanser eksponering Cross-modalitet PPI Gap-PPI
Prætest vurdering 85,7 (2.0) 25,0 (4.3)
Posttest vurdering 90,5 (1,3) 52,6 (4,5)
Alder Cross-modalitet PPI Gap-PPI
PD 30 51,3 (3,7) 29,7 (4.4)
PD 90 73,8 (2.2) 39,6 (5.7)
PD 150 66.3 (2,9) 45,0 (3,9)

Tabel 2: Procent af kontrol

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne protokol beskriver magt af varierende ISI for vurdering af tidsmæssige behandling for undersøgelser beskæftiger enten tværsnits eller langsgående eksperimentelle design. Gennemgang af virkningerne af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering eller alder på formen af funktionen ISI påvist sin nytte i afslører en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI (dvs. arbejdsskift i punkt af maksimal hæmning) eller en relative ufølsomhed over for manipulation af ISI (dvs., skarpere bøjningsformer af kurven ISI udfladning af ISI kurve). Brug af to eksperimentelle paradigmer, herunder cross-modalitet PPI og gap-PPI, viser at nytten af ISI er uafhængig af tilføjelsen (dvs. cross-modalitet PPI) eller fjernelse (dvs. forskellen-PPI) af en diskret prestimulus.

Kritiske eksperimentelle Designovervejelser for færdiggørelsen af cross-modalitet PPI og gap-PPI er medtaget i protokollen. Først, en latinsk-Square eksperimentelle design er implementeret for præsentation af ISIs inden for 6-prøveversion blokke, kontrollere for variation på grund af rækkefølgen af ISI præsentation. For det andet, anvendelsen af to kontrol forsøg, herunder både 0 og 4000 ms ISIs, giver reference kontrol forsøg inden for test-session. Brugen af 4000 ms ISI er særlig kritisk, som det mest passende ligner den anden (dvs., 30, 50, 100, 200) prepulse + puls forsøg, men uden forventning om betydelige hæmning. Tredje, en modvægt (dvs., ABBA) eksperimentelle design er ansat inden for cross-modalitet PPI for at tage højde for gentagen måling af sensoriske modaliteter inden for en test session. Endelig optagelsen af en variabel ITI under prepulse + puls forsøg forhindrer et dyr fra forventer, og dermed forberede indledningen af en retssag. Herigennem, gennemførelsen af et omfattende antal ISIs i overensstemmelse med en passende eksperimentelle design tillader til bestemmelse af forholdsvis præcise og definerede respons funktioner; funktioner, der giver en vigtig mulighed for at vurdere konstruktionen af tidsmæssige behandling.

Metode, der beskrives i denne protokol kontraster andre moderne protokoller til analyse af PPI, som har populariseret en tilgang, der normalt beskæftiger en enkelt ISI19,20. Den populariseret tilgang er almindeligt analyseret ved hjælp af procent hæmning, beregnes på følgende måde: 100 x {[(startle response amplitude during control trials)-(startle svar amplitude under prepulse + puls forsøg)] / {startle svar amplitude under kontrol forsøg)}. To store forbehold af moderne protokoller, herunder udelukkelse af vurderingen af tidsmæssige forarbejdning og upassende statistiske analyser, er diskuteret igen nedenfor.

Procentvise hæmning var beregnet for 100 ms ISI inden for den repræsentative data at vise begrænsningerne af den populariseret tilgang (tabel 2). For eksempel foreslå resultater for vurderingen af akustiske gap-PPI og taktile gap-PPI, at dyr ikke vise nogen signifikant hæmning. Undersøgelse af figur 2, udnytte indflyvningen varierende ISI, afslører dog at dyrene undlod ikke at hæmme, men vises et betydeligt skift i punkt af maksimal hæmning (dvs. 50 ms i akustisk gap-PPI, 30 ms i taktile gap-PPI) . Mest bemærkelsesværdigt, men udelukker brugen af procentvise hæmning brug af langsgående eksperimentelle design for at vurdere udviklingen af tidsmæssige forarbejdning som funktion af alder, en velkendt fænomener14,21. Således som en procent af kontrolforanstaltning undlader procentvise hæmning at skelne ændringer i PPI fra ændringer i baseline overraske svar udelukker vurdering af tidsmæssige behandling.

Trods den tilsyneladende enkelhed af metoden populariseret skal slutninger drages statistiske analyse foretages med ekstrem forsigtighed. Antagelser af variansanalyse (dvs. normalitet af prøveudtagning fordeling af midler, homogenitet af fejl varians, uafhængighed af fejl, manglende outliers22) kan ikke blive mødt med subjektivt bestemt procentdel data23 . Konkret fejl varians for procentdel data er ikke normalt distribuerede24, men i stedet er mere passende beskrevet ved en Poisson eller bimodal fordeling25. I skarp kontrast indeholder en gentaget foranstaltninger ANOVA én gyldig og pålidelig metode til den statistiske analyse af funktionen ISI. Men det er vigtigt at hensyn til den potentielle krænkelse af kugleform, en antagelse kun findes i modeller med gentagne foranstaltninger, enten ved hjælp af planlagte ortogonale kontraster eller post hoc drivhus-Geisser df korrektionsfaktoren 26 (pGG).

Udnyttelse af indflyvningen varierende ISI, er imidlertid ikke uden begrænsning. Først, hardware og software begrænsninger tillader kun to prestimulus modaliteter skal vurderes på én gang. Især var en differentieret følsomhed over for manipulation af led (dvs. samtidige visuelle eller taktil stimulering i akustisk PPI) tidligere rapporteret i lang-Evans rotter14 og HIV-1 Tg dyr6. For det andet, i forhold til de populariseret tilgang, der er en større eksperimentelle tid til ISI tilgang (dvs. ~ 30 minutter til cross-modalitet PPI; ~ 20 minutter for gap-PPI).

Således giver en tilgang varierende ISI en eksperimentel metode til vurdering af tidsmæssige behandling. Ud over de førnævnte styrker i tilgangen, har den serielle neurale kredsløb mægle PPI været veletablerede27,28, giver mulighed for vurdering af neurale kredsløb ændringer i neurokognitive lidelser. Derudover kan cross-modalitet PPI og gap-PPI tjene som et diagnostisk screeningsværktøj til neurokognitive lidelser (f.eks., side4,5,6). Udnyttelse af den variable ISI tilgang, derfor kan potentielt have translationel kliniske anvendelighed for neurokognitive lidelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen af forfatterne har interessekonflikter at erklære.

Acknowledgments

Dette arbejde blev delvist understøttet af tilskud fra NIH (National Institute on Drug Abuse, DA013137; National Institute for børns sundhed og udvikling af menneskelig HD043680; National Institute of Mental Health, MH106392; National Institute of neurologiske sygdomme og slagtilfælde, NS100624) og tværfaglig forskning træningsprogram understøttes af University of South Carolina adfærdsmæssige-biomedicinsk Interface Program. Dr. Landhing Moran er i øjeblikket en videnskabelig Officer på NIDA Center for kliniske forsøg netværk.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SR-Lab Startle Response System San Diego Instruments
Isolation Cabinet Industrial Acoustic Company
SR-Lab Startle Calibration System San Diego Instruments
High-Frequency Loudspeaker Radio Shack model #40-1278B
Sound Level Meter Bruel & Kjaer model #2203
Perspex Cylinder San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
SR-Lab Startle Response System Software San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
Light Meter Sper Scientific, Ltd. model #840006
Airline Regulator Craftsman model #16023
SPSS Statistics 24 IBM Used for Statistical Analyses (Optional)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Braff, D., Stone, C., Callaway, E., Geyer, M., Glick, I., Bali, L. Prestimulus effects on human startle reflex in normals and schizophrenics. Psychophysiology. 15 (4), 339-343 (1978).
  2. Castellanos, F. X., Fine, E. J., Kaysen, D., Marsh, W. L., Rapoport, J. L., Hallett, M. Sensorimotor gating in boys with Tourette's Syndrome and ADHD: Preliminary results. Biological Psychiatry. 39 (1), 33-41 (1996).
  3. Moran, L. M., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Time and time again: Temporal processing demands implicate perceptual and gating deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 8 (4), 988-997 (2013).
  4. McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. A gap in time: Extending our knowledge of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 12 (1), 171-179 (2017).
  5. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Progression of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Scientific Reports. 6, 32831 (2016).
  6. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Temporal processing demands in the HIV-1 transgenic rat: Amodal gating and implications for diagnostics. International Journal of Developmenta Neuroscience. 57, 12-20 (2017).
  7. Sechenov, I. M. Reflexes of the Brain. , The M.I.T. Press: Cambridge. Trans., S. Belsky, original publication date 1863 (1965).
  8. Yerkes, R. M. The sense of hearing in frogs. Journal of Comparative Neurology and Psychology. 15, 279-304 (1905).
  9. Bowditch, H. P., Warren, J. W. The knee-jerk and its physiological modifications. Journal of Physiology. 11, 25-64 (1890).
  10. Cohen, L. H., Hilgard, E. R., Wendt, G. R. Sensitivity to light in a case of hysterical blindness studied by reinforcement-inhibition and conditioning methods. Yale Journal of Biology and Medicine. 6, 61-67 (1933).
  11. Hoffman, H. S., Searle, J. L. Acoustic variables in the modification of startle reaction in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 60, 53-58 (1965).
  12. Hoffman, H. S., March, R. R., Stein, N. Persistence of background acoustic stimulation in controlling startle. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 68 (2), 280-283 (1969).
  13. Ison, J. R., Hammond, G. R. Modification of the startle reflex in the rat by changes in the auditory and visual environments. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 75 (3), 435-452 (1971).
  14. Moran, L. M., Hord, L. L., Booze, R. M., Harrod, S. B., Mactutus, C. F. The role of sensory modality in prepulse inhibition: An ontogenetic study. Developmental Psychobiology. 58 (2), 211-222 (2016).
  15. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Evolution of the HIV-1 transgenic rat: Utility in assessing the progression of HIV-1-associated neurocognitive disorders. Journal of Neurovirology. 24 (2), 229-245 (2018).
  16. Hoffman, H. S., Ison, J. R. Reflex modification in the domain of startle: I. Some empirical findings and their implications for how the nervous system processes sensory input. Psychological Review. 87 (2), 175-189 (1980).
  17. Ison, J. R., Agrawal, P., Pak, J., Vaughn, W. J. Changes in temporal acuity with age and with hearing impairment in the mouse: A study of the acoustic startle reflex and its inhibition by brief decrements in noise level. The Journal of the Acoustical Society of America. 104, 1696-1704 (1998).
  18. Maze Engineers. Startle response: Acoustic startle reflex response 101. , Available from: https://mazeengineers.com/acoustic-startle-response/ (2014).
  19. Curzon, P., Zhang, M., Radek, R. J., Fox, G. B. The behavioral assessment of sensorimotor processes in the mouse: Acoustic startle, sensory gating, locomotor activity, rotarod, and beam walking. Methods of behavior analysis in neuroscience. Buccafusco, J. J. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2009).
  20. Geyer, M. A., Swerdlow, N. R. Measurement of startle response, prepulse inhibition, and habituation. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
  21. Parisi, T., Ison, J. R. Development of the acoustic startle response in the rat: Ontogenetic changes in the magnitude of inhibition by prepulse stimulation. Developmental Psychobiology. 12 (3), 219-230 (1979).
  22. Tabachnick, B. G., Fidell, L. S. Experimental designs using ANOVA. , Thomson Brooks/Cole. Belmonth: CA. (2007).
  23. Bliss, C. I. The transformation of percentage for use in the analysis of variance. Ohio Journal of Science. 38, 9-12 (1938).
  24. Bartlett, M. S. The use of transformations. Biometrics. 3, 39-52 (1947).
  25. Cochran, W. G. The analysis of variance when experimental errors follow the poisson or bimodal laws. Annals of Mathematical Sciences. 11, 335-347 (1940).
  26. Greenhouse, S. W., Geisser, S. On methods in the analysis of profile data. Psychometrika. 24, 95-112 (1959).
  27. Fendt, M., Li, L., Yeomans, J. S. Brain stem circuits mediating prepulse inhibition of the startle reflex. Psychopharmacology (Berl). 156 (2-3), 216-224 (2001).
  28. Koch, M., Schnitzler, H. U. The acoustic startle response in rats: Circuits mediating evocation, inhibition and potentiation. Behavioural Brain Research. 89 (1-2), 35-49 (1997).

Tags

Neurovidenskab spørgsmålet 146 Prepulse hæmning tidsmæssige forarbejdning neurovidenskab Rat Interstimulus Interval neurokognitive lidelser
Kraften i Interstimulus Interval for vurdering af tidsmæssige forarbejdes i Rodents
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li,… More

McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents. J. Vis. Exp. (146), e58659, doi:10.3791/58659 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter