The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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Anatomy and Cell Biology, Schulich School of Medicine and Dentistry, University of Western Ontario
Valsamis, B., Schmid, S. Habituation and Prepulse Inhibition of Acoustic Startle in Rodents. J. Vis. Exp. (55), e3446, doi:10.3791/3446 (2011).
Le risposte di allarme acustico è una risposta protettiva, provocato da uno stimolo acustico improvviso e intenso. Muscoli facciali e scheletriche sono attivati in pochi millisecondi, portando ad un intero corpo sussulto nei roditori 1. Anche se le risposte sono risposte spavento riflessivo che può essere attendibilmente suscitato, non sono stereotipati. Essi possono essere modulati dalle emozioni come la paura (la paura startle potenziato) e la gioia (gioia attenuato startle), da non associativi processi di apprendimento, come abitudine e sensibilizzazione, e da altri stimoli sensoriali attraverso processi di gating sensoriale (prepulse inibizione), trasformando sussultare risposte in un ottimo strumento per valutare le emozioni, l'apprendimento e gating sensoriale, per una rassegna vedi 2, 3. Il percorso principale mediazione risposte spavento è molto breve e ben descritto, qualificandosi sussultare anche come un modello eccellente per studiare i meccanismi alla base di plasticità comportamentale a livello cellulare / molecolare 3.
Noi qui descrivere un metodo per la valutazione a breve termine assuefazione, a lungo termine assuefazione e prepulse inibizione della risposta acustica startle nei roditori. Assuefazione descrive la diminuzione della grandezza risposte di allarme dietro presentazione ripetuta dello stesso stimolo. Assuefazione all'interno di una sessione di test è chiamato a breve termine assuefazione (STH) ed è reversibile dopo un periodo di diversi minuti senza stimolazione. Assuefazione tra le sessioni di test si chiama assuefazione a lungo termine (LTH) 4. Assuefazione è stimolo specifico 5. Prepulse inibizione è l'attenuazione di un risposte di allarme da un precedente non sorprendente stimolo sensoriale 6. L'intervallo tra prepulse e stimolo sussultare può variare da 6 a fino a 2000 ms. Il prepulse può essere qualsiasi modalità, tuttavia, prepulses acustico sono i più comunemente utilizzati.
Assuefazione è una forma di non-associativi di apprendimento. Può anche essere visto come una forma di filtraggio sensoriale, in quanto riduce la risposta del organismi 'ad un non minaccioso stimolo. Prepulse inibizione (PPI) è stato originariamente sviluppato umano di ricerca neuropsichiatrici come misura operativa per gating sensoriale 7. Deficit di PPI può rappresentare l'interfaccia di "psicosi e della cognizione", come sembrano predire 80-10 deterioramento cognitivo. Sia assuefazione e PPI sono alterati nei pazienti affetti da schizofrenia 11 e interruzioni PPI hanno dimostrato di essere, almeno in alcuni casi, suscettibili di trattamento con antipsicotici atipici per lo più 12, 13. Tuttavia, altre malattie mentali e neurodegenerative sono accompagnati anche da interruzioni di assuefazione e / o PPI, come i disturbi dello spettro autistico (più lenta assuefazione), disturbo ossessivo compulsivo, sindrome di Tourette, malattia di Huntington, il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer (PPI) 11, 14, 15 dopamina indotta deficit PPI sono un modello animale comunemente usato per lo screening di farmaci antipsicotici 16, ma i deficit PPI può anche essere indotta da molti altri farmaci psicomimetica, modifiche ambientali e gli interventi chirurgici.
1. Protocollo di Progettazione
2. Manipolazione e acclimatazione degli animali
Ci sono grandi differenze nel trattamento e acclimatazione di ratti contro topi. I topi verranno inseriti nel supporto animale adatto (che non deve essere vincolato) per 2-5 minuti con il rumore di fondo ma senza stimoli trasalimento (fase di acclimatazione del programma). Questa procedura deve essere ripetuta 3-5 volte, una o due volte al giorno, fino a quando la defecazione e la minzione nel supporto del mouse cessa o si riduce notevolmente. Detentori degli animali devono essere sempre sostituito o pulito dopo un animale è stato rimosso.
I ratti devono essere trattati per almeno tre sessioni di 17. Al termine delle sessioni di trattamento terzo sono inseriti in un supporto adeguate sugli animali (senza frenare) ed esposti al rumore di fondo per diversi minuti. Dopo averli rimossi, possono essere premiati con semi di girasole al fine di formare passociazioni ositive la procedura di test. Questa procedura viene ripetuta altre due volte, via via ampliando il tempo di acclimatazione, prima che l'intero protocollo viene eseguito.
Per le sessioni di test, gli animali sono inseriti in tutte le camere, porte chiuse e il protocollo con la fase di acclimatazione, mi blocco e blocco II viene eseguito. Se ci sono diversi gruppi di animali (iniezioni, genotipi), che deve essere miscelato o randomizzati su diverse prove e nelle varie caselle. Se un animale viene ripetutamente testato (ad esempio con trattamenti diversi), dovrebbe essere nuovamente testati nella stessa scatola. Per ripetuti test PPI nei ratti, si consiglia inoltre di eseguire un intero protocollo prima della raccolta effettiva dei dati avviene. PPI spesso migliora tra la prima e la seconda sessione di test (PPI apprendimento), e si mantiene invariata dopo. Sarà anche di eliminare una bella fetta di LTH.
3. Analisi dei dati
4. Rappresentante dei risultati:

Figura 1. Protocollo di stimolo per le funzioni di I / O. Dopo un periodo di acclimatazione di 5-10 min. con 65 dB il livello di pressione sonora (SPL) rumore di fondo e senza stimoli trasalimento (non mostrato), 20 ms stimoli rumore bianco vengono presentati ogni 20 secondi. L'intensità aumenta gradualmente dal 75-130 dB con incrementi di 5 dB (bg = rumore di fondo).

Figura 2. Struttura Protocollo per assuefazione combinato e la misurazione PPI. Durante l'intero protocollo, un rumore di fondo continuo di 65 dB si applica. C'è un periodo di acclimatazione di 5-10 min. senza alcuna stimolazione ulteriore. Subito dopo, l'abitudine è testato da 30-100 stimoli trasalimento (blocco io, vedi figura 3). Questo è immediatamente seguita da PPI test (blocco II, vedi figura 4).

Figura 3. Protocollo di stimolo per la misurazione assuefazione (blocco I). Un esempio per un blocco tipico io per il test a breve termine abitudine viene mostrato. Si compone di 30 100 prove identiche, dove viene presentato un ms 20 105 dB di rumore bianco con un tempo 0 con un aumento inter-trial intervallo (ITI) di 20 sec. Variazioni di questo protocollo può includere una più elevata intensità di stimolo sorprenda e ITI variabile

Figura 4. Protocollo di stimolo per la misurazione PPI (blocco II). Un esempio per una parte II, tipiche di un blocco per i test PPI è mostrato. Block II è composto di 5-6 tipi diversi di prova che vengono presentati 10 volte in un ordine pseudorandomized. Qui, due diversi prepulse intensità (75 dB e 85 dB) e due diversi intervalli di interstimulus (ISIS, 30 e 100 ms) vengono testati. Stimolo sussultare solo prove e prepulse solo prove si alternano. Questo blocco avrebbe 6x10 = 60 prove. Prepulses sono 4 ms impulsi di rumore bianco con 0 tempo di salita. Variazioni di questo protocollo consisterebbe nel ITI variabile, più alta intensità di stimolo sussultare, prepulse diversa intensità e / o durata, e Iside diverse tra prepulse e polso.

Figura 5. Esempio per un i / o funzione. L'ingresso / uscita delle curve di 11 topi individuale dello stesso ceppo vengono visualizzati in grigio. In questo caso, le ampiezze trasalimento individuali variano notevolmente (startle risposte sono in unità arbitrarie). La linea nera mostra le ampiezze media trasalimento e gli errori standard a diverse intensità di stimolo sussultare. Questi topi hanno raggiunto il loro massimo di risposta trasalimento a circa 105 dB.

Figura 6. Esempio di breve termine dati assuefazione. Un tipico media a breve termine della curva assuefazione di 20 topi è mostrato. Ampiezze sussultare di ogni topo in risposta a stimoli sussultare 30 sono stati normalizzati per la media dei suoi primi due risposte spavento negli studi 1 e 2. I dati normalizzati è stata quindi calcolata la media tra topi e l'errore standard è stato calcolato.

Figura 7 Esempio di dati PPI A:.. Media di dati PPI di 8 topi è mostrato. Le 10 prove sussultare solo del blocco II sono stati in media per ogni mouse e le medie dei tipi di prova altre espresso come percentuale dello stimolo da solo ampiezze sussultare. La figura mostra l'ampiezza risposte di allarme in diverse prepulse condizioni. Due diverse ISIS (30 e 100 ms) e di due diversi prepulse intensità (75 e 85 dB) sono stati misurati. B: stessi dati in A, ma rappresentati come quantità di PPI in percentuale del trasalimento basale. I dati riportati sopra è stato sottratto da 100. Questi topi hanno mostrato un PPI massimo del 50% circa. Si prega di notare che lo stesso protocollo resa PPI nella maggior parte dei ceppi di topi di circa il 90%.

Figura 8 Esempio di dati a lungo termine assuefazione A:.. Media di dati LTH per 18 topi è mostrato. Tha due prime risposte soprassalto nel blocco di ogni giorno mi erano media in tutti i topi. Le barre relativamente grande errore standard sono principalmente causate dalle differenze in valore assoluto ampiezza trasalimento tra singoli topi. B: normalizzato ampiezze sussultare di 18 topi in cinque giorni. Al fine di ridurre il rumore, gruppi da 6 risposte consecutivi soprassalto nel blocco I (30 stimoli) sono stati sempre in media per animale, con conseguente blocco per cinque valori che per ogni animale al giorno. Questi sono stati normalizzati per ciascun animale il primo valore del primo giorno (100%). La media su tutti i 18 animali viene visualizzato. Essa mostra STH all'interno di ogni giorno, così come LTH in cinque giorni.
Variazioni del protocollo di sperimentazione
Modulazione delle risposte spavento è stato studiato per molti decenni sia in uomini e animali. Una grande varietà di differenti protocolli sono stati utilizzati in passato. L'attuale protocollo è un test relativamente breve e facile da eseguire che funziona bene nei roditori, tuttavia, a seconda del centro dell'interesse e del lavoro precedente sulle questioni rispettivi, potrebbe essere utile per variare questo protocollo al fine di ottenere dati confrontabili a precedenti studi pertinenti. Una variante comune prevede l'aggiunta di più prepulse intensità che vanno da 3 db sopra il rumore di fondo a 20 db sopra il rumore. Inoltre, il blocco assuefazione può essere suddiviso in un blocco corto di stimoli 5-10 prima del blocco PPI, più un terzo blocco di stimoli 5-10 dopo il blocco PPI 18-20. Uno studio approfondito della letteratura esistente prima di progettare un protocollo di test è quindi essenziale.
Le differenze tra le specie e ceppi
Ampiezze risposte di allarme e la quantità di assuefazione variano notevolmente tra singoli animali della specie stessa e la tensione, mentre il PPI sembra essere relativamente costante. I topi hanno generalmente si muovono più (volontariamente) durante i test, che potrebbe essere una ragione per cui i loro dati ha in genere una maggiore variabilità rispetto ai dati ratto. I topi non anche abituare così come ratti. Le differenze tra i singoli del mouse o ceppi di topo può essere enorme 21-24, e potrebbe essere necessario adeguare il parametro stimolo al comportamento trasalimento di un ceppo specifico al fine di ottenere risultati ottimali. Occorre evitare di utilizzare le stesse apparecchiature per testare sia topi e ratti. Se è inevitabile, le attrezzature devono essere accuratamente puliti con etanolo.
Fattori di guadagno
A volte ci sono enormi differenze nelle singole risposte trasalimento all'interno di un gruppo. Al fine di misurare PPI e assuefazione, la linea di base o il primo spavento risposte dovrebbero essere idealmente copre la maggior parte della gamma dinamica del sistema di misura. Superamento sono dannosi, dato che portano ad un errore di sistema, di solito sottostimare la quantità di assuefazione o PPI. Se le risposte spavento sono troppo piccole, tuttavia, modulazioni possono essere occluse dal rumore. Sistemi sussultare consentono la regolazione di un fattore di guadagno che amplifica il segnale piattaforma. Fattori di guadagno può essere regolato mediante la visualizzazione di due o tre stimoli sobbalzare durante l'ultima sessione di acclimatazione (guadagno = 1), tuttavia, si dovrebbe tenere a mente che cambiano l'assoluto ampiezza risposte di allarme e, pertanto, non consentono un confronto di assoluto ampiezze sussultare più. Per evitare questo inconveniente, le tre risposte spavento che vengono utilizzati per la regolazione fattore di guadagno potrebbero essere utilizzati per determinare la grandezza trasalimento di base. In alternativa, i fattori di guadagno può essere regolato solo dopo blocco, in modo che il blocco di II risposte spavento coprono la maggior parte della gamma dinamica, mentre io blocco può essere utilizzato per determinare la linea di base risposte di allarme.
Assuefazione contro sensibilizzazione
Assuefazione diminuisce le ampiezze risposte di allarme. Questo è contrastato da una sensibilizzazione, che porta ad un aumento di risposte spavento dietro presentazione ripetuta 25. Assuefazione e sensibilizzazione sono due processi indipendenti interessano lo stesso comportamento 26. Al fine di misurare assuefazione, sensibilizzazione dovrebbe essere ridotto al minimo. Sensibilizzare gli animali, se è uno stimolo avversivo, così stimoli sobbalzare troppo forte dovrebbe essere evitato per le misure di assuefazione, per una rassegna vedi 27. Lo stress, l'ansia e la paura fanno anche aumentare le risposte sussultare 28, opporsi assuefazione e incidere PPI 18. Animali devono pertanto essere ben gestiti e acclimatati alla apparecchiatura per il test spavento. Inoltre, i titolari degli animali che sono troppo piccoli e fisicamente trattenere gli animali sono controproducenti, poiché indurre stress negli animali 29.
Fisso contro randomizzati ITI
Comuni protocolli di trasalimento utilizzare un fisso inter-trial intervallo (ITI) di solito di 20 o 30 secondi o un intervallo variabile che pseudorandomizes su valori tra 15 e 30 sec. Il vantaggio di un ITI randomizzato sta nel fatto che l'animale non è possibile prevedere il punto di volta della stimolazione successiva. E 'stato dimostrato che l'attenzione ad esempio per prepulse aumenta la sua efficacia nel sopprimere le risposte trasalimento 13, 30. Misurazione PPI con un ITI fissa può quindi anche per i processi di attenzione sonda. ITI di sotto di 15 secondi deve essere evitata al fine di prevenire gli effetti causati da affaticamento muscolare e periodi refrattari di risposte muscolari.
Intensità e la durata di prepulse
Usiamo un prepulse molto breve di 4 ms di durata in questo protocollo. Molti altri studi utilizzano un 20 ms prepulse. Per essere in grado di variare la interva interstimulusls (ISIS) e di misurare anche intervalli molto brevi, questo breve prepulse è stato introdotto. L'efficacia del prepulse sembra essere attenuati dalla sua breve durata rispetto a un 20 ms prepulse dello stesso volume. Abbiamo quindi utilizzare prepulses relativamente forte di 75 e 85 dB. Mentre un 85 dB trasalimento stimolo (20 ms) può essere al di sopra della soglia, un 85 dB prepulse (4ms) normalmente non suscitare reazioni spavento. Tuttavia, è importante valutare se ci sono risposte spavento provocato dalla stessa prepulse che potrebbe causare l'affaticamento dei muscoli e gli stati refrattari durante lo stimolo spavento. Alcuni trattamenti che distruggono PPI hanno dimostrato di aumentare la sensibilità prepulse 31 (indicando l'interruzione PPI non è dovuto ad una perdita di sensibilità acustica), tuttavia, questo non si trovava nei pazienti schizofrenici 32 valutazioni del prepulse sensibilità può essere fatto sia da analizzare la piattaforma di data nel periodo tra il prepulse o spaventare impulsi o includendo prepulse prove solo in blocco II.
Diversi ISI contro diversi prepulse intensità
PPI negli esseri umani è stato originariamente misurata ad un ISI di 100 ms, essendo il suo effetto è al massimo 7. In ratti e topi PPI è al suo massimo a 30-50 ms ISI, probabilmente a causa delle dimensioni più piccole dei cervelli 33. Negli ultimi anni è diventato evidente che i diversi recettori trasmettitore e il trasmettitore sono impegnati in maniera seriale per esercitare l'inibizione veloce ma di lunga durata di sussultare 3, 34. A seconda del sistema interessato, farmaci o manipolazioni genetiche potrebbero avere conseguenze sulla PPI solo in specifiche Iside. Noi consigliamo quindi di variare l'ISI tra i 30 ms e 100 ms. Questo permette anche recenti studi di essere paragonato a quello utilizzato studi precedenti 100 ms ISI solo. Il 85dB prepulse porta ad una molto robusto massimo PPI di circa il 90%. Si prega di essere consapevole che questo PPI non può essere aumentata senza necessariamente incorrere in un effetto soffitto. PPI indotta in questo modo sembra essere piuttosto robusto, tuttavia, è notevolmente perturbato ad esempio 1 mg / kg di anfetamine. Si consiglia di utilizzare un secondo prepulse di 75 dB che porta al 50-60% PPI solo. Questo PPI può essere aumentata (ad esempio 1 mg / kg nicotina sc), e sembra essere più vulnerabile alla manipolazione genetica e farmacologica in generale, tuttavia, sembra anche essere più variabile e inconsistente anche all'interno di un soggetto. Studi precedenti hanno usato una grande varietà di prepulse intensità e hanno spesso mostrato effetti dei trattamenti su PPI con specifici prepulse intensità e nessun effetto sul PPI con altri prepulse intensità. Approfonditi studi della letteratura esistente è quindi indispensabile prima di scegliere prepulse intensità e intervalli interstimulus.
Combinazione con le iniezioni sistemiche / stereotassica
Assuefazione e PPI test è spesso eseguita in combinazione con le iniezioni sistemiche o stereotassica. E 'evidente che in questi esperimenti animali di un gruppo di controllo ricevere iniezioni di controllo del veicolo. La procedura di iniezione in sé, tuttavia, potrebbe essere molto stressante per un animale, portando ad un più alto livello di ansia e di un potenziamento e / o sensibilizzazione del riflesso di trasalimento (vedi sopra). Si raccomanda pertanto di controllare per l'effetto della procedura di iniezione stesso pure. Se assuefazione è studiato, iniezioni prima potrebbe essere un grosso ostacolo. Al fine di alleviare l'ansia degli animali, gli animali dovrebbero essere restituiti alla loro gabbia a casa il più a lungo possibile prima di testata (senza il farmaco svanendo). Le iniezioni devono essere amministrato da una persona esperta, in modo da minimizzare l'impatto della procedura sull'animale. Se iniezioni stereotassiche sono effettuate tramite cannule cronicamente impiantati, il chirurgo che impianta il cannule dovrebbe evitare la rottura timpani dei topi 'con le barre orecchie a punta. Questo potrebbe portare a deficit di udito. Bar orecchio Blunt o polsini orecchio che non timpani rottura sono disponibili per tutti i dispositivi stereotassica. Quando i ratti vengono gestiti dopo l'intervento chirurgico, i tappi di polvere o manichini devono essere manipolati ogni volta, in modo che gli animali si abitua ad esso.
Shock acustici come un test dell'udito
Infine va notato che i / o funzioni di acustica sussultare e PPI può servire come un test dell'udito semplice per ratti e topi 35-37. Deficit dell'udito spostare una funzione I / O a destra. Una volta PPI è stabilito per un ceppo di ratti o il mouse, gli animali possono essere testati con intensità variabile prepulse. Se un animale è sordo o non può sentire il prepulse forte come un animale di controllo, verrà visualizzato senza o meno PPI rispetto agli animali di controllo. D'altra parte, un deficit osservato PPI può sempre essere causato da un deficit uditivo, quindi un I / O test spaventi e comparazioni di risposte trasalimento di base sono i controlli fondamentali.
La produzione di questo articolo è stato parzialmente finanziato dal Associates Med, i produttori dello strumento utilizzato in questo articolo.
Questo lavoro è stato finanziato dalla Fondazione per la Salute Mentale Ontario, le scienze naturali e ingegneria Research Council Canada, e Med Associates Inc.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Startle box package | Med Associates, Inc. |
MED-ASR-PRO1-ADD (http://www.med-associates.com/startle/startle.htm) | Includes hardware & software |
| Animal Holder | Med Associates, Inc. |
ENV-264A (http://www.med-associates.com/startle/startle.htm#animal) | Other sizes and types also available |
| USB Sound Pressure Level Measurement Package | Med Associates, Inc. |
ANL-929A-PC (http://www.med-associates.com/behavior/audio/generator.htm#anl929a) | For calibration |
Michael
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ReplyPosted by: Michael KochOctober 20, 2011, 2:54 AM