Method Article

تطوير صندوق سلوكي لتقييم تثبيط النبضات والنشاط العصبي في النماذج الحيوانية النفسية

DOI:

10.3791/67005

⸱

July 22nd, 2025

 ,  ,  ,  , 
1Edmond and Lily Safra International Institute of Neuroscience, Santos Dumont Institute, 2Laboratory of Molecular Pharmacology, Departamento de Farmacologia, Escola Paulista de Medicina (EPM), Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم هذا البروتوكول صندوقا سلوكيا قائما على المتحكم الدقيق لتقييم تثبيط النبضات المسبقة (PPI) عن طريق جمع بيانات التسارع من جهاز استشعار أسفل الصندوق. تقوم هذه البيانات بتقييم عجز البوابات الحسية في الفئران المعزولة اجتماعيا ، مع طريقة إضافية لمزامنة البيانات مع النشاط العصبي لتعزيز دراسات الفيزيولوجيا العصبية حول الاضطرابات السلوكية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم التعرف على ضائقة الحياة المبكرة كمقدمة محتملة لاضطرابات النمو العصبي. أحد طرق التحقيق في هذه الحالة في النماذج الحيوانية هو العزلة الاجتماعية بعد الفطام. ثبت أن هذا الضيق في وقت مبكر من الحياة في القوارض يؤدي إلى تغيرات عصبية مشابهة لتلك التي لوحظت في مرضى الفصام ، بما في ذلك تناقص حجم قشرة الفص الجبهي ، وانخفاض كثافة العمود الفقري الشجيري ، وزيادة نشاط الدوبامين في المنطقة السقيفية البطنية. نموذج تثبيط النبضات (PPI) هو طريقة راسخة لتقييم عجز البوابات الحسية في كل من النماذج البشرية والحيوانية. يشير PPI إلى قمع منعكس المفاجئ إلى حافز صوتي أقوى (على سبيل المثال ، نبضة 120 ديسيبل) عندما يسبقه حافز صوتي أضعف (على سبيل المثال ، نبضة 65 ديسيبل). غالبا ما يتم تقليل هذه الظاهرة في المرضى النفسيين والنماذج الحيوانية للاضطرابات النفسية. تقدم هذه المقالة بروتوكولا لبناء صندوق سلوكي لدراسات PPI ، مما يتيح استخدام نموذج حيواني يمكن الوصول إليه وفعال من حيث التكلفة لمرض انفصام الشخصية ومزامنة الصندوق السلوكي مع التسجيلات العصبية من النموذج (على سبيل المثال ، التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية). اكتشف هذا الصندوق السلوكي المخصص بشكل فعال الاستجابات المدهشة وسهل تقييم PPI من خلال التسجيل العصبي المتزامن في القوارض التي تتصرف بحرية والمعرضة لعزل ما بعد الفطام.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

غالبا ما يعاني الأفراد الذين تم تشخيص إصابتهم بالفصام (SCZ) من عجوز حسي حركي. غالبا ما يتم الإبلاغ عن انخفاض الاستجابة للتحفيز الحسي وصعوبة تمييز المعلومات ذات الصلة من المدخلات الحسية المتنوعة في هؤلاء المرضى1،2. بالنسبة للأفراد الأصحاء ، فإن تقديم حافز أضعف قبل حافز أقوى يقلل من رد الفعل المفاجئ المعتاد للحافزالأقوى 3. تعرف هذه الظاهرة باسم تثبيط النبضات (PPI) وقد استخدمت للتحقيق في عجز البوابات الحسية لدى المرضى الذين يعانون من SCZ والنماذج الحيوانية ل SCZ4.

في مهمة PPI الصوتية ، تتم مقارنة الاستجابة المفاجئة لنبضة صوتية قوية واحدة (على سبيل المثال ، ~ 120 ديسيبل) بالاستجابة المفاجئة عندما يسبق نفس الحافز في فترة قصيرة (30 إلى 500) محفز أضعف (على سبيل المثال ، ~ 65 ديسيبل) 3،4. في الأفراد الأصحاء ، تتضاءل الاستجابة المفاجئة للنبض عند تقديم النبضة المسبقة الأضعف (عند مقارنتها بالاستجابة المذهلة للنبض القوي الفردي وحده). تتعطل هذه الظاهرة لدى الأفراد المصابين ب SCZ ، والذين يظهرون قمعا أقل للاستجابة المفاجئة حتى عندما يتم تقديم النبضة الأضعف قبل النبض القوي1،5،6،7،8.

على غرار مرضى SCZ ، تظهر الفئران المصابة بفرط نشاط الدوبامين المتوسط أيضا تناقص PPIالصوتي 9 ، مما يجعل هذا النموذج أداة مفيدة للتحقيق في التغيرات السلوكية والفسيولوجية في النماذج الحيوانية لمرض انفصام الشخصية. بشكل عام ، يتكون الجهاز التجاري ل PPI من غرفة صوتية تحتوي على أجهزة استشعار ومكبرات صوت وبرامج لضبط المعلمات التجريبية (على سبيل المثال ، الفاصل الزمني بين النبضات وشدة المحفزات) ، وتسجيل استجابة القوارض المفاجئة ، ومعالجة البيانات. ومع ذلك ، غالبا ما تقدم الأنظمة التجارية خيارات تخصيص محدودة ومكلفة. تعمل مناهج "افعلها بنفسك" لبناء أجهزة بحثية مرنة على زيادة الوصول إلى المعدات ونقل المعرفة10. يجب أن تأخذ حلول DIY لدراسة آليات البوابات الحسية الحركية مثل PPI في الاعتبار عدة عوامل رئيسية لضمان الفعالية والموثوقية. تشمل بعض الاعتبارات الأساسية مواصفات التصميم ، والتحكم في البيئة والضوء ، وتوهين الصوت ، وأنظمة توصيل التحفيز ، وأجهزة استشعار القياس السلوكي ، والحصول على البيانات وتحليلها.

تم تطوير حلول DIY للصناديق السلوكية لوظائف مختلفة ، مثل تجارب اللعقالفعالة 11 ، ومهام التمييز السمعي12 ، ووظيفة الطرفالأمامي 13. على الرغم من أن العديد من أساليب DIY تركز على تتبع الفيديو14 ، إلا أن هذا النوع من البيانات يتطلب موارد حسابية عالية ليتم تحليلها. يمكن استخدام نظام أساسي للأجهزة والبرامج مفتوح المصدر لبناء صندوق سلوكي منخفض التكلفة PPI مع المرونة لاختبار التجارب المخصصة15،16،17 ، ومزامنة التسجيلات العصبية للحيوانات التي تتصرف بحرية.

تقدم هذه المقالة طريقة لتطوير صندوق سلوكي لتقييم PPI باستخدام منصة منخفضة التكلفة للتحقيق في نموذج الفئران العازلة بعد الفطام ، وهو إجهاد في وقت مبكر من الحياة يساهم في تطور أعراض تشبه SCZ ، والتي يمكن استخدامها أيضا مع تسجيلات الفيزيولوجيا الكهربية للدماغ في وقت واحد.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أجريت التجارب على وفقا لدليل رعاية واستخدام المختبر. تمت الموافقة على هذا المشروع من قبل لجنة الأخلاقيات التابعة لمعهد CEUA Santos Dumont (رقم الموافقة 04/2016). لاختبار PPI ، تم تقييم 35 فأرا من Wistar (3 أشهر ، 290-490 جم ؛ 19 ذكرا و 16 أنثى) بشكل فردي في صندوق PPI. خضعت جميع الفئران البالغ عددها 35 لبروتوكول عزل ما بعد الفطام ، حيث تم إيواؤهم بشكل فردي تحت دورة ضوئية مدتها 12/12 ساعة عند درجة حرارة 23 درجة مئوية ورطوبة 70٪ في منشأة خاضعة للرقابة مع إمكانية الوصول إلى الغذاء والماء. وترد تفاصيل الكواشف والمعدات المستخدمة في الدراسة في جدول المواد.

1. صندوق PPI

  1. اصنع صندوقا شفافا من الأكريليك بطول 25 سم وعرض 20 سم وارتفاع 25 سم للحفاظ على فأر يتصرف بحرية مع منصة رأس سلكية. هذا الارتفاع مهم لمنع الفئران من الهروب والحفاظ على مسرح الرأس خاليا وآمنا للتسجيلات العصبية.
    1. استخدم وسادات مطاطية ذاتية اللصق لعزل صندوق الأكريليك عن الاهتزاز الميكانيكي الخارجي (على سبيل المثال ، مقعد المختبر مع معدات أخرى) وللحفاظ على مقياس التسارع متصلا أسفل الصندوق دون ملامسة جسدية مع الأجزاء الأخرى (على سبيل المثال ، المقعد أو الأسلاك).
      ملاحظة: اضبط حجم صندوق الأكريليك الشفاف وفقا لمتطلبات المهمة (على سبيل المثال ، الماوس ، الفئران ، القرمزية).
  2. قم بلحام كبل شريطي (26 AWG) مباشرة إلى فتحات الدبوس الأربعة للوحة مقياس التسارع: VCC (الجهد) ، GND (الأرض) ، SCL (الساعة التسلسلية) ، و SDA (البيانات التسلسلية). قم بتنظيف مركز الأكريليك واللوحة الأمامية المسطحة لمقياس التسارع. استخدم غراء سيانواكريليت أو راتنجات الايبوكسي لربط مقياس التسارع بإحكام أسفل صندوق الأكريليك.
    1. انتظر حتى يتم علاجه تماما (الشكل 1). قم بتوصيل الجانب الآخر من كبل الشريط بوحدة التحكم الدقيقة على النحو التالي: VCC إلى 3.3 فولت ، و GND إلى GND ، و SCL إلى SCL (I2C SCL) ، و SDA إلى SDA (I2C SDA). احتفظ بمقياس التسارع متصلا أسفل الصندوق دون ملامسة جسدية مع الأجزاء الأخرى (على سبيل المثال ، المقعد أو الأسلاك).
      ملاحظة: هناك العديد من العلامات التجارية لمقاييس التسارع والمتحكمات الدقيقة DYI. يعتمد حجم ونوع المتحكم الدقيق ومقياس التسارع على الاستخدام المقصود وأبعاد / مواصفات الصندوق. ضع في اعتبارك إجراءات التنظيف بعد كل جلسة اختبار ، وإذا لزم الأمر ، ضع طبقة من الورنيش الإلكتروني على وصلات ودوائر اللحام لعزل وحماية من البقع العرضية على الأجزاء المعدنية لمقياس التسارع. لأغراض المقارنة ، تم إرفاق مقياس التسارع DYI ومقياس التسارع التجاري جنبا إلى جنب أسفل الصندوق.
  3. اصنع غرفة عازلة للصوت بباب أمامي وحواف 80 سم باستخدام لوح ليفي متوسط الكثافة بسمك 15 مم (MDF). قم بتبطين الجزء الداخلي من الصندوق برغوة صوتية. ضع مكبر صوت على ارتفاع 20 سم فوق صندوق الأكريليك بطريقة تسمح للرأس والكابل بالتحرك بحرية.
    1. قم بتوصيل مخرج صوت الكمبيوتر بلوحة المتحكم الدقيقة (الإدخال التناظري و GND) والسماعة من خلال كاشف صوت تجاري ، والذي يتلقى محفزات صوتية من مكبر الصوت ويولد علامات أحداث TTL (منطق الترانزستور والترانزستور) لمزامنة البيانات السلوكية والعصبية (الشكل 2).
      ملاحظة: قم ببناء غرفة صوتية وفقا للمتطلبات التجريبية (على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الحاجة إلى الكاميرات والضوء الإضافي ومكبرات الصوت). استخدم مقسم المقاوم (على سبيل المثال ، مقاومات 10 كيلو أوم و 10 كيلو أوم) للحفاظ على صوت الكمبيوتر خارج نطاق الإدخال التناظري للمتحكم الدقيق من 0-5 فولت. يستقبل جهاز كاشف الصوت التجاري إدخال الصوت ويرسل TTL (الترانزستور - الترانزستور - المنطق) كعلامة بداية التحفيز لكل تحفيز صوتي يرسله الكمبيوتر (يعتبر 0-0.4 فولت حالة منخفضة ، و 2.8-5 فولت كحالة عالية). بشكل عام ، تحتوي أنظمة الفيزيولوجيا الكهربية على منافذ إدخال BNC أنثوية لاستقبال TTL أو الإشارات التناظرية (على سبيل المثال ، المحفزات السمعية).
  4. قم بتوصيل لوحة المتحكم بالكمبيوتر باستخدام كابل USB. افتح برنامج بيئة التطوير المتكاملة للوحة المتحكم الدقيق.
    1. حدد لوحة المتحكم الدقيق ومنفذ COM ومعدل الباود المقابلة. افتح رسم الملف وقم بتجميع التعليمات البرمجية وتحميلها إلى لوحة المتحكم الدقيق. انقر فوق المنفذ التسلسلي للشاشة للتحقق من البيانات الواردة. أغلق برنامج بيئة التطوير.
      ملاحظة: عند توصيل لوحة المتحكم الدقيق بجهاز كمبيوتر عبر USB، يتم تعيين منفذ COM لها. افتح مدير الجهاز في لوحة تحكم Windows وانقر فوق المنافذ (COM و LPT) لرؤية منفذ COM المخصص للمتحكم الدقيق (رقم COM). يجب أن يتطابق رقم COM مع إعداد منفذ COM لبرنامج التطوير. يتوفر مثال على رسم تخطيطي في https://github.com/neurodeveloperISD.
  5. ضع مقياس ذراع الصوت الرقمي في نفس المكان الذي سيكون فيه في الصندوق. تحقق من ضوضاء الخلفية في الغرفة مع إغلاق الباب. قم بتشغيل المحفزات الصوتية واضبط نطاق اكتشاف مقياس مستوى الصوت (30-80 ديسيبل أو 80-130 ديسيبل) لمعايرة مستويات التحفيز الصوتي التي يرسلها الكمبيوتر.
    ملاحظة: وفقا للبروتوكول التجريبي ، يمكن إنشاء تسلسلات محفزات مختلفة باستخدام لغة مفتوحة المصدر مفضلة (على سبيل المثال ، بايثون). في هذه الدراسة ، تم تقديم ضوضاء بيضاء 68 ديسيبل لمدة 7 دقائق مع مجموعات عشوائية من النبض المسبق والنبض. قم بتصدير الملف كملف موجة وتسلسل الجدول لمجموعة النبض المسبق / النبض للتحليل دون اتصال.
  6. افتح برنامجا مفتوح المصدر مفضلا للحصول على بيانات المنفذ التسلسلي وحفظها. قم بتكوين منفذ COM ولوحة المتحكم الدقيقة ومعدل الباود. انقر فوق الاتصال لقراءة البيانات الأولية أو الرسم البياني. انقر فوق حفظ لبدء تسجيل بيانات التجربة.
    ملاحظة: هناك برنامج مفتوح المصدر لتسجيل المنافذ التسلسلية (على سبيل المثال ، CoolTerm ، Python) ، ومتاح تجاريا (على سبيل المثال ، Matlab).
  7. قبل وضع ، تأكد من أن كل مكون (توصيل التحفيز ، اكتشاف الاستجابة) يعمل بشكل صحيح. تحقق من توقيت وتسلسل المحفزات (وفقا لبروتوكول PPI المختار). تحقق من الكشف الدقيق عن استجابات مقياس التسارع وتسجيلها.
  8. جمع وتحليل بيانات الاستجابة لتقييم تأثير PPI (الخطوة 5). استخدم الأدوات الإحصائية لتفسير النتائج وتقييم عجز البوابات الحسية والحركية.

figure-protocol-1
الشكل 1: مقياس التسارع متصل بإحكام تحت الصندوق السلوكي. يوضح الشكل لوحة مقياس تسارع منخفضة التكلفة (يسار) ومقياس تسارع تجاري متطور (يمين) لأغراض مقارنة البيانات. يجب توصيل مقياس التسارع بإحكام بصندوق الأكريليك ، ويجب توصيل الكبل المسطح بالأكريليك لتجنب كسره بسبب إجراءات التنظيف والتغييرات الحيوانية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-2
الشكل 2: صندوق سلوكي متكامل قائم على المتحكم الدقيق. تخطيطي يظهر فأرا في صندوق الأكريليك مع مسرح رأس سلكي متصل بنظام تسجيل الفيزيولوجيا الكهربية للدماغ. يرسل مقياس التسارع الموجود أسفل الصندوق المتصل بالمتحكم الدقيق بيانات مقياس التسارع ثلاثي المحاور إلى الكمبيوتر ويحصل على علامات تشغيل المحفزات لمعالجة البيانات في وضع عدم الاتصال. يقوم مكبر الصوت بتشغيل خلفية الضوضاء والنبضات الصوتية ، مما يؤدي إلى تشغيل علامات لبيانات مقياس التسارع. يكتسب الميكروفون محفزات صوتية للمزامنة مع البيانات الفيزيولوجية الكهربية (على سبيل المثال ، اكتساب سلوك النطق أثناء المهام). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. إجراء عزل ما بعد الفطام في الفئران

  1. اعزل صغار الفئران في أقفاص فردية مباشرة بعد الفطام (من 17إلى 21يوما بعد الولادة) واحتفظ بها معزولة لمدة لا تقل عن 90 يوما بعد الولادة.
  2. قم بإجراء زرع مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة لجراحة الأعصاب بعد 90 يوما بعد الولادة باستخدام البروتوكولات المعمولبها 18،19.
  3. قم بإجراء مهمة PPI بعد 7-10 أيام بعد الجراحة (انظر الخطوة 4).

3. إجراء جراحي لزرع الدماغ مصفوفة القطب الكهربائي

  1. يجب تعقيم مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة مسبقا (استخدمت هذه الدراسة 32 سلكا من سلك التنغستن بقطر 50 ميكرومتر ، الشكل 3 أ). ضع في صندوق معزول مع تخدير الأيزوفلوران (5٪ في 0.5 لتر / دقيقة O2 ، باتباع البروتوكولات المعتمدة مؤسسيا).
  2. أخرج من الصندوق واحتفظ به تحت تخدير الأيزوفلوران باستخدام مخروط أنف التخدير (1٪ في 0.5 لتر / دقيقةO 2). تطبيق الأتروبين في العضل بجرعة 0.05 ملغ/كغ. احلق رأس بصفيحة باستخدام سائل مطهر. بعد 5 دقائق، يتم تطبيق الكيتامين داخل الصفاق بجرعة 70 ملغ/كغ والزيلازين عضليا بجرعة 3 ملغ/كغ.
  3. ضع على وسادة تسخين عند 37 ± 0.2 درجة مئوية في الجهاز التجسيمي متعدد المحاورتحت الأيزوفلوران القابل للاستنشاق (1٪ -5٪ في 0.5 لتر / دقيقةO 2). أدخل مستشعر المستقيم للتحكم في وسادة التدفئة مع مستشعر المستقيم لمراقبة تشبع PO2 ومعدل ضربات القلب. تأكد من أن تشبع الأكسجين أعلى من 95٪ وأن معدل ضربات القلب بين 200-300 نبضة في الدقيقة.
    ملاحظة: راقب هذه المعلمات طوال العملية الجراحية ، وإذا لزم الأمر ، اضبط تركيز الأيزوفلوران.
  4. ضع مادة تشحيم عيون معقمة على عيون وقم بتغطية بستارة جراحية معقمة.
    ملاحظة: قم بإجراء جميع العمليات الجراحية التالية في ظل ظروف معقمة.
  5. افتح المجال الجراحي في منطقة رأس وثبته بالجلد باستخدام الغرز (4-0). ضع الليدوكائين 20٪ تحت الجلد على جمجمة وقم بإجراء شق طولي (~ 1.5 سم) من جلد الرأس ، متبوعا بإزالة السمحاق الجليمي. نظف سطح العظام ببيروكسيد الهيدروجين.
  6. قم بمحاذاة بريجما ولامدا في نفس المستوى الأفقي للحصول على دقة أفضل لبضع القحف ، خاصة إذا تم التسجيل من مناطق متعددة في الدماغ (تم تسجيل هذه الدراسة من المنطقة السقيفية البطنية ، واللوزة ، والنواة العصبية ، والحصين ، وقشرة الفص الجبهي ، الشكل 3 ب).
  7. ضع علامة على مواضع ثقب الأزيز باستخدام مثقاب آلي وأدخل 3 إلى 4 براغي في مواقع موزعة على الموقع البعيد للجمجمة لحج القحف دون ثقب الأم الجافية (الشكل 3C ، D).
  8. قم بإجراء استئصال الغضب اليدوي19 ، وحفر محيط حج القحف باستخدام مثقاب الأسنان بأقصى سرعة لأهداف الدماغ (الشكل 3E).
  9. قم بإزالة العظم ، واحتفظ بالأم الجافية بمحلول ملحي معقم ، وقم بإزالة الأم الجافية.
    ملاحظة: انتبه إلى العملية الكاملة لاستخراج الأم الجافية لمنع إصابة الدماغ ، والتي يمكن أن تعرض دقة العمق للخطر.
  10. ضع أقطاب المصفوفة في مواضع استئصال التقرن وتحرك لأسفل مصفوفة الأقطاب الكهربائية حتى تلمس أقطاب الأقطاب الكهربائية في أعمق موضع أنسجة المخ برفق. استخدم سلكا للتأريض الكهربائي للأقطاب الكهربائية ، موضوعا على سطح الجمجمة ، مرتبة حول البراغي الأربعة (الشكل 3F).
    ملاحظة: انظر التدريب على زراعة جراحة المخ والأعصاب في النموذج الحيواني19 باستخدام موضوع بديل.
  11. أدخل الأقطاب الكهربائية كل 100 ميكرومتر حتى الموقع المستهدف ، وثبتها بأسمنت الأسنان للحفاظ على الموصل مثبتا بإحكام على الجمجمة وخارج الجلد.
    ملاحظة: كن حذرا لتجنب إسقاط الأسمنت السني على أنسجة المخ أو في فتحات دبوس الموصل.

figure-protocol-3
الشكل 3: زرع مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة. (أ) مصفوفة أقطاب كهربائية دقيقة مع 32 سلكا من تنجستن بطول 50 ميكرومتر ل PFC قبل الحوبة وتحت الحوفية ، VTA ، AMY ، NAcc ، و HIPC. (ب) جمجمة الفئران التي تظهر أهداف الدماغ ، بريجما ، ولامدا. (ج) أوضاع الحفر لاستئصال الكرانيكتومي والبراغي. (د) مسامير لدعم غرسة مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة ورسم استئصال الكرانيكتو. (ه) فتحات الجمجمة بدون الأم الجافية. (و) الأقطاب الكهربائية الدقيقة التي تخترق الدماغ. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. PPI والتسجيلات العصبية

  1. قم بتوصيل الرأس بغرسة الموصل على جمجمة الفئران بعناية فائقة.
    ملاحظة: هذه الخطوة ضرورية لتجنب كسر المسامير الدقيقة لموصل ذكر المسرح أو إتلاف أكريليك الأسنان على الجمجمة. يمكن وضع في صندوق به تخدير الأيزوفلوران (5٪ في 0.5 لتر / دقيقةO 2) للمساعدة في الاتصال إذا لزم الأمر. عند استخدام التخدير لتوصيل المسرح ، انتظر حتى يغسل الأيزوفلوران حتى لا يؤثر على سلوك PPI ونشاط الدماغ.
  2. قم بتشغيل نظام الحصول على البيانات العصبية وتأكد من أنه يتلقى البيانات من المحفزات الصوتية من خلال المتحكم الدقيق أو مولد TTL المتصل بكاشف الصوت أو الميكروفون. قم بتشغيل مسجل المنفذ التسلسلي مفتوح المصدر الذي تم فحصه مسبقا في الخطوة 1.6.
    ملاحظة: تبعا لمرفق المختبر، يمكن أن تختلف إجراءات التزامن هذه.
  3. ابدأ في الحصول على بيانات الفيزيولوجيا الكهربية (السنبلة وإمكانات المجال المحلي) ومقياس التسارع باستخدام برنامج الحصول على الفيزيولوجيا الكهربية.
    ملاحظة: تحقق من البيانات الواردة واضبط إعداد الكسب لتجنب قص الإشارة أو عدم اكتشاف أشكال موجة الارتفاع وعتبة اكتشاف الارتفاع. اعتمادا على نظام التسجيل والبيانات المسجلة ، يمكن للمرء فقط ضبط الكسب والعتبة في وضع الاتصال بالإنترنت. تأكد من تحديد إعداد المرشح لإشارات التردد المنخفض (LFP) ، عادة من 0.5 هرتز إلى 100 هرتز ، والتردد العالي (المسامير) ، وعادة ما يكون من 300 هرتز إلى 5000 هرتز ، والضوضاء منخفضة التردد ، عادة 50/60 هرتز ، محددة بشكل صحيح للسماح بالتحليل دون اتصال بالإنترنت.
  4. قم بتعريض لضوضاء الخلفية البيضاء (~ 68 ديسيبل) لمدة 7 دقائق مع عرض عشوائي لجميع أنواع النبضات ، لمدة 10 مرات لكل نوع (الشكل 4). ويبين الشكل 4 خمسة أنواع من النبضات المستخدمة في هذا البروتوكول: النبضة 1 (النبضة المسبقة dB 75، والفاصل الزمني 30 مللي ثانية، والنبضة dB 120)، والنبضة 2 (النبضة المسبقة dB 85، والفاصل الزمني 30 مللي ثانية، والنبضة dB 120)، والنبضة 3 (النبضة المسبقة dB 75، والفاصل الزمني ms 100 والنبضة dB 120)، والنبضة 4 (النبضة المسبقة dB 85، والفاصل الزمني ms 100، والنبضة dB 120)، والنبض 5 (120 ديسيبل نبضة واحدة).
  5. في نهاية جلسة التسجيل ، قم بإيقاف تشغيل برنامج الاستحواذ وافصل موصل الرأس.

figure-protocol-4
الشكل 4: أنواع المحفزات السمعية. تم تقديم جلسة مصورة مدتها 7 دقائق من الضوضاء البيضاء مع 5 أنواع من مجموعات النبض المسبق + النبض بشكل عشوائي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. التحليل الكهربية والسلوكية

  1. استيراد البيانات الأولية التي تحتوي على بيانات الدماغ والتسارع والمحفزات الصوتية في منصة معالجة الإشارات. استخرج حقب تتمحور حول كل حافز صوتي.
  2. تطبيع الوسائل وفقا لذلك لمقارنة القيم بين. استخدم النبضة المفردة (النبضة 5 في هذا البروتوكول) كاستجابة قصوى وقم بتطبيع المنعكس للنبضات الأخرى إلى هذه القيمة.
  3. ضع في اعتبارك سعة الذهول للنبضة 5 على أنها 100٪ والنبضات الأخرى كدالة للنبض 5.
    ملاحظة: يتم استخراج السعات باستخدام جذر متوسط المربع (RMS) لمحاور مقياس التسارع الثلاثة (الشكل 5 أ) للتعبير عن حجم الذهول (الشكل 5 ب) في مجموعة من قيم n . RMS هي صيغةرياضية 20 ، حيث:
    figure-protocol-5
    AX = مقياس التسارع المحور X ، AY = مقياس التسارع المحور Y ، az = مقياس التسارع المحور Z
    t = بداية التحفيز الصوتي زائد 200 مللي ثانية
    n = قيم المجموعة
    لحساب النسبة المئوية لذهول RMS من النبضات من 1 إلى 4 المتعلقة بالنبض 5:
    figure-protocol-6
    نبضة RMS = RMSstartle للنبض 1 ، 2 ، 3 ، 4
    نبض RMS5 = RMSstartle للنبض 5
  4. استخدم TTLs المرسلة إلى نظام الحصول على البيانات العصبية لتحليل بيانات الدماغ المحيطة بالمحفزات الصوتية والاستجابات الانعكاسية وفقا لذلك.

figure-protocol-7
الشكل 5: بيانات مقياس التسارع ثلاثي المحاور و RMS. (أ) تم تسجيل بيانات مقياس التسارع ثلاثي المحاور التوضيحي (المحور x ، y ، z (g)) خلال 6 دقائق من خط الأساس والضوضاء البيضاء العشوائية 80 PPI. (ب) حساب RMS المذهل من محاور مقياس التسارع الثلاثة (العمود الرمادي المميز x ، y ، z ، الموسع في B). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لم يظهر تثبيط النبض المسبق أي فرق في النبضة 1 و 3 مقارنة بالنبض 5 (120 ديسيبل فقط) ، لكنه أظهر اختلافا إحصائيا للنبض 2 و 4 (ص < 0.05) (الشكل 6).

figure-results-1
الشكل 6: متوسط سعة الاستجابة للتحفيز السمعي في الأنواع الخمسة من النبضات. PPI٪ من البقول 1 و 3 لا تختلف عن النبض 5. تخ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قدم هذا البروتوكول صندوقا سلوكيا DIY لدراسة مهام تثبيط النبضات في فئران Wistar التي تتصرف بحرية أثناء تسجيل بيانات الدماغ (في هذا المثال ، إمكانات المجال المحلي ونشاط الارتفاع). يمكن بناء الصندوق وتخصيصه بمكونات موجودة بشكل شائع في مختبرات علم الأعصاب ، وبالتالي يمكن الوصول إليها ورخيصة. تسمح حلول DIY هذه أيضا بمزيد من المرونة في تصميم التجارب وتخصيصها.

يمكن ملاحظة العديد من الفوائد باستخدام نظام DIY ، بما في ذلك التكلفة المنخفضة وسهولة الاستخدام. تسمح البرامج...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إديث جرانادوس ، Cinvestav Guadalajara ، للتفضل بدعم هذا المشروع بنصوص PPI ومزامنة البيانات. تم تمويل هذا العمل من قبل معهد سانتوس دومون ، ووزارة التعليم ، و CNPq ، و CAPES ، و FINEP.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
صندوق أكريليكحسب الطلبلوح أكريليك بسمك 5 مم ، 20 سم × 25 سم × 25 سم
وسادات ممتص الصدمات المطاطية اللاصقةحصى الغوريلاMPU6050 القطر 0.8 بوصة والارتفاع 0.38 بوصة. وسادات مطاطية لتثبيت صندوق الأكريليك وعزله عن الاهتزازات الخارجية. يجب أن يكون الارتفاع أكثر من 5 مم بسبب MPU6050 أسفل الصندوق.
اردوينو أونواردوينوATmega328P لوحة متحكم Arduino تعتمد على ATmega328P مع 14 دبابيس إدخال / إخراج رقمية ، و 6 مدخلات تناظرية ، وسرعة ساعة تبلغ 16 ميجاهرتز.
جهاز تعقب التحفيز Cedrus (كاشف الصوت)سيدروسhttps://cedrus.com/stimtracker/index.htmيكتشف متتبع التحفيز Cedrus المحفزات الصوتية ويرسل علامات TTL إلى بيانات مقياس التسارع.
نظام أبحاث Cineplexبلكسونhttps://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/تسجيل فيديو للحيوان متزامن مع بيانات الفيزيولوجيا الكهربية.
غراء سيانوأكريليتMPU6050غراء فائق لتثبيت MPU6050 أسفل الصندوق بإحكام.
مقياس ذراع الصوت الرقميمقياس ديسيبل لمعايرة المحفزات المحددة قبل التجربة.
IBM SPSSSPSS (الحزمة الإحصائية للعلوم الاجتماعية ، الولايات المتحدة الأمريكية)منصة برامج IBM SPSS Statistics.
ماتلابماث ووركسhttps://www.mathworks.com/products/matlab.htmlمنصة MATLAB لتحليل البيانات وتطوير الخوارزميات وإنشاء النماذج.
برغي الفولاذ المقاوم للصدأ الصغيرمسامير نظارات بقطر 1.2 مم وطول 4 مم.
مصفوفة Microeletrodeفي المنزل حسب الطلبيستخدم موصل omnetics وأسلاك التنغستن 50 ميكرون المطلية بالباريلين من California Fine Wire.
ميكروفونميكروفون للحصول على التحفيز الصوتي المتزامن مع البيانات الفيزيولوجية الكهربية.
MPU-6050إنفينسنسhttps://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/MPU-6050 هو جيروسكوب ثلاثي المحاور ومقياس تسارع 3 محاور   ؛
معالج الاستحواذ متعدد القنوات بلكسونسبايك / LFPMAP Plexon للحصول على بيانات الفيزيولوجيا الكهربية العصبية SPIKE / LFP والقنوات المساعدة (الميكروفون ، علامات TTL ، مقياس التسارع).
نيورسبلوررNex https://www.neuroexplorer.com/برنامج تحليل بيانات NeuroExplorer للإشارات والطوابع الزمنية المسجلة باستمرار (قطارات السنبلة ، الأحداث السلوكية)
المستكشف العصبينيكس تكنولجيhttps://www.neuroexplorer.com/برنامج لتحليل البيانات الفيزيولوجية العصبية SPIKE و LFP.
فارز غير متصلبلكسونhttps://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842برنامج لفرز السنبلة في وضع عدم الاتصال.
خارج الخطفرزفارز غير متصلhttps://plexon.com/products/offline-sorter/Offline Sorter هو برنامج فرز سبايك غير متصل بالإنترنت
مستشعر SpO2 البيطري الشرجيميكيه تي ميدف إس -03مستشعر SpO2 للحيوانات الصغيرة
كابل الشريطكابل شريط رفيع لتوصيل MPU6050 ب Arduino.
حفر روبوتينيوروستارhttps://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/المثقاب الآلي المستخدم مع Neurostar التجسيمي. يمكن استبداله بالحفر اليدوي.
سماعةيتراوح نطاق السماعة من 100 إلى 40 كيلو هرتز وكثافة تصل إلى 150 ديسيبل.
جهاز تجسيمينيوروستارالتجسيم يستخدم لجراحة الأعصاب في القوارض

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Braff, D. L., et al. Impact of prepulse characteristics on the detection of sensorimotor gating deficits in schizophrenia. Schizophr Res. 49 (1-2), 171-178 (2001).
  2. Jahshan, C., et al. Automatic sensory information processing abnormalities across the illness course of schizophrenia. Psychol Med. 42 (1), 85-97 (2012).
  3. Oranje, B., Geyer, M. A., Bocker, K. B., Kenemans, J. L., Verbaten, M. N. Prepulse inhibition and P50 suppression: Commonalities and dissociations. Psychiatry Res. 143 (2-3), 147-158 (2006).
  4. Geyer, M. A., Swerdlow, N. R. Measurement of startle response, prepulse inhibition, and habituation. Curr Protoc Neurosci. 3 (1), 8.7(1998).
  5. Braff, D. L., Grillon, C., Geyer, M. A. Gating and habituation of the startle reflex in schizophrenic patients. Arch Gen Psychiatry. 49 (3), 206-215 (1992).
  6. Grillon, C., Ameli, R., Charney, D. S., Krystal, J., Braff, D. L. Startle gating deficits occur across prepulse intensities in schizophrenic patients. Biol Psychiatry. 32 (10), 939-943 (1992).
  7. Kumari, V., Soni, W., Sharma, T. Normalization of information processing deficits in schizophrenia with clozapine. Am J Psychiatry. 156 (7), 1046-1051 (1999).
  8. Weike, A. I., Bauer, U., Hamm, A. O. Effective neuroleptic medication removes prepulse inhibition deficits in schizophrenia patients. Biol Psychiatry. 47 (1), 61-70 (2000).
  9. Swerdlow, N. R., Braff, D. L., Geyer, M. A., Koob, G. F. Central dopamine hyperactivity in rats mimics abnormal acoustic startle response in schizophrenics. Biol Psychiatry. 21 (1), 23-33 (1986).
  10. Wenzel, T. Open hardware: From DIY trend to global transformation in access to laboratory equipment. PLoS Biol. 21 (1), e3001931(2023).
  11. Longley, M., Willis, E. L., Tay, C. X., Chen, H. An open-source device for operant licking in rats. Peer J. 5, e2981(2017).
  12. Ribeiro, M. W., et al. OBAT: An open-source and low-cost operant box for auditory discriminative tasks. Behav Res Methods. 50 (2), 816-825 (2018).
  13. Wong, C. C., Ramanathan, D. S., Gulati, T., Won, S. J., Ganguly, K. An automated behavioral box to assess forelimb function in rats. J Neurosci Methods. 246, 30-37 (2015).
  14. White, S. R., Amarante, L. M., Kravitz, A. V., Laubach, M. The future is open: Open-source tools for behavioral neuroscience research. eNeuro. 6 (4), (2019).
  15. Bridge, E. S., et al. An Arduino-based RFID platform for animal research. Front Ecol Evol. 7, 257(2019).
  16. Chen, X., Li, H. ArControl: An Arduino-based comprehensive behavioral platform with real-time performance. Front Behav Neurosci. 11, 244(2017).
  17. Oliveira Silva, J. W., Lima, R. A., Morya, E., Brasil, F. L., Gonçalves, L. M. G. Improved behavioral box and sensing techniques for analysis of tactile discrimination tasks in rodents. Sensors. 23 (1), 288(2022).
  18. Gage, G. J., et al. Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals. J Vis Exp. (60), e3565(2012).
  19. Andreoli, L., Simplício, H., Morya, E. Egg model training protocol for stereotaxic neurosurgery and microelectrode implantation. World Neurosurg. 111, 243-250 (2018).
  20. Althobaiti, T., Katsigiannis, S., Ramzan, N. Triaxial accelerometer-based falls and activities of daily life detection using machine learning. Sensors (Basel). 13, 3777(2020).
  21. Heidbreder, C., et al. Behavioral, neurochemical, and endocrinological characterization of the early social isolation syndrome. Neuroscience. 100 (4), 749-768 (2000).
  22. Weiss, I. C., Iorio, L. D., Feldon, J., Domeney, A. M. Strain differences in the isolation-induced effects on prepulse inhibition of the acoustic startle response and on locomotor activity. Behav Neurosci. 114 (2), 364(2000).
  23. Cromwell, H. C., Klein, A., Mears, R. P. Single unit and population responses during inhibitory gating of striatal activity in freely moving rats. Neuroscience. 146, 69-85 (2007).
  24. Kosobud, A. E., Harris, G. C., Chapin, J. K. Behavioral associations of neuronal activity in the ventral tegmental area of the rat. J Neurosci. 14, 7117-7129 (1994).
  25. Carcea, I., Insanally, M. N., Froemke, R. C. Dynamics of auditory cortical activity during behavioural engagement and auditory perception. Nat Commun. 8, 14412(2017).
  26. Rosa, M., et al. Routine post-weaning handling of rats prevents isolation rearing-induced deficit in prepulse inhibition. Braz J Med Biol Res. 38 (11), 1691-1696 (2005).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Prepulse InhibitionBehavioral BoxPsychiatric Animal ModelsSensory GatingStartle ResponseElectrophysiological RecordingSocial Isolation RodentsNeural ActivityAccelerometer DataLocal Field Potential

Related Articles