一种用于啮齿类动物行为听觉测量的低成本装置

摘要

本文描述了一种快速且低成本的行为学方法，用于测定听觉参数，如听阈、听力损伤或幻觉感知（主观性耳鸣）。该方法利用声学惊吓反应的前脉冲抑制，可借助可编程的模数/数模转换器和压电传感器，在个人计算机上轻松实现。

摘要

在听觉动物研究中，精确掌握实验所涉及动物受试者的基本听觉参数至关重要。这些参数可能包括听觉通路的生理反应特征，例如通过脑干听觉诱发电位（BERA）进行检测。然而，这些方法仅能对与生理参数相对应的听觉感知进行间接且不确定的推断。要评估听觉的感知水平，必须采用行为学方法。在动物模型中使用行为学方法描述感知时，一个潜在的问题是大多数此类方法在对受试动物进行行为测试之前，都需要某种形式的学习范式，例如动物需要学会在听到声音时按压杠杆。由于这些学习范式本身会改变感知过程^1,2，因此它们必然会影响通过这些方法获得的任何关于感知的结果，故需谨慎解读。例外情况是利用反射性反应的实验范式，因为在这些范式中，感知测试前无需进行学习训练。其中一种反射性反应是声学惊跳反射（ASR），在未经训练的动物中，突然的高强度声音可高度可重复地诱发该反射。而这种ASR又会受到先于其出现的声音的影响，影响程度取决于该前置刺激的可感知性：远高于听阈的声音会完全抑制ASR的幅度；接近听阈的声音则仅轻微抑制ASR。这一现象被称为前脉冲抑制（PPI）^3,4，ASR的PPI程度随前脉冲的可感知性逐渐变化。因此，ASR的PPI非常适合用于测定未经训练、未经历学习范式的动物的行为听阈图，用于评估听力损伤，甚至检测这些动物中可能存在的主观耳鸣感知。本文中，我们展示了该方法在一种啮齿类动物模型（参见亦参考文献⁵）——蒙古沙鼠（Meriones unguiculatus）中的应用。该物种是研究正常人类听觉范围内的惊跳反射的知名模式物种（例如⁶）。

方案

1. 设备组装与软件编程

1. 在个人计算机中安装D/A卡例如：NI PCI 6229，National Instruments）并将其连接至接线盒（例如：BNC-2110，National Instruments），两者均应至少支持一个输入通道和一个输出通道，每个通道的采样率至少为 44.1 kHz。
2. 通过 BNC 电缆将接线盒的输出端连接至声音放大器（例如：AMP75 宽带功率放大器，Thomas Wulf）
3. 安装一个红外网络摄像头（例如：Grand IP Camera Pro（GrandTec Electronics）用于动物在黑暗环境中的监测。
4. 安装集成开发环境（例如：Matlab）根据给定的流程图编写程序 图1. 可向通讯作者免费获取在 Matlab 2007b 上运行的版本。
5. 在隔音室内，将扬声器安装在桌面上。将扬声器连接至声音放大器。
6. 安装压电传感器（例如 力传感器 FSG15N1A（Honeywell）置于绝缘板上，连接电源，并通过 BNC 电缆将其输出端连接至接线盒的输入端；将传感器信号接地。
7. 使用丙烯酸玻璃管制作一个测量室，其尺寸需与待测啮齿动物（如沙鼠）的大小相匹配 例如：长15 cm，内径4.3 cm，外径4.8 ....

讨论

我们介绍一种基于声学惊吓反应前脉冲抑制的啮齿类动物听力测量装置，该装置成本低廉且易于搭建，可用于测定行为听阈（即听力图）。 ¹⁰以及主观性耳鸣等听觉幻觉感知 ¹¹尤其是后者的测量已成为多篇近期报告的关注重点 ^8,12,13,14 并且可被视为研究该疾病神经机制所需电生理学研究的一项先决条件。利用该方法，可以区分在声创伤后是否产生主观耳鸣感知的动物，并对这些个体进行进一步研究。 例如，结合初级听觉皮层的电生理记录。

声创伤后惊跳反射数据的关键分析步骤是将数据归一化至在无先前测试刺激条件下可引发的最大惊跳幅度：这尤其有助于区分由听力损失引起的惊跳反应减弱与耳鸣动物的前脉冲抑制（PPI）降低。声创伤的影响会随时间发生变化，动物对其有部分恢复，但大约50%的听力损失是永久性的。与上述文献中仅测试但未用于校准听阈的研究不同，我们尝试通过使用参考值对每个反应幅度进行归一化，以尽量减少各频率听阈差异以及声创伤本身的影响。此外，我们采用两种不同的实验方案来评估可能的耳鸣感知，其中第一种方案（4.4）更适用于创伤后.......