时间处理是一种前注意过程,可能构成神经认知障碍中常见的高级认知功能缺陷(包括注意力障碍)的基础。本文以脉冲前抑制作为典型范式,介绍了一种通过调控刺激间间隔(ISI)以确定ISI函数形态的实验方案,从而对时间处理能力进行评估。
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时间处理是一种前注意过程,可能构成神经认知障碍中常见的高级认知功能缺陷(包括注意力障碍)的基础。本文以脉冲前抑制作为典型范式,介绍了一种通过调控刺激间间隔(ISI)以确定ISI函数形态的实验方案,从而对时间处理能力进行评估。
时间加工缺陷被认为可能是神经认知障碍中高级认知过程的一个潜在基本维度,这类缺陷在神经认知障碍中普遍存在。尽管前脉冲抑制(PPI)近年来得到广泛应用,但目前许多实验方案倾向于采用“对照组百分比”作为衡量指标,从而限制了对时间加工能力的评估。本研究采用跨模态前脉冲抑制(cross-modal PPI)和间隙前脉冲抑制(gap-PPI)方法,展示了使用多种刺激间间隔(ISI)来解析感觉模态、精神兴奋剂暴露和年龄等因素影响的优势。通过对感觉模态、精神兴奋剂暴露和年龄的评估,揭示了通过改变刺激间间隔(ISI)以构建ISI函数曲线形态的方法的实用性,包括惊吓反应幅度的变化(如曲线拐点更陡峭或反应幅度曲线趋于平缓)。此外,还常可观察到峰值抑制反应的偏移,提示对ISI操纵存在差异性敏感。因此,系统性地调节ISI为评估时间加工能力提供了关键机会,有助于揭示神经认知障碍中涉及的潜在神经机制。
时间处理缺陷被认为是神经认知障碍中常见高级认知功能改变的潜在神经机制之一。听觉惊吓反应(ASR)的前脉冲抑制(PPI)是一种可转化的实验范式,常用于研究时间处理缺陷,在精神分裂症1、注意缺陷多动障碍2以及HIV-1相关神经认知障碍3,4等疾病中均观察到显著改变。具体而言,在HIV-1临床前动物模型中对时间处理能力的评估表明,PPI具有普遍性、相对持久性,并提示其在动物大部分功能性生命周期内具有诊断应用价值3,4,5,6。
在反射调节分析中采用变化的刺激间间隔(ISI;i.e., 预刺激与惊吓刺激开始之间的时间)的方法可追溯至1863年的谢切诺夫7。早期关于反射调节(一种感觉运动门控的测量指标)的开创性研究采用变化ISI的方法评估了青蛙的屈肌反应和听觉功能7,8,以及人类的膝跳反射9。反射调节程序的首次临床应用是评估一名患有癔症性失明男性的视觉敏感性10。在首次报道反射调节现象的一个多世纪后,变化ISI的方法通过一系列具有里程碑意义的研究论文得到广泛推广11,12,13。尽管这些关于反射调节的开创性研究在诸多方面存在固有差异(i.e., 物种、实验程序、反射类型),但它们在不同物种之间建立了一种惊人相似的时间关系。
采用本方案中详述的改变ISI的方法来评估前脉冲抑制(PPI),相较于广泛使用的对照百分比方法具有多项优势。首先,该方法能够揭示ISI函数的形态特征,包括惊跳反应幅度的变化(如曲线拐点更陡峭或反应幅度曲线趋于平缓)3,15,以及反应抑制峰值点的偏移3,5。此外,当采用改变ISI的方法时,惊跳反应是一种相对稳定的现象1,表明该方法在纵向研究神经认知功能缺陷进展方面具有潜在应用价值5,15。最后,PPI为理解神经认知障碍相关的潜在神经环路提供了重要机会16。
在本研究中,我们采用了两种实验范式(图1),包括跨模态PPI和间隙前脉冲抑制(gap-PPI),以评估通过改变刺激间间隔(ISI)来区分感觉模态、精神兴奋剂暴露和年龄效应的方法的有效性。跨模态PPI实验范式是在声学惊吓刺激之前呈现一个额外的刺激(例如,声音、光、气流)作为离散的预刺激。相比之下,在gap-PPI实验范式中,背景刺激的缺失(例如,去除背景噪声、光或气流)作为离散的预刺激。本文描述了用于评估时间处理能力的这两种实验范式,以及用于分析PPI和gap-PPI的统计方法。在讨论部分,我们比较了采用可变ISI方法与广泛使用的对照百分比方法所得出的结论。
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所有动物实验方案均经南卡罗来纳大学动物护理与使用委员会审查并批准(联邦保证编号:D16-00028)。
1. 惊跳装置参数的设定与校准
2. 实验方案的创建
3. 实验方案结构
4. 数据分析
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在跨模态PPI(图2A、3A、4A)和间隙-PPI(图2B、3B、4B)中均观察到明显的非单调性ISI函数。在测试会话中,将0和4000 ms ISI条件下的基础惊跳反应作为参考试验进行观察。4000 ms ISI的重要性不容忽视,因为在该条件下受试者同时接受预脉冲和惊跳刺激,与PPI测试试验(即 30、50、100、200 ms ISI)最为相似。然而,由于预脉冲与惊跳刺激之间的时间间隔较长,在4000 ms ISI条件下未观察到ASR的显著降低。在30、50、100和200 ms ISI条件下,无论是添加(即 跨模态PPI)还是移除(即 间隙-PPI)一个离散的预刺激,均产生了显著的抑制效应;这种抑制效应依赖于感觉模态、精神兴奋剂暴露或年龄。通过考察这些因素对ISI函数变化的影响(即 ISI曲线拐点更陡峭、ISI曲线变平坦,以及最大抑制点的偏移),可以揭示ISI方法的强大之处。
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本方案阐述了通过改变刺激间隔时间(ISI)来评估时间加工能力的方法,适用于采用横断面或纵向实验设计的研究。通过考察感觉模态、精神兴奋剂暴露或年龄等因素对ISI函数形态的影响,可揭示不同因素对ISI操纵的差异性敏感性,从而验证该方法的有效性。即, 最大抑制点的变化)或对ISI操纵的相对不敏感性(即, ISI曲线更尖锐的拐点、ISI曲线的平坦化)。采用两种实验范式,包括跨模态PPI和间隙-PPI,证明了ISI的有效性独立于额外刺激的添加即, 跨模态 PPI)或去除(即, 离散预刺激的间隙-蛋白质相互作用(gap-PPI)
完成跨模态PPI和间隙-PPI实验设计中的关键考虑因素已包含在本方案中。首先,在6次试验组块中采用拉丁方实验设计来呈现ISI,以控制因ISI呈现顺序不同而引起的变异。其次,使用两种对照试验,包括0 ms和4000 ms的ISI,为测试会话提供参考对照。其中,4000 ms ISI的使用尤为关键,因为它最恰当地代表了其他(即, 30、50、100、200)预脉冲+脉冲试验,但不预期...
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所有作者均无利益冲突需要声明。
本研究部分得到了美国国立卫生研究院(国家药物滥用研究所,DA013137;国家儿童健康与人类发育研究所,HD043680;国家精神卫生研究所,MH106392;国家神经疾病与中风研究所,NS100624)以及南卡罗来纳大学行为-生物医学交叉项目资助的跨学科研究培训计划的支持。Landhing Moran 博士目前担任美国国家药物滥用研究所临床试验网络中心的科学主管。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| SR-Lab 惊跳反应系统 | San Diego Instruments | ||
| 隔音柜 | Industrial Acoustic Company | ||
| SR-Lab 惊跳反应校准系统 | San Diego Instruments | ||
| 高频扬声器 | Radio Shack | 型号 #40-1278B | |
| 声级计 | Bruel & Kjaer | 型号 #2203 | |
| 有机玻璃圆筒 | San Diego Instruments | 随 SR-Lab 惊跳反应系统提供 | |
| SR-Lab 惊跳反应系统软件 | San Diego Instruments | 随 SR-Lab 惊跳反应系统提供 | |
| 照度计 | Sper Scientific, Ltd. | 型号 #840006 | |
| 气源调节器 | Craftsman | 型号 #16023 | |
| SPSS Statistics 24 | IBM | 用于统计分析(可选) |
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