Name: 开发用于评估精神病学动物模型中前脉冲抑制和神经活动的行为框 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 55 s
Description: 学习使用基于微控制器的行为箱评估社会隔离大鼠的前脉冲抑制，以研究精神分裂症相关的感觉门控缺陷。该方法整合加速度计数据与神经活动记录，为行为神经科学和精神病学研究提供可靠工具。

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感谢伊迪丝·格拉纳多斯（Edith Granados）及墨西哥国立理工学院瓜达拉哈拉分校（Cinvestav Guadalajara）为本项目提供 PPI 脚本和数据同步方面的支持。本工作由桑托斯·杜蒙特研究所、教育部、国家科学技术发展委员会（CNPq）、高等教育人员培训基金会（CAPES）以及国家科技与工业促进基金会（FINEP）资助。

动物实验按照《实验动物护理与使用指南》进行。本项目已获得桑托斯杜蒙特研究所动物伦理委员会（CEUA）批准（批准号：04/2016）。在PPI测试中，共纳入35只Wistar大鼠（3月龄，体重290–490 g，雄性19只，雌性16只），在PPI测试箱中进行个体化评估。所有35只大鼠均接受了断奶后隔离方案，单独饲养于温度23 °C、湿度70%、12小时光照/12小时黑暗循环的受控环境中。 随意摄取 可自由获取食物和水。本研究中所用试剂与设备的详细信息见下文 材料表.
1. PPI 盒
<ol>
	<li>制作一个长25 cm、宽20 cm、高25 cm的亚克力透明箱，用于容纳一只自由活动的大鼠，并连接有线头戴装置。该高度至关重要，可防止大鼠逃逸，同时确保头戴装置在神经元记录过程中保持自由且安全。
	<ol>
		<li>使用自粘橡胶垫将亚克力箱与外部机械振动（如放置其他设备的实验台）隔离开，并确保加速度计粘附在箱体底部，且不与其他部件（如实验台或导线）发生物理接触。 
		注意：根据实验需求（如小鼠、大鼠、狨猴）调整透明丙烯酸盒的尺寸。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将一根带状电缆（26 AWG）直接焊接到加速度计板的四个引脚孔上：VCC（电压）、GND（接地）、SCL（串行时钟）和 SDA（串行数据）。清洁亚克力板中心区域以及加速度计的平面基板。使用氰基丙烯酸酯胶水或环氧树脂将加速度计牢固地粘接在亚克力盒下方。
	<ol>
		<li>等待其完全固化（图1）。将带状电缆的另一端连接到微控制器上：VCC 接 3.3V，GND 接 GND，SCL 接 SCL（I2C SCL），SDA 接 SDA（I2C SDA）。保持加速度计固定在盒子下方，且不与其他部件（如实验台或导线）发生物理接触。 
		注意：市面上有多种品牌的DIY加速度计和微控制器。微控制器和加速度计的尺寸与类型取决于预期用途以及盒子的尺寸/规格。每次测试结束后需考虑清洁程序，必要时可在焊点和电路上涂覆一层电子绝缘漆，以绝缘并防止液体意外溅到加速度计的金属部件上。为便于比较，将DIY加速度计与商用加速度计并排安装在盒子下方。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用15 mm厚的中密度纤维板（MDF）制作一个边长为80 cm、带前开门的隔音室。用吸音海绵衬里覆盖箱体内部。将扬声器置于亚克力箱上方20 cm处，确保头级和电缆可自由移动。
	<ol>
		<li>将计算机音频输出连接至微控制器板（模拟输入和 GND），并通过商用音频检测器连接至扬声器，该检测器接收来自扬声器的声学刺激，并生成 TTL（晶体管-晶体管逻辑）事件标记，以同步行为与神经元数据图2). 
		注意：根据实验需求构建声学屏蔽室（例如，考虑是否需要安装摄像头、额外光源和扬声器）。使用电阻分压器（例如，10 kΩ 和 10 kΩ 电阻）将计算机音频输出调整至微控制器模拟输入范围（0–5 V）。商用音频检测设备接收音频输入，并在计算机发出每次声学刺激时发送TTL（晶体管-晶体管逻辑）信号作为刺激起始标记（0–0.4 V 视为低电平，2.8–5 V 视为高电平）。通常，电生理系统配备有雌性BNC输入接口，用于接收TTL或模拟信号（例如，听觉刺激信号）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用 USB 线缆将微控制器板连接至计算机。打开该微控制器板的集成开发环境软件。
	<ol>
		<li>选择相应的 微控制器板, COM端口，以及 波特率打开文件草图，编译并上传代码至微控制器板。点击 监控串行端口 检查输入数据。关闭开发环境软件。 
		注意：将微控制器板连接到计算机时 通过 USB，它将被分配一个COM端口。在Windows控制面板中打开设备管理器，然后点击 端口 （中国台湾） &amp; LPT）以查看微控制器分配的COM端口（COM编号）。该COM编号必须与开发软件中的COM端口设置相匹配。示例程序草图可从 https://github.com/neurodeveloperISD 获取。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将数字声级计放置在动物实验箱内动物所处的相同位置。关闭箱门后，检测箱内的背景噪声。播放声学刺激信号，并调节声级计的检测范围（30-80 dB 或 80-130 dB），以校准计算机发送的声学刺激强度。 
	注意：根据实验方案，可使用首选的开源语言（如 Python）创建不同的刺激序列。本研究中，以 68 dB 白噪声持续呈现 7 分钟，并随机组合预脉冲和脉冲刺激。将文件导出为 wav 文件，同时导出预脉冲/脉冲组合的序列表格，用于离线分析。</li>
	<li>打开首选的开源软件程序以采集并保存串口数据。配置COM端口、微控制器板和波特率。点击 连接 读取原始数据或图表。单击 保存 开始记录实验数据。 
	注意：可使用开源软件记录串口数据（例如 CoolTerm、Python），也可使用商业软件（例如 Matlab）。</li>
	<li>在放置动物之前，确保各组件（刺激递送、反应检测）均正常工作。验证刺激的时序和顺序（根据所选的PPI方案）。检查加速度计反应是否被准确检测和记录。</li>
	<li>收集并分析反应数据以评估PPI效应（步骤5）。使用统计工具解读结果，并评估感觉运动门控缺陷。</li>
</ol>
<img alt="电子电路图、微控制器接线、I2C接口芯片、数据传输设置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67005/67005fig01.jpg" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="图1"> 
图1：加速度计牢固地安装在行为箱下方。该图展示了低成本的加速度计模块（左）和高端商用加速度计（右），用于数据对比。加速度计必须牢固地固定在亚克力箱上，扁平电缆也需固定在亚克力表面，以避免因清洁操作和更换动物导致电缆断裂。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67005/67005fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="大鼠置于亚克力箱中进行电生理记录，分析音频-电信号相关性。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67005/67005fig02.jpg" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="图 2"> 
图 2：基于微控制器的集成化行为学实验箱。 示意图显示一只大鼠位于亚克力箱内，通过有线头端连接至脑电生理记录系统。箱体下方安装的加速度计连接至微控制器，可将三轴加速度数据发送至计算机，并接收用于离线数据处理的刺激触发标记。扬声器播放背景噪声和声音脉冲，这些声音信号会为加速度计数据提供触发标记。麦克风采集声学刺激信号，以便与电生理数据同步（例如，在实验任务中同步记录发声行为）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67005/67005fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
2. 大鼠断奶后隔离程序
<ol>
	<li>断奶后（17天）立即将大鼠幼崽隔离至单独的笼子中th 至 21st 出生后一天）并将其隔离至少90个出生后天数。</li>
	<li>在出生后第90天，采用既定方案进行神经外科微电极阵列植入18,19.</li>
	<li>手术后7-10天进行PPI任务（参见步骤4）。</li>
</ol>
3. 电极阵列脑植入手术操作
<ol>
	<li>微电极阵列必须预先灭菌（本研究使用了32根直径为50 µm的钨丝）， 图3A）。将动物置于含有异氟烷麻醉剂（5%，氧气流速0.5 L/min）的隔离盒中2，遵循机构批准的方案。</li>
	<li>将动物从盒子中取出，并使用异氟烷麻醉鼻罩（1% 异氟烷，0.5 L/min 氧气）维持其处于麻醉状态2）。肌肉注射阿托品，剂量为0.05 mg/kg。使用抗感染液体配合刀片剃除动物头部毛发。5分钟后，腹腔注射70 mg/kg的氯胺酮，同时肌肉注射3 mg/kg的赛拉嗪。</li>
	<li>将动物置于多功能立体定位仪中的加热垫上，温度维持在 37 ± 0.2 °C，同时通过吸入式异氟烷（1%–5%，氧气流速 0.5 L/min）进行麻醉2）。插入直肠传感器，用于控制加热垫，同时使用另一直肠传感器监测直肠温度（PO2 饱和度和心率。确保血氧饱和度高于95%，心率在200-300次/分钟之间。 
	注意：在整个手术过程中应持续监测这些参数，并在必要时调整异氟烷浓度。</li>
	<li>将无菌眼用润滑剂涂抹于动物眼部，并用无菌手术巾覆盖动物。 
	注意：以下所有外科手术操作均须在无菌条件下进行。</li>
	<li>打开动物头部区域的手术视野，并使用缝线（4-0）将皮肤固定。在动物颅骨皮下注射20%利多卡因，沿头部皮肤做纵向切口（约1.5 cm），随后剥离颅骨骨膜。用过氧化氢清洁骨面。</li>
	<li>将前囟和后囟调整至同一水平面，以提高开颅的准确性，尤其是在同时记录多个脑区时（本研究记录了腹侧被盖区、杏仁核、伏隔核、海马和前额叶皮层）。 图3B).</li>
	<li>使用机器人钻孔机标记钻孔位置，并在距离开颅部位较远的颅骨不同位置植入3至4个螺钉，注意勿穿透硬脑膜图3C，D).</li>
	<li>进行手动颅骨切除术19，使用牙科钻头以最高速度钻开颅骨切口的边缘，以暴露脑部目标区域（图3E).</li>
	<li>去除骨骼，用无菌生理盐水保留硬脑膜，然后去除硬脑膜。 
	注意：在提取硬脑膜的整个过程中需格外小心，以防止脑组织损伤，否则可能影响深度的准确性。</li>
	<li>将电极阵列的电极置于颅骨开窗位置，并缓慢下移电极阵列，直至最深位置的电极轻轻接触脑组织。使用一根导线将电极接地，导线放置于颅骨表面，并围绕四个螺钉布置图3F). 
	注意：请参见动物模型中神经外科植入物的培训19 使用替代受试对象。</li>
	<li>每隔100 µm插入电极，直至目标位置，并使用牙科水泥固定，使连接器牢固地固定在颅骨上且不接触皮肤。 
	注意：务必小心，避免将牙科水泥滴落到脑组织或连接针孔中。</li>
	<li>皮下注射曲马多（5 mg/kg）和恩诺沙星（5 mg/kg），以及口服布洛芬（5 mg/kg），每日两次，连续三天。 
	注意：在动物麻醉恢复期间，至少一小时内每5-10分钟监测一次。确保动物在侧卧时能够自行恢复正常体位，可维持胸腹卧姿，并能对环境刺激（如移动笼具）产生自发性运动反应。</li>
</ol>
<img alt="使用电极阵列靶向脑区；神经科学研究中的定位示意图与手术图像。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67005/67005fig03.jpg" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="图3"> 
图3：微电极阵列植入。（A）包含32根50 µm钨丝的微电极阵列，用于前肢核和下肢核前额叶皮层（Prelimbic 和 Infralimbic PFC）、腹侧被盖区（VTA）、杏仁核（AMY）、伏隔核（NAcc）和海马（hipc）。（B）显示脑区靶点、前囟（bregma）和后囟（lambda）的大鼠颅骨。（C）开颅及固定螺钉的钻孔位置。（D）用于支撑微电极阵列植入体及开颅结构的螺钉示意图。（E）去除硬脑膜后的颅骨开窗。（F）微电极插入脑组织。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67005/67005fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
4. 蛋白质-蛋白质相互作用及神经元记录
<ol>
	<li>非常小心地将头端连接到大鼠颅骨上的连接器植入物。 
	注意：在进行任何实验操作前，需让动物在相应的测试房间和记录舱内适应 10 分钟，连续 3 天，以尽量减少应激反应。 
	此步骤至关重要，可避免损坏头端公连接器的微针或颅骨上的牙科丙烯酸树脂。在清醒动物中将头端连接至颅内植入物时，需进行 3 次每次 10 分钟的适应性操作。第一次：让动物习惯被握在手掌中，用拇指和食指轻轻支撑其头部，身体紧贴实验者。用另一只手在动物头部及连接器区域做轻柔且重复的动作，直到动物适应操作。第二次：引入头端装置，并模拟连接过程进行轻微、轻柔的动作。逐渐增加接触，直到动物适应对齐过程中施加在头部的轻微压力。第三次：在稳固固定动物头部的同时完成连接过程，但仍允许轻微的自然活动以防止应激。如果动物移动头部，应暂停操作，用手掌将动物握住，头部置于手指之间，重新建立适应状态。待其平静后，再重新开始连接过程。 
	如有需要，可将动物置于含有异氟烷麻醉气体（5% 溶于 0.5 L/min O2）的箱中以辅助连接。若使用麻醉进行头端连接，需等待异氟烷完全洗脱，以免影响PPI行为和脑部活动。</li>
	<li>打开神经数据采集系统，并确保其通过连接至音频检测器或麦克风的微控制器或TTL信号发生器接收声学刺激信号。启动在步骤1.6中已预先测试过的串口开源记录器。 
	注意：根据实验室设备条件不同，这些同步程序可能有所差异。</li>
	<li>使用电生理采集软件开始采集电生理信号（包括动作电位和局部场电位）以及加速度计数据。 
	注意：检查输入信号，调整增益设置，以避免信号削波或无法检测到动作电位波形，并设定合适的动作电位检测阈值。根据所使用的记录系统和采集数据类型，增益和阈值可能仅能在在线模式下进行调节。确保低频信号（LFP）滤波设置通常为 0.5 Hz 至 100 Hz，高频信号（动作电位）通常为 300 Hz 至 5000 Hz，以及低频噪声（通常为 50/60 Hz）的滤波参数正确设定，以便后续进行离线分析。</li>
	<li>将动物暴露于白噪声背景（约 68 dB）中 7 分钟，期间随机呈现所有类型的脉冲刺激，每种类型重复 10 次（图 4）。图 4 展示了本方案中使用的五种脉冲类型：脉冲 1（75 dB 预脉冲，30 ms 间隔，120 dB 脉冲）、脉冲 2（85 dB 预脉冲，30 ms 间隔，120 dB 脉冲）、脉冲 3（75 dB 预脉冲，100 ms 间隔，120 dB 脉冲）、脉冲 4（85 dB 预脉冲，100 ms 间隔，120 dB 脉冲）和脉冲 5（120 dB 单脉冲）。</li>
	<li>记录会话结束后，关闭采集软件并断开头端连接器。</li>
</ol>
<img alt="白噪声实验示意图，显示随机脉冲变化，说明分贝水平和持续时间。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67005/67005fig04.jpg" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="图4"> 
图4：听觉刺激类型。 实验中随机呈现了持续7分钟的白噪声，包含5种预脉冲+脉冲组合。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67005/67005fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
5. 电生理学与行为学分析
<ol>
	<li>在信号处理平台中导入包含脑部数据、加速度和声学刺激的原始数据。提取以每个声学刺激为中心的片段（epochs）。</li>
	<li>对均值进行相应归一化，以便在不同动物之间比较数值。将单个脉冲（本方案中的脉冲5）作为最大反应，并将其他脉冲的反射幅度以此值为基准进行归一化。</li>
	<li>将脉冲5的惊跳幅度视为100%，其余脉冲的幅度则表示为相对于脉冲5的函数。 
	​注：惊跳幅度通过三轴加速度计（x、y、z轴）的均方根（RMS）计算得出（图5A），用于表示惊跳反应的强度（图5B），结果为一组 n 个数值。RMS 是一种数学公式20，其定义如下： 
	<img alt="惊跳分析的均方根方程；科学数据分析用公式图像。" src="/files/ftp_upload/67005/67005eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="方程1"> 
	ax = 加速度计x轴，ay = 加速度计y轴，az = 加速度计z轴 
	t = 声学刺激开始后200 ms 
	n = 采集的数据点数 
	计算脉冲1至4相对于脉冲5的RMS惊跳百分比公式如下： 
	<img alt="PPI计算公式；RMS脉冲比较；方程；教学用途；定量分析。" src="/files/ftp_upload/67005/67005eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="方程2"> 
	RMSpulse = 脉冲1、2、3、4的RMS惊跳值 
	RMSpulse5 = 脉冲5的RMS惊跳值</li>
	<li>利用发送至神经数据采集系统的TTL信号，分析声学刺激前后对应的脑部数据及反射反应。</li>
</ol>
<img alt="地震反应图；均方根振幅，声刺激对加速度随时间的影响。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67005/67005fig05v2.jpg" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="图 5"> 
图 5：三轴加速度计数据与均方根（RMS）。（A）在6分钟基线期及随机白噪声80 PPI刺激期间记录的代表性三轴加速度计（x、y、z轴（g））数据。（B）由三个加速度计轴（x、y、z，灰色高亮列，于B中展开）计算惊跳反应的均方根（RMS）值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67005/67005fig05largev2.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

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<li>Carcea, I., Insanally, M. N., Froemke, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+auditory+cortical+activity+during+behavioural+engagement+and+auditory+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Dynamics of auditory cortical activity during behavioural engagement and auditory perception.</a> Nat Commun. 8, 14412(2017).</li>
<li>Rosa, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Routine+post-weaning+handling+of+rats+prevents+isolation+rearing-induced+deficit+in+prepulse+inhibition%5BTitle%5D)+AND+%22Braz+J+Med+Biol+Res%22%5BJournal%5D)">Routine post-weaning handling of rats prevents isolation rearing-induced deficit in prepulse inhibition.</a> Braz J Med Biol Res. 38 (11), 1691-1696 (2005).</li>
</ol>

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

本方案介绍了一种用于研究自由活动Wistar大鼠前脉冲抑制任务的自制行为学实验箱，同时可记录脑部数据（本示例中为局部场电位和锋电位活动）。该实验箱可使用神经科学研究实验室中常见的组件构建并进行定制，因此成本低廉且易于获取。此类自制解决方案还可在实验设计和个性化设置方面提供更高的灵活性。
使用DIY系统可以观察到诸多优势，包括成本低廉和操作简便。开源软件和硬件支持新协议的构建与测试，有助于其在多种应用中推广使用。然而，DIY系统也存在缺点和局限性，例如与更先进的微控制器或单板计算机相比，处理能力较弱，这可能限制其在需要多个输入传感器（例如高采样率传感器）的复杂且计算密集型应用中的使用。
关于现有方法的重要性，该方法能够使用集成传感器和用于数据采集与分析软件的自动化惊跳舱，重现商业系统的设置，并提供详细分析，从而实现对PPI更一致且可靠的测量。为了测试行为箱的准确性，将此开源行为箱的数据与商业系统的加速度计数据进行了比较。基准测试结果显示，在时间精度和惊跳幅度方面具有一致性，表明利用廉价的DIY材料研究Wistar大鼠社会隔离相关...

被诊断为精神分裂症（SCZ）的个体常表现出感觉运动障碍。这些患者通常对感觉刺激的反应减弱，并难以从多种感觉输入中区分出相关信息1,2。对于健康个体而言，在给予较强刺激之前先给予较弱刺激，会减弱对较强刺激通常产生的惊吓反射3。这种现象被称为前脉冲抑制（prepulse inhibition, PPI），已被用于研究精神分裂症患者及精神分裂症动物模型中的感觉门控缺陷4。
在声学PPI任务中，将个体对单一强声脉冲（例如，约120 dB）引起的惊吓反应，与同一强声脉冲前短时间内（30至500 ms）出现一个较弱刺激（例如，约65 dB）时的惊吓反应进行比较3,4。在健康个体中，当较弱的预脉冲先于强脉冲出现时，强脉冲引发的惊吓反应会减弱（与仅呈现单一强脉冲时的惊吓反应相比）。这种现象在精神分裂症（SCZ）患者中受到破坏，即使在强脉冲前呈现了较弱的预脉冲，他们的惊吓反应抑制程度仍较低1,5,6,7,8。
与精神分裂症（SCZ）患者类似，中脑边缘多巴胺系统过度活跃的大鼠也表现出声学前脉冲抑制（PPI）减弱9，这使得该范式成为研究精神分裂症动物模型中行为和生理改变的有用工具。通常，商用PPI设备包含一个声学舱，舱内配有传感器、扬声器以及用于设定实验参数（如脉冲间间隔和刺激强度）、记录啮齿类动物惊吓反应并处理数据的软件。然而，商用系统通常定制化选项有限且价格昂贵。自行构建灵活科研装置的“DIY”（自己动手做）方法正在增加研究人员对设备的可及性，并促进知识的传播10。在研究前脉冲抑制（PPI）等感觉运动门控机制时，DIY方案必须考虑若干关键因素以确保其有效性与可靠性。这些关键因素包括设计规格、环境与光照控制、声音衰减、刺激呈现系统、行为测量传感器以及数据采集与分析系统。
针对不同功能，人们已开发出多种行为箱的DIY解决方案，例如操作性舔舐实验11、听觉辨别任务12，以及前肢功能研究13。尽管已有多种DIY方法聚焦于视频追踪14，但此类数据的分析需要较高的计算资源。一种开源的硬件与软件平台可用于构建低成本的PPI行为箱，既能灵活地开展定制化实验15，16，17，又能同步记录自由活动动物的神经元活动。
本文介绍了一种利用低成本平台开发行为箱以评估前脉冲抑制（PPI）的方法，用于研究断乳后隔离大鼠模型——一种导致出现类似精神分裂症（SCZ）症状的早期生命应激模型，该方法还可与同步脑电生理记录联合使用。

<table><tbody><tr><td>亚克力盒</td><td>定制</td><td></td><td>5 mm 厚亚克力板，尺寸为 20 cm × 25 cm × 25 cm</td></tr><tr><td>粘性橡胶防震垫</td><td>Gorilla grit</td><td>MPU6050&amp;nbsp;</td><td>直径 0.8&quot;，高 0.38&quot;。用于稳定亚克力盒并隔离外部振动的橡胶垫。由于亚克力盒下方装有 MPU6050，垫子高度应大于 5 mm。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Arduino Uno</td><td>Arduino</td><td>ATmega328P&amp;nbsp;</td><td>基于 ATmega328P 的 Arduino 微控制器板，具有 14 个数字输入/输出引脚、6 个模拟输入和 16 MHz 的时钟频率。</td></tr><tr><td>Cedrus 刺激追踪器（音频检测器）</td><td>Cedrus</td><td>https://cedrus.com/stimtracker/index.htm</td><td>Cedrus 刺激追踪器可检测声学刺激，并向加速度计数据发送 TTL 标记。</td></tr><tr><td>Cineplex 研究系统</td><td>Plexon</td><td>https://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/</td><td>同步记录动物行为视频与电生理数据。</td></tr><tr><td>氰基丙烯酸酯胶水</td><td></td><td>MPU6050</td><td>用于将 MPU6050 牢固粘接在亚克力盒底部的强力胶。</td></tr><tr><td>数字声级计</td><td></td><td></td><td>实验前用于校准刺激参数的分贝计。</td></tr><tr><td>IBM SPSS</td><td>SPSS（社会科学统计软件包，美国）</td><td></td><td>IBM SPSS 统计分析软件平台。</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td>https://www.mathworks.com/products/matlab.html</td><td>用于数据分析、算法开发和模型构建的 MATLAB 平台。</td></tr><tr><td>微型不锈钢螺钉</td><td></td><td></td><td>直径 1.2 mm、长度 4 mm 的眼镜用螺钉。</td></tr><tr><td>微电极阵列</td><td>实验室自制</td><td></td><td>采用 Omnetics 连接器和加州精细线材公司（California Fine Wire）生产的涂有聚对二甲苯的 50 微米钨丝。</td></tr><tr><td>麦克风</td><td></td><td></td><td>用于同步采集声学刺激与电生理数据的麦克风。</td></tr><tr><td>MPU-6050</td><td>InvenSense</td><td>https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/</td><td>MPU-6050 是一款三轴陀螺仪和三轴加速度计&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>多通道数据采集处理器&amp;nbsp;</td><td>Plexon</td><td>SPIKE/LFP</td><td>Plexon MAP 系统，用于采集神经电生理数据（SPIKE/LFP）及辅助通道信号（麦克风、TTL 标记、加速度计）。</td></tr><tr><td>NeuroExplorer</td><td>Nex&amp;nbsp;</td><td>https://www.neuroexplorer.com/</td><td>用于分析连续记录信号和时间戳（如脉冲序列、行为事件）的 NeuroExplorer 数据分析程序。</td></tr><tr><td>Neuroexplorer</td><td>Nex Technolgie</td><td>https://www.neuroexplorer.com/</td><td>用于 SPIKE 和 LFP 神经生理数据的分析软件。</td></tr><tr><td>Offline Sorter</td><td>Plexon</td><td>https://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842</td><td>用于离线脉冲分类的软件。</td></tr><tr><td>OffLineSorter</td><td>Offline Sorter</td><td>https://plexon.com/products/offline-sorter/</td><td>Offline Sorter 是一款离线脉冲分类软件</td></tr><tr><td>直肠式兽用 SpO2 传感器</td><td>KTMED</td><td>FS-03</td><td>适用于小型动物的 SpO2 传感器</td></tr><tr><td>带状电缆</td><td></td><td></td><td>用于连接 MPU6050 与 Arduino 的细带状电缆。</td></tr><tr><td>Roboti 钻机</td><td>Neurostar</td><td>https://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/</td><td>与 Neurostar 立体定位仪配合使用的机器人钻机。可用手动钻替代。</td></tr><tr><td>扬声器</td><td></td><td></td><td>扬声器频率范围为 100 至 40 kHz，强度可达 150 dB。</td></tr><tr><td>立体定位仪</td><td>Neurostar</td><td></td><td>用于啮齿类动物神经外科手术的立体定位装置</td></tr></tbody></table>

开发用于评估精神疾病动物模型中脉冲前抑制及神经活动的行为箱

Developing a Behavioral Box for Assessing Prepulse Inhibition and Neural Activity in Psychiatric Animal Models

生命早期的痛苦经历被认为是神经发育障碍的潜在前兆。在动物模型中研究这一状况的方法之一是断奶后社会隔离。研究表明，啮齿类动物在生命早期经历的这种痛苦会导致类似精神分裂症患者所观察到的神经改变，包括前额叶皮层体积减小、树突棘密度降低以及腹侧被盖区多巴胺能活动增强。前脉冲抑制（PPI）范式是一种用于评估人类和动物模型中感觉门控缺陷的成熟方法。PPI 是指当一个较强的声学刺激（例如 120 dB 脉冲）之前出现一个较弱的声学前刺激（例如 65 dB 脉冲）时，对前者引起的惊跳反射会受到抑制。这种现象在精神疾病患者及其动物模型中常常减弱。本文介绍了一种构建用于 PPI 研究的行为箱的实验方案，使研究人员能够使用一种可及且成本较低的精神分裂症动物模型，并实现行为箱与该模型神经活动记录（如电生理记录）的同步。该定制化行为箱能有效检测自由活动啮齿类动物在经历断奶后隔离后所产生的惊跳反应，并支持同时进行神经记录的 PPI 评估。

预脉冲抑制在脉冲1和3与脉冲5（仅120 dB）之间无差异，但在脉冲2和4之间显示出统计学差异（p &lt; 0.05）(图6)。
<img alt="PPI 百分比柱状图，实验数据分析中显示统计学显著性。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67005/67005fig06.jpg" data-altupdatedat="1762425657000" data-alt="Figure 6"> 
图6：五种脉冲类型对听觉刺激的平均反应幅度。 脉冲1和脉冲3的PPI%与脉冲5无显著差异。脉冲2和脉冲4（*）的PPI%与脉冲5有显著差异。误差线表示标准误。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/6...

本方案介绍了一种基于微控制器的行为学检测箱，通过采集置于箱体下方传感器的加速度数据，评估 Prepulse 抑制（PPI）。该数据用于分析社交隔离大鼠的感觉门控缺陷，并额外提供一种将数据与神经元活动同步的方法，以推动关于行为障碍的神经生理学研究。

早期生活压力被认为是神经发育障碍的潜在前兆。研究动物模型中这一状况的一种方法……

本方案概述了一种简便的方法，用于评估精神分裂症动物模型，专为无需编程或电子技术背景的行为学研究人员设计。我们构建了一个低成本的行为学实验箱，用于评估因早期生活压力导致神经发育障碍的大鼠的前脉冲抑制效应。近年来，利用前脉冲抑制测试的精神疾病动物模型研究进展，主要集中于理解精神分裂症等疾病中所见的感觉门控缺陷。这包括利用基因改造、神经影像学和药理学干预来研究前脉冲抑制的破坏，最终改善诊断和治疗方法。我们希望本实验方案能够推广在精神分裂症动物模型中对前脉冲抑制的研究，使从事该疾病分子、行为和生理学方面研究的实验室能够借此推动对这一复杂精神障碍的理解。首先，制作一个丙烯酸透明箱体，用于容纳一只自由活动且连接有有线头戴装置的大鼠。使用自粘橡胶垫将亚克力盒与振动隔离，并将加速度计固定在下方，确保不与其他部件接触。使用电烙铁将带状电缆直接焊接到加速度计电路板的四个针孔上：VCC、GND、SCL 和 SDA。清洁亚克力板的中心区域以及加速度计的平面基板。然后，将丝带电缆的另一端连接到微控制器上，将VCC连接至3.3伏，GND连接至GND，SCL连接至SCL，SDA连接至SDA。接下来，使用厚度为15毫米、边长为80厘米的中密度纤维板构建一个带前开门的隔音室。将扬声器置于亚克力箱上方20厘米处，确保前置放大器和电缆具有充分的活动范围。将计算机的音频输出连接至微控制器板。使用通用串行总线电缆，将微控制器板连接至计算机。然后，在计算机上打开微控制器板的集成开发环境软件。选择相应的微控制器板、COM端口和波特率后，打开程序文件，编译并将代码上传至微控制器板。点击监视器的串行端口以检查是否有数据传入。然后，关闭开发环境软件。现在，将数字声级计放置于动物将被放入的亚克力箱内。播放声学刺激，并调节声级计的检测范围，以校准计算机发送的刺激强度。然后，打开首选的开源软件以从串行端口采集并保存数据。配置软件设置，包括 COM 端口、微控制器板和波特率。单击“连接”以读取原始数据或图表视图。然后，单击“保存”以开始记录实验数据。将电极阵列植入大鼠脑内后，小心地将前置放大器连接至大鼠颅骨上的连接器植入物。接着，打开神经信号采集系统，并确认其通过连接至音频检测器或麦克风的微控制器或TTL信号发生器接收到来自声学刺激的数据。启动之前设置的开源串口记录器。现在，使用电生理信号采集软件来收集电生理和加速度计数据。将动物暴露于白背景噪声中持续七分钟，随机呈现所有类型的脉冲刺激，每种脉冲类型重复10次。记录会话结束后，关闭数据采集软件。然后，小心地将头戴式连接器从动物颅骨上的植入装置上断开。为了进行电生理和行为学分析，将包含脑活动、加速度和声学刺激的原始数据导入信号处理平台。提取每个声学刺激为中心的EPICS。然后对均值进行标准化，以实现动物间的比较。将单个脉冲的反应设为最大反应，并以此值为基准对其他脉冲的反射反应进行归一化。最后，将脉冲5的惊跳振幅定义为100%，并将对其他脉冲的反应表示为相对于脉冲5振幅的函数。局部场电位分析显示，刺激后在前边缘皮层和下边缘皮层中未观察到显著的功率调制，而腹侧被盖区、杏仁核、伏隔核和海马等脑区在delta、theta和alpha频段的功率谱密度降低，并表现出明显的beta频段调制。商用和自制加速度计均表现出一致的振幅和时间相关数据，各设备之间的基线读数和惊跳反应振幅高度一致。

developing-behavioral-box-for-assessing-prepulse-inhibition-neural

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

开发用于评估精神病学动物模型中前脉冲抑制和神经活动的行为框

我们描述了一种创伤后应激障碍（PTSD）的大鼠模型，该模型揭示了神经内分泌功能的持续性改变以及延迟出现的长期过度恐惧反应，这些特征与PTSD患者的表现一致。本文所述的动物模型和方法可用于关联脑核团中的生物标志物（具有机制性意义但无法在患者中检测）与外周白细胞中的生物标志物（可检测）。...

用于揭示创伤后应激障碍神经、血液学及行为相关性的动物模型中的生物标志物

习惯化和前脉冲抑制是感觉门控的操作性测量指标。感觉门控在精神分裂症以及其他一些精神障碍和神经退行性疾病中受到破坏。本文介绍了一种标准实验方案，用于评估大鼠和小鼠对声音惊吓反应的短期与长期习惯化以及前脉冲抑制。...

啮齿类动物听觉惊吓的适应性与脉冲前抑制

本方案描述了在大鼠进行学习与记忆任务时，如何暂时且远程地抑制离散脑区中神经元活动的方法。该方法结合了药理遗传学（仅由设计药物激活的设计受体）与一种行为范式（感觉预条件），旨在区分学习过程中的不同组分。...

一种在学习特定阶段远程抑制啮齿类动物神经活动的方法

穿梭箱回避学习在行为神经科学中已有充分研究。本方案描述了如何将啮齿类动物的穿梭箱学习与特定脑区的皮层内微刺激（ICMS）以及同步的慢性体内记录相结合，作为一种研究学习与感知多个方面的工具。...

结合穿梭箱训练与皮层电生理记录及刺激作为研究感知与学习的工具

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。...

刺激间隔时长在啮齿类动物时间感知能力评估中的重要性

我们介绍了三种用于评估大鼠及其他小型哺乳动物不同形式冲动行为的实验方案。跨期选择程序用于评估个体对延迟结果的价值贴现倾向。低反应率差异强化和特征阴性辨别分别用于评估在有或无不当反应惩罚条件下动物的反应抑制能力。...

评估大鼠不同冲动行为表现的三种实验方法

本文介绍了一种诱导独特的大鼠双相情感障碍模型的实验方案，该模型可同时表现出类似躁狂和类似抑郁的行为。...

建立双相情感障碍的大鼠模型

我们描述了一种用于反复观察小鼠小胶质细胞和循环单核细胞的方法 体内...

一种用于慢性双光子成像的薄颅窗技术 体内 神经炎症模型中鼠类小胶质细胞的成像

本方案中描述的实验程序表明，睾酮给药以及关于睾酮的民间观念可能与截然相反的社会行为相关。...

结合行为内分泌学与实验经济学：睾酮与社会决策

本视频展示了一种方法，该方法结合了电穿孔技术和共聚焦显微镜技术，用于对发育中的斑马鱼前脑中的单个神经前体细胞进行活体成像。体内水平上对前脑神经前体细胞在克隆水平的发育过程分析可通过此方法实现。...

延时活体成像观察发育中斑马鱼前脑内克隆相关神经前体细胞

学习使用基于微控制器的行为箱评估社会隔离大鼠的前脉冲抑制，以研究精神分裂症相关的感觉门控缺陷。该方法整合加速度计数据与神经活动记录，为行为神经科学和精神病学研究提供可靠工具。

开发用于评估精神疾病动物模型中脉冲前抑制及神经活动的行为箱

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