Entwicklung einer Verhaltensbox zur Bewertung der Präpulshemmung und der neuronalen Aktivität in psychiatrischen Tiermodellen

Summary

Dieses Protokoll stellt eine Mikrocontroller-basierte Verhaltensbox dar, um die Prepuls-Inhibition (PPI) zu bewerten, indem Beschleunigungsdaten von einem Sensor unter der Box gesammelt werden. Diese Daten bewerten sensorische Gating-Defizite bei sozial isolierten Ratten, mit einer zusätzlichen Methode zur Synchronisierung von Daten mit neuronaler Aktivität, um neurophysiologische Studien zu Verhaltensstörungen voranzutreiben.

Abstract

Stress im frühen Leben wird als potenzieller Vorläufer von neurologischen Entwicklungsstörungen angesehen. Ein Ansatz, um diese Erkrankung in Tiermodellen zu untersuchen, ist die soziale Isolation nach der Entwöhnung. Es wurde gezeigt, dass diese frühe Belastung bei Nagetieren zu neuralen Veränderungen führt, die denen bei Patienten mit Schizophrenie ähneln, einschließlich eines verminderten präfrontalen Kortexvolumens, einer verminderten dendritischen Dornendichte und einer erhöhten dopaminergen Aktivität im ventralen tegmentalen Bereich. Das Prepuls-Inhibitions-Paradigma (PPI) ist eine etablierte Methode zur Beurteilung von sensorischen Gating-Defiziten sowohl in Human- als auch in Tiermodellen. PPI bezieht sich auf die Unterdrückung des Schreckreflexes auf einen stärkeren akustischen Reiz (z. B. 120 dB-Impuls), wenn ihm ein schwächerer akustischer Vorreiz (z. B. 65 dB-Impuls) vorausgeht. Dieses Phänomen ist bei psychiatrischen Patienten und Tiermodellen psychiatrischer Störungen oft reduziert. In diesem Artikel wird ein Protokoll zum Aufbau einer Verhaltensbox für PPI-Studien vorgestellt, das die Verwendung eines zugänglichen, kostengünstigen Tiermodells für Schizophrenie und die Synchronisierung der Verhaltensbox mit neuronalen Aufzeichnungen aus dem Modell (z.B. elektrophysiologische Aufzeichnungen) ermöglicht. Diese maßgeschneiderte Verhaltensbox erkannte effektiv Schreckreaktionen und erleichterte die PPI-Bewertung mit gleichzeitiger neuronaler Aufzeichnung bei sich frei verhaltenden Nagetieren, die nach der Entwöhnung isoliert wurden.

Introduction

Personen, bei denen Schizophrenie (SCZ) diagnostiziert wurde, weisen häufig sensomotorische Defizite auf. Eine verminderte Reaktion auf sensorische Stimulation und Schwierigkeiten, relevante Informationen aus verschiedenen sensorischen Eingaben zu erkennen, werden bei diesen Patienten häufig berichtet ^1,2. Bei gesunden Menschen verringert die Abgabe eines schwächeren Stimulus vor einem stärkeren den üblichen Schreckreflex auf den stärkeren Reiz³. Dieses Phänomen ist als Präpuls-Hemmung (PPI) bekannt und wurde verwendet, um sensoris....

Protocol

Die Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt. Dieses Projekt wurde von der Ethikkommission des CEUA Santos Dumont Instituts genehmigt (Zulassungsnummer 04/2016). Für den PPI-Test wurden 35 Wistar-Ratten (3 Monate alt, 290-490 g; 19 Männchen und 16 Weibchen) einzeln in der PPI-Box bewertet. Alle 35 Ratten wurden nach der Entwöhnung einem Isolationsprotokoll unterzogen, bei dem sie einzeln unter einem 12/12-stündigen Lichtzyklus bei einer Temperatur von 23 °C und 70 % Luftfeuchtigkeit in einer kontrollierten Einrichtung mit ad libitum Zugang zu Futter und Wasser untergebracht wurden. Ein....

Results

Die Präpulshemmung zeigte keinen Unterschied für Impuls 1 und 3 im Vergleich zu Impuls 5 (nur 120 dB), aber einen statistischen Unterschied für Impuls 2 und 4 (p < 0,05) (Abbildung 6).

Abbildung 6: Durchschnittliche Antwortamplituden auf den auditiven Reiz in den fünf Art.......

Discussion

Dieses Protokoll stellte eine DIY-Verhaltensbox vor, um Prepuls-Hemmungsaufgaben bei frei verhaltenden Wistar-Ratten zu untersuchen und gleichzeitig Gehirndaten aufzuzeichnen (in diesem Beispiel das lokale Feldpotenzial und die Spike-Aktivität). Die Box kann mit Komponenten gebaut und angepasst werden, die üblicherweise in neurowissenschaftlichen Labors zu finden sind, und ist somit zugänglich und kostengünstig. Solche DIY-Lösungen ermöglichen auch mehr Flexibilität bei der Gestaltung un.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acryl-Box	Sonderanfertigung		5 mm dicke Acrylplatte, 20 cm x 25 cm x 25 cm
Selbstklebende Gummipuffer	Gorilla-Körnung	MPU6050	Durchmesser 0,8" und Höhe 0,38". Gummipads zur Stabilisierung der Acrylbox und zur Isolierung von äußeren Vibrationen. Die Höhe sollte mehr als 5 mm betragen, da sich unter der Box MPU6050 befindet.
Arduino Uno	Arduino	ATmega328P	Arduino-Mikrocontroller-Board auf Basis des ATmega328P mit 14 digitalen Ein-/Ausgangspins, 6 analogen Eingängen und einer Taktfrequenz von 16 MHz.
Cedrus Stim-Tracker (Audio-Detektor)	Cedrus	https://cedrus.com/stimtracker/index.htm	Der Cedrus Stim-Tracker erkennt akustische Reize und sendet TTL-Marker an die Daten des Beschleunigungsmessers.
Cineplex Forschungssystem	Plexon	https://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/	Aufzeichnung des Videos des Tieres, synchronisiert mit elektrophysiologischen Daten.
Cyanoacrilat-Kleber		MPU6050	Sekundenkleber, um den MPU6050 unter der Schachtel fest zu befestigen.
Digitales Schallhebelmessgerät			Dezibel-Messgerät zur Kalibrierung der vor dem Experiment eingestellten Stimuli.
IBM SPSS	SPSS (Statistisches Paket für die Sozialwissenschaften, USA)		IBM SPSS Statistics-Softwareplattform.
Matlab (Englisch)	MathWorks (Englisch)	https://www.mathworks.com/products/matlab.html	MATLAB-Plattform für Datenanalyse, Algorithmenentwicklung und Modellerstellung.
Mikro-Edelstahlschraube			Brillenschrauben mit 1,2 mm Durchmesser und 4 mm Länge.
Mikroeletroden-Array	Hauseigene Sonderanfertigung		Es verwendet einen Omnetics-Stecker und Wolfram-Drähte mit 50 Mikrometern, die mit Parylene von California Fine Wire beschichtet sind.
Mikrofon			Mikrofon zur Erfassung akustischer Stimulation, die mit elektrophysiologischen Daten synchronisiert ist.
Artikel-Nr.: MPU-6050	InvenSense	https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/	MPU-6050 ist ein 3-Achsen-Gyroskop und ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser
Multichannel-Akquisitionsprozessor	Plexon	SPITZE/LFP	MAP Plexon zur Erfassung neuronaler elektrophyiologischer Daten SPIKE/LFP und auxiliärer Kanäle (Mikrofon, TTL-Marker, Beschleunigungsmesser).
NeuroForscher	Nex	https://www.neuroexplorer.com/	NeuroExplorer Datenanalyseprogramm mit kontinuierlich aufgezeichneten Signalen und Zeitstempeln (Spike-Züge, Verhaltensereignisse)
Neuroforscher	Nex Technologie	https://www.neuroexplorer.com/	Software für die neurophysiologische Datenanalyse von SPIKE und LFP.
Offline-Sortierer	Plexon	https://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842	Software für die Offline-Spike-Sortierung.
OffLineSorter	Offline-Sortierer	https://plexon.com/products/offline-sorter/	Offline Sorter ist eine Offline-Spike-Sortiersoftware
Rektaler Veterinär-SpO2-Sensor	KTMED	FS-03	SpO2-Sensor für Kleintiere
Flachbandkabel			Dünnes Flachbandkabel zum Anschluss MPU6050 an Arduino.
Roboter-Bohrer	Neurostar	https://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/	Roboterbohrer, der mit Neurostar stereotaktisch verwendet wird. Er kann durch einen manuellen Bohrer ersetzt werden.
Lautsprecher			Der Lautsprecher hat einen Bereich von 100 bis 40 kHz und eine Intensität von bis zu 150 dB.
Stereotaktische Apparatur	Neurostar		Stereotaktisches Mittel für die Neurochirurgie bei Nagetieren