Behavioral Bestimmung des Stimulus-Pair-Diskriminierung von Auditory Akustische und elektrische Reize mit einem klassischen Konditionierung und Herzfrequenz-Ansatz

Die Anwendung einer klassischen Konditionierung Angst Verhaltensstörungen Paradigma für die auditive prothetischen Forschungen an Ratten beschrieben. Dieses Paradigma stellt einen Mechanismus zur Identifizierung sowohl Erkennung und Unterscheidung zwischen, deutliche akustische und elektrische Reize mittels Herzfrequenz als Zielparameter.

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, Regionen für die Stimulation des Cochlea-Kerns und Muster der neuronalen Stimulation zu identifizieren, die Frequenzempfindungen erzeugen, die vom Tier unterscheidbar sind. Zunächst wurde ein Herzfrequenzmessgerät implantiert, mit dem die physiologischen Reaktionen des Tieres gemessen werden können. Als nächstes wird eine neuronale Elektrode, durch die eine Stimulation an das auditorische System abgegeben werden kann, in den Cochlea-Kern implantiert.

Dann wird das Tier darauf konditioniert, Frequenzunterschiede in den präsentierten Tönen zu erkennen und eine physiologische Reaktion hervorzurufen. Abschließend wird das Tier auf die Erkennung verschiedener Orte und Muster der Neurostimulation des auditorischen Systems getestet. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die zeigen, welche Bereiche des Cochlea-Kerns am besten für die Stimulation von Hörprothesen und Stimulationsmustern geeignet sind.

Am besten geeignet für den Einsatz in solchen Geräten durch die Identifizierung von Orten und Stimulationsmustern, die konsistent unterschiedliche Frequenzempfindungen erzeugen. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie z.B. der neuronalen Stimulation und Aufzeichnung in einem Akutpräparat, besteht darin, dass es möglich ist, Stimulationsziele und -techniken zu identifizieren, die tatsächlich vom Tier unterschieden und erkannt werden. Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie zur Behandlung von Taubheit, bei der Cochlea-Implantate nicht verwendet werden können, entweder aufgrund einer Beeinträchtigung der Cochlea oder einer Schädigung des Hörnervs.

Diese Technik hilft dabei, Stimulationsstrategien zu bestimmen, die die normale akustische Verarbeitung am besten nachahmen. Beginnen Sie drei bis fünf Tage nach der Implantation des Elektrokardiogramm-Telemetriegeräts mit der Implantation der Hirnelektrode, indem Sie zuerst eine Analgesie und ein Anästhetikum verabreichen. Sobald die Anästhesie bestätigt wurde, rasieren Sie den Kopf des Tieres und wischen Sie ihn mit Betadin-Waschalkohol und dann mit Betadine ab.

Lege das Tier auf einen homöo-thematischen Teller. Heben Sie das Tier an, positionieren Sie es zwischen den Ohrbügeln und schieben Sie den ersten Ohrbügel in die externe Akustikhalterung. Verriegeln Sie die erste Ohrstange.

Schieben Sie dann die zweite Ohrstange mit einer Rattenzahnzange in Position. Öffnen Sie den Kiefer des Tieres und haken Sie die oberen Schneidezähne über den Zahnhalter ein. Sobald Sie in Position sind, schieben Sie den Nasenkegel über die Nase, um mit der Abgabe von Isof-Fluor zu beginnen, die für die Dauer der Operation fortgesetzt wird.

Nachdem Sie den Parietalknochen freigelegt haben, schrubben Sie die Oberfläche mit 20%iger Peroxidlösung. Bohren Sie auf einem Mullkissen ein etwa zwei Millimeter im Quadrat großes Loch in die laterale äußerste Ausdehnung des interparietalen Knochens. Spülen Sie das Loch mit steriler Kochsalzlösung, um Knochen, Staub oder Knochenfragmente zu entfernen, die die Elektrode beschädigen könnten, bohren Sie ein kleines Loch in den linken Scheitelknochen und den rechten Zwischenschäftein.

Schrauben Sie als Nächstes eine Schraube aus Chirurgenstahl in jedes Loch, wobei Sie etwa 0,5 Millimeter zwischen dem Kopf jeder Schraube und dem Schädel lassen. Befestigen Sie den Kupplungslautsprecher an der linken hohlen Ohrstange. Bringen Sie den Elektrodenmanipulator mit einem Cato-Rostralwinkel von 10 Grad über der Öffnung in Position.

Machen Sie dann mit der Spitze einer Nadel einen Schnitt in die Dura auf der Sagittalebene. Führen Sie die Elektrode manuell etwa zwei Millimeter in die Oberfläche des Gehirns ein. Verbinden Sie die Schrauben mit der Masse und den Referenzelektrodenpunkten des hochohmigen Kopftisches.

Stellen Sie sicher, dass der Verstärker eingeschaltet ist. Versiegeln Sie dann die Aufnahmekammer und beginnen Sie mit der zyklischen Abgabe von gefiltertem Rauschen im unteren Mittel- und Hochfrequenzband mit der maximalen Übertragungsrate von einem Burst alle 200 Millisekunden. Überwachen Sie die neuronale Aktivität an jedem Kanal, um Reaktionen auf Rauschen zu erkennen. Präsentation.

Fahren Sie mit dem Einführen der Elektrode fort, bis sich entweder der gesamte eingefügte Abstand acht Millimetern nähert oder bis Reaktionen auf Rauschpräsentationen zu sehen sind. Wenn der Cochlea-Kern erreicht wurde, sollten die Stellen an der Spitze der Elektrode hauptsächlich auf hochfrequente Reize reagieren. Fahren Sie mit dem Einführen der Elektrode fort, bis die Spitze erkannt wird.

Reaktionen auf niederfrequente Reize oder auditive Aktivität treten nicht mehr auf. Wenn die Aktivität nachlässt, ist die Elektrode möglicherweise vollständig durch den Cochlea-Kern verlaufen und es kann notwendig sein, die Elektrodenplatzierung zu überarbeiten. Erstellen Sie eine Frequenzamplitudengangkarte der Neuronen an den Elektrodenstellen, indem Sie reine Töne in Frequenzschritten über den gewünschten Frequenzbereich bei Amplituden von einem bis 70 Dezibel mit 10 Wiederholungen jedes Stimulus präsentieren.

Um das Hirngewebe und die Elektrode zu schützen, tragen Sie eine dünne Schicht Silikonelastomer etwas oberhalb der freiliegenden Elektrodenschäfte auf, so dass das Elastomer an den Schäften herunterfließt und sowohl die Schäfte als auch die freiliegende Oberfläche des Gehirns bedeckt. Um die Elektrode zu fixieren, tragen Sie Zahnzement auf, verbinden Sie den Elektrodenmassedraht mit den Schrauben und tragen Sie weiteren Zahnzement auf, um die Festigkeit zu erhöhen. Sobald der Zement ausgehärtet ist, nähen Sie den Schnitt um die Elektrode herum und legen Sie den Käfig für 24 Stunden auf ein Heizkissen, damit sich das Tier erholen kann.

Nachdem Sie das Telemetriegerät aktiviert haben, setzen Sie das Tier in die Prüfkammer und lassen Sie es fünf Minuten lang akklimatisieren, bevor es mit der Konditionierung beginnt. Um die Konditionierungsprozedur durchzuführen, geben Sie ein zufällig ausgewähltes Mitglied des akustischen Stimuluspaares wiederholt in 250-Millisekunden-Ausbrüchen ab, die durch 250 Millisekunden Stille für 80 bis 170 Sekunden getrennt sind. Jede Stimulationspräsentation muss eine Anstiegs- und Abfallzeit von 10 Millisekunden haben.

Um zu vermeiden, dass ein Klick wahrgenommen wird, beginnen Sie mit dem Wechseln. Das zweite Mitglied des akustischen Stimuluspaares und das erste präsentiert jeden Ton für 250 Millisekunden, gefolgt von einer 250-Millisekunden-Stille. Verabreichen Sie nach 9,5 Sekunden der zehnsekündigen Periode der abwechselnden Tonpräsentation einen Fußschock von 0,5 Millisekunden und stoppen Sie dann die Tonpräsentation für 30 Sekunden, damit sich die Herzfrequenz stabilisieren kann.

Setzen Sie diesen Vorgang fort, bis 48 Zyklen des Verfahrens abgeschlossen sind. Um sicherzustellen, dass jedes Tonpaar für die Analyse ausreichend wiederholt wird, stellen Sie sicher, dass jedes Tonpaar mindestens viermal präsentiert wird. Nachdem Sie das Kabel für die neuronale Stimulation angebracht und das Telemetriegerät unter Isofluran-Anästhesie aktiviert haben, lassen Sie das Tier sich 10 Minuten lang erholen und in der Testkammer akklimatisieren, bevor Sie testen.

Um die Konditionierung des Vortages aufrechtzuerhalten, geben Sie wie zuvor beschrieben ein abwechselndes akustisches Reizpaar ab, gefolgt von einem Fußschock von 0,5 Millisekunden. Nachdem Sie die Herzfrequenz stabilisieren konnten, geben Sie ein zufällig ausgewähltes Mitglied eines elektrischen Stimuluspaares wiederholt in 250-Millisekunden-Ausbrüchen ab, getrennt durch 250 Millisekunden Stille für 80 bis 170 Sekunden. Beginnen Sie dann, das zweite Mitglied des elektrischen Stimuluspaares abzuwechseln, wobei das erste jeden Ton 250 Millisekunden lang präsentiert, gefolgt von einer Stille von 250 Millisekunden für insgesamt 10 Sekunden.

Wiederholen Sie den Zyklus mit dem nächsten zufällig ausgewählten Elektrostimulationspaar, bis mindestens 20 Versuche jedes Paares in zufälligen Abständen durchgeführt wurden. Fügen Sie ein akustisches Stimuluspaar ein, um die Konditionierung aufrechtzuerhalten. Wenn der Test abgeschlossen ist, deaktivieren Sie das Telemetriegerät, lösen Sie das Stimulationskabel und bringen Sie das Tier in sein Zuhause zurück.

Hier ist die elektrophysiologische Reaktion einer korrekt platzierten Elektrode dargestellt. Jedes Histogramm stellt Daten für eine Frequenz an einer Elektrodenstelle dar, und jede Spalte stellt einen Zeitraum von 25 Millisekunden auf beiden Schäften des Elektrodenarrays dar. Reaktionen werden an jeder einzelnen Elektrodenstelle nur als Reaktion auf ein recht schmales Frequenzband detektiert, aber diese schmalen Bänder sind über einen breiten Frequenzbereich verteilt.

Eine solche Verteilung ist optimal, da viele unterschiedliche frequenzassoziierte Regionen des Gehirns unabhängig voneinander stimuliert werden können. Im Idealfall sollten Elektrodenplatzierungen dazu führen, dass neuronale Reaktionen auf akustische Reize auf mehreren Kanälen mit einer Schallamplitude von nur 10 Dezibel erkannt werden, wie es in dieser elektrophysiologischen Reaktion bei Kanal 10 auftritt. Hier ist gezeigt, dass die elektrophysiologische Reaktion über eine schlecht platzierte Elektrode an den Spitzen jedes Schaftes des Elektrodenarrays auftritt, aber es gibt nur eine geringe Variation in der akustischen Reizfrequenz, die Aktivität an jeder Elektrodenstelle hervorruft.

Eine solche Implantation ermöglicht nicht die Stimulation einer bestimmten Frequenzschicht für die Diskriminierungsprüfung. Hier werden einzelne Kurven und mittlere Herzfrequenz-Proportionaldaten von acht Sekunden vor bis acht Sekunden nach Beginn der wechselseitigen elektrischen Reizpräsentation gezeigt. Diese Daten wurden während der siebten Testsitzung gesammelt und umfassten 12 elektrische Stimuluspräsentationen.

Eine signifikante Abnahme der Herzfrequenz tritt schnell nach der Einführung des zweiten neuronalen Stimulus auf, gefolgt von einem signifikanten Anstieg der Herzfrequenz, was darauf hindeutet, dass das Tier den Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Stimulus erkannt hat. Der Grad des Fehlers und die Varianz der Reaktion werden im proportionalen Mittelwert plus Standardfehlerdiagramm angezeigt, und die Signifikanz des Einbruchs und Anstiegs nach der zweiten Reizpräsentation kann anhand von 95%-Konfidenzintervallen überprüft werden. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass alle äußeren Reize, die das Tier wahrnehmen kann, zu Veränderungen der Herzfrequenz führen können, die die Variabilität der Ergebnisse erhöhen. eine konsistente und gut isolierte Umgebung, um diese Auswirkungen nach seiner Entwicklung zu minimieren. Diese Technik ebnet Forschern auf dem Gebiet der Bionik den Weg, bessere Wege zu erforschen, um das Gehirn in einer Vielzahl von sensorischen Systemen elektrisch zu stimulieren, um verhaltensrelevante Reaktionen zu liefern.