Entwicklung einer Verhaltensbox zur Bewertung der Präpulshemmung und der neuronalen Aktivität in psychiatrischen Tiermodellen
July 22nd, 2025
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.
Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode zur Bewertung von Tiermodellen der Schizophrenie, die für Verhaltensforscher ohne Programmier- oder Elektronikkenntnisse entwickelt wurde. Wir haben eine kostengünstige Verhaltensbox entwickelt, um die Präpulshemmung bei Ratten zu bewerten, die von neurologischen Entwicklungsproblemen betroffen sind, die auf Stress im frühen Leben zurückzuführen sind. Jüngste Fortschritte in psychiatrischen Tiermodellen, die den Präpuls-Inhibitionstest verwenden, konzentrieren sich auf das Verständnis von sensorischen Gating-Defiziten, die bei Störungen wie Schizophrenie beobachtet werden.
Dazu gehören genetische Veränderungen, Neuroimaging und pharmakologische Interventionen zur Untersuchung von Störungen der Prepuls-Hemmung, um letztendlich die Diagnostik und Therapien zu verbessern. Wir hoffen, dass unser Protokoll die Untersuchung der Präpulshemmung in Tiermodellen der Schizophrenie populär machen wird, und Labore, die molekulare, verhaltensbezogene und physiologische Aspekte der Krankheit untersuchen, es nutzen können, um zum Verständnis dieser komplexen psychiatrischen Störung beizutragen. Bauen Sie zunächst eine transparente Acrylbox, in der eine sich frei verhaltende Ratte untergebracht werden kann, die mit einem verdrahteten Kopftisch ausgestattet ist.
Verwenden Sie selbstklebende Gummipads, um die Acrylbox vor Vibrationen zu schützen und den Beschleunigungssensor darunter ohne Kontakt mit anderen Teilen zu befestigen. Löten Sie mit einem Lötkolben ein Flachbandkabel direkt an die vier Nadellöcher auf der Beschleunigungsmesserplatine. VCC, GND, SCL und SDA.
Reinigen Sie die Mitte des Acryls und die flache Frontplatte des Beschleunigungsmessers. Verbinden Sie dann das gegenüberliegende Ende des Flachbandkabels mit dem Mikrocontroller, indem Sie VCC an 3,3 Volt, GND an GND, SCL an SCL und SDA an SDA anschließen. Als nächstes konstruieren Sie eine schalldichte Kammer mit einer Fronttür aus 80 Zentimeter Kanten aus 15 Millimeter dicken mitteldichten Faserplatten.
Positionieren Sie einen Lautsprecher 20 Zentimeter über der Acrylbox und stellen Sie sicher, dass die Kopfbühne und das Kabel einen vollen Bewegungsspielraum haben. Verbinden Sie den Audioausgang des Computers mit der Mikrocontroller-Platine. Verbinden Sie die Mikrocontroller-Platine über ein universelles serielles Buskabel mit dem Computer.
Öffnen Sie dann die integrierte Entwicklungsumgebungssoftware für die Mikrocontroller-Platine auf dem Computer. Nachdem Sie die entsprechende Mikrocontrollerplatine, den COM-Port und die Baudrate ausgewählt haben, öffnen Sie die Datei sketch, kompilieren Sie sie und laden Sie den Code auf die Mikrocontrollerplatine hoch. Klicken Sie auf den seriellen Anschluss des Monitors, um nach eingehenden Daten zu suchen.
Schließen Sie dann die Software für die Entwicklungsumgebung. Positionieren Sie nun einen digitalen Schallpegelmesser in der Acrylbox, in der das Tier platziert werden soll. Spielen Sie die akustischen Reize ab und passen Sie den Erfassungsbereich auf dem Schallpegelmesser an, um die vom Computer gesendeten Stimuluspegel zu kalibrieren.
Öffnen Sie dann die bevorzugte Open-Source-Software zum Abrufen und Speichern von Daten über die serielle Schnittstelle. Konfigurieren Sie die Softwareeinstellungen, einschließlich des COM-Anschlusses, der Mikrocontroller-Platine und der Baudrate. Klicken Sie auf Verbinden, um Rohdaten oder die Diagrammansicht zu lesen.
Klicken Sie dann auf Speichern, um mit der Aufzeichnung der Experimentdaten zu beginnen. Nachdem Sie das Elektrodenarray in das Gehirn der Ratte implantiert haben, verbinden Sie den Kopftisch vorsichtig mit dem Verbindungsimplantat am Schädel der Ratte. Schalten Sie dann das neuronale Datenerfassungssystem ein und bestätigen Sie, dass es Daten von den akustischen Reizen entweder über den Mikrocontroller oder einen TTL-Generator empfängt, der mit dem Audiodetektor oder Mikrofon verbunden ist.
Aktivieren Sie den zuvor eingerichteten Open-Source-Recorder für serielle Ports. Verwenden Sie jetzt eine Elektrophysiologie-Erfassungssoftware, um elektrophysiologische Daten und Beschleunigungsmesserdaten zu sammeln. Setzen Sie das Tier sieben Minuten lang weißem Hintergrundrauschen aus, wobei alle Arten von Impulsen nach dem Zufallsprinzip dargestellt werden, wobei jeder Impulstyp 10 Mal wiederholt wird.
Schalten Sie am Ende der Aufnahmesitzung die Aufnahmesoftware aus. Trennen Sie dann vorsichtig den Kopfstecker vom Implantat am Schädel des Tieres. Um elektrophysiologische und Verhaltensanalysen durchzuführen, importieren Sie die Rohdaten mit Gehirnaktivität, Beschleunigung und akustischen Reizen in eine Signalverarbeitungsplattform.
Extrahieren Sie EPICS, die sich auf jeden akustischen Stimulus konzentrieren. Normalisieren Sie dann die Mittelwerte, um einen Vergleich zwischen Tieren zu ermöglichen. Stellen Sie die Reaktion auf einen einzelnen Impuls als maximale Reaktion ein und normalisieren Sie die Reflexantworten auf andere Impulse relativ zu diesem Wert.
Definieren Sie abschließend die Schreckamplitude für Impuls 5 als 100 % und stellen Sie die Reaktionen auf andere Impulse als Funktion der Amplitude des Impulses 5 dar. Die lokale Feldpotentialanalyse zeigte keine signifikante Leistungsmodulation im prälimbischen und infralimbischen Kortex nach der Stimulation, während Bereiche wie der ventrale tegmentale Bereich, die Amygdala, der Nucleus accumbens und der Hippocampus eine verringerte Leistungsspektrumdichte in den Delta-, Theta- und Alpha-Banden zeigten, mit einer bemerkenswerten Beta-Modulation. Sowohl kommerzielle als auch DIY-Beschleunigungssensoren zeigten konsistente amplituden- und zeitbasierte Daten, wobei die Basiswerte und die Amplituden der Schreckreaktion eine enge Ausrichtung zwischen den Geräten zeigten.
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Überblick
Dieses Protokoll beschreibt eine mikrocontrollerbasierte Verhaltensbox, die entwickelt wurde, um die Prepulse Inhibition (PPI) bei sozial isolierten Ratten zu bewerten und zielt darauf ab, sensorische Gating-Defizite im Zusammenhang mit psychiatrischen Störungen wie Schizophrenie zu evaluieren. Durch die Synchronisierung von Beschleunigungsdaten mit neuronaler Aktivität strebt diese Studie an, die neurophysiologische Forschung zu Verhaltensstörungen voranzutreiben.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Verhaltensneurowissenschaften
- Modelle psychiatrischer Störungen
- Neurophysiologie
Hintergrund
- Untersucht den Prepulse-Inhibitionstest, der historisch in der Schizophrenieforschung verwendet wurde.
- Hebt die Bedeutung des sensorischen Gatings und dessen Defizite bei psychiatrischen Erkrankungen hervor.
- Konzentriert sich auf neurobiologische Entwicklungsprobleme, die durch Stress im frühen Leben entstehen.
- Zielt darauf ab, das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Verhalten und Neurophysiologie zu verbessern.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines benutzerfreundlichen Protokolls, das Verhaltensbewertung mit neuronaler Datenerfassung integriert.
- Förderung einer breiteren Nutzung des Prepulse-Inhibitions-Modells in der Schizophrenieforschung.
- Verbesserung der Diagnostik und therapeutischen Ansätze für sensorische Gating-Defizite.
Verwendete Methoden
- Eine mikrocontrollerbasierte Verhaltensbox wird verwendet, um Daten von Beschleunigungssensoren bei frei beweglichen Ratten zu sammeln.
- Das Modell konzentriert sich auf sozial isolierte Ratten, um für Schizophrenie relevante Effekte zu untersuchen.
- Umfasst den Bau schalldichter Kammern und den Anschluss verschiedener elektronischer Komponenten.
- Die Datenerfassung umfasst Verhaltens- und elektrophysiologische Messungen während der Stimulansexposition.
Hauptergebnisse
- Erkennbare signifikante Leistungsmodulation in bestimmten Hirnarealen nach Stimulation, was unsere Fähigkeit demonstriert, neurophysiologische Veränderungen zu notieren.
- Sowohl kommerzielle als auch DIY-Beschleunigungsmesser lieferten zuverlässige Messungen von Schreckreaktionen.
- Die Übereinstimmung der Basislinien-Messungen und Schreckamplituden über verschiedene Geräte hinweg zeigte eine hohe Konsistenz in der Datenverarbeitung.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie erleichtert das Verständnis der sensorischen Verarbeitung in Tiermodellen, die für Schizophrenie und andere Verhaltensstörungen relevant sind.
- Durch das Anbieten eines zugänglichen experimentellen Ansatzes kann das Protokoll für weitere Untersuchungen von Verhaltens- und physiologischen Interaktionen übernommen werden.
- Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Einbeziehung sowohl verhaltensbezogener als auch neuronaler Bewertungen in der psychiatriebezogenen Forschung.
