Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Kraften i Interstimulus intervall för bedömning av Temporal bearbetning i gnagare

Published: April 19, 2019 doi: 10.3791/58659
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Program in Behavioral Neuroscience, Department of Psychology, University of South Carolina

Summary

Temporal bearbetning, en preattentive process, kan ligga bakom underskott i högre kognitiva processer, inklusive uppmärksamhet, vanligt förekommande i neurokognitiva störningar. Med Repulse hämning som ett föredöme paradigm, presenterar vi ett protokoll för att manipulera interstimulus intervall (ISI) att fastställa formen på funktionen ISI att ge en bedömning av temporal bearbetning.

Abstract

Temporal bearbetning underskott har varit inblandade som en potentiell elementärt dimension av högre kognitiva processer, vanligt förekommande i neurokognitiva störningar. Trots popularisering av Repulse hämning (PPI) under de senaste åren främja många nuvarande protokoll använder en procent av kontrollåtgärd, därmed utgör hinder för bedömningen av temporal bearbetning. Föreliggande studie används cross-modal PPI och gap Repulse hämning (gap-PPI) för att demonstrera fördelarna med att anställa en rad interstimulus intervall (ISIs) för att avgränsa effekterna av sensorisk modalitet, psykostimulantia exponering och ålder. Bedömning av sensorisk modalitet, psykostimulantia exponering och ålder visar nyttan av ett tillvägagångssätt som varierande interstimulus intervallet (ISI) för att fastställa formen på funktionen ISI, inklusive ökar (skarpare kurva Böjningar) eller minskar (flackare av svar amplitud kurvan) i spritta amplitud. Dessutom avslöjas ofta förskjutningar i topp svar hämning, tyder på en differentiell känslighet för manipulering av ISI. Således, systematisk manipulation av ISI ger en viktig möjlighet att utvärdera temporal behandling, som kan avslöja de underliggande neurala mekanismerna involverade i neurokognitiva störningar.

Introduction

Temporal bearbetning underskott har varit inblandade som en potentiell underliggande neural mekanism för förändringar i högre kognitiva processer som vanligt förekommande i neurokognitiva störningar. Repulse hämning (PPI) av auditiv skrämsel svar (ASR) är en translationell experimentella paradigm som vanligen används för att undersöka temporal bearbetning underskott, avslöjar djupgående förändringar i neurokognitiva störningar såsom schizofreni1, uppmärksamhet underskott hyperactivity disorder2 och HIV-1 tillhörande neurokognitiva störningar3,4. Specifikt, har bedömningar av temporal bearbetning i prekliniska modeller av HIV-1 avslöjat den allmängiltigheten, relativa beständighet, och föreslog Diagnostiktillbehöret ppi över majoriteten av djurens funktionella livslängd3,4 ,5,6.

Användning av ett tillvägagångssätt som varierande interstimulus intervall (ISI; dvs, tiden mellan Repulse och skrämsel stimulans) i analysen av reflex modifiering har anor från Moskvas i 18637. Banbrytande studier av reflex modifiering, ett mått på sensomotoriska gating, anställd tillvägagångssätt varierande ISI att bedöma flexor svar och audition i grodor7,8, liksom reflexartat svar i människor9. Den första kliniska tillämpningen av förfarandet för reflex modifiering bedömas visuellt känslighet i en man med hysteriska blindhet10. Över ett sekel efter de första rapporterna reflex modifiering populariserades att närma sig av varierande ISI över en rad nyskapande papper11,12,13. Trots de inneboende skillnaderna i inflytelserika studierna på reflex modifiering (dvs art, experimentella rutiner, reflexer) etablerade de en tidsmässigt som var slående lik mellan arter.

Utvärdering av Repulse hämning med en metod som varierande ISI, som beskrivs i detta protokoll, har flera fördelar över den populariserade procenten av kontrollstrategi. Första metoden ger möjlighet att fastställa formen på funktionen ISI, inklusive ökningar (skarpare kurva Böjningar) eller minskar (flackare svar amplitud kurvan)3,15 i skrämsel amplitud, samt skiftar i topp pekar av svar hämning3,5. Dessutom, när en strategi varierande ISI är anställd, är skrämsel svar en relativt stabil fenomen1, tyder på potentiella nyttan av metoden i longitudinella studier undersöker utvecklingen av neurokognitiva brister5 , 15. Slutligen PPI ger en viktig möjlighet att förstå den underliggande neurala kretsen inblandade i neurokognitiva störningar16.

I vår studie har anställt vi två experimentella paradigm (figur 1), inklusive cross-modal PPI och gap Repulse hämning (gap-PPI), för att utvärdera nyttan av en strategi som varierande ISI att avgränsa effekterna av sensorisk modalitet, psykostimulantia exponering, och ålder. Cross-modal PPI experimentella paradigm använder presentationen av ett extra stimulus (t.ex., tonen, ljus, luft puff) som en diskret prestimulus före en akustisk häpnadsväckande stimulans. I skarp kontrast, i gap-PPI experimentella paradigm, fungerar avsaknad av en bakgrund (t.ex., borttagning av bakgrund buller, ljus, eller luft puff) som en diskret prestimulus. Här beskriver vi både experimentella paradigm för bedömning av temporal bearbetning, samt statistiska metoder för analys av PPI och gap-PPI. I diskussionen jämförde vi de slutsatser som man skulle dra från variabeln ISI strategi och den populariserade procenten av kontrollstrategi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alla djur protokoll var granskad och godkänd av djur vård och användning kommittén vid University of South Carolina (federala försäkran nummer: D16-00028).

1. definiera parametrar och kalibrering av skrämsel apparaten

  1. Ställa in skrämsel svar systemet (se Tabell för material) enligt tillverkarens anvisningar.
    1. Omslut skrämsel plattformen med en 10 cm tjock dubbelväggig isolering skåp.
  2. Kalibrera svar känsligheten använder skrämsel kalibrering systemet.
  3. Bifoga den högfrekventa högtalaren 30 cm ovanför djur innehavaren.
    1. Mät och kalibrera högtalaren med en ljudnivåmätare genom att placera mikrofonen inuti hållaren för djur.
  4. Anbringa ett vitt LED ljus (22 lux) på väggen framför animaliskt innehavaren.
    1. Mäta de lux presenteras som en visuell Repulse använder en ljusmätare.
  5. Anslut en halvstyv plaströr (0.64 mm diameter) till en komprimerad luft tank via ett flygbolag regulator.
    1. Ange lufttank till 16 psi för presentation av taktil prestimuli.
    2. Använd en ljudnivåmätare för att mäta mängden buller genom den taktila stimulansen inuti röret, 2,5 cm från slutet av innehavaren av djur. Om du använder flera kamrar, se till att alla avdelningar är kalibrerade på samma sätt.
      Obs: För att förhindra den taktila stimulansen att uppfattas som en akustisk stimulans, måste ljudet av den luft puff Repulse vara mindre än eller lika med vitt brus bakgrunden. I den nuvarande strukturen avges den luft puff Repulse 70 db(A) inuti röret medan vit bakgrundsljud var också inställd på 70 db(A).

2. skapande av experimentella program

  1. Öppna programvaran spritta Response System (se Tabell för material).
  2. Klicka på definitioner och välj definiera rättegång.
  3. Definiera en puls-bara ASR rättegång.
    Obs: Puls-bara ASR rättegång drivs under tillvänjning session, och 6 gånger i början av varje cross-modal PPI och gap-PPI session för tillvänjning.
    1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
    2. Registrera Data.
    3. Ange analogt till 720.
    4. Definiera längden vänta som 20 ms.
    5. Införa bakgrund.
    6. Avslutas rättegången.
    7. Hit acceptera för att spara rättegången.
  4. Klicka på definitioner och välj definiera rättegång.
  5. Skapa sex separata prov definitioner för akustiska PPI, inklusive en prövning för varje ISI (dvs 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Skapa en rättegång definition för 0 ms ISI för akustiska PPI.
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Registrera Data.
      3. Ange analogt till 720.
      4. Tilldela vänta längd 20 ms.
      5. Införa bakgrund.
      6. Avslutas rättegången.
      7. Hit acceptera för att spara rättegången.
    2. Skapa återstående rättegång definitioner för ISIs med både en prestimulus och en stimulans (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Ställa in Analog till 600 0 MS att införa prestimulus.
      3. Tilldela den vänta längd 20 ms att ange längden på prestimulus.
      4. Ställa in Analog till 440 20 MS ta bort prestimulus.
      5. Definiera längden vänta beroende av ISI.
        Obs: Definiera vänta längden som: 10 ms för de 30 ms ISI, 30 ms för de 50 ms ISI, 80 ms för de 100 ms ISI, 180 ms för de 200 ms ISI, och 3980 ms för 4000 ms ISI. Endast en vänta längd ingår för varje ISI.
      6. Registrera Data.
      7. Ange analogt till 720.
      8. Tilldela vänta längd 20 ms.
      9. Införa bakgrund.
      10. Avslutas rättegången.
      11. Hit acceptera för att spara rättegången.
  6. Klicka på definitioner och välj definiera rättegång.
  7. Skapa sex separata prov definitioner för visuell eller taktil PPI, inklusive en prövning för varje ISI (dvs 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Skapa en rättegång definition för 0 ms ISI för visuell eller taktil PPI.
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Registrera Data.
      3. Aktivera den taktila.
      4. Ange analogt till 720 och vänta längden till 20 ms.
      5. Inaktivera taktila.
      6. Införa bakgrund.
      7. Avslutas rättegången.
      8. Hit acceptera för att spara rättegången.
    2. Skapa återstående rättegång definitioner för ISIs med både en prestimulus och en stimulans (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      Obs: Visuella och taktila kan inte köras samtidigt på grund av mjukvara och hårdvara begränsningar. Den modalitet som presenteras är beroende av ingången till hårdvaran (dvs. om ljuset eller den luft puff är ansluten).
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Aktivera taktila för att införa prestimulus.
        Obs: I detta fall taktil refererar till modalitet (dvs. antingen visual eller luft puff) som är ansluten till hårdvaran.
      3. Ange önskad vänta till 20 ms.
      4. Inaktivera taktila ta bort prestimulus.
      5. Ställa in analoga på 440 20 MS.
      6. Definiera längden vänta beroende av ISI.
        Obs: Definiera vänta längden som: 10 ms för de 30 ms ISI, 30 ms för de 50 ms ISI, 80 ms för de 100 ms ISI, 180 ms för de 200 ms ISI, och 3980 ms för 4000 ms ISI.
      7. Registrera Data.
      8. Ange analogt till 720.
      9. Tilldela vänta längd 20 ms.
      10. Införa bakgrund.
      11. Avslutas rättegången.
      12. Hit acceptera för att spara rättegången.
  8. Klicka på definitioner och välj definiera rättegång.
  9. Skapa sex separata prov definitioner för akustiska gap-PPI, inklusive en prövning för varje ISI (dvs 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Skapa en rättegång definition för 0 ms ISI för akustiska gap-PPI.
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Registrera Data.
      3. Ange analogt till 720 och vänta längden till 20 ms.
      4. Införa bakgrund.
      5. Avslutas rättegången.
      6. Hit acceptera för att spara rättegången.
    2. Skapa återstående rättegång definitioner för ISIs med både en prestimulus och en stimulans (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Ställa in Analog 0 0 MS att införa prestimulus.
      3. Tilldela den vänta längd 20 ms att ange längden på prestimulus.
      4. Ställa in Analog till 440 20 MS ta bort prestimulus.
      5. Definiera längden vänta beroende av ISI.
        Obs: Definiera vänta längden som: 10 ms för de 30 ms ISI, 30 ms för de 50 ms ISI, 80 ms för de 100 ms ISI, 180 ms för de 200 ms ISI, och 3980 ms för 4000 ms ISI.
      6. Registrera Data.
      7. Ange analogt till 720.
      8. Tilldela vänta längd 20 ms.
      9. Införa bakgrund.
      10. Avslutas rättegången.
      11. Hit acceptera för att spara rättegången.
  10. Klicka på definitioner och välj definiera rättegång.
  11. Skapa sex separata prov definitioner för visuell eller taktil gap-PPI, inklusive en prövning för varje ISI (dvs 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Skapa en rättegång definition för 0 ms ISI för visuell eller taktil gap-PPI.
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Aktivera den taktila.
      3. Registrera Data.
      4. Ange analogt till 720 och vänta längden till 20 ms.
      5. Införa bakgrund.
      6. Avslutas rättegången.
      7. Hit acceptera för att spara rättegången.
    2. Skapa återstående rättegång definitioner för ISIs med både en prestimulus och en stimulans (dvs., 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Skriv en rättegång namn. Tryck Enter.
      2. Aktivera den taktila.
      3. Ange analogt nivå 0 ms.
      4. Inaktivera taktila.
      5. Ange önskad vänta till 20 ms.
      6. Aktivera den taktila.
      7. Ange analogt till 440.
      8. Definiera längden vänta beroende av ISI.
        Obs: Definiera vänta längden som: 10 ms för de 30 ms ISI, 30 ms för de 50 ms ISI, 80 ms för de 100 ms ISI, 180 ms för de 200 ms ISI, och 3980 ms för 4000 ms ISI.
      9. Registrera Data.
      10. Ange analogt till 720.
      11. Tilldela vänta längd 20 ms.
      12. Införa bakgrund.
      13. Avslutas rättegången.
      14. Hit acceptera för att spara rättegången.
  12. Välj definitioner och definiera Session.
    1. Skapa en tillvänjning session.
      1. Ställa in bakgrunden Analog till 440, antalet spela in prover till 200 proverna per sekund till 2000, acklimatisering perioden till 5 min och sekvens upprepningarna till 36.
      2. Skriv 10 i rutan intertrial intervall (ITI).
      3. Klicka på Lägg till och välj endast puls-ASR rättegången.
      4. Klicka på spara spara tillvänjning sessionen.
  13. Välj definitioner och definiera Session.
  14. Definiera sessionen för Cross-Modal PPI.
    1. Ställa in bakgrunden Analog till 440, antalet spela in prover till 200 proverna per sekund till 2000, acklimatisering perioden till 5 min och sekvens upprepningarna till 1.
    2. Definiera listan intertrial intervall (ITI).
      1. Skriv 10 i första 5 ITI listrutorna.
      2. Skriv en variabel ITI (15-25 s) i rutorna nästa 72 ITI lista, som representerar prövningar med en prestimulus.
    3. Klicka på Lägg till.
      1. Välj endast puls-ASR rättegången och laddar det 6 gånger för prövningar 1-6.
      2. Skapa 6-rättegång block för varje prestimulus modalitet som använder en Latin Square design (tabell 1).
      3. Load 6-rättegång block i en ABBA counterbalanced ordning av presentation (t.ex., akustiska, visuella, visual, akustiska, akustiska, etc.) för cross-modal PPI.
        Obs: Varje prövning måste laddas individuellt.
        Obs: Varje cross-modal PPI session omfattar totalt 78 studier.
    4. Klicka på spara spara sessionen.
  15. Välj definitioner och definiera Session.
    1. Definiera sessionen för Gap-PPI.
      1. Ställa in bakgrunden Analog till 440, antalet spela in prover till 200 proverna per sekund till 2000, acklimatisering perioden till 5 min och sekvens upprepningarna till 1.
      2. Definiera listan intertrial intervall (ITI).
        1. Skriv 10 i första 5 ITI listrutorna.
        2. Skriv en variabel ITI (15-25 s) i rutorna nästa 36 ITI lista, som representerar prövningar med en prestimulus.
      3. Klicka på Load för att ladda prövningar.
        1. Välj endast puls-ASR rättegången och laddar det 6 gånger för prövningar 1-6.
        2. Skapa 6-rättegång block för varje prestimulus modalitet som använder en Latin Square design (tabell 1).
      4. Klicka på spara spara sessionen.
        Obs: Varje lucka-PPI session omfattar totalt 42 studier. Varje session bedömer en sensorisk modalitet.

3. protokollet struktur

  1. Använda F344/N råttor stam, vanligaste inavlade råtta stam, för bedömningar.
    Obs: Cross-modal PPI och gap-PPI kan utföras hos djur vid olika åldrar, av båda könen och oavsett hormonell status (dvs. ovariectomized, kastrerade, intakt). Detaljer om de djur som används i representativa data presenteras i de representativa resultat.
  2. Hantera djuren att möjliggöra för acklimatisering över ett antal dagar före början experiment.
  3. Slumpa ordning på djur för experiment beroende mellan-försökspersonernas faktorer av intresse (t.ex. biologiska kön, behandling).
  4. Öppna den skrämsel svar systemprogramvaran. Klicka på kör. Välj sessionen av intresse.
    Obs: endast en session utförs per dag och sessioner behöver genomföras i turordning (dvs tillvänjning, Cross-Modal PPI, Gap-PPI)
  5. Ange ett utfilnamet och klicka på OK.
  6. Ange ämne, gruppen och ID information och klicka på Fortsätt.
  7. Placera djuret in i skrämsel apparaten med en djur kapsling som är mest lämplig för storleken på djuret. Klicka på OK för att påbörja sessionen.
  8. Exportera data för analys.
    1. Klicka på rapporter | Sammanfoga Data. Ladda datafilen och klicka på Lägg till. Klicka på ASCII om du vill spara data utdata.

4. dataanalys

  1. Beräkna en justerad V. Max för varje prövning genom att subtrahera V. Max från Start-värdet.
    Obs: Justerade V. Max skapas ett mått av medelfrekvensen ASR amplitud.
  2. Grafiskt visualisera resultaten för tillvänjning session.
    1. Rita grupp medel och standardavvikelser av medelvärdet för varje prövning. Regressionsanalyser kan utföras och passar med 95% konfidensintervall.
  3. Grafiskt visualisera resultaten för tvärsnittsdata cross-modal PPI och gap-PPI.
    1. Beräkna medelvärden för varje ISI som medelvärdet över 6 prövningar individuellt för varje djur.
    2. Beräkna och rita grafer grupp medel och standardavvikelser av medelvärdet för varje ISI och sensorisk modalitet.
  4. Statistiskt analysera cross-modal PPI och gap-PPI (valfritt).
    Observera: Även om den exakta statistiska metoden blir beroende av experimentell design och forskningsfråga av intresse, en blandad-design upprepade åtgärder ANOVA ger en lämplig strategi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En framstående icke-monoton ISI funktion hos cross-modal PPI (siffror 2A, 3A, 4A) och gap-PPI (siffror 2B, 3B, 4B). Baslinjen skrämsel svar observerades vid 0 och 4000 ms ISIs, inkluderade som referens prövningar inom en testomgång. Vikten av de 4000 ms ISI inte kan underskattas, eftersom det liknar närmast PPI test prövningar (dvs, 30, 50, 100, 200 ms ISIs) däri föremål får båda de Repulse och häpnadsväckande stimuli. Dock observeras ingen signifikant minskning av ASR på 4000 ms ISI på grund av stora tidsintervallet mellan den Repulse och häpnadsväckande stimulansen. Antingen tillägg (dvs, cross-modal PPI) eller borttagning (dvs, gap-PPI) av en diskret prestimulus producerade robust hämning på 30, 50, 100 och 200 ms ISIs; hämning som var beroende av sensorisk modalitet, psykostimulantia exponering eller ålder. Kraften i metoden ISI avslöjas genom att undersöka dessa effekter på förändringar i funktionen ISI (dvs skarpare Böjningar av ISI kurvan, tillplattning av ISI kurva och förskjutningar i peka av maximal hämning).

Nyttan av ett tillvägagångssätt som varierande ISI för att beskriva effekterna av sensorisk modalitet i cross-modal PPI illustreras i figur 2A (F344/N styr mellan 8 och 10 månaders ålder, n= 20). På grund av maskinvara och programvara begränsningar, kan endast två prestimulus formerna bedömas på en gång. Efter tillvänjning användes samtidiga akustiska och visuella Repulse stimuli att undersöka PPI. Nästa, samtidiga akustiska och taktila Repulse stimuli användes för att bedöma PPI. Data för akustiska PPI presenteras från experimentella paradigm inklusive den samtidiga presentationen av akustiska och visuella prestimuli (dvs. visuella sammanhang). En framstående SKIFT i peka av maximal hämning är beroende av sensorisk modalitet, vilket tyder på en differentiell känslighet för manipulering av ISI. Specifikt, observeras maximal hämning på 30 ms ISI efter presentationen av en diskret akustisk prestimulus, på de 50 ms ISI efter presentationen av en diskret visuella prestimulus och på 200 ms ISI efter presentationen av en diskret taktil prestimulus. Dessutom observeras en plattare ISI funktion, tyder på en relativa okänslighet för manipulering av ISI, efter presentationen av en akustisk prestimulus i förhållande till en visuell eller taktil prestimulus. En upprepad åtgärder ANOVA genomfördes för att statistiskt analysera data, bekräftar våra observationer och avslöjar en betydande prestimulus modalitet x ISI interaktion [F(10,190) = 22,8, pGG≤0.001, ηp2= 0.546] med en framstående linjär-linjära komponent [F(1,19) = 36,1, p≤0.001, ηp2= 0,655]. Bland annat stod samspelet för en stor del av variansen inom modellen, framgår via åtgärder av ηp2.

Efter djurets upplevelse med varje prestimulus i cross-modal PPI bedömdes generaliserbarhet av sensorisk modalitet effekter i gap-PPI. Akustiska gap-PPI, visuella gap-PPI och taktila gap-PPI genomfördes varje separat. Figur 2B visar generaliserbarhet av varierande ISI för att beskriva effekterna av sensorisk modalitet. En framstående SKIFT i peka av maximal hämning, vilket tyder på en differentiell känslighet för manipulering av ISI, observerades i taktil gap-PPI (dvs 30 ms) i förhållande till akustiska gap-PPI och visuella gap-PPI (dvs 50 ms). Dessutom observerades en relativa okänslighet för manipulering av ISI, framgår av en relativt plattare ISI-funktion i taktil gap-PPI och visuella gap-PPI i förhållande till akustiska gap-PPI. Liksom i cross-modal PPI, en betydande prestimulus modalitet x ISI interaktion [F(10,190) = 17,6, pGG≤0.001, ηp2= 0,481] med en framstående linjär-kvadratisk komponent [F(1,19) = 58,5, p≤0.001, Ηp2= 0.755] avslöjades; en effekt som igen, står för en betydande andel av variansen.

Efter slutförandet av cross-modal PPI och gap-PPI oralt djur flera gånger själv metylfenidat (MPH). En post-test bedömning av cross-modal PPI med samtidiga akustiska och visuella prestimuli och akustisk gap-PPI genomfördes på cirka 14 månader ålder efter 22-27 dagar efter MPH exponering. Före respektive efter provningen ISI funktioner för akustiska PPI illustreras i figur 3A. Framför allt, på post-test bedömning observeras en relativ tillplattning av funktionen ISI, vilket tyder på en relativa okänslighet för manipulering av ISI i förhållande till pre-test bedömningen. Dessutom avslöjas en framstående SKIFT i peka av maximal hämning, med hämning vid 30 ms ISI under förtest bedömningen och de 100 ms ISI på post-test bedömningen, vilket tyder på en differentiell känslighet för manipulering av ISI. En upprepad-åtgärder ANOVA bekräftade dessa observationer, avslöjar en betydande test session x ISI interaktion [F(5,95) = 7,4, pGG≤0.003, ηp2= 0.280] med en framstående linjär-kvadratisk komponent [F (1,19) = 10.6, p≤0.004, ηp2= 0.358].

Efter post-test cross-modal PPI bedömningen, akustisk gap-PPI genomfördes för att bedöma generaliserbarhet av effekterna av psykostimulantia exponering på tidsmässiga bearbetning. Figur 3B visar generaliserbarhet av varierande ISI för att beskriva effekter av psykostimulantia exponering. Maximal hämning var på 50 ms ISI under både före respektive efter provningen bedömningen. Dock observerades en betydligt plattare ISI funktion efter MPH exponering. En upprepad-åtgärder ANOVA bekräftade dessa observationer, avslöjar en betydande test session x ISI interaktion [F (5, 95) = 3,6, pGG≤0.013, ηp2= 0.159] med en framstående linjär-cubic-komponent [F (1,19) = 9,1, p ≤0.007, ηp2= 0,325].

Form av funktionen ISI ger också en möjlighet att bedöma utvecklingen av temporal behandling oavsett ålder. I en longitudinell studie (F344/N kontroller, manliga: n= 20, kvinnliga: n= 17), cross-modal PPI med samtidiga akustiska och visuella prestimuli genomfördes varje sextio dagar från postnatal (PD) 30 till PD 150. Utvecklingen av temporal databehandling i visuella PPI illustreras i figur 4A. Inom visuell PPI är maximal hämning vid alla åldrar på de 50 ms ISI. Dock observeras en skarpare Böjningar av funktionen ISI över ålder, vilket tyder på en Perceptuell skärpa som uppstår med utveckling. En upprepad-åtgärder ANOVA, med sex som mellan-patienter faktor och ålder, ISI och rättegången som inom-patienter faktorer, bekräftade dessa observationer avslöjar en betydande ålder x ISI interaktion [F(10.350) = 12,6, pGG≤0.001, η p2= 0,265] med en framstående linjär-kvadratisk komponent [F(1,35) = 32.6, p≤0.001, ηp2= 0.482] och en betydande ISI x kön interaktion [F(5 175) = 4.0, pGG≤0.014, η p 2= 0,104] med en framstående kvadratisk komponent [F(1,35) = 5.2, p≤0.028, ηp2= 0.130].

Vid varje ålder genomfördes akustisk gap-PPI efter cross-modal PPI. Erfarenheter från ett djur har har en direkt inverkan på dess svar, vilket nödvändiggör användning av en sekventiell experimentell design (dvs alltid bedriva cross-modal PPI innan gap-PPI). Figur 4B visar utvecklingen av temporal databehandling, bedömt med akustisk gap-PPI. Vid PD 30 observerades en relativa okänslighet för manipulering av ISI, framgår av en plattare ISI-funktion, i förhållande till PD 90 eller PD 150. Observationer av funktionen skarpaste ISI PD 150 föreslår en Perceptuell skärpa som uppstår mellan utveckling. Dessutom avslöjas en framstående SKIFT i peka av maximal hämning, med maximal hämning förekommer vid 30 ms ISI PD 30 och 50 ms ISI på PD 90 och PD 150, vilket tyder på en differentiell känslighet för manipulering av ISI. Statistiskt, observation av en betydande ålder x ISI interaktion [F(10.350) = 10,4, pGG≤0.001, ηp2= 0.230] med en framstående linjär-kvadratisk komponent [F(1,35) = 70,5, p≤0.001, η p2= 0,668] och en ISI x kön interaktion [F(5 175) = 3,8, pGG≤0.010, ηp2= 0.097] med en framstående kvadratisk komponent [F(1,35) = 11,0, p≤0.002, ηp 2= 0.184240] bekräftar våra observationer.

Figure 1
Figur 1: Repulse hämning experimentella paradigm. (A) djur uppvisar en baslinje auditiv skrämsel svar när en akustisk skrämsel stimulus presenteras. B) under cross-modal Repulse hämning (PPI), presentationen av en diskret prestimulus (dvs akustiska tonen, ljus, luft puff) skrämma 30 till 500 ms16 före en akustisk stimulans, producerar robusta hämning. C) under gap Repulse hämning (gap-PPI), borttagning av en diskret prestimulus (gap i bakgrund buller, ljus, eller luft puff) 30 till 200 ms17 före en akustisk skrämsel stimulans ger robust hämning. Bilden är anpassade från labyrint ingenjörer18. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: tvärsnittsdata bedömning av Temporal bearbetning: sensorisk modalitet. A) representativ analys av effekten av sensorisk modalitet på interstimulus intervall (ISI) funktionen i cross-modal Repulse hämning (PPI). B) representativ analys av effekten av sensorisk modalitet på ISI i gap Repulse hämning (gap-PPI). Kontrollresultat från McLaurin o.a. 6 är reanalyzed på ett nytt sätt att bedöma effekten av sensorisk modalitet. Data presenteras som medelvärde ± standardavvikelsen för medelvärdet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: tvärsnittsdata bedömning av Temporal bearbetning: psykostimulantia exponering. A) representativ analys av effekten av psykostimulantia exponering (pretest vs. posttest) på funktionen interstimulus intervall (ISI) akustiska Repulse hämning (PPI). B) representativ analys av effekten av psykostimulantia exponering på ISI i akustiska lucka Repulse hämning (gap-PPI). Kontrollresultat från McLaurin o.a. 6 är reanalyzed på ett nytt sätt som komponenten pretest för psykostimulantia exponering. Data presenteras som medelvärde ± standardavvikelsen för medelvärdet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: längsgående bedömning av Temporal bearbetning. A) representativ analys av effekten av ålder på interstimulus intervall (ISI) funktionen i visual Repulse hämning (PPI). B) representativ analys av effekten av ålder på funktionen ISI i akustiska lucka Repulse hämning (gap-PPI). Data presenteras som medelvärde ± standardavvikelsen för medelvärdet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Rättegång Block Interstimulus intervall
1 0 30 50 100 200 4000
2 30 50 100 200 4000 0
3 50 100 200 4000 0 30
4 100 200 4000 0 30 50
5 200 4000 0 30 50 100
6 4000 0 30 50 100 200

Tabell 1: Latin Square experimentell Design

Sensorisk modalitet Cross-Modal PPI Gap-PPI
Auditiv 85,7 (2.0) 25,0 (4.3)
Visuella 72,6 (2,7) 52,8 (5,3)
Taktila 73,2 (3.0) -3,6 (8,5)
Psykostimulantia exponering Cross-Modal PPI Gap-PPI
Pretest bedömning 85,7 (2.0) 25,0 (4.3)
PostTest bedömning 90,5 (1.3) 52,6 (4.5)
Ålder Cross-Modal PPI Gap-PPI
PD 30 51,3 (3,7) 29,7 (4.4)
PD 90 73,8 (2,2) 39,6 (5,7)
PD 150 66,3 (2,9) 45,0 (3,9)

Tabell 2: Procent av kontroll

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokolls beskriver kraften i varierande ISI för bedömning av temporal bearbetning för studier sysselsätter antingen tvärsnittsdata eller längsgående experimentell design. Att undersöka effekterna av sensorisk modalitet, psykostimulantia exponering eller ålder på formen på funktionen ISI visat sin verktyg i avslöjar en differentiell känslighet för manipulering av ISI (dvs SKIFT i peka av maximal hämning) eller en relativa okänslighet för manipulering av ISI (dvs skarpare Böjningar av ISI kurvan, tillplattning av ISI kurvan). Användningen av två experimentella paradigm, inklusive cross-modal PPI och gap-PPI, visar att nyttan av ISI är oberoende av tillägg (dvs, cross-modal PPI) eller borttagning (dvs, gap-PPI) av en diskret prestimulus.

Kritiska experimentell designöverväganden för slutförandet av cross-modal PPI och gap-PPI ingår i protokollet. Först genomförs en Latin-Square experimentell design för presentation av ISIs 6-rättegång kvarter, kontrollera för variation på grund av ordningen på ISI presentation. Användningen av två kontroll prövningar, inklusive både 0 och 4000 ms ISIs, ger det andra referens kontroll prövningar inom testsession. Användningen av de 4000 ms ISI är särskilt kritisk, som det mest lämpligt liknar den andra (dvs, 30, 50, 100, 200) prepulse + puls prövningar, men utan förväntan av signifikant hämning. Tredje, en motviktstruckar (dvs ABBA) experimentell design är anställd inom cross-modal PPI för upprepad mätning av sensoriska modaliteter inom en testomgång. Slutligen, införandet av en variabel ITI under Repulse + puls prövningar förhindrar ett djur väntar, och därmed förbereda för, i början av en rättegång. Således, genomförandet av ett omfattande antal ISIs i enlighet med en lämplig experimentell design möjliggör bestämning av relativt bestämt och definierat svar funktioner; funktioner som ger en viktig möjlighet att bedöma konstruktionen av temporal bearbetning.

Metoder som beskrivs i detta protokoll kontrasterar andra samtida protokoll för analys av PPI, som har populariserade ett förhållningssätt som vanligtvis sysselsätter en enda ISI19,20. Metoden populariserad ofta analyseras med hämning, beräknas på följande sätt: 100 x {[(startle response amplitude during control trials)-(spritta svar amplitud under Repulse + puls prövningar)] / {spritta svar amplitud under kontroll prövningar)}. Två stora varningar av samtida protokollen, inklusive uteslutning av bedömningen av temporal bearbetning och olämpligt statistiska analyser, diskuteras i sin tur nedan.

Hämning har beräknats för de 100 ms ISI inom den representativa uppgifter att demonstrera begränsningarna av den populariserade strategin (tabell 2). Exempelvis föreslår resultaten för bedömning av akustiska gap-PPI och taktila gap-PPI att djuren inte visar någon signifikant hämning. Undersökning av figur 2, utnyttja en strategi som varierande ISI, visar dock att djuren inte misslyckas med att hämma, men visas en betydande förändring i peka av maximal hämning (dvs 50 ms i akustiska gap-PPI, 30 ms i taktil gap-PPI) . Framför allt, dock utesluter användning av hämning användning av längsgående experimentella modeller för att bedöma utvecklingen av temporal databehandling som en funktion av ålder, ett välkänt fenomen14,21. Således, som någon procent av kontrollåtgärd, hämning underlåter att disambiguera förändringar i PPI från förändringar i baslinjen skrämsel svar utgör hinder för bedömningen av temporal bearbetning.

Trots den skenbara enkelheten av den populariserade strategin, måste slutsatser dras från statistisk analys göras med stor försiktighet. Antaganden om variansanalys (dvs normalitet av provtagning fördelning av medel, homogenitet fel varians, oberoende av fel, avsaknad av extremvärden22) kan inte uppfyllas med subjektivt bestämd procentsats data23 . Specifikt fel variansen procentsats data är inte normalfördelade24, men istället lämpligare beskrivs av en Poisson eller bimodal fördelning25. I skarp kontrast ger en ANOVA med upprepad-åtgärder en giltig och tillförlitlig metod för den statistiska analysen av funktionen ISI. Dock är det viktigt att konto för potentiella brott mot sfärisk, ett antagande som endast finns i modeller med upprepade åtgärder, antingen med planerad ortogonala kontraster eller korrektionsfaktorn post hoc växthus-Geisser df 26 (pGG).

Utnyttjande av ett tillvägagångssätt som varierande ISI, är dock inte utan begränsning. Först, tillåta maskinvara och programvara begränsningar endast två prestimulus modaliteter bedömas på en gång. Bland annat redovisats en differentiell känslighet för manipulering av kontext (dvs samtidiga visuella eller taktil stimulans i akustiska PPI) tidigare i lång-Evans råttor14 och HIV-1 Tg djur6. Andra i förhållande till den populariserade metoden, finns det en större experimentell tid för metoden ISI (dvs ~ 30 minuter för cross-modal PPI; ~ 20 minuter för gap-PPI).

En strategi som varierande ISI föreskrivs således en experimentell metod för bedömning av temporal bearbetning. Förutom ovannämnda styrkorna i metoden varit den seriella neural krets medla PPI väletablerade27,28, vilket möjliggör bedömning av neurala kretsar förändringar i neurokognitiva störningar. Dessutom, kan cross-modal PPI och gap-PPI tjäna som en diagnostisk screeningmetod för neurokognitiva störningar (t.ex., HAND4,5,6). Utnyttjande av den variabla ISI-metoden, kan därför potentiellt ha translationell klinisk nytta för neurokognitiva störningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen av författarna har intressekonflikter att deklarera.

Acknowledgments

Detta arbete var stöds delvis genom bidrag från NIH (National Institute on Drug Abuse, DA013137; Nationella institutet för barns hälsa och mänskliga utvecklingen HD043680; National Institute of Mental Health, MH106392; Nationella institutet för neurologiska sjukdomar och Stroke, NS100624) och utbildningen tvärvetenskaplig forskning stöds av University of South Carolina Behavioral-biomedicinsk gränssnitt Program. Dr. Landhing Moran är för närvarande en Scientific Officer vid NIDA centrum för kliniska prövningar nätverk.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SR-Lab Startle Response System San Diego Instruments
Isolation Cabinet Industrial Acoustic Company
SR-Lab Startle Calibration System San Diego Instruments
High-Frequency Loudspeaker Radio Shack model #40-1278B
Sound Level Meter Bruel & Kjaer model #2203
Perspex Cylinder San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
SR-Lab Startle Response System Software San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
Light Meter Sper Scientific, Ltd. model #840006
Airline Regulator Craftsman model #16023
SPSS Statistics 24 IBM Used for Statistical Analyses (Optional)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Braff, D., Stone, C., Callaway, E., Geyer, M., Glick, I., Bali, L. Prestimulus effects on human startle reflex in normals and schizophrenics. Psychophysiology. 15 (4), 339-343 (1978).
  2. Castellanos, F. X., Fine, E. J., Kaysen, D., Marsh, W. L., Rapoport, J. L., Hallett, M. Sensorimotor gating in boys with Tourette's Syndrome and ADHD: Preliminary results. Biological Psychiatry. 39 (1), 33-41 (1996).
  3. Moran, L. M., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Time and time again: Temporal processing demands implicate perceptual and gating deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 8 (4), 988-997 (2013).
  4. McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. A gap in time: Extending our knowledge of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 12 (1), 171-179 (2017).
  5. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Progression of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Scientific Reports. 6, 32831 (2016).
  6. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Temporal processing demands in the HIV-1 transgenic rat: Amodal gating and implications for diagnostics. International Journal of Developmenta Neuroscience. 57, 12-20 (2017).
  7. Sechenov, I. M. Reflexes of the Brain. , The M.I.T. Press: Cambridge. Trans., S. Belsky, original publication date 1863 (1965).
  8. Yerkes, R. M. The sense of hearing in frogs. Journal of Comparative Neurology and Psychology. 15, 279-304 (1905).
  9. Bowditch, H. P., Warren, J. W. The knee-jerk and its physiological modifications. Journal of Physiology. 11, 25-64 (1890).
  10. Cohen, L. H., Hilgard, E. R., Wendt, G. R. Sensitivity to light in a case of hysterical blindness studied by reinforcement-inhibition and conditioning methods. Yale Journal of Biology and Medicine. 6, 61-67 (1933).
  11. Hoffman, H. S., Searle, J. L. Acoustic variables in the modification of startle reaction in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 60, 53-58 (1965).
  12. Hoffman, H. S., March, R. R., Stein, N. Persistence of background acoustic stimulation in controlling startle. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 68 (2), 280-283 (1969).
  13. Ison, J. R., Hammond, G. R. Modification of the startle reflex in the rat by changes in the auditory and visual environments. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 75 (3), 435-452 (1971).
  14. Moran, L. M., Hord, L. L., Booze, R. M., Harrod, S. B., Mactutus, C. F. The role of sensory modality in prepulse inhibition: An ontogenetic study. Developmental Psychobiology. 58 (2), 211-222 (2016).
  15. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Evolution of the HIV-1 transgenic rat: Utility in assessing the progression of HIV-1-associated neurocognitive disorders. Journal of Neurovirology. 24 (2), 229-245 (2018).
  16. Hoffman, H. S., Ison, J. R. Reflex modification in the domain of startle: I. Some empirical findings and their implications for how the nervous system processes sensory input. Psychological Review. 87 (2), 175-189 (1980).
  17. Ison, J. R., Agrawal, P., Pak, J., Vaughn, W. J. Changes in temporal acuity with age and with hearing impairment in the mouse: A study of the acoustic startle reflex and its inhibition by brief decrements in noise level. The Journal of the Acoustical Society of America. 104, 1696-1704 (1998).
  18. Maze Engineers. Startle response: Acoustic startle reflex response 101. , Available from: https://mazeengineers.com/acoustic-startle-response/ (2014).
  19. Curzon, P., Zhang, M., Radek, R. J., Fox, G. B. The behavioral assessment of sensorimotor processes in the mouse: Acoustic startle, sensory gating, locomotor activity, rotarod, and beam walking. Methods of behavior analysis in neuroscience. Buccafusco, J. J. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2009).
  20. Geyer, M. A., Swerdlow, N. R. Measurement of startle response, prepulse inhibition, and habituation. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
  21. Parisi, T., Ison, J. R. Development of the acoustic startle response in the rat: Ontogenetic changes in the magnitude of inhibition by prepulse stimulation. Developmental Psychobiology. 12 (3), 219-230 (1979).
  22. Tabachnick, B. G., Fidell, L. S. Experimental designs using ANOVA. , Thomson Brooks/Cole. Belmonth: CA. (2007).
  23. Bliss, C. I. The transformation of percentage for use in the analysis of variance. Ohio Journal of Science. 38, 9-12 (1938).
  24. Bartlett, M. S. The use of transformations. Biometrics. 3, 39-52 (1947).
  25. Cochran, W. G. The analysis of variance when experimental errors follow the poisson or bimodal laws. Annals of Mathematical Sciences. 11, 335-347 (1940).
  26. Greenhouse, S. W., Geisser, S. On methods in the analysis of profile data. Psychometrika. 24, 95-112 (1959).
  27. Fendt, M., Li, L., Yeomans, J. S. Brain stem circuits mediating prepulse inhibition of the startle reflex. Psychopharmacology (Berl). 156 (2-3), 216-224 (2001).
  28. Koch, M., Schnitzler, H. U. The acoustic startle response in rats: Circuits mediating evocation, inhibition and potentiation. Behavioural Brain Research. 89 (1-2), 35-49 (1997).

Tags

Neurovetenskap fråga 146 Repulse hämning Temporal bearbetning neurovetenskap råtta Interstimulus intervall neurokognitiva störningar
Kraften i Interstimulus intervall för bedömning av Temporal bearbetning i gnagare
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li,… More

McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents. J. Vis. Exp. (146), e58659, doi:10.3791/58659 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter