El poder del Interstimulus intervalo para la evaluación de proceso Temporal en roedores

Summary

Procesamiento temporal, un proceso preattentive, puede ser la base déficit en procesos cognitivos superiores, incluyendo atención, comúnmente observada en trastornos neurocognitivos. Mediante la inhibición del prepulse como un paradigma de ejemplo, presentamos un protocolo para manipular intervalo interstimulus (ISI) para establecer la forma de la función ISI para proporcionar una evaluación de proceso temporal.

Abstract

Déficit de procesamiento temporal se han implicado como una potencial dimensión elemental de los procesos cognitivos superiores, comúnmente observada en trastornos neurocognitivos. A pesar de la popularización de la inhibición prepulso (IPP) en los últimos años, muchos de los protocolos actuales promueven utilizando un porcentaje de medida de control, lo que impide la evaluación de proceso temporal. El presente estudio utiliza intermodales PPI y brecha de la inhibición prepulso (gap-PPI) para demostrar los beneficios de emplear una gama de intervalos interstimulus (ISIs) para delinear los efectos de la modalidad sensorial, exposición a psicoestimulantes y edad. Evaluación de la modalidad sensorial, exposición a psicoestimulantes y edad revela la utilidad de un enfoque variando el intervalo interstimulus (ISI) para establecer la forma de la función ISI, incluyendo aumenta (inflexiones de la curva más agudas) o disminuye (aplanar de la curva de amplitud de respuesta) en amplitud del susto. Además, cambios en la inhibición de la respuesta del pico, sugestivo de una sensibilidad diferencial a la manipulación de ISI, se revelan a menudo. Así, la manipulación sistemática de ISI ofrece una oportunidad crítica para evaluar el proceso temporal, que puede revelar los mecanismos neurales subyacentes implicados en trastornos neurocognitivos.

Introduction

Déficit de procesamiento temporal se han implicado como un mecanismo neural subyacente potencial para alteraciones en procesos cognitivos superiores comúnmente observados en trastornos neurocognitivos. La inhibición prepulso (IPP) de la respuesta de sobresalto auditivo (ASR) es un paradigma experimental aplicado comúnmente utilizado para examinar el déficit de procesamiento temporal, revelando profundas alteraciones neurocognitivas trastornos como esquizofrenia¹, trastorno de hiperactividad de déficit de atención² y VIH-1 asociados neurocognitivo trastornos^3,4. Concretamente, las evaluaciones de proceso temporal en modelos preclínicos de VIH-1 reveló la generalidad, permanencia relativa y sugirió la utilidad de diagnóstico de PPI a través de la mayoría de vida funcional^{3,4 los animales ,5,6}.

Uso de un enfoque de variables de intervalo interstimulus (ISI; es decir, el tiempo entre el prepulso y el estímulo de sobresalto) en el análisis de la data de modificación refleja de Sechénov en 1863⁷. Los estudios seminales de modificación refleja, una medida de sensorimotor gating, empleado un enfoque variable ISI para evaluar respuesta del flexor y audition en ranas^7,8, así como respuestas reflejas en los seres humanos⁹. La primera aplicación clínica del procedimiento de modificación refleja evaluaron la sensibilidad visual en un hombre con ceguera histérica¹⁰. Más de un siglo después de los primeros informes de modificación refleja el enfoque de variables de ISI fue popularizado a través de una serie de artículos seminales^11,12,13. A pesar de las diferencias inherentes de los estudios seminales sobre modificación reflejo (es decir, especies, procedimientos experimentales, reflejos), establecieron una relación temporal que era llamativo similar entre especies.

Evaluación de la inhibición del prepulse utilizando un enfoque de variables de ISI, como se detalla en el presente Protocolo, tiene múltiples ventajas sobre el porcentaje popularizado de enfoque de control. En primer lugar, el enfoque ofrece una oportunidad para establecer la forma de la función ISI, incluyendo aumentos (inflexiones de la curva más agudas) o disminuye (aplanamiento de la curva de amplitud de respuesta)^3,15 en amplitud de susto, así como cambios en el punto máximo de inhibición de respuesta^3,5. Además, cuando un enfoque diferente ISI es empleado, respuesta de sobresalto es un fenómeno relativamente estable¹, lo que sugiere la posible utilidad del enfoque en estudios longitudinales examinar la progresión de los déficits neurocognitivos^{5 , 15}. Finalmente, PPI ofrece una oportunidad crítica para entender el circuito neural subyacente en neurocognitiva trastornos¹⁶.

En nuestro estudio, hemos empleado dos paradigmas experimentales (figura 1), incluyendo intermodales PPI y la inhibición del prepulse gap (gap-PPI), para evaluar la utilidad de un enfoque variable ISI para delinear los efectos de la modalidad sensorial, exposición a psicoestimulantes, y la edad. El paradigma experimental del PPI intermodales utiliza la presentación de un estímulo añadido (por ejemplo, tono, luz, soplo de aire) como un prestimulus discreta antes de un estímulo sorprendente acústico. En contraste, en el paradigma experimental de gap-PPI, la ausencia de un fondo (p. ej., eliminación de ruido de fondo, la luz o el aire soplo) sirve como un prestimulus discreta. Aquí, Describimos dos paradigmas experimentales para la evaluación del procesamiento temporal, así como enfoques estadísticos para el análisis de gap-PPI PPI. Dentro de la discusión, se compararon las conclusiones uno sacaría de la variable enfoque ISI y el popularizado por ciento de enfoque de control.

Protocol

Animales todos los protocolos fueron revisados y aprobados por el cuidado Animal y uso en la Universidad de Carolina del Sur (número de garantía federal: D16-00028).

1. definición de parámetros y calibración de los aparatos de susto

1. Configurar el sistema de respuesta de sobresalto (véase Tabla de materiales) según las instrucciones del fabricante.
   1. Incluir la plataforma de susto en un gabinete de 10 cm de espesor de pared doble aislamiento.
2. Calibrar la sensibilidad de respuesta utilizando el sistema de calibración de susto.
3. Conecte el altavoz de alta frecuencia 30 cm sobre el soporte del animal.
   1. Medir y calibrar el altavoz usando un medidor de nivel de sonido colocando el micrófono en el soporte del animal.
4. Pegue un ligero blanco del LED (22 lux) en la pared delante del soporte del animal.
   1. Medir lux presentado como un prepulso visual utilizando un medidor de luz.
5. Conecte un tubo de plástico semirrígido (0,64 mm de diámetro) a un aire comprimido tanque vía un regulador de línea aérea.
   1. Encuentra el tanque de aire a 16 psi para la presentación de prestimuli táctil.
   2. Usar un sonómetro para medir la cantidad de ruido emitido por el estímulo táctil dentro del tubo, de 2,5 cm desde el extremo del sujetador del animal. Si utiliza múltiples cámaras, asegúrese de que todas las cámaras se calibran de la misma manera.
      Nota: Para impedir que el estímulo táctil se percibe como un estímulo acústico, el sonido del prepulso de soplo de aire debe ser menor o igual que el fondo de ruido blanco. En la confi guración actual, el prepulso de soplo de aire emite 70 dB (a) dentro del tubo mientras que el ruido blanco de fondo era también a 70 dB (a).

2. creación de programas experimentales

1. Abra el software del sistema de respuesta de sobresalto (véase Tabla de materiales).
2. Haga clic en definiciones y seleccione Define juicio.
3. Definir un juicio de ASR sólo pulso.
   Nota: El ASR sólo pulso ensayo corre durante el período de sesiones de habituación y 6 veces al principio de cada sesión de gap-PPI para la habituación e intermodales PPI.
   1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
   2. Datos del registro.
   3. Establezca el análogo nivel 720.
   4. Definir la longitud de la espera como 20 ms.
   5. Introducir el fondo.
   6. El juicio final.
   7. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
4. Haga clic en definiciones y seleccione Define juicio.
5. Crear seis definiciones de prueba separadas para PPI acústico, incluyendo un ensayo para cada ISI (es decir, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
   1. Crear una definición de ensayo para el ms 0 ISI para PPI acústico.
      1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
      2. Datos del registro.
      3. Establezca el análogo nivel 720.
      4. Asignar la duración de espera a 20 ms.
      5. Introducir el fondo.
      6. El juicio final.
      7. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
   2. Crear restante ensayo definiciones de ISIs con un prestimulus y un estímulo (es decir, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
      2. Establezca el nivel análogo a 600 en 0 ms para introducir el prestimulus.
      3. Asignar el largo esperar a 20 ms para especificar la longitud de la prestimulus.
      4. Establezca el nivel análogo a 440 en 20 ms para eliminar el prestimulus.
      5. Definir la longitud de esperar depende de ISI.
         Nota: Definir la longitud de la espera como: 10 ms 30 ms ISI, 30 ms para el ms 50 ISI, 80 ms para 100 ms ISI, 180 ms para el ms 200 ISI, y 3980 ms para el ms 4000 ISI. Esperar solamente una longitud se incluye para cada ISI.
      6. Datos del registro.
      7. Establezca el análogo nivel 720.
      8. Asignar la duración de espera a 20 ms.
      9. Introducir el fondo.
      10. El juicio final.
      11. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
6. Haga clic en definiciones y seleccione Define juicio.
7. Crear seis definiciones de prueba separadas para PPI visual o táctil, incluyendo un ensayo para cada ISI (es decir, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
   1. Crear una definición de ensayo para el ms 0 ISI para PPI visual o táctil.
      1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
      2. Datos del registro.
      3. Encienda el táctil.
      4. Establezca el análogo nivel 720 y el tiempo de espera a 20 ms.
      5. Apague el táctil.
      6. Introducir el fondo.
      7. El juicio final.
      8. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
   2. Crear restante ensayo definiciones de ISIs con un prestimulus y un estímulo (es decir, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      Nota: Visuales y táctiles no se puede ejecutar concurrentemente debido a limitaciones de hardware y software. La modalidad que se presenta depende de la entrada en el hardware (es decir, si está conectada la luz o el soplo de aire está conectado).
      1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
      2. Encienda la táctil para introducir el prestimulus.
         Nota: En este caso, táctil se refiere a la modalidad (es decir, ya sea visual o soplo de aire) que está conectado en el hardware.
      3. Fijar la duración de espera a 20 ms.
      4. Apague la táctil para quitar el prestimulus.
      5. Establezca el nivel analógico en 440 en ms de 20.
      6. Definir la longitud de esperar depende de ISI.
         Nota: Definir la longitud de la espera como: 10 ms 30 ms ISI, 30 ms para el ms 50 ISI, 80 ms para 100 ms ISI, 180 ms para el ms 200 ISI, y 3980 ms para el ms 4000 ISI.
      7. Datos del registro.
      8. Establezca el análogo nivel 720.
      9. Asignar la duración de espera a 20 ms.
      10. Introducir el fondo.
      11. El juicio final.
      12. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
8. Haga clic en definiciones y seleccione Define juicio.
9. Crear seis definiciones separadas de ensayo para acústica gap-PPI, incluyendo un ensayo para cada ISI (es decir, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
   1. Crear una definición de ensayo de 0 ms ISI para gap acústico-PPI.
      1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
      2. Datos del registro.
      3. Establezca el análogo nivel 720 y el tiempo de espera a 20 ms.
      4. Introducir el fondo.
      5. El juicio final.
      6. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
   2. Crear restante ensayo definiciones de ISIs con un prestimulus y un estímulo (es decir, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
      2. Establezca el nivel analógico a 0 en 0 ms para introducir el prestimulus.
      3. Asignar el largo esperar a 20 ms para especificar la longitud de la prestimulus.
      4. Establezca el nivel análogo a 440 en 20 ms para eliminar el prestimulus.
      5. Definir la longitud de esperar depende de ISI.
         Nota: Definir la longitud de la espera como: 10 ms 30 ms ISI, 30 ms para el ms 50 ISI, 80 ms para 100 ms ISI, 180 ms para el ms 200 ISI, y 3980 ms para el ms 4000 ISI.
      6. Datos del registro.
      7. Establezca el análogo nivel 720.
      8. Asignar la duración de espera a 20 ms.
      9. Introducir el fondo.
      10. El juicio final.
      11. Golpe aceptar para guardar el juicio.
10. Haga clic en definiciones y seleccione Define juicio.
11. Crear seis definiciones de prueba separadas para lo visual o táctil gap-PPI, incluyendo un ensayo para cada ISI (es decir, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Crear una definición de ensayo de 0 ms ISI para gap-PPI visual o táctil.
       1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
       2. Encienda el táctil.
       3. Datos del registro.
       4. Establezca el análogo nivel 720 y el tiempo de espera a 20 ms.
       5. Introducir el fondo.
       6. El juicio final.
       7. Aceptar para guardar la prueba del golpe.
    2. Crear restante ensayo definiciones de ISIs con un prestimulus y un estímulo (es decir, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
       1. Escriba un nombre de prueba. Pulsar intro.
       2. Encienda el táctil.
       3. Establezca el análogo nivel ms 0.
       4. Apague el táctil.
       5. Fijar la duración de espera a 20 ms.
       6. Encienda el táctil.
       7. Establezca el análogo nivel 440.
       8. Definir la longitud de esperar depende de ISI.
          Nota: Definir la longitud de la espera como: 10 ms 30 ms ISI, 30 ms para el ms 50 ISI, 80 ms para 100 ms ISI, 180 ms para el ms 200 ISI, y 3980 ms para el ms 4000 ISI.
       9. Datos del registro.
       10. Establezca el análogo nivel 720.
       11. Asignar la duración de espera a 20 ms.
       12. Introducir el fondo.
       13. El juicio final.
       14. Golpe aceptar para guardar el juicio.
12. Seleccione definiciones y definir el período de sesiones.
    1. Crear una sesión de habituación.
       1. Establezca el nivel analógico de fondo en 440, el número de registro muestras a 200 muestras por segundo a 2000, el período de aclimatación a 5 min y las repeticiones de la secuencia a 36.
       2. Cuadro de lista tipo 10 en el intervalo de diferenciarlo (ITI).
       3. Haga clic en agregar y seleccione el proceso ASR sólo pulso.
       4. Haga clic en guardar para guardar la sesión de habituación.
13. Seleccione definiciones y definir el período de sesiones.
14. Definir el período de sesiones para Cross-Modal PPI.
    1. Establezca el nivel analógico de fondo en 440, el número de registro muestras a 200 muestras por segundo a 2000, el período de aclimatación a 5 min y las repeticiones de la secuencia 1.
    2. Definir la lista intervalo diferenciarlo (ITI).
       1. Tipo 10 en los 5 primeros cuadros de lista ITI.
       2. Escriba un ITI variable (15-25 s) en los cuadros de lista siguientes 72 ITI, representando los ensayos con un prestimulus.
    3. Haga clic en Agregar.
       1. Seleccione el proceso ASR sólo pulso y cargarlo 6 veces para pruebas 1-6.
       2. Crear bloques 6-ensayo para cada modalidad prestimulus usando un diseño de cuadro latino (tabla 1).
       3. Carga los bloques 6-ensayo en un ABBA había contrapesado orden de presentación (por ejemplo, acústica, visual, visual, acústica, acústica, etc.) para los IBP intermodales.
          Nota: Cada ensayo debe cargarse individualmente.
          Nota: Cada sesión PPI intermodales incluye un total de 78 ensayos.
    4. Haga clic en guardar para guardar la sesión.
15. Seleccione definiciones y definir el período de sesiones.
    1. Definir el período de sesiones de Gap-PPI.
       1. Establezca el nivel analógico de fondo en 440, el número de registro muestras a 200 muestras por segundo a 2000, el período de aclimatación a 5 min y las repeticiones de la secuencia 1.
       2. Definir la lista intervalo diferenciarlo (ITI).
          1. Tipo 10 en los 5 primeros cuadros de lista ITI.
          2. Tipo un ITI variable (15-25 s) en los cuadros de lista siguientes 36 ITI, representando los ensayos con un prestimulus.
       3. Haga clic en cargar para cargar los ensayos.
          1. Seleccione el proceso ASR sólo pulso y cargarlo 6 veces para pruebas 1-6.
          2. Crear bloques 6-ensayo para cada modalidad prestimulus usando un diseño de cuadro latino (tabla 1).
       4. Haga clic en guardar para guardar la sesión.
          Nota: Cada sesión de gap-PPI incluye un total de 42 ensayos. Cada sesión evalúa una modalidad sensorial.

3. Protocolo estructura

1. Utilizar la cepa de ratas de F344/N, la cepa de ratas consanguíneas más comun, para las evaluaciones.
   Nota: Intermodales PPI gap-PPI puede llevarse a cabo en animales en una variedad de edades, de ambos sexos y sin importar estado hormonal (es decir, ovariectomizadas, castrado, intacta). Detalles con respecto a los animales utilizados en los datos representativos se presentan en los resultados representativos.
2. Manejar los animales para permitir la aclimatación a través de una serie de días antes de comenzar la experimentación.
3. Aleatorizar el orden de los animales de experimentación depende de factores de entre de los temas interés (por ejemplo, el sexo biológico, tratamiento).
4. Abra el software de sistema de respuesta de susto. Haga clic en Ejecutar. Seleccione el período de sesiones de interés.
   Nota: se lleva a cabo sólo una sesión por día y sesiones que deba llevarse a cabo en un orden secuencial (es decir, habituación, Cross-Modal PPI, Gap-PPI)
5. Introduzca un nombre de archivo de salida y haga clic en Aceptar.
6. Introduzca información del tema, grupo y ID y haga clic en continuar.
7. Coloque el animal en el aparato de sobresalto con un recinto animal más apropiado para el tamaño del animal. Haga clic en Aceptar para iniciar la sesión.
8. Exportación de datos para el análisis.
   1. Haga clic en informes | Concatenar datos. Carga el archivo de datos y haga clic en Agregar. Haga clic en ASCII para guardar la salida de datos.

4. Análisis de datos

1. Calcular un máximo de V. ajustado para cada ensayo restando el máximo V. desde el valor inicial.
   Nota: El ajustado V. Max crea una medida de la amplitud de pico media ASR.
2. Visualizar gráficamente los resultados del período de sesiones de habituación.
   1. Parcela grupo medias y errores estándar de la media de cada ensayo. Análisis de regresión pueden ser llevado a cabo y ajuste con intervalos de confianza del 95%.
3. Visualizar gráficamente los resultados para transversal cross-modal PPI y gap-PPI.
   1. Calcular valores medios para cada ISI promediando en los 6 ensayos individualmente para cada animal.
   2. Calcular y ver el grupo medios y errores estándar de la media para cada modalidad sensorial y el ISI.
4. Analizar estadísticamente intermodales PPI y gap-PPI (opcional).
   Nota: Aunque el enfoque estadístico exacto dependerá el diseño experimental y la pregunta de investigación de interés, un diseño de mezcla medidas repetidas que ANOVA proporciona un enfoque apropiado.

Results

Una función prominente de ISI no monotónicas se observó en PPI intermodales (figuras 2A, 3A, 4A) y gap-PPI (figuras 2B, 3B, 4B). Respuestas de sobresalto inicial fueron observadas en el 0 y 4000 ms ISIs, incluidas como pruebas de referencia dentro de una sesión de prueba. La importancia de la 4000 ms ISI no pueden estar subestimado, como se asemeja más de cerca posible a los ensayos de prueba PPI (es decir, 30, 50, 100, 200 ms ISIs) en que el suj...

Discussion

El presente Protocolo describe el poder de ISI diferente para la evaluación del procesamiento temporal de estudios que emplean diseños experimentales ya sea transversales o longitudinales. Examinar los efectos de la modalidad sensorial, exposición de psicoestimulantes o edad en la forma de la función ISI demostró su utilidad en revelar una sensibilidad diferencial a la manipulación de ISI (es decir, cambios en el punto de máxima inhibición) o un insensibilidad relativa a la manipulación de ISI (es decir,

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sistema de respuesta a sobresaltos SR-Lab			instrumentos de San Diego
	Compañía de acústica
Sistema de calibración de sobresalto SR-Lab	San Diego Instruments
	Shack	modelo # 40-1278B
Medidor de nivel de sonido	Bruel & Modelo Kjaer	#2203
Cilindro de metacrilato	San Diego Instrumentos		incluidos con el sistema de respuesta a sobresaltos SR-Lab
Software del sistema de respuesta a sobresaltos SR-Lab	Instrumentos San Diego Incluidos		con el medidor de luz del sistema de respuesta a sobresaltos SR-Lab
	Sper Scientific, Ltd.	modelo #840006
Regulador de líneas aéreas	Craftsman	modelo #16023
SPSS Statistics 24	IBM		Utilizado para análisis estadísticos (opcional)