Determinación del comportamiento de discriminación de estímulos acústicos par de estímulos auditivos y de corriente mediante el condicionamiento clásico y el enfoque del ritmo cardíaco

El objetivo general de este procedimiento es identificar las regiones de estimulación del núcleo coclear y los patrones de estimulación neuronal, que producen sensaciones de frecuencia distinguibles por el animal. En primer lugar, se implantó un dispositivo de monitorización de la frecuencia cardíaca que permitiera medir las respuestas fisiológicas del animal. A continuación, se implanta en el núcleo coclear un electrodo neural a través del cual se puede administrar la estimulación al sistema auditivo.

Luego, el animal es condicionado para detectar las diferencias de frecuencia en los tonos presentados y producir una respuesta fisiológica. Por último, se realiza la prueba del animal para la detección de diferentes localizaciones y patrones de neuroestimulación del sistema auditivo. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestran qué áreas del núcleo coclear son las más adecuadas para la estimulación de prótesis auditivas y patrones de estimulación.

Es el más adecuado para su uso en este tipo de dispositivos mediante la identificación de ubicaciones y patrones de estimulación que producen constantemente sensaciones de frecuencia distintas. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como la estimulación neuronal y el registro en una preparación aguda, es que es posible identificar objetivos y técnicas de estimulación que realmente son distinguidos y detectados por el animal. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia para el tratamiento de la sordera, en la que los implantes cocleares no se pueden utilizar ni como resultado de un compromiso coclear ni de un daño en el nervio auditivo.

Esta técnica ayudará a determinar las estrategias de estimulación que mejor imitan el procesamiento acústico normal. De tres a cinco días después de la implantación del dispositivo de telemetría para electrocardiograma, comience la implantación del electrodo cerebral administrando primero analgesia y anestesia. Una vez confirmada la anestesia, afeitar la cabeza del animal y limpiarla con alcohol para frotar Betadine, y luego Betadine.

Coloque el animal en un plato de homeo. Levante y coloque al animal entre las barras de la oreja y deslice la primera barra de la oreja en el atu acústico externo. Bloquee la primera barra para la oreja en su lugar.

A continuación, deslice la segunda barra auricular hasta su posición con pinzas de dientes de rata. Abra la mandíbula del animal y enganche los incisivos superiores sobre el soporte del diente. Una vez en posición, deslice el cono de la nariz sobre la nariz para iniciar la administración de isof, que continuará durante la duración de la cirugía.

Después de exponer el hueso parietal, frote la superficie con una solución de peróxido al 20%. En una gasa, perfore un orificio de aproximadamente dos milímetros cuadrados en la extensión más lateral del hueso interparietal. Enjuague el orificio con solución salina estéril para eliminar cualquier hueso, polvo o fragmentos de hueso que puedan dañar el electrodo que funciona bajo un microscopio, perfore un pequeño orificio en el hueso parietal izquierdo y el hueso interparietal derecho.

A continuación, atornille un tornillo de acero quirúrgico en cada orificio, dejando unos 0,5 milímetros entre la cabeza de cada tornillo y el cráneo. Conecte el altavoz de acoplamiento a la barra de oreja hueca izquierda. Coloque el manipulador de electrodos en su lugar por encima de la abertura con un ángulo Cato rostral de 10 grados.

Luego, con la punta de una aguja, haga una incisión en la duramadre en el plano sagital. Inserte el electrodo manualmente aproximadamente dos milímetros en la superficie del cerebro. Conecte los tornillos a la tierra y a los puntos de electrodo de referencia de la etapa de cabeza de alta impedancia.

Asegúrese de que el amplificador esté encendido. A continuación, selle la cámara de grabación, comience la entrega cíclica de ruido filtrado de paso de banda de rango medio bajo y alta frecuencia con la tasa de entrega máxima de una ráfaga cada 200 milisegundos. Supervise la actividad neuronal en cada canal para detectar respuestas al ruido. Presentación.

Continúe la inserción del electrodo hasta que la distancia total insertada se acerque a los ocho milímetros o hasta que se observen respuestas a las presentaciones de ruido. Si se ha alcanzado el núcleo coclear, los sitios en la punta del electrodo deben mostrar respuestas principalmente a estímulos de alta frecuencia. Continúe insertando el electrodo hasta que la punta lo detecte.

Las respuestas a estímulos de baja frecuencia o a la actividad auditiva dejan de producirse. Si la actividad cesa, es posible que el electrodo haya pasado por completo a través del núcleo coclear y puede ser necesario revisar la ubicación del electrodo. Construya un mapa de respuesta de amplitud de frecuencia de las neuronas en los sitios de electrodos presentando tonos puros en pasos de frecuencia a través del rango de frecuencia deseado a amplitudes de uno a 70 decibelios con 10 repeticiones de cada estímulo.

Para proteger el tejido cerebral y el electrodo, aplique una capa delgada de elastómero de silicona ligeramente por encima de los vástagos del electrodo expuestos, de modo que el elastómero fluya por los vástagos y recubra tanto los vástagos como la superficie expuesta del cerebro. Para fijar el electrodo en su lugar, aplique cemento dental, conecte el cable de tierra del electrodo a los tornillos y aplique más cemento dental para una mayor resistencia. Una vez que el cemento se haya endurecido, sutura la incisión alrededor del electrodo, luego coloque la jaula doméstica en una almohadilla térmica durante 24 horas para permitir que el animal se recupere.

Después de activar el dispositivo de telemetría, coloque al animal en la cámara de prueba y permita que se aclimate durante cinco minutos antes de comenzar el acondicionamiento. Para realizar el procedimiento de acondicionamiento, administre un miembro seleccionado al azar del par de estímulos acústicos repetidamente en ráfagas de 250 milisegundos separadas por 250 milisegundos de silencio durante 80 a 170 segundos. Cada presentación de estimulación debe tener un tiempo de subida y bajada de 10 milisegundos.

Para evitar que se perciba un clic, comience a alternar. El segundo miembro del estímulo acústico se empareja con el primero presentando cada tono durante 250 milisegundos, seguido de un silencio de 250 milisegundos. Después de 9,5 segundos del período de diez segundos de presentación de tonos alternos, administre una descarga de pie de 0,5 milisegundos, luego suspenda las presentaciones de tonos durante 30 segundos para permitir que la frecuencia cardíaca se estabilice.

Continúe este proceso hasta que se hayan completado 48 ciclos del procedimiento. Para garantizar suficientes repeticiones de cada par de tonos para el análisis, asegúrese de que cada par de tonos se presente al menos cuatro veces. Después de conectar el cable de estimulación neural y activar el dispositivo de telemetría bajo anestesia con isoflurano, permita que el animal se recupere y se aclimate a la cámara de prueba durante 10 minutos antes de la prueba.

Con el fin de mantener el acondicionamiento del día anterior, administre un par de estímulos acústicos alternos como se describió anteriormente, seguido de un choque de pie de 0,5 milisegundos. Después de permitir que la frecuencia cardíaca se estabilice, administre un miembro seleccionado al azar de un par de estímulos eléctricos repetidamente en ráfagas de 250 milisegundos, separadas por 250 milisegundos de silencio durante 80 a 170 segundos. Luego comience a alternar el segundo miembro del par de estímulos eléctricos con el primero presentando cada tono durante 250 milisegundos, seguido de un silencio de 250 milisegundos durante 10 segundos en total.

Repita el ciclo con el siguiente par de estimulación eléctrica seleccionado al azar hasta que se hayan realizado al menos 20 ensayos de cada par a intervalos aleatorios. Inserte un par de estímulos acústicos para mantener el condicionamiento. Una vez finalizada la prueba, desactive el dispositivo de telemetría, desconecte el cable de estimulación y devuelva al animal a su hogar.

Aquí se muestra la respuesta electrofisiológica de un electrodo colocado correctamente. Cada histograma presenta datos para una frecuencia en un sitio de electrodo, y cada columna representa un período de tiempo de 25 milisegundos en ambos vástagos de la guía de electrodos. Las respuestas se detectan en cada sitio de electrodo individual solo en respuesta a una banda bastante estrecha de frecuencias, pero estas bandas estrechas se distribuyen en una amplia gama de frecuencias.

Tal distribución es óptima, ya que muchas regiones distintas del cerebro asociadas a la frecuencia pueden estimularse de forma independiente. Idealmente, la colocación de electrodos debería conducir a la detección de respuestas neuronales a estímulos acústicos en varios canales con una amplitud de sonido tan baja como 10 decibelios, como aparece en esta respuesta electrofisiológica en el canal 10. Aquí se muestra la respuesta electrofisiológica a través de una actividad de electrodo mal colocada que ocurre en las puntas de cada vástago de la guía de electrodos, pero hay poca variación en la frecuencia del estímulo acústico que provoca actividad en cada sitio del electrodo.

Dicha implantación no permite la estimulación de una capa de frecuencia distinta para las pruebas de discriminación. Aquí, se muestran las trazas individuales y los datos proporcionales de la frecuencia cardíaca media desde los ocho segundos anteriores hasta los ocho segundos posteriores al inicio de la presentación de estímulos eléctricos alternos. Estos datos se recogieron durante la séptima sesión de pruebas e incluyeron 12 presentaciones de estímulos eléctricos.

Una disminución significativa de la frecuencia cardíaca ocurre rápidamente después de la introducción del segundo estímulo neuronal, seguida de un aumento significativo en la frecuencia cardíaca, lo que sugiere que el animal ha detectado la diferencia entre el primer y el segundo estímulo. El grado de error y la varianza de la respuesta se muestran en el gráfico de media proporcional más error estándar, y la importancia de la caída y el aumento después de la presentación del segundo estímulo se puede verificar utilizando intervalos de confianza del 95%. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que cualquier estímulo externo que el animal pueda detectar puede provocar cambios en la frecuencia cardíaca, lo que aumenta la variabilidad en los resultados. Las pruebas y el acondicionamiento deben llevarse a cabo en un ambiente consistente y bien aislado para minimizar estos efectos después de su desarrollo. Esta técnica allana el camino para que los investigadores en el campo de la biónica exploren mejores formas de estimular eléctricamente el cerebro en una variedad de sistemas sensoriales para proporcionar respuestas relevantes para el comportamiento.