Name: Pupilometría para evaluar la sensación auditiva en cobayas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-06T13:25:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Aprende a usar la pupilometría para evaluar umbrales auditivos en cobayas mediante respuestas de dilatación pupilar. Esta técnica no invasiva permite cuantificar el reconocimiento de sonidos en modelos animales de pérdida auditiva.

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Este trabajo fue apoyado por el NIH (R01DC017141), la Fundación de Investigación de la Audición de los Leones de Pensilvania y fondos de los Departamentos de Otorrinolaringología y Neurobiología de la Universidad de Pittsburgh.

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.

Este protocolo demuestra el uso de la pupilometría como un método no invasivo y fiable para estimar los umbrales auditivos en animales que escuchan pasivamente. Siguiendo el protocolo descrito aquí, se estimaron los umbrales de categorización de llamada en ruido en médicos de cabecera de audición normal. Los umbrales estimados por pupilometría fueron consistentes con los obtenidos mediante entrenamiento operante62. Sin embargo, en comparación con el entrenamiento operante, el protocolo de pupilome...

El diámetro de la pupila (DP) puede verse afectado por un gran número de factores y la medición de la DP que cambia con el tiempo se conoce como pupilometría. La EP está controlada por el músculo del esfínter del iris (involucrado en la constricción) y el músculo dilatador del iris (involucrado en la dilatación). El músculo de constricción está inervado por el sistema parasimpático e involucra proyecciones colinérgicas, mientras que el dilatador del iris está inervado por el sistema simpático que involucra proyecciones noradrenérgicas y colinérgicas 1,2,3. El estímulo más conocido para inducir cambios en la EP es la luminancia-constricción y las respuestas de dilatación de la pupila pueden ser producidas por variaciones en la intensidad de la luz ambiental2. La DP también cambia en función de la distancia focal2. Sin embargo, se sabe desde hace décadas que la EP también muestra fluctuaciones no relacionadas con la luminancia 4,5,6,7. Por ejemplo, los cambios en los estados mentales internos pueden provocar cambios transitorios en la EP. La pupila se dilata en respuesta a estímulos emocionalmente cargados o aumenta con la excitación 4,5,8,9. La dilatación de la pupila también podría estar relacionada con otros mecanismos cognitivos, como el aumento del esfuerzo mental o de la atención10,11,12,13. Debido a esta relación entre las variaciones del tamaño de la pupila y los estados mentales, los cambios en la EP se han explorado como un marcador de trastornos clínicos como la esquizofrenia 14,15, la ansiedad 16,17,18, la enfermedad de Parkinson 19,20 y la enfermedad de Alzheimer 21 entre otros. En animales, los cambios en la EP rastrean los estados internos de comportamiento y se correlacionan con los niveles de actividad neuronal en las áreas corticales22,23,24,25. El diámetro de la pupila también ha demostrado ser un indicador fiable del estado de sueño en ratones26. Estos cambios en la EP relacionados con la excitación y el estado interno generalmente ocurren en escalas de tiempo largas del orden de varias decenas de segundos.
En el ámbito de la investigación auditiva, tanto en la audición normal como en los sujetos con discapacidad auditiva, el esfuerzo auditivo y la percepción auditiva se han evaluado mediante pupilometría. Estos estudios suelen involucrar sujetos de investigación entrenados27,28,29,30 que realizan diversos tipos de tareas de detección o reconocimiento. Debido a la relación antes mencionada entre la excitación y la EP, se ha demostrado que el aumento de la participación en las tareas y el esfuerzo de escucha se correlacionan con el aumento de las respuestas de dilatación de la pupila 30,31,32,33,34,35. Por lo tanto, la pupilometría ha sido utilizada para demostrar que se gasta un mayor esfuerzo de escucha para reconocer el habla espectralmente degradada en oyentes de audición normal29,36. En los oyentes con discapacidad auditiva, como los seres humanos con pérdida auditiva relacionada con la edad 27,30,37,38,39,40,41 y los usuarios de implantes cocleares 42,43, las respuestas de los alumnos también aumentaron con la disminución de la inteligibilidad del habla; Sin embargo, los oyentes con discapacidad auditiva mostraron una mayor dilatación de la pupila en condiciones auditivas más fáciles en comparación con los sujetos con audición normal 27,30,37,38,39,40,41,42,43. Pero los experimentos que requieren que el oyente realice una tarea de reconocimiento no siempre son posibles, por ejemplo, en bebés o en algunos modelos animales. Así, las respuestas pupilares no relacionadas con la luminancia evocadas por estímulos acústicos podrían ser un método alternativo viable para evaluar la detección auditiva en estos casos44,45. Estudios anteriores demostraron una dilatación pupilar transitoria y ligada al estímulo como parte del reflejo orientador46. Estudios posteriores han demostrado el uso de dilataciones pupilares ligadas a estímulos para derivar curvas de sensibilidad de frecuencia en búhos47,48. Recientemente, estos métodos han sido adaptados para evaluar la sensibilidad de la respuesta de dilatación de la pupila en lactantes humanos48. La pupilometría ha demostrado ser un enfoque fiable y no invasivo para estimar los umbrales de detección auditiva y discriminación en cobayas (GP) de escucha pasiva mediante el uso de una amplia gama de estímulos simples (tonos) y complejos (vocalizaciones GP)49. Estos cambios en la EP relacionados con el estímulo generalmente ocurren en escalas de tiempo más rápidas del orden de varios segundos y están vinculados al momento del estímulo. Aquí, la pupilometría de los cambios de EP relacionados con el estímulo se propone como un método para estudiar los impactos conductuales de varios tipos de discapacidad auditiva en modelos animales. En particular, se describen los protocolos de pupilometría para su uso en médicos de cabecera, un modelo animal bien establecido de varios tipos de patologías auditivas 50,51,52,53,54,55,56 (ver también referencia 57 para una revisión exhaustiva).
Aunque esta técnica se demuestra en médicos de cabecera de audición normal, estos métodos se pueden adaptar fácilmente a otros modelos animales y modelos animales de diversas patologías auditivas. Es importante destacar que la pupilometría se puede combinar con otras mediciones no invasivas como el EEG, así como con registros electrofisiológicos invasivos para estudiar los mecanismos subyacentes a la posible detección de sonido y los déficits de percepción. Finalmente, este enfoque también se puede utilizar para establecer amplias similitudes entre los modelos humanos y animales.

<table><tbody><tr><td>Tarjeta de salida analógica</td><td>Measurement Computing Corporation, Norton, MA</td><td>PCI-DDA02/12</td><td></td></tr><tr><td>Espuma anecoica</td><td>Sonex One, Pinta Acoustic, Minneapolis, MN</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Micrófono de condensador</td><td>Behringer, Willich, Alemania</td><td>C-2</td><td></td></tr><tr><td>Micrófono de campo libre</td><td>Bruel & Kjaer, Dinamarca)&nbsp;</td><td>Tipo 4940&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks, Inc., Natick, MA versión</td><td></td><td>2018a</td></tr><tr><td>Cámara remota monocular y sistema de iluminación</td><td>Arrington Research, Scottsdale, AZ</td><td>MCU902</td><td>Matriz de LED infrarrojos + cámara con filtro infrarrojo</td></tr><tr><td>Dispositivo de E/S multifunción&nbsp;</td><td>National Instruments, Austin, TX</td><td>PCI-6229</td><td></td></tr><tr><td>Procesador de interfaz neuronal</td><td>Ripple Neuro, Salt Lake City, UT</td><td>SCOUT</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de movimiento piezoeléctrico</td><td>SparkFun Electronics, Niwot, CO</td><td>SEN-10293</td><td></td></tr><tr><td>Válvula de manguito&nbsp;</td><td>Cole-Palmer Instrument Co., Vernon Hills, IL</td><td>EW98302-02</td><td></td></tr><tr><td>Atenuador programable</td><td>Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL</td> Tubo de silicona <td>PA5</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Cole-Parmer</td><td></td><td>~3 mm</td></tr><tr><td>Cámara de atenuación</td> acústica <td>IAC Altavoz</td><td></td><td></td></tr><tr><td>de rango completo Altavoz de rango completo</td><td>Altavoz de banda Tang, Taipei, Taiwán</td><td>W4-1879</td><td></td></tr><tr><td>Amplificador estéreo</td><td>Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL</td><td>SA1</td><td></td></tr><tr><td>Sobremesa - CleanTop Control óptico</td><td>de vibraciones TMC / Ametek, Peabody, MA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software de punto de vista</td><td>ViewPoint, Arrington Research, Scottsdale, AZ</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

pupilometría para evaluar la sensación auditiva en cobayas

Pupillometry to Assess Auditory Sensation in Guinea Pigs

La exposición al ruido es una de las principales causas de pérdida auditiva neurosensorial. Los modelos animales de pérdida auditiva inducida por ruido han generado una visión mecanicista de las patologías anatómicas y fisiológicas subyacentes de la pérdida auditiva. Sin embargo, la relación de los déficits de comportamiento observados en humanos con pérdida auditiva con los déficits de comportamiento en modelos animales sigue siendo un desafío. Aquí, la pupilometría se propone como un método que permitirá la comparación directa de datos de comportamiento animal y humano. El método se basa en un paradigma extraño modificado: habituar al sujeto a la presentación repetida de un estímulo y presentar intermitentemente un estímulo desviado que varía de alguna manera paramétrica del estímulo repetido. La premisa fundamental es que si el sujeto detecta el cambio entre el estímulo repetido y desviado, desencadenará una respuesta de dilatación de la pupila que es mayor que la provocada por el estímulo repetido. Este enfoque se demuestra utilizando una tarea de categorización de vocalización en conejillos de indias, un modelo animal ampliamente utilizado en la investigación auditiva, incluso en estudios de pérdida auditiva. Al presentar vocalizaciones de una categoría de vocalización como estímulos estándar y una segunda categoría como estímulos extraños incrustados en ruido en varias relaciones señal-ruido, se demuestra que la magnitud de la dilatación de la pupila en respuesta a la categoría extraña varía monótonamente con la relación señal-ruido. Los análisis de la curva de crecimiento se pueden utilizar para caracterizar el curso temporal y la significación estadística de estas respuestas de dilatación de la pupila. En este protocolo, se describen procedimientos detallados para aclimatar a los conejillos de indias a la configuración, realizar pupilometría y evaluar / analizar datos. Aunque esta técnica se demuestra en conejillos de indias de audición normal en este protocolo, el método se puede utilizar para evaluar los efectos sensoriales de diversas formas de pérdida auditiva dentro de cada sujeto. Estos efectos pueden correlacionarse con medidas electrofisiológicas concurrentes y observaciones anatómicas post-hoc.

La pupilometría se realizó en tres médicos de cabecera pigmentados masculinos, con un peso de ~ 600-1,000 g en el transcurso de los experimentos. Como se describe en este protocolo, para estimar los umbrales de categorización de llamada en ruido, se utilizó un paradigma extraño para la presentación de estímulos. En el paradigma extraño, las llamadas pertenecientes a una categoría (gemidos) incrustadas en ruido blanco en una SNR dada se emplearon como estímulos estándar (Figura 2A), y las llamadas de otra categoría (sibil...

La pupilometría, una técnica simple y no invasiva, se propone como un método para determinar los umbrales de audición en ruido en animales de audición normal y modelos animales de diversas patologías auditivas.

Pupilometría para evaluar la sensación auditiva en cobayas

Noise exposure is a leading cause of sensorineural hearing loss. Animal models of noise-induced hearing loss have generated mechanistic insight into the ...

La pupilometría se puede utilizar para estimar umbrales complejos de reconocimiento de sonido, y combinado con otros métodos se puede utilizar para determinar los efectos de diversas formas de pérdida auditiva en esos umbrales. Esta técnica se puede utilizar para caracterizar datos de la misma modalidad de humanos y de animales no entrenados. Es relativamente fácil de configurar y mínimamente invasivo.Las medidas de comportamiento y percepción son difíciles de obtener en modelos animales de pérdida auditiva. Este método es una forma de cuantificar comportamientos complejos de reconocimiento de sonido en animales. Como hacemos todos los experimentos de comportamiento animal, la paciencia es la clave.Tómese el tiempo para aclimatar al animal a la configuración experimental. Mantenga las sesiones experimentales cortas y monitoree al animal de cerca. Para comenzar, monte un altavoz calibrado en la pared de la cámara atenuada de sonido a una altura igual a la posición donde se colocará el animal.Para la entrega de estímulos de campo libre, coloque al animal en el recinto asegurándose de que no sean posibles movimientos corporales grandes y fije la cabeza del animal al marco rígido. Colo

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Investigación

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Neurociencia

Este video muestra la forma de obstruir el conducto quirúrgicamente el conejillo de indias de endolinfático para producir edema endolinfático.

Inducción quirúrgica de edema endolinfático por la obliteración del conducto endolinfático

La inhibición de la habituación y prepulso de sobresalto son medidas operativas de la entrada sensorial. La entrada sensorial se altera en la esquizofrenia y otros desórdenes mentales y enfermedades neurodegenerativas. Se describen un protocolo estándar para evaluar la habituación a corto plazo y largo plazo, así como la inhibición prepulso de las respuestas de sobresalto acústico en ratas y ratones.

Habituación y la inhibición prepulso de sobresalto acústico en roedores

Un método rápido y de bajo costo para la determinación del comportamiento de la audiencia parámetros como los umbrales de audición, discapacidad auditiva o percepciones fantasmas (tinnitus subjetivo) se describe. Utiliza pre-pulso de inhibición de la respuesta de sobresalto acústico y se puede implementar fácilmente en un ordenador personal mediante un AD programable / DA convertidor y un sensor piezoeléctrico.

Una instalación de Bajo Costo para audiometría conductual en roedores

Este video muestra un método para registrar las respuestas auditivas del tronco encefálico (ABRs) de las crías de rata. Describe los pasos para la colocación de electrodos, la aplicación de estímulos sonoros y el análisis de procesamiento de señales en el tronco encefálico para evaluar las respuestas neuronales.

Registro de las respuestas auditivas del tronco encefálico en un cachorro de rata

Fuente: Lee, D., et. al. Condiciones experimentales modificadas para la pérdida auditiva inducida por ruido en ratones y evaluación de la función auditiva y el daño de las células ciliadas externas. J. vis. exp. (2023)Este video muestra la medición de la respuesta auditiva del tronco encefálico (ABR) en un ratón. Se colocan electrodos en la cabeza, detrás de la oreja y cerca de la cola de un ratón anestesiado. Se emiten estímulos acústicos a varias intensidades y las señales eléctricas...

Medición de la respuesta auditiva del tronco encefálico en ratones

Presentamos una técnica de administración localizada de fármacos a través de la ruta trans-timpánica en la cóclea. Administración de fármacos por esta vía no interferiría con la eficacia de la lucha contra el cáncer de los medicamentos quimioterapéuticos como el cisplatino.

Trans-timpánica fármaco para el tratamiento de la ototoxicidad

El objetivo de este protocolo es proporcionar un modelo animal de implantación coclear, que puede utilizarse para tratar una multitud de preguntas de investigación. Las aplicaciones potenciales incluyen la evaluación de las intervenciones farmacéuticas o estimulación eléctrica para efectos beneficiosos sobre los umbrales de audición o impedancias de electrodos.

Implante coclear en el conejillo de Indias

Aquí, presentamos un protocolo para establecer una inducción de pérdida auditiva conductiva replicable a través de la punción quirúrgica de la membrana timpánica y la verificación por visualización del otoscopio y evaluación del comportamiento por golpe de aplauso.

Inducción quirúrgica simple de pérdida auditiva conductiva con verificación mediante la visualización del otoscopio y la respuesta de golpe de golpe conductual en Rata

Este artículo demuestra un enfoque extradural para destruir el saco endolymático del conejillo de indias y lesionar el conducto endolyméptico con un pico fino con el fin de inducir hidrópidos endolymfáticos experimentales.

Un enfoque quirúrgico revisado para inducir hidrops endoifáticos en el cerdo de Guinea

Los cerdos miniatura (mini-cerdos) son un modelo animal grande ideal para la investigación de implantes cocleares. La cirugía de implantación coclear en mini-cerdos se puede utilizar para proporcionar evidencia inicial de la seguridad y el rendimiento potencial de nuevas matrices de electrodos y enfoques quirúrgicos en un sistema vivo similar al de los seres humanos.

El cerdo miniatura: un modelo animal grande para la investigación de implantes cocleares

Aquí, presentamos un protocolo para un modelo de ratón de pérdida auditiva inducida por ruido (NIHL). Para inducir el NIHL, desarrollamos un dispositivo nuevo y sencillo que utiliza plástico corrugado, una jaula trampa para ratas y un altavoz. Se emplearon imágenes de inmunofluorescencia y respuesta auditiva del tronco encefálico para evaluar la función auditiva y el daño de las células ciliadas externas, respectivamente.

Condiciones experimentales modificadas para la pérdida de audición inducida por ruido en ratones y evaluación de la función auditiva y el daño de las células ciliadas externas

Aprende a usar la pupilometría para evaluar umbrales auditivos en cobayas mediante respuestas de dilatación pupilar. Esta técnica no invasiva permite cuantificar el reconocimiento de sonidos en modelos animales de pérdida auditiva.

Pupilometría para evaluar la sensación auditiva en cobayas

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