Détermination du comportement de la discrimination de la paire de stimuli acoustiques des stimuli auditifs et électrique en utilisant un conditionnement classique et de fréquence cardiaque approche

L'objectif général de cette procédure est d'identifier les régions de stimulation du noyau cochléaire et les schémas de stimulation neuronale qui produisent des sensations de fréquence discernables par l'animal. Tout d'abord, un dispositif de surveillance du rythme cardiaque est implanté afin de permettre la mesure des réponses physiologiques de l'animal. Ensuite, une électrode neuronale par laquelle une stimulation peut être délivrée au système auditif est implantée dans le noyau cochléaire.

Ensuite, l'animal est conditionné pour détecter les différences de fréquence entre les sons présentés et produire une réponse physiologique. Enfin, on évalue la capacité de l'animal à détecter différentes localisations et motifs de neurostimulation du système auditif. En définitive, des résultats peuvent être obtenus, indiquant quelles zones du noyau cochléaire sont les mieux adaptées à la stimulation dans le cadre de prothèses auditives et de motifs de stimulation.

Particulièrement adapté à l'utilisation dans de tels dispositifs en identifiant les emplacements et les schémas de stimulation qui produisent de manière constante des sensations de fréquence distinctes. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, telles que la stimulation et l'enregistrement neuronaux dans une préparation aiguë, réside dans la possibilité d'identifier des cibles et des techniques de stimulation qui sont effectivement distinguées et détectées par l'animal. Les implications de cette technique s'étendent à des thérapies pour le traitement de la surdité, dans les cas où les implants cochléaires ne peuvent être utilisés, soit en raison d'une cochlée altérée, soit en raison de lésions du nerf auditif.

Cette technique permettra de déterminer les stratégies de stimulation qui imitent le mieux le traitement acoustique normal. Trois à cinq jours après l'implantation de l'appareil de télémétrie électrocardiographique, commencez l'implantation des électrodes cérébrales en administrant d'abord un analgésique et un anesthésique. Une fois l'anesthésie confirmée, rasez la tête de l'animal et nettoyez-la avec une solution alcoolisée de Bétadine, puis avec du Bétadine.

Placer l'animal sur une plaque homéothermique. Soulever et positionner l'animal entre les barres auriculaires, puis insérer la première barre auriculaire dans le conduit acoustique externe. Verrouiller la première barre auriculaire en place.

Ensuite, glissez la seconde barre auriculaire en place à l’aide de pinces à dents de rat. Ouvrez la mâchoire de l’animal et accrochez les incisives supérieures au support dentaire. Une fois en position, faites glisser le cône nasal sur le nez pour commencer l’administration d’isoflurane, qui se poursuivra pendant toute la durée de l’intervention chirurgicale.

Après avoir exposé l'os pariétal, nettoyez la surface à l'aide d'une solution de peroxyde à 20 %. Sur un tampon de gaze, percez un trou d'environ deux millimètres carrés dans l'extrémité latérale la plus éloignée de l'os interpariétal. Rincez le trou avec une solution saline stérile afin d'éliminer tout débris osseux ou fragment susceptible d'endommager l'électrode ; sous un microscope, percez un petit trou dans l'os pariétal gauche et dans l'os interpariétal droit.

Ensuite, vissez une vis en acier chirurgical dans chaque trou, en laissant environ 0,5 millimètre entre la tête de chaque vis et le crâne. Fixez le haut-parleur de couplage sur la barre auriculaire creuse gauche. Placez le manipulateur d'électrode en position au-dessus de l'ouverture avec un angle rostral Cato de 10 degrés.

Ensuite, à l’aide de la pointe d’une aiguille, pratiquer une incision dans la dure-mère sur le plan sagittal. Insérer manuellement l’électrode d’environ deux millimètres sous la surface du cerveau. Relier les vis aux points de l’électrode de masse et de référence de l’étage d’amplification à haute impédance.

Veillez à ce que l'amplificateur soit allumé. Scellez ensuite la chambre d'enregistrement et commencez la délivrance cyclique d'un bruit filtré en bande passante moyenne basse et haute fréquence, avec une fréquence maximale d'une impulsion toutes les 200 millisecondes. Surveillez l'activité neuronale sur chaque canal afin de détecter les réponses au bruit. Présentation.

Continuez l'insertion de l'électrode jusqu'à ce que la distance totale insérée approche huit millimètres ou jusqu'à ce que des réponses soient observées lors de la présentation de bruits. Si le noyau cochléaire a été atteint, les sites situés à l'extrémité de l'électrode devraient principalement répondre à des stimuli de haute fréquence. Poursuivez l'insertion de l'électrode jusqu'à ce que la pointe détecte.

Les réponses aux stimuli de basse fréquence ou à l'activité induite par l'audition cessent de se produire. Si l'activité cesse, l'électrode a pu traverser entièrement le noyau cochléaire, et il peut être nécessaire de réviser le positionnement de l'électrode. Élaborer une carte de réponse fréquence-amplitude des neurones aux sites des électrodes en présentant des tons purs par paliers de fréquence couvrant la gamme de fréquences souhaitée, à des amplitudes comprises entre 1 et 70 décibels, avec 10 répétitions de chaque stimulus.

Pour protéger le tissu cérébral et l'électrode, appliquez une fine couche d'élastomère de silicone légèrement au-dessus des branches de l'électrode exposées, de sorte que l'élastomère s'écoule le long des branches et recouvre à la fois celles-ci et la surface exposée du cerveau. Pour fixer l'électrode en place, appliquez du ciment dentaire, reliez le fil de masse de l'électrode aux vis, puis appliquez davantage de ciment dentaire afin d'obtenir une meilleure solidité. Une fois le ciment durci, sutures l'incision autour de l'électrode, puis placez la cage d'habitation sur un tapis chauffant pendant 24 heures pour permettre à l'animal de se remettre.

Après avoir activé le dispositif de télémétrie, placer l'animal dans la chambre de test et lui permettre de s'acclimater pendant cinq minutes avant de commencer le conditionnement. Pour réaliser la procédure de conditionnement, délivrer un membre choisi aléatoirement parmi la paire de stimuli acoustiques, répété en impulsions de 250 millisecondes séparées par 250 millisecondes de silence, pendant une durée de 80 à 170 secondes. Chaque présentation de stimulation doit avoir un temps de montée et de descente de 10 millisecondes.

Pour éviter que le clic ne soit perçu, commencez par alterner. Le deuxième élément de la paire de stimuli acoustiques accompagne le premier en présentant chaque ton pendant 250 millisecondes, suivi d'un silence de 250 millisecondes. Après 9,5 secondes des dix secondes de présentation alternative des tons, appliquez une secousse électrique de 0,5 milliseconde aux pattes, puis interrompez la présentation des tons pendant 30 secondes afin de permettre la stabilisation de la fréquence cardiaque.

Continuer ce processus jusqu'à ce que 48 cycles de la procédure aient été effectués. Pour garantir un nombre suffisant de répétitions de chaque paire de tons pour l'analyse, s'assurer que chaque paire de tons est présentée au moins quatre fois. Après avoir fixé le câble de stimulation neuronale et activé le dispositif de télémétrie sous anesthésie à l'isoflurane, laisser l'animal se remettre et s'acclimater à la chambre d'essai pendant 10 minutes avant le test.

Afin de maintenir l'acclimatation de la journée précédente, appliquer une paire de stimuli acoustiques alternés comme décrit précédemment, suivie d'un choc électrique de 0,5 milliseconde aux pattes. Après avoir laissé la fréquence cardiaque se stabiliser, appliquer de manière répétée un membre choisi aléatoirement parmi une paire de stimuli électriques en impulsions de 250 millisecondes, séparées par 250 millisecondes de silence, pendant une durée totale de 80 à 170 secondes. Ensuite, commencer à alterner le second membre de la paire de stimuli électriques avec le premier, en présentant chaque ton pendant 250 millisecondes, suivi de 250 millisecondes de silence, pour une durée totale de 10 secondes.

Répétez le cycle avec la paire de stimulations électriques suivante sélectionnée aléatoirement jusqu'à ce qu'au moins 20 essais de chaque paire aient été délivrés à des intervalles aléatoires. Insérez une paire de stimuli acoustiques pour maintenir le conditionnement. Une fois le test terminé, désactivez le dispositif de télémétrie, débranchez le câble de stimulation et remettez l'animal dans son enclos d'origine.

On voit ici la réponse électrophysiologique d'une électrode correctement positionnée. Chaque histogramme présente les données pour une fréquence donnée à un site électrode précis, et chaque colonne représente une période de temps de 25 millisecondes sur les deux rangées du réseau d'électrodes. Des réponses sont détectées à chaque site électrode individuel uniquement en réponse à une bande de fréquences très étroite, mais ces bandes étroites sont réparties sur un large éventail de fréquences.

Une telle répartition est optimale, car de nombreuses régions cérébrales distinctes associées à différentes fréquences peuvent être stimulées indépendamment. Idéalement, le positionnement des électrodes devrait permettre de détecter des réponses neuronales à un stimulus acoustique sur plusieurs canaux, avec une amplitude sonore aussi faible que 10 décibels, comme observé dans cette réponse électrophysiologique au canal 10. On observe ici la réponse électrophysiologique enregistrée avec une électrode mal positionnée : l'activité se produit aux extrémités de chaque barrette du réseau d'électrodes, mais il existe peu de variation de la fréquence du stimulus acoustique provoquant une activité à chaque site électrode.

Une telle implantation ne permet pas la stimulation d'une couche de fréquence distincte pour les tests de discrimination. Ici, des tracés individuels et des données moyennes proportionnelles à la fréquence cardiaque sont présentés, allant de huit secondes avant à huit secondes après le début de la présentation du stimulus électrique alterné. Ces données ont été recueillies lors de la septième séance de test et comprenaient 12 présentations de stimulus électriques.

Une diminution significative de la fréquence cardiaque se produit rapidement après l'application du deuxième stimulus nerveux, suivie d'une augmentation significative de la fréquence cardiaque, ce qui suggère que l'animal a détecté la différence entre le premier et le deuxième stimulus. Le degré d'erreur et la variance de la réponse sont indiqués dans le graphique représentant la moyenne proportionnelle plus l'erreur type, et la significativité de la baisse et de la hausse après la présentation du deuxième stimulus peut être vérifiée à l'aide d'intervalles de confiance à 95 %. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de garder à l'esprit que tout stimulus externe détectable par l'animal peut entraîner des variations de la fréquence cardiaque, augmentant ainsi la variabilité des résultats ; les tests et l'entraînement doivent être réalisés dans un environnement constant et bien isolé afin de minimiser ces effets après son développement. Cette technique ouvre la voie aux chercheurs dans le domaine de la biomécanique pour explorer de meilleures méthodes de stimulation électrique du cerveau dans divers systèmes sensoriels afin d'obtenir des réponses comportementalement pertinentes.