Il potere di Interstimulus intervallo per la valutazione di elaborazione temporale in roditori

Summary

Elaborazione temporale, un processo preattentive, può essere alla base di deficit nei processi cognitivi più alto livello, tra cui attenzione, comunemente osservata nei disordini neurocognitive. Tramite inibizione del prepulse come un paradigma esemplare, presentiamo un protocollo per la manipolazione di interstimulus intervallo (ISI) per stabilire la forma della funzione ISI per fornire una valutazione della elaborazione temporale.

Abstract

Deficit di elaborazione temporale sono stati implicati come potenziale dimensione elementare di livello superiore processi cognitivi, comunemente osservata nei disordini neurocognitive. Nonostante la divulgazione di inibizione del prepulse (PPI) negli ultimi anni, molti protocolli correnti promuovono utilizzando una percentuale di misura di controllo, quindi precludere la valutazione di elaborazione temporale. Lo studio presente ha utilizzato cross-modale PPI e gap inibizione del prepulse (gap-PPI) per dimostrare i vantaggi connessi all'occupazione di una gamma di intervalli di interstimulus (ISIs) per delineare gli effetti della modalità sensoriale, psicostimolante esposizione ed età. Valutazione delle modalità sensoriale, psicostimolante esposizione ed età rivela l'utilità di un approccio variando l'intervallo di interstimulus (ISI) per stabilire la forma della funzione ISI, compreso aumenta (inflessioni più nitide curva) o diminuisce (appiattimento curva di risposta ampiezza) startle in ampiezza. Inoltre, turni nell'inibizione di risposta di picco, indicativo di una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI, spesso si rivelano. Così, la manipolazione sistematica di ISI permette un'occasione fondamentale valutare elaborazione temporale, che può rivelare i meccanismi neurali coinvolti nei disordini neurocognitivi.

Introduction

Deficit di elaborazione temporale sono stati implicati come un potenziale meccanismo neurale sottostante per alterazioni a livello superiore processi cognitivi comunemente osservati nei disordini neurocognitive. Inibizione del prepulse (PPI) della risposta dello startle uditiva (ASR) è un paradigma sperimentale traslazionale, comunemente usato per esaminare i deficit di elaborazione temporale, rivelando profonde alterazioni nei disordini neurocognitivi quali schizofrenia,^{1 2} di disordine di iperattività di deficit di attenzione e HIV-1 associati disturbi neurocognitivi^3,4. In particolare, valutazioni di elaborazione temporale in modelli preclinici di HIV-1 hanno rivelato le generalità, la relativa permanenza e suggerito l'utilità di diagnostica di PPI in tutta la maggior parte degli animali durata funzionale^{3,4 ,5,6}.

Uso di un approccio variabile intervallo di interstimulus (ISI; cioè, il tempo tra il prepulse e lo stimolo di startle) nell'analisi delle date di modifica riflesso torna a Sechenov nel 1863⁷. Gli studi seminali di modificazione riflessa, una misura di sensorimotoria gating, impiegato un approccio variando ISI per valutare la risposta del flessore e provino in rane^7,8, così come le risposte istintive in esseri umani⁹. La prima applicazione clinica della procedura di modifica riflessa valutate sensibilità visiva in un uomo con cecità isterica¹⁰. Oltre un secolo dopo i primi rapporti di modificazione riflessa, l'approccio di ISI variabili è stato reso popolare in tutta una serie di carte seminali^11,12,13. Nonostante le differenze inerenti gli studi seminale sulle reflex modifica (cioè, specie, procedure sperimentali, riflessi), hanno stabilito una relazione temporale che era sorprendentemente simile tra specie.

Valutazione dell'inibizione del prepulse utilizzando un approccio variando ISI, come dettagliato nel presente protocollo, ha più vantaggi rispetto la percentuale diffuso di approccio di controllo. In primo luogo, l'approccio offre l'opportunità di stabilire la forma della funzione ISI, compresi gli aumenti (inflessioni più nitide curva) o diminuisce (appiattimento della curva di risposta ampiezza)^3,15 nell'ampiezza dello startle, così come si sposta al punto di picco di inibizione di risposta di^3,5. Inoltre, quando un approccio che varia ISI è impiegato, risposta dello startle è un fenomeno relativamente stabile¹, suggerendo la potenziale utilità dell'approccio longitudinali studi che esaminano la progressione di deficit neurocognitivi^{5 , 15}. Infine, PPI fornisce un'opportunità critica di comprendere circuiti neurali sottostanti coinvolti in neurocognitive disturbi¹⁶.

Nel nostro studio, abbiamo impiegato due paradigmi sperimentali (Figura 1), tra cui cross-modale PPI e inibizione del prepulse divario (gap-PPI), per valutare l'utilità di un approccio variando ISI per delineare gli effetti della modalità sensoriale, esposizione psicostimolante, e l'età. Il paradigma sperimentale del PPI di cross-modale utilizza la presentazione di uno stimolo aggiunto (ad es., tono, luce, soffio di aria) come un discreto prestimulus prima di uno stimolo acustico sorprendente. In netto contrasto, nel paradigma sperimentale gap-PPI, l'assenza di uno sfondo (ad es., rimozione del rumore di fondo, luce o aria soffio) serve come un prestimulus discreti. Qui, descriviamo entrambi i paradigmi sperimentali per la valutazione di elaborazione temporale, nonché approcci statistici per l'analisi del PPI e gap-PPI. All'interno della discussione, abbiamo confrontato le conclusioni uno da trarre dalla variabile approccio ISI e la popolare per cento dell'approccio di controllo.

Protocol

Tutti i protocolli di animali sono stati esaminati e approvati dal comitato di utilizzo presso la University of South Carolina e cura degli animali (numero di assicurazione federale: D16-00028).

1. definizione di parametri e taratura dell'apparato dello Startle

1. Impostare il sistema di risposta di startle (Vedi Tabella materiali) secondo le istruzioni del produttore.
   1. Racchiudere la piattaforma dello startle in un gabinetto di 10 cm di spessore doppio isolamento.
2. Calibrare la sensibilità di risposta utilizzando il sistema di calibrazione dello startle.
3. Collegare l'altoparlante ad alta frequenza 30 cm sopra il detentore degli animali.
   1. Misurare e calibrare l'altoparlante utilizzando un fonometro posizionando il microfono all'interno del supporto degli animali.
4. Apporre un LED a luce bianca (22 lux) sulla parete di fronte il detentore degli animali.
   1. Misurare il lux ha presentato come un visual prepulse utilizzando un misuratore di luce.
5. Collegare un tubo di plastica semi-rigido (0,64 mm di diametro) per un aria compressa serbatoio tramite un regolatore di linea aerea.
   1. Impostare il serbatoio dell'aria a 16 psi per la presentazione di prestimuli tattile.
   2. Utilizzare un fonometro per misurare la quantità di rumore emesso dallo stimolo tattile all'interno del tubo, 2,5 cm dall'estremità del detentore degli animali. Se si utilizza più alloggiamenti, assicurarsi che tutti gli alloggiamenti sono tarati allo stesso modo.
      Nota: Per impedire che lo stimolo tattile viene percepito come uno stimolo acustico, il suono del prepulse di soffio di aria deve essere minore o uguale allo sfondo di rumore bianco. Nella confi gurazione di presenti, il prepulse di soffio di aria emessa 70 dB (a) all'interno del tubo, mentre il rumore di fondo bianco è stato inoltre impostato su 70 dB (a).

2. creazione di programmi sperimentali

1. Aprire il software di sistema di risposta di Startle (Vedi Tabella materiali).
2. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
3. Definire un processo di ASR solo impulso.
   Nota: L'ASR solo impulso di prova viene eseguito durante la sessione di assuefazione e 6 volte all'inizio di ogni sessione di gap-PPI per assuefazione e cross-modale PPI.
   1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
   2. Dati del record.
   3. Impostare livello analogico a 720.
   4. Definire il periodo di attesa come 20 ms.
   5. Introdurre il Background.
   6. Fine del processo.
   7. Premere accetta per salvare la versione di prova.
4. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
5. Creare definizioni di prova separate sei per acustica PPI, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
   1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per acustica PPI.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Dati del record.
      3. Impostare livello analogico a 720.
      4. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      5. Introdurre il Background.
      6. Fine del processo.
      7. Premere accetta per salvare la versione di prova.
   2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Impostare il livello analogico su 600 a 0 ms per introdurre il prestimulus.
      3. Assegnare la lunghezza di aspettare a 20 ms per specificare la lunghezza della prestimulus.
      4. Impostare il livello analogico a 440 a 20 ms per rimuovere il prestimulus.
      5. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
         Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI. Aspetta solo una lunghezza è incluso per ogni ISI.
      6. Dati del record.
      7. Impostare livello analogico a 720.
      8. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      9. Introdurre il Background.
      10. Fine del processo.
      11. Premere accetta per salvare la versione di prova.
6. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
7. Creare definizioni di prova separate sei per PPI visivo o tattile, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
   1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per PPI visiva o tattile.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Dati del record.
      3. Accendere il tattile.
      4. Impostare livello analogico a 720 e la lunghezza dell'attesa per 20 ms.
      5. Spegnere il tattile.
      6. Introdurre il Background.
      7. Fine del processo.
      8. Premere accetta per salvare la versione di prova.
   2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      Nota: Visivo e tattile non possono essere eseguiti simultaneamente a causa delle limitazioni hardware e software. La modalità presentata dipende l'input nell'hardware (cioè, se la luce è collegata o il soffio di aria è collegato).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Accendere il tattile per introdurre il prestimulus.
         Nota: In questo caso, tattile si riferisce alla modalità (cioè, entrambi visual o soffio di aria) che è collegato all'hardware.
      3. Impostare la lunghezza attesa a 20 ms.
      4. Spegnere il tattile per rimuovere il prestimulus.
      5. Impostare il livello analogico a 440 a 20 ms.
      6. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
         Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI.
      7. Dati del record.
      8. Impostare livello analogico a 720.
      9. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      10. Introdurre il Background.
      11. Fine del processo.
      12. Premere accetta per salvare la versione di prova.
8. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
9. Creare definizioni di prova separate sei per acustica gap-PPI, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
   1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per acustica gap-PPI.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Dati del record.
      3. Impostare livello analogico a 720 e la lunghezza dell'attesa per 20 ms.
      4. Introdurre il Background.
      5. Fine del processo.
      6. Premere accetta per salvare la versione di prova.
   2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Impostare il livello analogico per 0 a 0 ms per introdurre il prestimulus.
      3. Assegnare la lunghezza di aspettare a 20 ms per specificare la lunghezza della prestimulus.
      4. Impostare il livello analogico a 440 a 20 ms per rimuovere il prestimulus.
      5. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
         Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI.
      6. Dati del record.
      7. Impostare livello analogico a 720.
      8. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      9. Introdurre il Background.
      10. Fine del processo.
      11. Ha colpito accettare per salvare la versione di prova.
10. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
11. Creare definizioni di prova separate sei per il visivo o tattile gap-PPI, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per gap-PPI visiva o tattile.
       1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
       2. Accendere il tattile.
       3. Dati del record.
       4. Impostare livello analogico a 720 e la lunghezza dell'attesa per 20 ms.
       5. Introdurre il Background.
       6. Fine del processo.
       7. Premere accetta per salvare la versione di prova.
    2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
       1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
       2. Accendere il tattile.
       3. Impostare l'analogico livello a 0 ms.
       4. Spegnere il tattile.
       5. Impostare la lunghezza attesa a 20 ms.
       6. Accendere il tattile.
       7. Impostare livello analogico a 440.
       8. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
          Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI.
       9. Dati del record.
       10. Impostare livello analogico a 720.
       11. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
       12. Introdurre il Background.
       13. Fine del processo.
       14. Ha colpito accettare per salvare la versione di prova.
12. Selezionare definizioni e definire la sessione.
    1. Creare una sessione di assuefazione.
       1. Impostare il livello di sfondo analogico 440, il numero di campioni Record a 200 i campioni al secondo a 2000, il periodo di acclimatazione a 5 min e le ripetizioni di sequenza a 36.
       2. Digitare 10 nella casella di riepilogo intertrial intervallo (ITI).
       3. Fare clic su Aggiungi e selezionare la versione di prova di ASR solo impulso.
       4. Fare clic su Salva per salvare la sessione di assuefazione.
13. Selezionare definizioni e definire la sessione.
14. Definire la sessione per Cross-modale PPI.
    1. Impostare il livello analogico sfondo a 440, il numero di campioni Record a 200 i campioni al secondo a 2000, il periodo di acclimatazione a 5 min e le ripetizioni di sequenza di 1.
    2. Definire l'elenco di intertrial intervallo (ITI).
       1. Digitare 10 nelle prime 5 ITI elenco caselle.
       2. Digitare una variabile ITI (15-25 s) nelle caselle di elenco ITI successiva 72, che rappresentano le prove con un prestimulus.
    3. Fare clic su Aggiungi.
       1. Selezionare la versione di prova di ASR solo impulso e caricarlo 6 volte per prove 1-6.
       2. Creare blocchi di 6-prova per ogni modalità di prestimulus usando un disegno quadrato latino (tabella 1).
       3. Carico i blocchi di 6-prova in un ABBA controbilanciato l'ordine di presentazione (ad es., acustica, visual, visual, acustica, acustiche, ecc.) per cross-modale PPI.
          Nota: Ogni prova deve essere caricato individualmente.
          Nota: Ogni sessione PPI cross-modale include un totale di 78 studi.
    4. Fare clic su Salva per salvare la sessione.
15. Selezionare definizioni e definire la sessione.
    1. Definire la sessione per Gap-PPI.
       1. Impostare il livello analogico sfondo a 440, il numero di campioni Record a 200 i campioni al secondo a 2000, il periodo di acclimatazione a 5 min e le ripetizioni di sequenza di 1.
       2. Definire l'elenco di intertrial intervallo (ITI).
          1. Digitare 10 nelle prime 5 ITI elenco caselle.
          2. Digitare una variabile ITI (15-25 s) nelle caselle di elenco ITI avanti 36, che rappresentano le prove con un prestimulus.
       3. Fare clic su carica per caricare le prove.
          1. Selezionare la versione di prova di ASR solo impulso e caricarlo 6 volte per prove 1-6.
          2. Creare blocchi di 6-prova per ogni modalità di prestimulus usando un disegno quadrato latino (tabella 1).
       4. Fare clic su Salva per salvare la sessione.
          Nota: Ogni sessione di gap-PPI include un totale di 42 studi. Ogni sessione valuta una modalità sensoriale.

3. protocollo struttura

1. Utilizzare il ceppo di ratto F344/N, il ceppo inbred ratto più comune, per le valutazioni.
   Nota: Cross-modale PPI e gap-PPI possono essere condotti in animali a una varietà di età, di entrambi i sessi e indipendentemente dallo stato ormonale (cioè, ovariectomizzati, castrato, intatto). Dettagli per quanto riguarda gli animali utilizzati nei dati rappresentativi sono presentati nei risultati rappresentativi.
2. Gestire gli animali per consentire per acclimatazione in tutta una serie di giorni prima di iniziare la sperimentazione.
3. Randomizzare l'ordine degli animali per la sperimentazione dipende da fattori tra degli oggetti di interesse (ad es., il sesso biologico, trattamento).
4. Aprire il software di sistema di risposta di startle. Fare clic su Esegui. Selezionare la sessione di interesse.
   Nota: solo una sessione viene condotto al giorno e le sessioni devono essere condotte in un ordine sequenziale (cioè, assuefazione, Cross-modale PPI, Gap-PPI)
5. Immettere un nome di File di Output e fare clic su OK.
6. Immettere le informazioni oggetto, gruppo e ID e fare clic su continua.
7. Metti l'animale nell'apparecchio di startle utilizzando un recinto di animali che è più appropriato per le dimensioni dell'animale. Fare clic su OK per avviare la sessione.
8. Esportare i dati per l'analisi.
   1. Fare clic su report | Concatenare i dati. Caricare il file di dati e fare clic su Aggiungi. Fare clic su ASCII per salvare l'output di dati.

4. analisi dei dati

1. Calcolare un regolato V. Max per ogni prova sottraendo il Max V. dal valore iniziale.
   Nota: Il regolato V. Max crea una misura dell'ampiezza di picco media ASR.
2. Visualizzare graficamente i risultati per la sessione di assuefazione.
   1. Trama del gruppo mezzi ed errori standard della media per ogni prova. Le analisi di regressione possono essere condotte e in forma con gli intervalli di confidenza del 95%.
3. Visualizzare graficamente i risultati per sezione trasversale cross-modale PPI e gap-PPI.
   1. Calcolare i valori medi per ogni ISI facendo la media attraverso le 6 prove singolarmente per ciascun animale.
   2. Calcolare e rappresentare graficamente gruppo mezzi ed errori standard della media per ogni ISI e modalità sensoriale.
4. Analizzare statisticamente cross-modale PPI e gap-PPI (facoltativo).
   Nota: Anche se l'approccio statistico preciso sarà dipende il disegno sperimentale e la domanda di ricerca di interesse, un misto di design ripetute misure che ANOVA fornisce un approccio adeguato.

Results

Una funzione ISI non monotone prominente è stata osservata in cross-modale PPI (figure 2A, 3A, 4A) e gap-PPI (figure 2B, 3B, 4B). Linea di base dello startle risposte sono state osservate presso il 0 e 4000 ms ISIs, incluso come prove di riferimento all'interno di una sessione di test. L'importanza del 4000 ms ISI non può essere sottovalutato, come si ricorda più da vicino le prove di test PPI (vale a dire, 30, 50, 100, 200 ms ISIs) in quanto il ...

Discussion

Il presente protocollo descrive la potenza di ISI variabili per la valutazione di elaborazione temporale per gli studi che impiegano disegni sperimentali o a sezione trasversale o longitudinale. Esaminare gli effetti delle modalità sensoriale, psicostimolante esposizione o età sulla forma della funzione ISI ha dimostrato la sua utilità nel rivelare una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI (cioè, turni nel punto dell'inibizione massima) o un insensibilità relativa alla manipolazione di ISI (c...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
SR-Lab Sistema di risposta allo spavento	San Diego Instruments
Armadio di isolamento Azienda			acustica industriale
SR-Lab Sistema di calibrazione dello spavento	San Diego Instruments
Altoparlante ad alta frequenza	Radio Shack	modello #40-1278B
Fonometro	Bruel & Kjaer	modello #2203
Cilindro in perspex	Strumenti di San Diego		inclusi con il sistema di risposta allo spavento SR-Lab
del sistema di risposta allo spavento SR-Lab	di San Diego		Inclusi con l'esposimetro del sistema di risposta allo spavento SR-Lab
	Sper Scientific, Ltd.	modello #840006
Airline Regulator	Craftsman	modello #16023
SPSS Statistics 24	IBM		Utilizzato per analisi statistiche (opzionale)