Classica-ritardo Eyeblink condizionata a One-Year-Old Children
1 settembre 2018
Questo protocollo descrive un eyeblink condizionata paradigma appropriato per gli esperimenti con gli infanti one-year-old. Attrezzature commerciali o su misura possono essere utilizzata per fornire gli stimoli, e raccolta di dati e l'analisi deve essere eseguite sulle registrazioni video.
L'obiettivo generale di questa procedura è valutare l'apprendimento associativo nei bambini di un anno utilizzando il condizionamento del battito di ciglia. Il paradigma del condizionamento del battito delle palpebre è utile per rilevare alcuni tipi di deficit di apprendimento e memoria. Ad esempio, gli adulti e i bambini con disturbo dello spettro alcolico fetale hanno deficit nel condizionamento del battito delle palpebre.
Ciò è dovuto a interruzioni dei loro circuiti cerebellari. Il condizionamento del battito delle palpebre si riferisce a un'associazione appresa tra un tono uditivo e uno sbuffo d'aria alla cornea che stimola un battito di ciglia. Con l'accoppiamento ripetuto dei due stimoli, i bambini possono imparare a sbattere le palpebre quando sentono il tono, in previsione dello sbuffo.
Questo metodo può essere utilizzato per studiare i deficit dello sviluppo neurologico. Sebbene sia difficile da somministrare nei bambini piccoli, prima riusciamo a rilevare e trattare questi bambini, più è probabile che ottengano il miglior risultato possibile. Le unità di condizionamento Eyeblink sono disponibili in commercio o possono essere personalizzate.
L'allestimento richiederà la seguente attrezzatura: un'unità di soffio d'aria in grado di somministrare un soffio d'aria direttamente alla cornea, utilizzando un compressore d'aria con regolatore di pressione. Questo dovrebbe essere attaccato a una fascia o a un cappello regolabile che può essere indossato dal bambino. Due altoparlanti audio portatili con impostazioni di volume regolabili.
Una videocamera con una frequenza di fotogrammi di almeno 60 hertz per catturare le risposte dei battiti di ciglia. Controllo computazionale dell'apparecchiatura, in modo che il tono e il soffio d'aria possano essere somministrati automaticamente con tempi precisi e a intervalli variabili. Lo stimolo di condizionamento del battito di ciglia qui descritto consiste in un tono di 750 millisecondi, che si sovrappone e termina con un soffio d'aria di 100 millisecondi.
Per esaminare i cambiamenti nell'apprendimento associativo nel tempo, fornire le prove in blocchi di 10, per un totale di 50 prove. In ogni blocco, includi una prova di tono senza il soffio d'aria. Questo ti permetterà di valutare direttamente l'apprendimento associativo.
In ogni blocco, includi anche una prova di soffio d'aria senza il tono. Ciò ti consentirà di confermare che l'unità di soffio d'aria sia posizionata correttamente e che il bambino sia sensibile allo sbuffo d'aria. Posiziona due altoparlanti portatili su entrambi i lati del bambino.
Posizionare il bambino in grembo all'assistente sociale. Mentre un ricercatore distrae il bambino, un secondo ricercatore può posizionare la fascia sulla testa del bambino e regolare le dimensioni. Posizionare il tubo flessibile che tiene l'ugello del soffio d'aria e il sensore a infrarossi in modo che questi si trovino a circa uno o tre centimetri dall'occhio del bambino.
Prima di iniziare l'esperimento, verificare che l'unità soffio d'aria sia posizionata correttamente. Fallo erogando un singolo soffio d'aria di prova all'occhio del bambino e osserva se si verifica un battito di ciglia. Potrebbe essere necessario un certo riposizionamento dell'archetto.
I metodi di rilevamento automatico delle palpebre inclusi nelle configurazioni commerciali sono spesso inaffidabili nei bambini piccoli in quanto è difficile mantenere il sensore abbastanza vicino all'occhio per rilevare il battito delle palpebre. Invece, l'analisi della videocamera fotogramma per fotogramma dovrebbe essere utilizzata per rilevare le risposte dei battiti di ciglia dei neonati. Per fare ciò, utilizzare una videocamera portatile per seguire manualmente lo sguardo del bambino durante l'esperimento.
L'analisi fotogramma per fotogramma delle registrazioni video può essere facilmente ottenuta utilizzando un semplice software di editing video. Rileva l'inizio del tono o dello sbuffo d'aria utilizzando la forma d'onda audio. Per registrare l'inizio delle palpebre, cerca il primo fotogramma in cui gli occhi iniziano a chiudersi.
I ricercatori potrebbero anche voler notare il picco del battito delle palpebre, dove gli occhi sono chiusi al massimo. Calcola il numero di fotogrammi intermedi e converti questo tempo di risposta in millisecondi in base alla frequenza dei fotogrammi della tua fotocamera. Le risposte condizionate sono battiti di ciglia che iniziano prima che venga erogato lo sbuffo d'aria.
Le risposte incondizionate sono battiti di ciglia riflessi allo sbuffo d'aria che si verificano più di 650 millisecondi dopo l'inizio del tono. Saranno osservati anche altri tipi di risposte. Ad esempio, le risposte di sorpresa sono battiti di ciglia che si verificano entro il primo intervallo di 200 millisecondi dopo il tono e rappresentano una risposta riflessa al tono uditivo o battiti di ciglia sincronizzati in coincidenza con lo stimolo.
Infine, le risposte fallite sono prove in cui non è stato rilevato alcun battito di ciglia in risposta allo sbuffo d'aria. Questi possono indicare che il soffio d'aria non raggiungeva l'occhio. Sebbene l'analisi video fotogramma per fotogramma richieda un'interpretazione soggettiva, questo metodo può essere utilizzato per misurare in modo affidabile la latenza del battito di ciglia dall'inizio dello stimolo.
Il nostro confronto di 94 risposte al battito di ciglia mostra un accordo molto alto tra due osservatori che rientra in un limite di concordanza di 250 millisecondi. Questa variabilità è sufficientemente bassa per distinguere le risposte condizionate da quelle incondizionate. Le risposte che differiscono in modo significativo dovrebbero essere rivalutate da entrambi gli osservatori.
È probabile che le risposte siano molto variabili tra i neonati. I bambini che hanno raggiunto il condizionamento risponderanno prima che venga erogato lo sbuffo d'aria. Possono anche lampeggiare quando il tono viene presentato senza lo sbuffo d'aria, mostrato dai quadrati rossi.
Tuttavia, alcuni neonati non mostrano alcuna evidenza di condizionamento durante l'esperimento. Qui le risposte del battito di ciglia si verificano dopo l'inizio del soffio d'aria, suggerendo che si tratta di battiti di ciglia riflessivi. Inoltre, quando il tono viene emesso in isolamento, il bambino non anticipa l'erogazione del soffio d'aria.
Il condizionamento è meglio descritto come la variazione del numero di risposte condizionate in più prove o più sessioni sperimentali. Il passo più importante per ottenere risultati affidabili è mantenere il corretto posizionamento dell'unità di soffio d'aria durante l'esperimento. Il bambino dovrebbe sbattere le palpebre in risposta alla maggior parte delle prove di soffio d'aria.
In questo esempio, le risposte del battito di ciglia allo sbuffo d'aria diminuiscono nel corso dell'esperimento, indicando che l'unità soffio d'aria non è stata mantenuta nella posizione corretta. Il bambino non raggiungerà il condizionamento dell'ammiccamento se non riesce a percepire il soffio d'aria corneale. Il condizionamento del battito delle palpebre è un paradigma utile per valutare lo sviluppo neurale nei bambini.
Quello che abbiamo scoperto è che la registrazione video e la successiva analisi offline sono un metodo più affidabile quando si utilizza questa tecnica nei bambini piccoli.
Panoramica
Questo protocollo descrive un paradigma di condizionamento dell'ammiccamento progettato per bambini di un anno al fine di valutare l'apprendimento associativo. Il metodo utilizza stimoli uditivi e tattili per valutare le capacità di apprendimento e memoria nei bambini piccoli.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Psicologia dello sviluppo
- Valutazione comportamentale
Sfondo
- Il condizionamento dell'ammiccamento è un metodo per lo studio dell'apprendimento associativo.
- Può rivelare deficit di apprendimento in popolazioni come quelle affette da disturbo dello spettro alcolico fetale.
- La circuitazione cerebellare è fondamentale per questo tipo di apprendimento.
- Un rilevamento precoce dei problemi neurosviluppali può migliorare i risultati.
Scopo dello studio
- Valutare l'apprendimento associativo nei neonati utilizzando un paradigma di condizionamento controllato.
- Identificare potenziali deficit di apprendimento nei bambini piccoli.
- Studiare la relazione tra stimoli sensoriali e risposte condizionate.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di un'unità per soffi d'aria e altoparlanti audio per somministrare stimoli.
- Registrazione video per analizzare le risposte dei neonati.
- Analisi fotogramma per fotogramma per rilevare le risposte di ammiccamento.
- Blocchi di prove per valutare i cambiamenti nelle risposte condizionate nel tempo.
Risultati principali
- Le risposte condizionate sono state misurate in base al momento degli sbattiti delle palpebre in relazione agli stimoli.
- È stata osservata variabilità nelle risposte tra i neonati.
- Il condizionamento riuscito è indicato da sbattiti anticipatori prima della somministrazione del soffio d'aria.
- L'affidabilità dell'analisi video è stata confermata tramite l'accordo tra osservatori.
Conclusioni
- La condizione del battito delle palpebre è efficace per valutare lo sviluppo neurale nei lattanti.
- Un posizionamento corretto dell'apparecchiatura è fondamentale per ottenere risultati accurati.
- Un intervento precoce può essere facilitato attraverso questo metodo di valutazione.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La valutazione dell'apprendimento associativo nei neonati fornisce un'indicazione precoce sullo sviluppo neurologico dipendente dal cervelletto, consentendo una riduzione predittiva del rischio nei modelli preclinici dei disturbi neurologici. Questo metodo supporta la validazione degli obiettivi collegando stimoli sensoriali a output comportamentali misurabili, facilitando la comprensione meccanicistica delle vie di apprendimento. Il rilevamento precoce di deficit permette una priorizzazione basata sul rischio nei percorsi di sviluppo terapeutico.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Indaga i percorsi di apprendimento dipendenti dal cervelletto per convalidare bersagli coinvolti nei disturbi dello sviluppo neurologico.
- Valore operativo: Fornisce un output comportamentale quantificabile per valutare l'integrità funzionale dei circuiti neurali.
- Valore predittivo: Permette l'identificazione precoce di risultati positivi nei test fenotipici che modulano l'apprendimento associativo.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Stabilisce un sistema rilevante per la patologia per misurare le associazioni tra stimolo e risposta in sistemi neurali in via di sviluppo.
- Valore operativo: Utilizza un'analisi video fotogramma per fotogramma per garantire un rilevamento riproducibile e quantitativo della latenza e del timing dell'ammiccamento.
- Prontezza del saggio: Permette una somministrazione standardizzata dello stimolo (tono e soffio d'aria) con un controllo temporale preciso per una valutazione affidabile dei composti.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità traslazionale: Collega i test comportamentali nei neonati ai modelli preclinici valutando meccanismi di apprendimento conservati dipendenti dal cervelletto.
- Riduzione del rischio meccanicistico: Chiarisce se i deficit osservati siano dovuti a alterazioni nell'elaborazione sensoriale o a vere e proprie compromissioni dell'apprendimento associativo.
- Conferma predittiva: Le risposte condizionate (ammiccamenti prima dello sbuffo d'aria) fungono da biomarcatore di un circuito neurale integro, supportando decisioni di tipo go/no-go.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nella fase iniziale della scoperta per valutare la funzionalità dei circuiti neurali, fornendo informazioni per l'identificazione dei composti promettenti e la validazione preclinica di terapie mirate a vie di sviluppo neurologico.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sugli effetti di geni o composti nell'apprendimento e nella memoria mediati dal cervelletto.
- Screening: Permette la standardizzazione dei saggi attraverso una temporizzazione precisa degli stimoli e il blocco automatico delle prove per una raccolta dati costante.
- Analisi: Genera misurazioni quantitative di variabili dipendenti (latenza dell'insorgenza dell'ammiccamento, classificazione della risposta) per confrontare le condizioni sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Collega la valutazione dello sviluppo neurologico nei neonati alla continuità preclinica attraverso paradigmi comuni di apprendimento cerebellare.
- Riutilizzo aziendale: Il framework può essere adattato a diversi modelli per valutare la neurotossicità dello sviluppo o il recupero terapeutico.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Riduce l'ambiguità meccanicistica distinguendo l'apprendimento condizionato dalle risposte riflesse o di startle.
- Valore operativo: L'analisi video fotogramma per fotogramma garantisce affidabilità laddove il rilevamento automatico fallisce, migliorando la qualità dei dati.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di tipo go/no-go fornendo biomarcatori precoci e traducibili dell'integrità dei circuiti neurali.
- Impatto sul portafoglio: Permette un avanzamento proporzionato al rischio basato sul profilo neurosviluppativo in popolazioni sensibili.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nei test comportamentali su neonati e nella valutazione dello sviluppo neurologico.
- È vincolato all'utilizzo di apparecchiature per la videoregistrazione con una frequenza di acquisizione di almeno 60 Hz e sistemi precisi di presentazione degli stimoli.
- Necessita di una standardizzazione tra i diversi gruppi di lavoro per quanto riguarda i tempi di presentazione degli stimoli, la posizione del neonato e i protocolli di classificazione delle risposte.
- Deve tenere conto della variabilità nella collaborazione del neonato e nel tracciamento dello sguardo durante l'analisi manuale dei video.
- È limitato dalla necessità di un'analisi fotogramma per fotogramma, a causa dell'affidabilità insufficiente dei sistemi automatizzati di rilevamento degli occhi chiusi in questa fascia d'età.
