Method Article

精神動物モデルにおけるプレパルス阻害と神経活動を評価するための行動ボックスの開発

DOI:

10.3791/67005

⸱

July 22nd, 2025

 ,  ,  ,  , 
1Edmond and Lily Safra International Institute of Neuroscience, Santos Dumont Institute, 2Laboratory of Molecular Pharmacology, Departamento de Farmacologia, Escola Paulista de Medicina (EPM), Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)

In This Article

Summary

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このプロトコルは、マイクロコントローラーベースのビヘイビアボックスを提供し、ボックスの下のセンサーから加速度データを収集することにより、プリパルス阻害(PPI)を評価します。このデータは、社会的に隔離されたラットの感覚ゲーティング障害を評価し、行動障害に関する神経生理学研究を進めるために、データをニューロン活動と同期させる方法が追加されています。

Abstract

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幼少期の苦痛は、神経発達障害の潜在的な前兆として認識されています。この状態を動物モデルで調査するアプローチの1つは、離乳後の社会的孤立です。げっ歯類におけるこの幼少期の苦痛は、統合失調症患者で観察されるものと同様、前頭前野の体積の減少、樹状突起脊椎密度の減少、腹側被蓋領域でのドーパミン作動性活性の増加など、神経変化を引き起こすことが示されています。プレパルス阻害(PPI)パラダイムは、ヒトモデルと動物モデルの両方で感覚ゲーティングの欠損を評価するための確立された方法です。PPIとは、より弱い音響事前刺激(例えば、65dBパルス)が先行する場合に、より強い音響刺激(例えば、120dBパルス)に対する驚愕反射の抑制を指す。この現象は、精神疾患患者や精神疾患の動物モデルではしばしば軽減されます。この記事では、統合失調症のアクセス可能で費用対効果の高い動物モデルの使用と、モデルからのニューロン記録(電気生理学的記録など)と行動ボックスの同期を可能にする、PPI研究用の行動ボックスを構築するためのプロトコルを紹介します。このカスタマイズされた行動ボックスは、離乳後の分離を受けた自由に行動するげっ歯類の驚愕反応を効果的に検出し、同時にニューロンを記録するPPI評価を促進しました。

Introduction

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統合失調症(SCZ)と診断された人は、しばしば感覚運動障害を呈します。感覚刺激に対する反応の低下と、多様な感覚入力からの関連情報の識別の困難さは、これらの患者でしばしば報告されます1,2。健康な人にとっては、強い刺激の前に弱い刺激を与えると、強い刺激に対する通常の驚愕反射が減少します3。この現象はプレパルス阻害 (PPI) として知られており、SCZ 患者および SCZ4 の動物モデルにおける感覚ゲーティング欠損の調査に使用されています。

音響PPI課題では、単一の強い音響パルス(例えば、~120dB)に対する驚愕反応と、同じ刺激が短い間隔(30〜500)で弱い刺激(例えば、~65dB)によって先行された場合の驚愕反応と比較される3,4。健康な人では、弱いプレパルスが提示されると、パルスに対する驚愕反応は減少します(単一の強いパルスのみに対する驚愕反応と比較した場合)。この現象は、SCZの個人では抑制され、強いパルス

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Protocol

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動物実験は、「実験動物の世話と使用に関するガイド」に従って実施しました。このプロジェクトは、CEUA Santos Dumont Instituteの倫理委員会によって承認されました(承認番号04/2016)。PPI試験では、35匹のWistarラット(3か月齢、290-490 g、雄19匹、雌16匹)をPPIボックスで個別に評価しました。35匹のラットはすべて、離乳後の隔離のプロトコルを受け、温度23°C、湿度70%の12/12時間の光サイクルの下で、食物と水に 自由 にアクセスできる制御された施設で個別に飼育されました。本試験で使用した試薬および機器の詳細は、 資料表に記載されています。

1. PPIボックス

  1. 長さ25cm、幅20cm、高さ25cmのアクリル製の透明ボックスを作成して、有線のヘッドステージで自由に行動するラットを維持します。この高さは、ラットが逃げるのを防ぎ、神経細胞の記録のためにヘッドステージを自由で安全に保つために重要です。
    1. 粘着性のゴムパッドを使用して、アクリルボックスを外部の機械的振動(例:実験室のベンチと他の機器)から隔離し、加速度計を他の部品(例:ベンチやワイヤー)と物理的に接触しないようにボックスの下に取り付けます。
      注意: タスクの要件(マウス、ラット、マーモセットなど)に応じて、透明なアクリルボックスのサ....

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Results

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プレパルス阻害は、パルス5(120dBのみ)と比較してパルス1と3に差は見られませんでしたが、パルス2とパルス4(p < 0.05)には統計的な差が示されました(図6)。

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図6:5種類のパルスにおける聴覚刺激に対する平均応答振幅。 パルス1とパルス3のPPI%はパルス5と違いはありません。パルス2と4(*)のPPI%はパルス5とは異なります。エラーバーは標準エラーを表します。

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Discussion

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このプロトコルは、脳データ(この例では、局所電界電位とスパイク活性)を記録しながら、自由に行動するWistarラットのプレパルス阻害課題を研究するためのDIY行動ボックスを提示しました。このボックスは、神経科学研究所で一般的に見られるコンポーネントを使用して構築およびカスタマイズできるため、入手しやすく安価です。このようなDIYソリューションにより、実験の設計とパーソナライズの柔軟性も高まります。

DIYシステムを使用すると、低コストや使いやすさなど、多くの利点が観察できます。オープンソースのソフトウェアとハードウェアにより、新しいプロトコルの構築とテストが可能になり、さまざまなアプリケーションでの利用が容易になります。一方、より高度なマイクロコントローラやシングルボードコンピュータに比べて処理能力が低いなどの欠点や制限により、複数の入力センサ(サンプルレートの高いセンサなど)を使用する、より複雑で計算負荷の高いアプリケーションでのDIYシステムの使用が制限される可能性があります。

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Disclosures

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著者らは、競合する金銭的利益がないことを宣言します。

Acknowledgements

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Edith Granados, Cinvestav Guadalajara, PPIスクリプトとデータ同期でこのプロジェクトをサポートしてくださり。この研究は、Santos Dumont Institute、Ministry of Education、CNPq、CAPES、およびFINEPによって資金提供されました。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
アクリルボックスカスタムメイド厚さ5mmのアクリル板、20cm×25cm×25cm
粘着ゴムバンパーパッドゴリラのグリットMPU6050 直径0.8インチ、高さ0.38インチ。アクリルボックスを安定させ、外部振動から隔離するゴムパッド。箱の下にMPU6050があるため、高さは5mm以上にする必要があります。
Arduino 宇野ArduinoATmega328P ATmega328PをベースとしたArduinoマイクロコントローラボードで、14個のデジタル入出力ピン、6個のアナログ入力、16MHzのクロック速度を備えています。
Cedrus stim tracker(オーディオ検出器)セドラスhttps://cedrus.com/stimtracker/index.htmCedrus stim trackerは、音響刺激を検出し、TTLマーカーを加速度計データに送信します。
シネプレックスリサーチシステムプレクソンhttps://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/電気生理学的データと同期した動物の録画ビデオ。
シアノアクリレート接着剤MPU6050箱の下にMPU6050をしっかりと貼り付ける瞬間接着剤。
デジタルサウンドレバーメーター実験前に設定された刺激を校正するためのデシベルメーター。
IBM SPSSSPSS(社会科学統計パッケージ、米国)IBM SPSS Statistics ソフトウェア・プラットフォーム。
マトラブマスワークスhttps://www.mathworks.com/products/matlab.htmlデータ解析、アルゴリズム開発、モデル作成のための MATLAB プラットフォーム。
マイクロステンレス鋼ネジ直径1.2mm、長さ4mmのメガネネジ。
マイクロエレトロードアレイ社内でカスタムメイドオムネティクスコネクタとカリフォルニアファインワイヤーのパリレンでコーティングされたタングステン50ミクロンワイヤーを使用しています。
マイク電気生理学的データと同期した音響刺激を取得するためのマイク。
MPU-6050インベンセンスhttps://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/MPU-6050は、3軸ジャイロスコープと3軸加速度計です。
マルチチャンネルアクイジションプロセッサ プレクソンスパイク/LFPMAP Plexonは、神経細胞の電気生理学的データSPIKE/LFPおよび補助チャネル(マイク、TTLマーカー、加速度計)を取得します。
ニューロエクスプローラネックス https://www.neuroexplorer.com/連続記録信号とタイムスタンプ(スパイクトレイン、行動イベント)のNeuroExplorerデータ解析プログラム
ニューロエクスプローラーネックステクノルギーhttps://www.neuroexplorer.com/SPIKEおよびLFP神経生理学的データ解析のためのソフトウェア
オフラインソータープレクソンhttps://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842オフラインスパイク選別用ソフトウェア
オフラインソーターオフラインソーターhttps://plexon.com/products/offline-sorter/Offline Sorterは、オフラインのスパイクソーティングソフトウェアです
直腸動物用SpO2センサーKTMEDのFS-03型小動物用SpO2センサー
リボンケーブルArduinoに接続するための細いリボンケーブルMPU6050。
ロボティドリルニューロスターhttps://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/ニューロスター定位固定装置に用いるロボットドリル手動ドリルで交換できます。
話者スピーカーの範囲は100〜40kHzで、強度は最大150dBです。
定位固定装置ニューロスターげっ歯類の脳神経外科に使用される定位固定

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Braff, D. L., et al. Impact of prepulse characteristics on the detection of sensorimotor gating deficits in schizophrenia. Schizophr Res. 49 (1-2), 171-178 (2001).
  2. Jahshan, C., et al. Automatic sensory ....

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Prepulse InhibitionBehavioral BoxPsychiatric Animal ModelsSensory GatingStartle ResponseElectrophysiological RecordingSocial Isolation RodentsNeural ActivityAccelerometer DataLocal Field Potential

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