July 22nd, 2025
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。
このプロトコルは、プログラミングや電子工学の専門知識のない行動研究者向けに設計された統合失調症の動物モデルを評価するための簡単な方法の概要を示しています。私たちは、幼少期の苦痛に起因する神経発達上の問題に影響を受けたラットのプレパルス阻害を評価するために、費用対効果の高い行動ボックスを作成しました。プレパルス阻害テストを使用した精神医学的動物モデルの最近の進歩は、統合失調症などの障害に見られる感覚ゲーティング障害の理解に焦点を当てています。
これには、遺伝子組み換え、神経画像処理、およびプレパルス抑制の破壊を調査するための薬理学的介入が含まれ、最終的に診断と治療を改善します。私たちのプロトコルが統合失調症の動物モデルにおけるプレパルス阻害の研究を普及させ、この疾患の分子的、行動的、生理学的側面を研究している研究室が、この複雑な精神障害の理解に貢献するためにそれを使用することを願っています。まず、有線ヘッドステージを備えた自由に行動するネズミを収容するために、アクリル製の透明な箱を作ります。
粘着性のあるゴムパッドを使用してアクリルボックスを振動から隔離し、他の部品と接触せずに下の加速度計を固定します。はんだごてを使用して、加速度計ボードの4つのピンホールに直接リボンケーブルをはんだ付けします。VCC、GND、SCL、およびSDA。
アクリルの中央と加速度計の平らなフェースボードを掃除します。次に、VCCを3.3V、GNDからGND、SCLからSCL、SDAからSDAに接続して、リボンケーブルの反対側の端をマイクロコントローラに接続します。次に、厚さ 15 mm の中密度繊維板の 80 センチメートルのエッジを使用して、正面ドアを備えた防音チャンバーを構築します。
スピーカーをアクリルボックスの20センチ上に配置し、ヘッドステージとケーブルが全範囲に可動するようにします。コンピュータからマイクロコントローラボードにオーディオ出力を接続します。ユニバーサルシリアルバスケーブルを使用して、マイクロコントローラーボードをコンピューターに接続します。
次に、コンピューター上のマイコンボード用の統合開発環境ソフトウェアを開きます。対応するマイクロコントローラーボード、COMポート、ボーレートを選択したら、ファイルスケッチを開き、コンパイルしてコードをマイクロコントローラーボードにアップロードします。モニターのシリアルポートをクリックして、受信データを確認します。
次に、開発環境ソフトウェアを閉じます。次に、動物が置かれるアクリル製の箱の中にデジタル騒音計を配置します。音響刺激を再生し、騒音計の検出範囲を調整して、コンピューターから送信される刺激レベルを調整します。
次に、シリアル ポートからデータを取得および保存するための優先オープンソース ソフトウェアを開きます。COMポート、マイクロコントローラボード、ボーレートなどのソフトウェア設定を構成します。[接続] をクリックして、生データまたはグラフ ビューを読み取ります。
次に、[保存] をクリックして、実験データの記録を開始します。ラットの脳に電極アレイを埋め込んだ後、ヘッドステージをラットの頭蓋骨のコネクタインプラントに慎重に接続します。次に、ニューロンデータ収集システムの電源を入れ、マイクロコントローラーまたはオーディオ検出器またはマイクに接続されたTTLジェネレーターを介して音響刺激からデータを受信することを確認します。
先ほど設定したオープンソースのシリアルポートレコーダーをONにします。次に、電気生理学取得ソフトウェアを使用して、電気生理学的および加速度計データを収集します。動物を白色のバックグラウンドノイズに7分間さらし、すべてのタイプのパルスをランダムに提示し、各パルスタイプを10回繰り返します。
録画セッションの最後に、取得ソフトウェアの電源を切ります。次に、ヘッドステージコネクタを動物の頭蓋骨のインプラントから慎重に外します。電気生理学的および行動的分析を実行するには、脳の活動、加速度、音響刺激を含む生データを信号処理プラットフォームにインポートします。
各音響刺激を中心としたEPICを抽出します。次に、動物間の比較を可能にするために平均を正規化します。単一のパルスへの応答を最大応答として設定し、この値に対して他のパルスに対する反射応答を正規化します。
最後に、パルス5の驚愕振幅を100%と定義し、他のパルスへの応答をパルス5振幅の関数として表します。局所電界電位分析では、刺激後の大脳辺縁系および側脳下皮質に有意なパワー変調は示されませんでしたが、腹側被蓋野、扁桃体、側坐核、海馬などの領域では、デルタ、シータ、アルファバンドのパワースペクトル密度の低下が示され、顕著なベータ変調が見られました。市販の加速度計と DIY 加速度計の両方が、一貫した振幅と時間ベースのデータを示し、ベースラインの読み取り値と驚愕応答の振幅はデバイス間で密接に一致していることを示しました。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
このプロトコルは、社会的に孤立したラットにおける予備刺激抑制(PPI)を評価するために設計されたマイクロコントローラーベースの行動ボックスについて概説し、統合失調症などの精神疾患に関連する感覚ゲーティング欠陥を評価することを目的としています。加速度計データと神経活動を同期させることで、この研究は行動障害の理解に焦点を当てた神経生理学研究を進めることを目指しています。
Prepulse inhibition (PPI) testing in animal models provides a translational bridge for evaluating sensory gating deficits relevant to neuropsychiatric drug discovery. This protocol enables synchronized behavioral and neural activity measurements, supporting mechanistic de-risking and predictive confidence in early-stage target validation for psychiatric indications. The approach facilitates scalable, reproducible phenotyping critical for portfolio triage and cross-functional R&D alignment.
This protocol positions PPI testing and neural activity recording at the intersection of early discovery, lead identification, and preclinical validation for neuropsychiatric drug development.