Method Article

정신과 동물 모델에서 프리펄스 억제 및 신경 활동을 평가하기 위한 행동 상자 개발

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 프로토콜은 박스 아래의 센서에서 가속 데이터를 수집하여 PPI(Prepulse Inhibition)를 평가하는 마이크로 컨트롤러 기반 동작 박스를 제공합니다. 이 데이터는 사회적으로 고립된 쥐의 감각 게이팅 결핍을 평가하며, 행동 장애에 대한 신경 생리학 연구를 발전시키기 위해 데이터를 신경 활동과 동기화하는 추가 방법을 사용합니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

생애 초기의 고통은 신경 발달 장애의 잠재적인 전조로 인식되고 있습니다. 동물 모델에서 이 상태를 조사하는 한 가지 방법은 젖을 뗀 후 사회적 고립입니다. 설치류의 이러한 생애 초기의 고통은 전전두엽 피질 부피 감소, 수지상 척추 밀도 감소, 복부 피개 영역의 도파민 활동 증가를 포함하여 정신 분열증 환자에서 관찰된 것과 유사한 신경 변화로 이어지는 것으로 나타났습니다. PPI(Prepulse Inhibition) 패러다임은 인간과 동물 모델 모두에서 감각 게이팅 결핍을 평가하기 위해 확립된 방법입니다. PPI는 더 약한 음향 사전 자극(예: 65dB 펄스)이 선행될 때 더 강한 음향 자극(예: 120dB 펄스)에 대한 놀람 반사의 억제를 나타냅니다. 이러한 현상은 정신 질환 환자와 정신 질환의 동물 모델에서 종종 감소한다. 이 기사에서는 PPI 연구를 위한 행동 상자를 구축하기 위한 프로토콜을 소개하여 접근 가능하고 비용 효율적인 정신 분열증 동물 모델을 사용하고 행동 상자를 모델의 신경 기록(예: 전기 생리학적 기록)과 동기화할 수 있도록 합니다. 이 맞춤형 행동 상자는 놀람 반응을 효과적으로 감지하고 젖을 뗀 후 격리된 자유롭게 행동하는 설치류에서 동시 신경 기록을 통해 PPI 평가를 용이하게 했습니다.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

조현병(SCZ) 진단을 받은 사람들은 종종 감각 운동 결핍을 보인다. 이러한 환자들에서는 감각 자극에 대한 반응이 감소하고 다양한 감각 입력에서 관련 정보를 식별하기 어려운 경우가 종종 보고됩니다 1,2. 건강한 사람의 경우, 더 강한 자극이 발생하기 전에 약한 자극을 전달하면 더 강한 자극에 대한 일반적인 놀람 반사가 감소합니다3. 이 현상은 사전 펄스 억제(PPI)로 알려져 있으며 SCZ 환자 및 SCZ4의 동물 모델에서 감각 게이팅 결손을 조사하는 데 사용되었습니다.

음향 PPI 작업에서, 하나의 강한 음향 펄스(예: ~120dB)에 대한 놀람 반응은 동일한 자극이 짧은 간격(30-500)에 더 약한 자극(예: ~65dB)에 의해 선행될 때의 놀람 반응과 비교됩니다3,4. 건강한 개인의 경우, 더 약한 프리펄스가 나타날 때 펄스에 대한 놀람 반응이....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

동물 실험은 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 가이드에 따라 수행되었습니다. 이 프로젝트는 CEUA Santos Dumont Institute의 윤리 위원회(승인 번호 04/2016)의 승인을 받았습니다. PPI 검사를 위해 35마리의 Wistar 쥐(생후 3개월, 290-490g, 수컷 19마리, 암컷 16마리)를 PPI 상자에서 개별적으로 평가했습니다. 35마리의 쥐 모두는 젖을 뗀 후 격리 절차를 거쳤으며, 23°C의 온도와 70% 습도의 12/12시간 조명 주기 아래에서 음식과 물을 임시로 이용할 수 있는 통제된 시설에 개별적으로 수용되었습니다. 연구에 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나와 있습니다.

1. PPI 상자

  1. 길이 25cm, 너비 20cm, 높이 25cm의 아크릴 투명 상자를 만들어 자유롭게 행동하는 쥐를 철사로 묶어 놓는다. 이 높이는 쥐가 탈출하는 것을 방지하고 헤드스테이지를 자유롭게 유지하고 뉴런 녹음을 위해 안전하게 유지하는 데 중요합니다.
    1. 접착식 고무 패드를 사용하여 아크릴 상자를 외부 기계적 진동(예: 다른 장비가 있는 실험실 벤치)으로부터 격리하고 다른 부품(예: 벤치 또는 와....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

프리펄스 억제는 펄스 5(120dB만 해당)와 비교하여 펄스 1 및 3에 대한 차이를 보이지 않았지만 펄스 2 및 4(p < 0.05)에 대해서는 통계적 차이를 보였습니다(그림 6).

figure-results-1
그림 6: 5가지 유형의 펄스에서 청각 자극에 대한 평균 응답 진폭. 펄스 1 및 3의 PPI%는 펄스 5와 다르지 않습니다. 펄스 2 및 4(*)의 PPI%는 펄스 5와 다릅니다. 오차 막대는 표준 오류를 나타냅니다.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 프로토콜은 뇌 데이터(이 예에서는 국소 필드 전위 및 스파이크 활동)를 기록하면서 자유롭게 행동하는 Wistar 쥐의 사전 펄스 억제 작업을 연구하기 위한 DIY 행동 상자를 제시했습니다. 이 상자는 신경 과학 실험실에서 흔히 볼 수 있는 구성 요소로 제작 및 맞춤화할 수 있으므로 접근하기 쉽고 저렴합니다. 또한 이러한 DIY 솔루션을 사용하면 실험을 설계하고 개인화할 수 있는 유연성을 높일 수 있습니다.

DIY 시스템을 사용하면 저렴한 비용과 사용 편의성을 포함하여 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 오픈 소스 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하면 새로운 프로토콜을 구축하고 테스트할 수 있으므로 다양한 애플리케이션에서 쉽게 활용할 수 있습니다. 반면에, 더 발전된 마이크로 컨트롤러 또는 단일 보드 컴퓨터에 비해 처리 능력이 적은 것과 같은 단점 및 제한 사항으로 인해 여러 입력 센서(예: 높은 샘플링 속도의 센서)가 있는.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없다고 선언합니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Edith Granados, Cinvestav Guadalajara, PPI 스크립트 및 데이터 동기화로 이 프로젝트를 친절하게 지원해 주셔서 감사합니다. 이 작업은 Santos Dumont Institute, Ministry of Education, CNPq, CAPES 및 FINEP의 지원을 받았습니다.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
아크릴 상자맞춤 제작5mm 두께의 아크릴 시트, 20 cm x 25 cm x 25 cm
접착 고무 범퍼 패드고릴라 그릿MPU6050 직경 0.8인치, 높이 0.38인치. 아크릴 상자를 안정화하고 외부 진동으로부터 차단하는 고무 패드. 상자 아래에 MPU6050이 있기 때문에 높이는 5mm 이상이어야 합니다. 
아두이노 우노아두이노ATmega328P 14개의 디지털 입력/출력 핀, 6개의 아날로그 입력 및 16MHz의 클럭 속도를 갖춘 ATmega328P를 기반으로 하는 Arduino 마이크로컨트롤러 보드입니다.
Cedrus stim 추적기(오디오 감지기)세드루스https://cedrus.com/stimtracker/index.htmCedrus stim tracker는 음향 자극을 감지하고 TTL 마커를 가속도계 데이터로 보냅니다.
시네플렉스 리서치 시스템플렉슨https://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/전기생리학적 데이터와 동기화된 동물의 비디오 녹화.
시아노아크릴레이트 접착제MPU6050상자 아래에 MPU6050를 단단히 부착하기 위한 강력 접착제.
디지털 사운드 레버 미터데시벨 미터는 실험 전에 설정된 자극을 보정합니다.
IBM SPSSSPSS(미국 사회과학 통계 패키지)IBM SPSS Statistics 소프트웨어 플랫폼.
매트랩매스웍스https://www.mathworks.com/products/matlab.html데이터 분석, 알고리즘 개발 및 모델 생성을 위한 MATLAB 플랫폼입니다.
마이크로 스테인레스 스틸 나사직경 1.2mm, 길이 4mm의 안경 나사.
마이크로엘레트로드 어레이사내 맞춤 제작그것은 옴네틱스 커넥터와 캘리포니아 파인 와이어의 파릴렌으로 코팅된 텅스텐 50미크론 와이어를 사용합니다.
마이크전기생리학적 데이터와 동기화된 음향 자극을 획득하는 마이크.
MPU-6050 시리즈인벤센스https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/MPU-6050은 3축 자이로스코프와 3축 가속도계입니다.
다중 채널 수집 프로세서 플렉슨스파이크/LFPMAP Plexon은 신경 전기물리학적 데이터 SPIKE/LFP 및 보조 채널(마이크, TTL 마커, 가속도계)을 획득합니다.
뉴로익스플로러넥스 https://www.neuroexplorer.com/지속적으로 기록된 신호 및 타임스탬프(스파이크 트레인, 행동 이벤트)의 NeuroExplorer 데이터 분석 프로그램
뉴로익스플로러넥스 테크놀기https://www.neuroexplorer.com/SPIKE 및 LFP 신경생리학적 데이터 분석을 위한 소프트웨어.
오프라인 분류기플렉슨https://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842오프라인 스파이크 분류를 위한 소프트웨어.
오프라인 정렬기오프라인 분류기https://plexon.com/products/offline-sorter/Offline Sorter는 오프라인 스파이크 정렬 소프트웨어입니다.
직장 수의학 SpO2 센서KTMED (주)FS-03소동물용 SpO2 센서
리본 케이블MPU6050를 Arduino에 연결하기 위한 얇은 리본 케이블.
로보티 드릴뉴로스타https://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/Neurostar 정위 고정 수술과 함께 사용되는 로봇 드릴. 수동 드릴로 교체할 수 있습니다.
연설자스피커의 범위는 100-40kHz이고 강도는 최대 150dB입니다.
정위 장치뉴로스타설치류의 신경외과에 사용되는 정위 고정

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 ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles