Name: 기니피그의 청각 감각을 평가하기 위한 동공 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-06T13:25:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: 학습하세요 동공 측정법을 이용하여 기니피그의 청각 감각을 평가하는 방법을. 이 비침습적 기술은 소음 속 소리 인식 역치를 정량화하여 청각 처리 메커니즘을 연구하는 데 활용됩니다.

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이 연구는 NIH(R01DC017141), 펜실베니아 라이온스 청력 연구 재단, 피츠버그 대학교 이비인후과 및 신경생물학과의 기금으로 지원되었습니다.

저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.

이 프로토콜은 수동적으로 듣는 동물의 청각 역치를 추정하기 위한 비침습적이고 신뢰할 수 있는 방법으로 동공 측정법의 사용을 보여줍니다. 여기에 설명된 프로토콜에 따라 정상 청력 GP의 소음 호출 분류 임계값을 추정했습니다. 동공 측정법을 사용하여 추정된 역치는 조작적 훈련62를 사용하여 얻은 역치와 일치하는 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 조작적 훈련과 비교할 때 동공 측정 프로토콜은 비교적 간단하고 데이터를 설정하고 수집하는 데 빠릅니다. 각 데이터 수집 세션(SNR 수준당)은 약 12분 동안 지속되었으며, 그 결과 동물당 하루에 1-2시간의 실험 세션(SNR 수준에 걸쳐)이 발생했습니다49. 데이터 수집은 약 7-10일 내에 완료될 수 있습니다(사용된 SNR 레벨 수에 따라 다름). 비록 괴상한 패러다임이 이 원고에서 콜-인-노이즈(call-in-noise) 분류 임계값 추정을 위해 사용되었지만, 이 동공 측정 프로토콜은 단지 하나의 호출 예시...

동공 직경(PD)은 다양한 요인의 영향을 받을 수 있으며 시간이 지남에 따라 변하는 PD 측정을 동공 측정법이라고 합니다. PD는 홍채 괄약근 근육(수축에 관여)과 홍채 확장근(확장에 관여)에 의해 제어됩니다. 수축 근육은 부교감 신경계에 의해 신경지배되고 콜린성 돌기를 포함하는 반면, 홍채 확장기는 노르아드레날린성 및 콜린성 돌기를 포함하는 교감신경계에 의해 신경지배된다 1,2,3. PD 변화를 유도하는 가장 잘 알려진 자극은 휘도-수축 및 동공의 팽창 반응은 주변광 강도의 변화에 의해 생성될 수 있다2. PD는 초점 거리2의 함수로도 변합니다. 그러나, PD는 또한 비휘도 관련 변동(4,5,6,7)을 나타낸다는 것이 수십 년 동안 알려져 왔다. 예를 들어, 내부 정신 상태의 변화는 일시적인 PD 변화를 이끌어 낼 수 있습니다. 동공은 감정적으로 충전된 자극에 반응하여 확장되거나 각성 4,5,8,9에 따라 증가합니다. 동공 확장은 또한 정신적 노력 또는 주의력 증가와 같은 다른 인지 메커니즘과 관련될 수 있습니다10,11,12,13. 동공 크기 변화와 정신 상태 사이의 이러한 관계 때문에 PD 변화는 정신분열증 14,15, 불안 16,17,18, 파킨슨병 19,20 및 알츠하이머병 21과 같은 임상 장애의 지표로 탐구되었습니다 , 무엇보다도. 동물에서 PD 변화는 내부 행동 상태를 추적하고 피질 영역22,23,24,25의 신경 활동 수준과 상관 관계가 있습니다. 동공 직경은 또한 생쥐의 수면 상태에 대한 신뢰할 수 있는 지표인 것으로 나타났습니다26. 각성 및 내부 상태와 관련된 이러한 PD 변화는 전형적으로 수십 초 정도의 긴 시간 척도에서 일어난다.
청력 연구 영역에서는 정상 청력과 청각 장애인의 경우 동공 측정을 사용하여 청취 노력과 청각 지각을 평가했습니다. 이러한 연구는 전형적으로 다양한 종류의 탐지 또는 인식 작업을 수행하는 훈련된 연구 대상(27,28,29,30)을 포함한다. 앞서 언급한 각성과 PD 사이의 관계로 인해 증가된 과제 참여 및 듣기 노력은 증가된 동공 확장 반응과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다30,31,32,33,34,35. 따라서, 동공 측정법은 정상 청력 청취자29,36에서 스펙트럼 저하 된 음성을 인식하기 위해 증가 된 청취 노력이 소비된다는 것을 입증하는 데 사용되었습니다. 연령 관련 청력 손실이 있는 사람 27,30,37,38,39,40,41 및 인공와우 사용자 42,43와 같은 청각 장애가 있는 청취자에서 언어 명료도가 감소함에 따라 동공 반응도 증가했습니다. 그러나 청각 장애가 있는 청취자는 정상 청각 피험자에 비해 더 쉬운 청취 조건에서 더 큰 동공 확장을 보였습니다(27,30,37,38,39,40,41,42,43). 그러나 청취자가 인식 작업을 수행해야하는 실험은 예를 들어 유아 또는 일부 동물 모델에서 항상 가능한 것은 아닙니다. 따라서, 음향 자극에 의해 유발된 비휘도 관련 동공 반응은 이러한 경우 청각 감지를 평가하는 실행 가능한 대안 방법이 될 수 있습니다(44,45). 이전 연구에서는 방향 반사46의 일부로 일시적이고 자극과 관련된 동공 확장을 입증했습니다. 이후 연구에서는 올빼미47,48에서 주파수 감도 곡선을 도출하기 위해 자극 관련 동공 확장을 사용하는 것으로 나타났습니다. 최근에, 이들 방법은 인간 유아의 동공 확장 반응의 민감도를 평가하기 위해 채택되었다48. 동공 측정법은 광범위한 단순(음색) 및 복합(GP 발성) 자극을 사용하여 수동적으로 듣는 기니피그(GP)의 청각 감지 및 식별 임계값을 추정하는 신뢰할 수 있고 비침습적인 접근 방식인 것으로 나타났습니다49. 이러한 자극 관련 PD 변화는 일반적으로 몇 초 정도의 더 빠른 시간 척도에서 발생하며 자극 타이밍과 관련이 있습니다. 여기서는 동물 모델에서 다양한 종류의 청각 장애의 행동 영향을 연구하기 위한 방법으로 자극 관련 PD 변화의 동공 측정법을 제안합니다. 특히, GPs에서 사용하기 위한 동공 측정 프로토콜, 다양한 유형의 청각 병리의 잘 확립된 동물 모델 50,51,52,53,54,55,56 (또한 철저한 검토를 위해 참고 문헌 57 참조)이 기재되어 있다.
이 기술은 정상 청력 GP에서 입증되지만 이러한 방법은 다른 동물 모델 및 다양한 청각 병리의 동물 모델에 쉽게 적용 할 수 있습니다. 중요한 것은 동공 측정법이 EEG와 같은 다른 비침습적 측정뿐만 아니라 가능한 소리 감지 및 지각 결함의 기본 메커니즘을 연구하기 위해 침습적 전기생리학적 기록과 결합될 수 있다는 것입니다. 마지막으로, 이 접근 방식은 인간과 동물 모델 간의 광범위한 유사성을 확립하는 데에도 사용할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>아날로그 출력 보드</td><td>Measurement Computing Corporation, Norton, MA</td><td>PCI-DDA02/12</td><td></td></tr><tr><td>무향 폼</td><td>Sonex One, Pinta Acoustic, Minneapolis, MN</td><td></td><td></td></tr><tr><td>콘덴서 마이크</td><td>Behringer, Willich, Germany</td><td>C-2</td><td></td></tr><tr><td>자유 필드 마이크</td><td>Bruel & Kjaer, 덴마크)&nbsp;</td><td>유형 4940&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks, Inc., Natick, MA</td><td></td><td>2018a 버전</td></tr><tr><td>단안 원격 카메라 및 조명 시스템</td><td>Arrington Research, Scottsdale, AZ</td><td>MCU902</td><td>적외선 LED 어레이 + 적외선 필터가 있는 카메라</td></tr><tr><td>다기능 I/O 장치&nbsp;</td><td>National Instruments, Austin, TX</td><td>PCI-6229</td><td></td></tr><tr><td>신경 인터페이스 프로세서</td><td>Ripple Neuro, Salt Lake City, UT</td><td>SCOUT</td><td></td></tr><tr><td>압전 모션 센서</td><td>SparkFun Electronics, Niwot, CO</td><td>SEN-10293</td><td></td></tr><tr><td>핀치 밸브&nbsp;</td><td>Cole-Palmer Instrument Co., Vernon Hills, IL</td><td>EW98302-02</td><td></td></tr><tr><td>프로그래밍 가능한 감쇠기</td><td>Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL</td><td>PA5</td><td></td></tr><tr><td>실리콘 튜빙</td><td>Cole-Parmer</td><td></td><td>~3mm</td></tr><tr><td>사운드 감쇠 챔버</td><td>IAC 음향</td><td></td><td></td></tr><tr><td>스피커 풀레인지 드라이버</td><td>Tang Band 스피커, 타이페이, 대만</td><td>W4-1879</td><td></td></tr><tr><td>스테레오 앰프</td><td>Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL</td><td>SA1</td><td></td></tr><tr><td>탁상 - CleanTop 광학</td><td>TMC 진동 제어 / Ametek, Peabody, MA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Viewpoint 소프트웨어</td><td>ViewPoint, Arrington Research, Scottsdale, AZ</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

기니피그의 청각 감각을 평가하기 위한 동공 측정

Pupillometry to Assess Auditory Sensation in Guinea Pigs

소음 노출은 감각신경성 난청의 주요 원인입니다. 소음성 난청의 동물 모델은 난청의 근본적인 해부학적 및 생리학적 병리에 대한 기계론적 통찰력을 생성했습니다. 그러나 청력 손실이 있는 인간에서 관찰된 행동 결함을 동물 모델의 행동 결함과 연관시키는 것은 여전히 어려운 일입니다. 여기서 동공 측정법은 동물과 인간의 행동 데이터를 직접 비교할 수 있는 방법으로 제안됩니다. 이 방법은 변형된 괴짜 패러다임에 기초한다 - 자극의 반복적인 표현에 피험자를 습관화하고 반복된 자극으로부터 어떤 매개변수적 방식으로 변하는 일탈적 자극을 간헐적으로 제시한다. 기본 전제는 반복되는 자극과 비정상적인 자극 사이의 변화가 피험자에 의해 감지되면 반복된 자극에 의해 유도된 것보다 더 큰 동공 확장 반응을 유발한다는 것입니다. 이 접근법은 청력 손실 연구를 포함하여 청각 연구에 널리 사용되는 동물 모델인 기니피그의 발성 분류 작업을 사용하여 시연됩니다. 한 발성 범주의 발성을 표준 자극으로, 두 번째 범주를 다양한 신호 대 잡음비로 잡음에 포함된 괴상한 자극으로 제시함으로써, 괴상한 범주에 대한 동공 확장의 크기는 신호 대 잡음비에 따라 단조롭게 변한다는 것이 입증되었습니다. 그런 다음 성장 곡선 분석을 사용하여 이러한 동공 확장 반응의 시간 경과와 통계적 유의성을 특성화할 수 있습니다. 이 프로토콜에서는 기니피그를 설정에 적응시키고, 동공 측정을 수행하고, 데이터를 평가/분석하기 위한 자세한 절차를 설명합니다. 이 기술은 이 프로토콜에서 정상 청력을 가진 기니피그에서 입증되지만, 이 방법은 각 피험자 내에서 다양한 형태의 청력 손실의 감각 효과를 평가하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 효과는 동시 전기생리학적 측정 및 사후 해부학적 관찰과 상관관계가 있을 수 있습니다.

동공 측정은 실험 과정에서 ~ 600-1,000 g의 무게를 가진 3 명의 남성 색소 GP에서 수행되었습니다. 이 프로토콜에 설명된 바와 같이, 콜-인-노이즈(call-in-noise) 분류 임계값을 추정하기 위해, 자극 제시를 위해 괴상한 패러다임이 사용되었다. 괴상한 패러다임에서는 주어진 SNR에서 백색 잡음에 포함된 한 범주(우는 소리)에 속하는 통화가 표준 자극으로 사용되었고(그림 2A), 동일한 SNR에서 백색 잡음에 포함된 다른 범주(천명음)의 통화(그림 2A)가 일탈 자극으로 사용되었습니다. 표준 자극과 이탈 자극은 각 범주의 8개 예시에서 재샘플링을 통해 무작위로 선택되었습니다. 각 실험 세션에서 자극은 높은 시간적 규칙성으로 제시되었으며(그림 2B), 이탈 자극 사이에 표준 자극이 최소 20회 제시되었습니다. 데이터는 각 실험 세션에서 특정 SNR 수준에...

간단하고 비침습적인 기술인 동공 측정법은 정상적인 청각 동물 및 다양한 청각 병리의 동물 모델에서 소음 내 청력 역치를 결정하는 방법으로 제안됩니다.

Noise exposure is a leading cause of sensorineural hearing loss. Animal models of noise-induced hearing loss have generated mechanistic insight into the ...

동공 측정법은 복잡한 소리 인식 임계 값을 추정하는 데 사용할 수 있으며 다른 방법과 결합하여 다양한 형태의 청력 손실이 해당 임계 값에 미치는 영향을 결정할 수 있습니다. 이 기술은 인간과 훈련되지 않은 동물로부터 동일한 양식의 데이터를 특성화하는 데 사용할 수 있습니다. 설치가 비교적 쉽고 최소 침습적입니다.행동 및 지각 측정은 청력 상실의 동물 모델에서 얻기가 어렵습니다. 이 방법은 동물의 복잡한 소리 인식 행동을 정량화하는 한 가지 방법입니다. 우리가 모든 동물 행동 실험을하듯이 인내심이 핵심입니다.동물을 실험 환경에 적응시키는 데 시간을 할애하십시오. 실험 세션을 짧게 유지하고 동물을 면밀히 모니터링하십시오. 시작하려면 보정된 라우드 스피커를 동물이 배치될 위치와 동일한 높이의 소음 감쇠 챔버 벽에 장착합니다.자유 필드 자극 전달을 위해 큰 신체 움직임이 불가능하도록 동물을 인클로저에 넣고 동물의 머리를 단단한 프레임에 고정하십시오. 동물의 움직임을 감지하고 기록하기 위해 인클로저 아래에 압전 센서를 배치합니다. 그런 다음 동공 이미징 카메라를 피사체의 눈에서 25cm 떨어진 곳에 배치합니다.에어 퍼프를 설정하려면 탁상에 부착된 홀더를 사용하여 동물의 앞 약 15cm에 피펫 팁을 놓습니다. 직경 약 3mm의 실리콘 튜브를 피펫 팁에 연결하고 튜브를 조절된 공기 실린더에 연결합니다. 실린더 공기압을 20psi에서 25psi 사이로 유지하십시오.그리고 컴퓨터 제어 릴레이를 사용하여 에어 퍼프의 타이밍과 지속 시간을 제어하기 위해 핀치 밸브를 통해 튜브를 통과시킵니다. 약 10cm 거리에 배치된 적외선 LED 어레이로 눈을 비춥니다. 평방 미터당 약 2000칸델라 강도의 백색 LED 조명을 사용하여 이미징된 눈을 비추고 기준 동공 직경을 약 3.5mm로 만듭니다.동공 획득 소프트웨어를 열고 시야각이 0.15도인 공간 해상도의 16mm 렌즈가 장착된 카메라와 이미징된 눈에서 25cm 거리에 배치된 적외선 필터를 사용하여 동공의 비디오를 획득합니다. 눈이 이미지 영역의 중앙에 있는지 확인합니다. 이미지화된 동공의 윤곽에 선명한 초점이 맞춰질 때까지 카메라의 조리개와 초점, IR 레벨을 조절합니다.동공 획득 소프트웨어에서 마우스로 직사각형 영역을 선택하여 동공이 포함된 관심 영역을 정의합니다. 그런 다음 제어판을 사용하여 획득한 비디오의 밝기와 대비를 조정합니다. 스캔 밀도를 5로 설정하고 타원 맞춤이 비디오의

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신경과학

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Endolymphatic 덕트의 말살로 Endolymphatic의 Hydrops의 외과 유도

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설치류의 어쿠스틱 놀라게의 요법 이니 및 Prepulse 억제

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쥐에 있는 이경 가시화 및 행동 박수 깜짝 반응을 사용하여 확인을 가진 전도성 청력 손실의 간단한 외과 유도

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기니 피그에서 내인성 수압을 유도하는 개정 된 외과 접근 법

미니어처 돼지(미니 돼지)는 인공와우 연구에 이상적인 대형 동물 모델입니다. 미니 돼지의 인공와우 이식 수술은 인간과 유사한 생체 시스템에서 새로운 전극 어레이 및 수술 접근법의 안전성과 잠재적 성능에 대한 초기 증거를 제공하는 데 활용될 수 있습니다.

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여기서는 소음성 난청(NIHL)의 마우스 모델에 대한 프로토콜을 제시합니다. NIHL을 유도하기 위해 골판지 플라스틱, 쥐덫 케이지 및 스피커를 사용하여 새롭고 간단한 장치를 개발했습니다. 청각 뇌간 반응과 면역형광 영상을 각각 사용하여 청력 기능과 외부 유모 세포 손상을 평가했습니다.

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