Behavioral Bepaling van de Stimulus Paar Discriminatie van Auditieve Akoestische en elektrische prikkels met behulp van een klassieke conditionering en hartslag aanpak
June 6th, 2012
De toepassing van een klassieke vreesconditionering gedrag paradigma voor de auditieve prothese onderzoek bij ratten beschreven. Dit paradigma biedt een mechanisme voor de identificatie van zowel de detectie van en discriminatie tussen verschillende akoestische en elektrische stimuli met behulp van hartslag als uitkomstmaat.
Het algemene doel van deze procedure is om regio's te identificeren voor stimulatie van de cochleaire nucleus en patronen van neurale stimulatie, die frequentiegevoelens produceren die door het dier onderscheiden kunnen worden. Eerst wordt een hartslagbewakingsapparaat geïmplanteerd om de fysiologische reacties van het dier te meten. Vervolgens wordt een neurale elektrode, waardoor stimulatie aan het gehoorsysteem kan worden afgegeven, in de cochleaire nucleus geïmplanteerd.
Vervolgens wordt het dier geconditioneerd om frequentieverschillen in gepresenteerde tonen te detecteren en een fysiologische reactie te produceren. Ten slotte wordt het dier getest op de detectie van verschillende locaties en patronen van neurostimulatie van het gehoorsysteem. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die laten zien welke gebieden van de cochleaire nucleus het meest geschikt zijn voor stimulatie voor gehoorprothese en stimulatiepatronen.
Het meest geschikt voor gebruik in dergelijke apparaten door het identificeren van locaties en patronen van stimulatie die consistent verschillende frequentiegevoelens produceren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven bestaande methoden, zoals neurale stimulatie en opname in een acute voorbereiding, is dat het mogelijk is om stimulatiedoelen en technieken te identificeren die daadwerkelijk worden onderscheiden en gedetecteerd door het dier. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar therapie voor de behandeling van doofheid waarbij cochleaire implantaten niet kunnen worden gebruikt als gevolg van een aangetast cochlea of schade aan de gehoorzenuw.
Deze techniek zal helpen bij het bepalen van stimulatiestrategieën die het beste normaal akoestisch verwerken nabootsen. Drie tot vijf dagen na implantatie van het elektrocardiogram telemetrie apparaat, begint men met de hersenelektrode-implantatie door eerst analgesie en anesthesie toe te dienen. Zodra de anesthesie is bevestigd, scheer het hoofd van het dier en veeg het af met Betadine scrub alcohol en vervolgens Betadine.
Plaats het dier op een homeostatische plaat. Til het dier op en positioneer het tussen de oorbars en schuif de eerste oorbar in de externe akoestische atu. Vergrendel de eerste oorbar op zijn plaats.
Schuif vervolgens de tweede oorbar in positie met behulp van rattentandtang. Open de kaak van het dier en haak de bovenste snijtanden over de tandhouder. Eenmaal op zijn plaats, schuif de neuskoker over de neus om de afgifte van isofluorine te starten, die zal doorgaan gedurende de duur van de operatie.
Na het blootleggen van het pariëtale bot, schrob het oppervlak met een 20% peroxide oplossing. Boor op een gaaspad een gat van ongeveer twee millimeter vierkant in de laterale uiterste van het interpariëtale bot. Spoel het gat met steriel zoutje om eventueel bot, stof of botfragmenten te verwijderen die de elektrode onder een microscoop kunnen beschadigen. Boor een klein gat in het linker pariëtale bot en het rechter interpariëtale bot.
Schroeven vervolgens een chirurgische stalen schroef in elk gat, waarbij ongeveer 0,5 millimeter tussen het hoofd van elke schroef en de schedel wordt gelaten. Bevestig de koppelingsluidspreker aan de linker holle oorbar. Breng de elektrode manipulator boven de opening op een Cato rostrale hoek van 10 graden in positie.
Maak vervolgens met de punt van een naald een incisie in de dura op het sagittale vlak. Plaats de elektrode handmatig ongeveer twee millimeter in het oppervlak van de hersenen. Verbind de schroeven met de grond en referentie-elektrodepunten van de hoogspannings hoofdfase.
Zorg ervoor dat de versterker is ingeschakeld. Vervolgens verzegel de opnamekamer, begin met cyclische afgifte van laag middenbereik en hoogfrequent banddoorlaat gefilterd ruis met de maximale afgiftesnelheid van één burst elke 200 milliseconden. Bewaak neurale activiteit op elk kanaal om reacties op ruis te detecteren. Presentatie.
Ga door met het inbrengen van de elektrode totdat de totale ingebrachte afstand zich nadert tot acht millimeter of totdat reacties op ruispresentaties worden gezien. Als de cochleaire nucleus is bereikt, zouden de locaties aan het uiteinde van de elektrode reacties moeten vertonen die voornamelijk op hoge frequentiestimuli reageren. Ga door met het inbrengen van de elektrode totdat het uiteinde detecteert.
Reacties op laagfrequente stimuli of akoestisch aangedreven activiteit houden op te gebeuren. Als de activiteit stopt, kan de elektrode volledig door de cochleaire nucleus zijn gepasseerd en kan het nodig zijn om de elektrodepositie te herzien. Maak een frequentieamplituderesponsmap van de neuronen op elektrodesites door pure tonen te presenteren in frequentiestappen over het gewenste frequentiebereik bij amplituden van één tot 70 decibel met 10 herhalingen van elke stimulus.
Om het hersenweefsel en de elektrode te beschermen, breng een dunne laag siliconenelastomeer aan iets boven de blootgestelde elektrodeschachten, zodat de elastomeer langs de schachten stroomt en zowel de schachten als het blootgestelde oppervlak van de hersenen bedekt. Om de elektrode op zijn plaats te bevestigen, breng tandcement aan, verbind de elektrodegronddraad met de schroeven en breng verder tandcement aan voor meer sterkte. Zodra het cement is uitgehard, hecht u de incisie rond de elektrode en plaatst u de thuiskooi op een verwarmingskussen gedurende 24 uur om het dier te laten herstellen.
Na het activeren van het telemetrieapparaat, plaatst u het dier in de testkamer en laat u het vijf minuten acclimatiseren voordat u met de conditionering begint. Om de conditioneringsprocedure uit te voeren, levert u één willekeurig geselecteerd lid van het akoestische stimuluspaar herhaaldelijk in 250 milliseconde bursts gescheiden door 250 milliseconden stilte gedurende 80 tot 170 seconden. Elke stimulatiepresentatie moet een stijgings- en valtijd van 10 milliseconden hebben.
Om te voorkomen dat een klik wordt waargenomen, begint u met het afwisselen. Het tweede lid van het akoestische stimuluspaar met de eerste, waarbij elke toon 250 milliseconden wordt gepresenteerd, gevolgd door een 250 milliseconden stilte. Na 9,5 seconden van de tien seconden periode van afwisselende toonpresentatie, geeft u een voetschok van 0
Overzicht
Dit artikel beschrijft een klassiek gedragsparadigma voor angstconditionering dat wordt gebruikt in hoorprothese-onderzoek met ratten. De methode maakt het mogelijk om detectie en discriminatie van verschillende akoestische en elektrische stimuli te identificeren door hartslagbewaking.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragsonderzoek
- Hoorprothesen
Achtergrond
- De studie richt zich op de kern van het slakkenhuis en de stimulatiepatronen.
- Hartslag wordt gebruikt als fysiologisch responsmaat.
- De techniek is gericht op het verbeteren van de effectiviteit van hoorprothesen.
- Het behandelt beperkingen van cochleaire implantaten in bepaalde gevallen van doofheid.
Doel van de studie
- Om optimale stimulatiegebieden in de kern van het slakkenhuis te identificeren.
- Om stimulatiepatronen te bepalen die onderscheidende frequentiegevoelens produceren.
- Om therapeutische strategieën voor personen met gehoorzenuwbeschadiging te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Implantatie van hartslagbewakingsapparaten en neurale elektroden.
- Conditionering van dieren om frequentieverhogingsverschillen in tonen te detecteren.
- Testen op detectie van neurostimulatiepatronen.
- Gebruik van elektrocardiogramtelemetrie voor fysiologische monitoring.
Belangrijkste resultaten
- Identificatie van delen van de kern van het slakkenhuis die het meest geschikt zijn voor stimulatie.
- Totstandbrengen van frequentie-amplituderesponskaarten voor neuronen.
- Demonstratie van onderscheidende frequentiegevoelens geproduceerd door specifieke stimulatiepatronen.
- Validatie van de conditioneringsprocedure door hartslagresponsen.
Conclusies
- De techniek biedt inzichten in effectieve hoorprothesestrategieën.
- Het biedt een methode voor het identificeren van stimulatiedoelen die waarneembaar zijn voor dieren.
- De bevindingen hebben implicaties voor het verbeteren van behandelingen voor doofheid.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Behavioral discrimination of auditory stimuli using heart-rate monitoring enables direct assessment of neural prosthesis efficacy in awake, chronically implanted animal models. This approach provides predictive confidence for identifying stimulation sites and patterns that yield distinct, behaviorally relevant sensations, supporting early-stage target validation for auditory device development. The method informs portfolio decisions by clarifying which neural targets and stimulation strategies are most likely to translate into effective sensory restoration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional validation of neural targets within the cochlear nucleus for auditory prosthesis development.
- Supports mechanistic de-risking by confirming that specific stimulation patterns produce distinguishable percepts in vivo.
- Provides a behavioral readout for evaluating the translational relevance of electrode designs and stimulation protocols.
Screening & Assay Development
- Establishes a reproducible behavioral assay for quantifying detection and discrimination of acoustic and electrical stimuli.
- Facilitates standardization of stimulus-response measurements using heart-rate as a quantitative physiological marker.
- Enables reliable comparison of multiple electrode placements and stimulation parameters in a controlled setting.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical testing with disease-relevant endpoints by modeling sensory discrimination in awake animals.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by linking neural activation to observable behavioral outcomes.
- Reduces translational risk by providing evidence that candidate stimulation strategies elicit perceptible and distinct responses.
Pipeline & Workflow Integration
This method bridges early discovery and preclinical validation by enabling hypothesis-driven testing of neural stimulation strategies in chronically implanted models.
- Discovery Biology: Confirms that targeted neural regions and stimulation patterns yield distinct, measurable behavioral responses.
- Screening: Provides a standardized assay for evaluating and comparing candidate electrode placements and stimulation protocols.
- Analytics: Delivers quantitative heart-rate data and statistical confidence intervals for stimulus discrimination.
- Translational Research: Ensures that preclinical findings are grounded in behaviorally relevant endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for iterative optimization of neural prosthesis designs and stimulation strategies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target selection and stimulation strategy efficacy.
- Operational Value: Standardizes behavioral readouts and reduces reliance on labor-intensive video analysis.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making for advancing neural prosthesis candidates.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of electrode designs and stimulation protocols based on behavioral discrimination data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in animal surgery, neural electrode implantation, and behavioral conditioning.
- Demands access to heart-rate telemetry systems and electrophysiological recording infrastructure.
- Necessitates rigorous environmental control to minimize confounding physiological responses.
- Standardization across experimental sessions is critical for reproducibility and data comparability.
- Applicability may be limited to sensory systems where physiological responses can be reliably measured.
