Een Low Cost Setup voor Behavioral Audiometrie in Knaagdieren

Het algemene doel van deze procedure is om gedragsgegevens van de pre-puls inhibitie van de auditieve schrikrespons te verkrijgen, om zo de gehoordrempel en een subjectieve tinnitusperceptie bij knaagdieren te identificeren met behulp van een goedkope opstelling. Dit wordt bereikt door eerst een volledige set gedragsgegevens van het gezonde dier te verzamelen. Vervolgens wordt gehoorverlies opgewekt met een mild, frequentiespecifiek akoestisch trauma.

De derde stap is om dezelfde gedragsgegevens te verkrijgen bij het gehoorbeperkte dier. Vervolgens worden de gegevens geanalyseerd om eventueel gehoorverlies en een mogelijk tinnituspercept te meten. Uiteindelijk kunnen de resultaten niet alleen veranderingen in de gehoordrempel aantonen, maar ook frequentiespecifieke tinnitus.

Waarnemingen via gedragsmatige metingen van schrikreacties worden gedemonstreerd; voor de procedure kan men terecht bij SA (postdoc) en Z ave, een promovendus in mijn laboratorium. Allereerst moet een pc met de benodigde apparatuur worden samengesteld. De totale kosten voor deze opstelling bedragen ongeveer 3.500 euro, vergeleken met standaardapparatuur die tussen de 15.000 en 20.000 euro kan kosten.

Dit omvat een DA-converter die is aangesloten op een breakout-box en een versterker, een infrarood webcam en MATLAB-software met een geïntegreerde ontwikkelomgeving. De versterker is verbonden met een luidspreker in een geluiddichte kamer, die wordt gemonitord door de webcam en is uitgerust met een geïsoleerde sensorplaat, een piëzosensor en een kooi om het knaagdier in de geluiddichte kamer te fixeren. Er is tevens een microfoon aanwezig voor geluidscontrole.

Ongeacht de kwaliteit van de versterker en de luidspreker, moet het systeem worden gekalibreerd met een meetversterker om de frequentie-overdrachtsfunctie voor het systeem te bepalen. Bovendien moet het systeem worden afgestemd op het gehoorbereik van het proefdier. Haal het dier uit zijn thuiskooi en plaats het met de kop eerst in de klembuis.

Sluit de deur, plaats de buis op de schuimrubberen voetjes in de kamer, en de sensor schakelt alle omgevingsverlichting uit. Sluit de deur van de kamer en wacht 15 minuten zodat het dier kan wennen aan de opstelling. Start het programma en definieer de parameters voor de stimulatie.

De stimuli bestaan uit zuivere tonen met verschillende frequenties. De teststimuli voorafgaand aan de schrikstimuli worden gepresenteerd bij variërende frequenties en intensiteiten. Houd bij een niet-gerandomiseerde benadering, zoals één vast teststimulusniveau voor alle geteste frequenties, vijf minuten hersteltijd tussen de stimulussets aan.

Verwijder vóór de analyse van de gegevens ongeldige trials uit de dataset, zoals trials waarin het dier bewoog vóór de schrikstimulus. De validatie van de individuele trials is zeer belangrijk, aangezien reacties op de schrikstimulus geneigd zijn veel sterker te zijn nadat het dier heeft bewogen. Dergelijke reacties moeten worden verworpen.

Bepaal nu de amplitude en latentie van de schrikreactie binnen een tijdvenster van de eerste 50 milliseconden na de schrikstimulus; de responsamplitude is de afstand tussen het eerste maximum en het eerste minimum van de respons. De latentie is de tijd vanaf het begin van de stimulus tot het begin van de respons. De gehoordrempel wordt bepaald door een Boltzmann-functie te fitten op de volledige dataset van de responsamplitude van één frequentie, gesorteerd op de pre-stimulusintensiteit van individuele trials.

Het 50%-punt van de Boltzmann-functie geeft de gehoordrempel aan voor deze stimulatiefrequentie. De reacties op de pure schrikstimulus zonder voorafgaande stimulus kunnen worden gebruikt als referentie voor latere berekeningen. Om het gehoor van de knaagdieren te traumatiseren, moet het dier eerst worden geanestheseerd door drie milliliter per kilogram anesthesie subcutaan te injecteren, inclusief een bolus atropine.

Wacht ongeveer vijf minuten en controleer de reflexen. Om de anesthesie tijdens de metingen in stand te houden, dient hetzelfde volume anesthetische oplossing continu via een spuitpomp te worden geïnjecteerd. Gedurende elk uur in de kamer moet het dier warm worden gehouden met een warmteplateau.

Stel het dier gedurende 75 minuten bloot aan een luid, zuiver toon-signaal om een akoestisch trauma op te wekken. Wacht vervolgens vijf dagen zodat het dier kan stabiliseren en maak een nieuw audiogram; een periode van minimaal vijf dagen voor de ontwikkeling van tinnitus is cruciaal voor het verkrijgen van betrouwbare resultaten. Gebruik voor het eerste subjectieve tinnitus-paradigma de volgende stimulatieparameters.

Stel de intensiteit van het schrikeffectgeluid in op 105 decibel, SPL, en varieer de frequenties van 1 tot 16 kilohertz in stappen van één octaaf. Begin met het presenteren van een achtergrond van witte ruis van 50 decibel, SPL, met of zonder een tussenpoos van 15 milliseconden. Bij het gebruik van een niet-gerandomiseerde aanpak dient er vijf minuten hersteltijd tussen de verschillende stimulussets te zitten.

Door verschillende frequenties van de schrikstimulus te gebruiken, kan een ruwe schatting worden gemaakt van de waargenomen tinnitusfrequentie. Gebruik voor het tweede subjectieve tinnitusparadigma de volgende stimulatieparameters: een geluidsintensiteit van de schrikreflex van 105 decibel SPL met een dubbele klikstimulus. Begin met banddoorlaatgefilterde ruis.

Achtergrond van 50 decibels, SPL. Indien er een niet-gerandomiseerde aanpak wordt gebruikt, dient er opnieuw een hersteltijd van vijf minuten tussen de verschillende stimulussets te worden gehanteerd. Voer na het verwijderen van alle ongeldige trials uit de dataset de volgende berekeningen uit voor elke resterende trial.

Ten eerste, meet over de eerste 50 milliseconden na de schrikstimulus de responsamplitude en de responslatentie. Ten tweede, normaliseer alle gegevens ten opzichte van een referentiedataset.

De referentiegegevensset is de responsamplitude op de pure-tone schrikstimulus zonder voorafgaande stimulus; de testfrequentie wordt bepaald door ofwel de pure tone of de centerfrequentie van de banddoorlaatgefilterde ruis. Bereken de gemiddelde respons van elke referentie. Normaliseer vervolgens elke responsamplitude door deze te delen door de bijbehorende referentie.

Bereken nu de PPI van elke geteste conditie met behulp van de gemiddelde waarde van de genormaliseerde conditie zonder gap. Op dit punt is het mogelijk om de procentuele verandering van de PPI na het trauma te berekenen voor elke geteste frequentie. Evenzo is het mogelijk om de PPI voor en na het trauma direct met elkaar te vergelijken.

Met het beschreven paradigma zijn schrikreacties eenvoudig op te wekken en te analyseren. De meeste trials zijn geldig. Ongeldige trials zijn gemakkelijk te herkennen.

Deze zijn gemarkeerd met rode vierkanten en zijn weggelaten uit de analyse. Een typische verandering in de gedragsdrempel die is vastgesteld vóór en na een akoestisch trauma bij 2 kHz vertoont een duidelijk gehoorverlies bij 2 kHz. Na het opwekken van een gehoortrauma werden de genormaliseerde responsamplituden voor stimulaties één octaaf onder en één octaaf boven het trauma onderzocht beneden de traumafrequentie.

Er werd geen verandering in het responspatroon gevonden boven de traumafrequentie. Het effect van het interval vóór de stimuli verdween, wat duidt op een misperceptie bij deze frequentie. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht hebben in hoe u de gedragsgegevens voor de gehoordrempel verkrijgt en verwerkt en hoe u de perceptie-evaluatie bij knaagdieren uitvoert met een kostenefficiënte schrikopstelling.