Klassieke korte-vertraging Eyeblink Conditioning in één-jarige kinderen
1 september 2018
Dit protocol beschrijft een eyeblink conditioning paradigma geschikt voor experimenten met een-jaar-oude zuigelingen. Commerciële of op maat gemaakte apparatuur kan worden gebruikt voor het leveren van de prikkels en gegevensverzameling en analyse moet worden verricht op de video-opnamen.
Het algemene doel van deze procedure is om associatief leren bij kinderen van één jaar te beoordelen met behulp van oogklepconditioning. Het oogklepconditioningsparadigma is nuttig voor het detecteren van bepaalde soorten leer- en geheugenproblemen. Bijvoorbeeld, volwassenen en kinderen met foetaal alcoholspectrumstoornis hebben problemen met oogklepconditioning.
Dit komt door verstoringen in hun cerebellaire circuit. Oogklepconditioning verwijst naar een geleerde associatie tussen een auditieve toon en een luchtpof naar het hoornvlies die een oogklep stimuleert. Met herhaalde koppeling van de twee stimuli, kunnen kinderen leren te knipperen wanneer ze de toon horen, in afwachting van de pof.
Deze methode kan worden gebruikt om neurodevelopmentale tekortkomingen te onderzoeken. Hoewel het uitdagend is om bij jonge kinderen toe te dienen, hoe eerder we deze kinderen kunnen detecteren en behandelen, hoe groter de kans dat ze het beste mogelijke resultaat behalen. Oogklepconditioningseenheden zijn commercieel verkrijgbaar of kunnen op maat worden gemaakt.
De opstelling vereist de volgende apparatuur:een luchtpofunit die in staat is om een luchtpof rechtstreeks naar het hoornvlies toe te dienen, met behulp van een luchtcompressor met drukregelaar. Deze moet worden bevestigd aan een verstelbare hoofdband of hoed die door de baby kan worden gedragen. Twee draagbare audiosprekers met instelbare volume-instellingen.
Een videocamera met minimaal een framerate van 60 hertz om de knipperreacties vast te leggen. Computationele besturing van de apparatuur, zodat de toon en luchtpof automatisch kunnen worden toegediend met nauwkeurige timing en op verschillende intervallen. De oogklepconditioningsstimulus die hier wordt beschreven, bestaat uit een toon van 750 milliseconden, die overlapt en eindigt met een luchtpof van 100 milliseconden.
Om veranderingen in associatief leren in de loop van de tijd te onderzoeken, lever de proeven in blokken van 10, met een totaal van 50 proeven. In elk blok, neem één toonproef zonder de luchtpof op. Dit stelt u in staat om associatief leren direct te beoordelen.
Neem in elk blok ook één luchtpofproef op zonder de toon. Dit stelt u in staat om te bevestigen dat de luchtpofunit correct is gepositioneerd en dat het kind gevoelig is voor de luchtpof. Plaats twee draagbare luidsprekers aan weerszijden van de baby.
Plaats de baby op de schoot van de verzorger. Terwijl één onderzoeker de baby afleidt, kan een tweede onderzoeker de hoofdband op het hoofd van de baby plaatsen en de maat aanpassen. Plaats de flexibele buis met de luchtpofuitloop en de infraroodsensor zo dat deze ongeveer één tot drie centimeter van het oog van het kind staat.
Voordat u met het experiment begint, controleert u of de luchtpofunit correct is gepositioneerd. Doe dit door een enkele testluchtpof naar het oog van de baby te leveren en observeer of er een oogklep optreedt. Mogelijk moet de hoofdband opnieuw worden gepositioneerd.
Geautomatiseerde oogklepdetectiemethoden die bij commerciële opstellingen zijn inbegrepen, zijn vaak onbetrouwbaar bij jonge baby's, omdat het moeilijk is om de sensor dicht genoeg bij het oog te houden om de oogklep te detecteren. In plaats daarvan moet frame per frame videocamera-analyse worden gebruikt om oogklepreacties van baby's te detecteren. Om dit te doen, gebruikt u een handmatige videocamera om de blik van de baby tijdens het experiment handmatig te volgen.
Frame per frame analyse van video-opnamen kan eenvoudig worden bereikt met behulp van eenvoudige videobewerkingssoftware. Detecteer het begin van de toon of de luchtpof met behulp van de audiogolfvorm. Om de start van de oogklep te registreren, zoekt u naar de eerste frame waar de ogen beginnen te sluiten.
Onderzoekers willen misschien ook het hoogtepunt van de oogklep noteren, waar de ogen maximaal gesloten zijn. Bereken het aantal tussenliggende frames en converteer deze reactietijd naar milliseconden op basis van de framerate van uw camera. Geconditioneerde reacties zijn knipperen dat begint voordat de luchtpof wordt geleverd.
Ongeconditioneerde reacties zijn reflexieve knipperingen naar de luchtpof die meer dan 650 milliseconden na het begin van de toon optreden. Er worden ook andere soorten reacties waargenomen. Bijvoorbeeld, schrikreacties zijn knipperingen die optreden binnen de eerste 200-milliseconde na de toon en vertegenwoordigen een reflexreactie op de auditieve toon of knipperingen die toevallig met het stimulus zijn gesynchroniseerd.
Ten slotte zijn mislukte reacties proeven waarbij geen oogklep werd gedetecteerd als reactie op de luchtpof. Dit kan erop wijzen dat de luchtpof het oog niet bereikt. Hoewel frame per frame videoanalyse enige subjectieve interpretatie vereist, kan deze methode worden gebruikt om de latentie van oogkleppen vanaf het begin van het stimulus betrouwbaar te meten.
Onze vergelijking van 94 oogklepreacties vertoont zeer hoge overeenstemming tussen twee waarnemers die binnen een grens van 250 milliseconden van overeenstemming vallen. Deze variabiliteit is voldoende laag om geconditioneerde reacties te onderscheiden van ongeconditioneerde reacties. Reacties die significant verschillen, moeten door beide waarnemers opnieuw worden beoordeeld.
Reacties zijn waarschijnlijk zeer variabel tussen baby's. Kinderen die conditionering hebben bereikt, zullen reageren voordat de luchtpof wordt geleverd. Ze kunnen ook knipperen wanneer de toon wordt gepresenteerd zonder de luchtpof, zoals wordt weergegeven door de rode vierkanten.
Sommige baby's vertonen echter geen bewijs van conditionering tijdens het experiment. Hierbij treden de oogklepreacties op na het begin van de luchtpof, wat suggereert dat dit reflexieve knipperingen zijn. Bovendien, wanneer de toon geïsoleerd wordt geleverd, anticipeert de baby de levering van de luchtpof niet.
Conditionering wordt het best beschreven als de verandering in het aantal geconditioneerde reacties over meerdere proeven of meerdere experimentele sessies. De belangrijkste stap om betrouwbare resultaten te verkrijgen, is om de juiste positionering van de luchtpofunit gedurende het hele experiment te handhaven. De baby zou in reactie op de meeste luchtpofproeven moeten knipperen.
In dit voorbeeld nemen de oogklepreacties op de luchtpof af in de loop van het experiment, wat aangeeft dat de luchtpofunit niet in de juiste posit
Overzicht
Dit protocol beschrijft een paradigma voor oogknippconditioning, ontworpen voor baby's van één jaar oud om associatief leren te beoordelen. De methode maakt gebruik van auditieve en tactiele stimuli om de leer- en geheugencapaciteiten bij jonge kinderen te evalueren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Ontwikkelingspsychologie
- Gedragsbeoordeling
Achtergrond
- Conditionering van de oogknippreflex is een methode voor het bestuderen van associatief leren.
- Het kan leertekorten blootleggen bij populaties zoals mensen met het foetaal alcoholspectrumsyndroom.
- De cerebellaire circuits zijn cruciaal voor dit type leren.
- Vroegtijdige detectie van neuro-ontwikkelingsproblemen kan de uitkomsten verbeteren.
Doel van de studie
- Om associatief leren bij zuigelingen te beoordelen met behulp van een gecontroleerd conditioneringsparadigma.
- Om potentiële leerdeficiënties bij jonge kinderen te identificeren.
- Om de relatie tussen sensorische stimuli en geconditioneerde responsen te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een luchtstootapparaat en audioluidsprekers voor het toedienen van stimuli.
- Video-opname voor het analyseren van de reacties van de zuigeling.
- Frame-voor-frame analyse om oogknipperreacties te detecteren.
- Trial-blokken om veranderingen in geconditioneerde reacties in de loop van de tijd te beoordelen.
Belangrijkste Resultaten
- Geconditioneerde reacties werden gemeten aan de hand van de timing van knipperen ten opzichte van de stimuli.
- Er werd variabiliteit in de reacties geconstateerd tussen de zuigelingen.
- Succesvolle conditionering werd aangetoond door anticipatoire knipperingen voorafgaand aan de afgifte van de luchtstoot.
- De betrouwbaarheid van de videoanalyse werd bevestigd door middel van overeenstemming tussen waarnemers.
Conclusies
- Oogknipperconditionering is effectief voor het beoordelen van de neurale ontwikkeling bij zuigelingen.
- Een juiste positionering van de apparatuur is essentieel voor nauwkeurige resultaten.
- Vroege interventie kan worden gefaciliteerd via deze beoordelingsmethode.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Het beoordelen van associatief leren bij zuigelingen biedt vroegtijge inzichten in de cerebellaafhankelijke neuro-ontwikkeling, wat voorspellende risicoreductie in preklinische modellen van neurologische aandoeningen mogelijk maakt. Deze methode ondersteunt targetvalidatie door sensorische stimuli te koppelen aan meetbare gedragsmatige output, wat het mechanistische begrip van leerpaden faciliteert. Vroege detectie van tekortkomingen maakt een risico-gecorrigeerde prioritering in therapeutische ontwikkelingspipelines mogelijk.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Validatie van Target
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt cerebellaire leerpaden om targets te valideren die betrokken zijn bij neuro-ontwikkelingsstoornissen.
- Operationele waarde: Biedt een kwantificeerbare gedragsmatige readout voor het beoordelen van de functionele integriteit van neurale circuits.
- Voorspellende waarde: Maakt vroege identificatie mogelijk van fenotypische screening-hits die associatief leren moduleren.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Vestigt een ziekterelant systeem voor het meten van stimulus-responsassociaties in ontwikkelende neurale systemen.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van frame-per-frame videoanalyse om een reproduceerbare, kwantitatieve detectie van de knipperlatentie en timing te waarborgen.
- Assay-gereedheid: Ondersteunt gestandaardiseerde stimulusafgifte (toon en luchtstoot) met nauwkeurige temporele controle voor een betrouwbare evaluatie van verbindingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen gedragstesten bij zuigelingen en preklinische modellen door behouden cerebellaire leeringsmechanismen te beoordelen.
- Mechanistische risicoreductie: Verduidelijkt of waargenomen tekortkomingen te wijten zijn aan sensorische verwerking of aan werkelijke beperkingen in het associatieve leren.
- Predictieve betrouwbaarheid: Geconditioneerde reacties (knipperen vóór de luchtstoot) dienen als biomarker voor intacte neurale circuits, wat helpt bij go/no-go-beslissingen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen de vroege ontdekkingsfase om de functie van neurale circuits te beoordelen, wat bijdraagt aan de identificatie van lead-verbindingen en de preklinische validatie van therapeutica die zich richten op neuro-ontwikkelingspaden.
- Discovery Biology: Ondersteunt het testen van hypothesen over de effecten van genen of verbindingen op cerebellaal-gemedieerd leren en geheugen.
- Screening: Maakt assay-standaardisatie mogelijk door nauwkeurige timing van stimuli en geautomatiseerde trial-blokkering voor consistente gegevensverzameling.
- Analytics: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (latentie van knipper-aanvang, responsclassificatie) om experimentele condities te vergelijken.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt de neuro-ontwikkelingsbeoordeling bij zuigelingen met preklinische continuïteit via gedeelde cerebellale leerparadigma's.
- Enterprise Reuse: Het raamwerk kan worden aangepast over verschillende modellen heen om ontwikkelingsneurotoxiciteit of therapeutisch herstel te beoordelen.
Operationele impact en impact op de onderneming
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit door geconditioneerd leren te onderscheiden van reflexmatige reacties of schrikreacties.
- Operationele waarde: Frame-voor-frame videoanalyse waarborgt de betrouwbaarheid wanneer automatische detectie tekortschiet, wat de datakwaliteit verhoogt.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door vroege, vertaalbare biomarkers van de integriteit van neurale circuits te bieden.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde voortgang mogelijk op basis van neuro-ontwikkelingsprofilering in gevoelige populaties.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in gedragstesten bij zuigelingen en neuro-ontwikkelingsbeoordelingen.
- Afhankelijk van video-opnameapparatuur met een framerate van ≥60 Hz en precieze systemen voor stimuluspresentatie.
- Noodzaak tot standaardisatie tussen teams voor de timing van stimuli, de positionering van de zuigeling en protocollen voor responsclassificatie.
- Er moet rekening worden gehouden met variabiliteit in de coöperatie van de zuigeling en de blikrichting tijdens handmatige videoanalyse.
- Beperkt door de noodzaak van frame-voor-frame analyse vanwege onbetrouwbare geautomatiseerde knipperdetectie bij deze leeftijdsgroep.
