Method Article

Opracowanie pudełka behawioralnego do oceny hamowania prepulsu i aktywności neuronalnej w psychiatrycznych modelach zwierzęcych

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

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

Protokół ten przedstawia skrzynkę behawioralną opartą na mikrokontrolerze do oceny hamowania przedimpulsowego (PPI) poprzez zbieranie danych o przyspieszeniu z czujnika znajdującego się pod skrzynką. Dane te oceniają deficyty bramkowania sensorycznego u społecznie izolowanych szczurów, z dodatkową metodą synchronizacji danych z aktywnością neuronalną w celu przyspieszenia badań neurofizjologicznych nad zaburzeniami zachowania.

Abstract

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

Stres we wczesnym okresie życia jest uznawany za potencjalny prekursor zaburzeń neurorozwojowych. Jednym z podejść do badania tego stanu w modelach zwierzęcych jest izolacja społeczna po odsadzeniu. Wykazano, że ten niepokój we wczesnym okresie życia u gryzoni prowadzi do zmian neuronalnych podobnych do tych obserwowanych u pacjentów ze schizofrenią, w tym zmniejszonej objętości kory przedczołowej, zmniejszonej gęstości kolców dendrytycznych i zwiększonej aktywności dopaminergicznej w brzusznej okolicy nakrywki. Paradygmat hamowania przedimpulsowego (PPI) jest uznaną metodą oceny deficytów bramkowania sensorycznego zarówno w modelach ludzkich, jak i zwierzęcych. PPI odnosi się do tłumienia odruchu zaskoczenia na silniejszy bodziec akustyczny (np. impuls 120 dB), gdy jest on poprzedzony słabszym akustycznym bodźcem wstępnym (np. impuls 65 dB). Zjawisko to jest często redukowane u pacjentów psychiatrycznych i zwierzęcych modeli zaburzeń psychicznych. W artykule przedstawiono protokół budowy pudełka behawioralnego dla badań IPP, umożliwiający wykorzystanie dostępnego, opłacalnego modelu zwierzęcego schizofrenii i synchronizację pudełka behawioralnego z zapisami neuronalnymi z modelu (np. zapisami elektrofizjologicznymi). To spersonalizowane pudełko behawioralne skutecznie wykrywało reakcje zaskoczenia i ułatwiało ocenę PPI z jednoczesnym rejestrowaniem neuronów u swobodnie zachowujących się gryzoni poddanych izolacji po odsadzeniu.

Introduction

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

Osoby, u których zdiagnozowano schizofrenię (SCZ), często wykazują deficyty sensomotoryczne. Zmniejszona reakcja na stymulację sensoryczną i trudności w rozróżnianiu istotnych informacji z różnych bodźców sensorycznych są często zgłaszane u tych pacjentów 1,2. W przypadku osób zdrowych dostarczenie słabszego bodźca przed silniejszym zmniejsza zwykły odruch zaskoczenia na silniejszy bodziec3. Zjawisko to jest znane jako hamowanie przedimpulsowe (PPI) i zostało wykorzystane do zbadania deficytów bramkowania sensorycznego u pacjentów z SCZ i zwierzęcych modelach SCZ

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

Protocol

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

Badania na zwierzętach przeprowadzono zgodnie z Przewodnikiem dotyczącym opieki nad zwierzętami laboratoryjnymi i ich wykorzystywania. Projekt ten został zatwierdzony przez Komisję Etyki Instytutu CEUA Santos Dumont (numer zatwierdzenia 04/2016). Do testów IPP 35 szczurów Wistar (3 miesiące, 290-490 g; 19 samców i 16 samic) oceniano indywidualnie w pudełku PPI. Wszystkie 35 szczurów poddano protokołowi izolacji po odsadzeniu, w którym trzymano je indywidualnie w 12/12-godzinnym cyklu świetlnym w temperaturze 23 °C i wilgotności 70% w kontrolowanym obiekcie z dostępem ad libitum do pożywienia i wody. Szczegółowe informacje na temat odczynników i sprzętu użyteg....

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

Results

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

Hamowanie przed impulsem nie wykazało różnicy dla impulsu 1 i 3 w porównaniu z impulsem 5 (tylko 120 dB), ale wykazało różnicę statystyczną dla impulsu 2 i 4 (p < 0,05) (ryc. 6).

figure-results-1
Ryc. 6: Średnie amplitudy odpowiedzi na bodziec słuchowy w pięciu typach impulsów. P.......

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

Discussion

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

W protokole tym przedstawiono pudełko behawioralne DIY do badania zadań hamowania prepulsów u swobodnie zachowujących się szczurów Wistar podczas rejestrowania danych mózgowych (w tym przykładzie potencjału pola lokalnego i aktywności impulsowej). Pudełko można zbudować i dostosować za pomocą komponentów powszechnie spotykanych w laboratoriach neurobiologicznych, dzięki czemu jest dostępne i tanie. Takie rozwiązania typu "zrób to sam" pozwalają również na większą elastyczność w projektowaniu i personalizacji eksperymentó.......

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

Disclosures

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

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Acknowledgements

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

Edith Granados, Cinvestav Guadalajara, za uprzejme wsparcie tego projektu skryptami PPI i synchronizacją danych. Praca ta została sfinansowana przez Santos Dumont Institute, Ministerstwo Edukacji, CNPq, CAPES i FINEP.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Pudełko akryloweWykonane na zamówienieArkusz akrylowy o grubości 5 mm, 20 cm x 25 cm x 25 cm
Samoprzylepne gumowe nakładki na odbojnikiZiarnistość gorylaMPU6050 Średnica 0,8 cala i wysokość 0,38 cala. Gumowe podkładki stabilizujące akrylowe pudełko i izolujące od wibracji zewnętrznych. Wysokość powinna być większa niż 5 mm ze względu na MPU6050 pod pudełkiem.
Arduino UnoArduinoATmega328P Płytka mikrokontrolera Arduino oparta na procesorze ATmega328P z 14 cyfrowymi pinami wejścia/wyjścia, 6 wejściami analogowymi i częstotliwością taktowania 16 MHz.
Cedrus stim tracker (detektor dźwięku)Cedrushttps://cedrus.com/stimtracker/index.htmCedrus stim tracker wykrywa bodźce akustyczne i wysyła znaczniki TTL do danych akcelerometru.
System badawczy CineplexPlexon (plekson)https://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/Nagranie wideo zwierzęcia zsynchronizowane z danymi elektrofizjologicznymi.
Klej cyjanoakrylowyMPU6050Super klej, aby mocno przymocować MPU6050 pod pudełkiem.
Cyfrowy miernik dźwigni dźwiękuMiernik decybeli do kalibracji bodźców ustawionych przed eksperymentem.
IBM SPSSSPSS (Pakiet Statystyczny dla Nauk Społecznych, USA)Platforma oprogramowania IBM SPSS Statistics.
Matlab (Matlab)MathWorks (Prace matematyczne)https://www.mathworks.com/products/matlab.htmlPlatforma MATLAB do analizy danych, tworzenia algorytmów i tworzenia modeli.
Mikro śruba ze stali nierdzewnejdo okularów o średnicy 1,2 mm i długości 4 mm.
Tablica mikroeletrodyNa zamówienieWykorzystuje złącze omnetics i druty wolframowe o grubości 50 mikronów pokryte parylenem California Fine Wire.
MikrofonMikrofon do akwizycji stymulacji akustycznej zsynchronizowanej z danymi elektrofizjologicznymi.
Zobacz materiał MPU-6050InvenSensehttps://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/MPU-6050 to 3-osiowy żyroskop i 3-osiowy akcelerometr 
Wielokanałowy procesor akwizycji Plexon (plekson)SPIKE/LFPMAP Plexon do pozyskiwania neuronalnych danych elektrofilologicznych SPIKE/LFP oraz kanałów pomocniczych (mikrofon, markery TTL, akcelerometr).
NeuroEksploratorNex https://www.neuroexplorer.com/Program do analizy danych NeuroExplorer dla stale rejestrowanych sygnałów i znaczników czasu (pociągi impulsowe, zdarzenia behawioralne)
NeuroodkrywcaNex Technolgiehttps://www.neuroexplorer.com/Oprogramowanie do analizy danych neurofizjologicznych SPIKE i LFP.
Sortownik offlinePlexon (plekson)https://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842Oprogramowanie do sortowania spajków w trybie offline.
Sorter offLineSorterSortownik offlinehttps://plexon.com/products/offline-sorter/Sortownik offline to oprogramowanie do sortowania spajków w trybie offline
Doodbytniczy weterynaryjny czujnik SpO2KTMED (Międzynarodowa Federacja ZwiązkówFS-03Czujnik SpO2 dla małych zwierząt
TaśmęCienki taśmowy do podłączenia MPU6050 do Arduino.
Wiertarka robotaGwiazda Neurohttps://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/Wiertarka robotyczna używana ze stereotaktycznym Neurostar. Można go zastąpić wiertarką ręczną.
GłośnikGłośnik ma zakres od 100 do 40 kHz i natężenie do 150 dB.
Aparatura stereotaktycznaGwiazda NeuroStereotaktyka stosowana w neurochirurgii u gryzoni

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