Name: Behawioralne określanie par bodźców, dyskryminacja bodźców słuchowych, akustycznych i elektrycznych przy użyciu klasycznego podejścia warunkowania i tętna (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-06-06T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 50 s
Description: Poznaj metodę warunkowania klasycznego do badania słuchu u szczurów z wykorzystaniem monitorowania tętna. Technika ta pozwala identyfikować optymalne wzorce stymulacji jądra ślimakowego dla rozwoju protez słuchowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Finansowanie tych badań zostało zapewnione przez The Garnett Passes and Rodney Williams Memorial Foundation oraz Uniwersytet La Trobe.

<ol><li>Mauger, S. J., Shivdasani, M. N., Rathbone, G. D., Argent, R. E., Paolini, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+in+vivo+investigation+of+first+spike+latencies+in+the+inferior+colliculus+in+response+to+multichannel+penetrating+auditory+brainstem+implant+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">An in vivo investigation of first spike latencies in the inferior colliculus in response to multichannel penetrating auditory brainstem implant stimulation.</a> Journal of Neural Engineering. 7, 036004-036004 (2010).</li>
<li>Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Argent, R. E., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inferior+colliculus+responses+to+dual-site+intralamina+stimulation+in+the+ventral+cochlear+nucleus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Inferior colliculus responses to dual-site intralamina stimulation in the ventral cochlear nucleus.</a> J. Comp. Neurol. 518, 4226-4242 (2010).</li>
<li>Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inferior+colliculus+responses+to+multichannel+microstimulation+of+the+ventral+cochlear+nucleus%3A+Implications+for+auditory+brain+stem+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Inferior colliculus responses to multichannel microstimulation of the ventral cochlear nucleus: Implications for auditory brain stem implants.</a> Journal of Neurophysiology. 99, 1-13 (2007).</li>
<li>Lenarz, M., Lim, H. H., Patrick, J. F., Anderson, D. J., Lenarz, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophysiological+Validation+of+a+Human+Prototype+Auditory+Midbrain+Implant+in+a+Guinea+Pig+Model%5BTitle%5D)+AND+%22JARO%22%5BJournal%5D)">Electrophysiological Validation of a Human Prototype Auditory Midbrain Implant in a Guinea Pig Model.</a> JARO. 7, 383-398 (2006).</li>
<li>Lim, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+Cortical+Responses+to+Electrical+Stimulation+of+the+Inferior+Colliculus%3A+Implications+for+an+Auditory+Midbrain+Implant%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Auditory Cortical Responses to Electrical Stimulation of the Inferior Colliculus: Implications for an Auditory Midbrain Implant.</a> Journal of Neurophysiology. 96, 975-988 (2006).</li>
<li>Otto, K. J., Rousche, P. J., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstimulation+in+auditory+cortex+provides+a+substrate+for+detailed+behaviors%5BTitle%5D)+AND+%22Hearing+research%22%5BJournal%5D)">Microstimulation in auditory cortex provides a substrate for detailed behaviors.</a> Hearing research. 210, 112-117 (2005).</li>
<li>Gai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+Tones+in+Reproducible+Noise+Maskers+by+Rabbits+and+Comparison+to+Detection+by+Humans%5BTitle%5D)+AND+%22JARO%22%5BJournal%5D)">Detection of Tones in Reproducible Noise Maskers by Rabbits and Comparison to Detection by Humans.</a> JARO. 8, 522-538 (2007).</li>
<li>Miller, C. A., Woodruff, K. E., Pfingst, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+responses+from+guinea+pigs+with+cochlear+implants.+I.+Electrophysiological+and+psychophysical+measures%5BTitle%5D)+AND+%22Hearing+Research%22%5BJournal%5D)">Functional responses from guinea pigs with cochlear implants. I. Electrophysiological and psychophysical measures.</a> Hearing Research. 92, 85-99 (1995).</li>
<li>Beitel, R. E., Vollmer, M., Snyder, R. L., Schreiner, C. E., Leake, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+and+neurophysiological+thresholds+for+electrical+cochlear+stimulation+in+the+deaf+cat%5BTitle%5D)+AND+%22Audiology+%26+Neurotology%22%5BJournal%5D)">Behavioral and neurophysiological thresholds for electrical cochlear stimulation in the deaf cat.</a> Audiology & Neurotology. 5, 31-38 (2000).</li>
<li>Beitel, R. E., Snyder, R. L., Schreiner, C. E., Raggio, M. W., Leake, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+cochlear+stimulation+in+the+deaf+cat%3A+comparisons+between+psychophysical+and+central+auditory+neuronal+thresholds%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Electrical cochlear stimulation in the deaf cat: comparisons between psychophysical and central auditory neuronal thresholds.</a> J. Neurophysiol. 83, 2145-2162 (2000).</li>
<li>Vollmer, M., Beitel, R. E., Snyder, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+detection+and+discrimination+in+deaf+cats%3A+Psychophysical+and+neural+thresholds+for+intracochlear+electrical+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Auditory detection and discrimination in deaf cats: Psychophysical and neural thresholds for intracochlear electrical signals.</a> Journal of Neurophysiology. 86, 2330-2343 (2001).</li>
<li>LeDoux, J. E., Cicchetti, P., Xagoraris, A., Romanski, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+lateral+amygdaloid+nucleus%3A+sensory+interface+of+the+amygdala+in+fear+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The lateral amygdaloid nucleus: sensory interface of the amygdala in fear conditioning.</a> Journal of Neuroscience. 10, 1062-1069 (1990).</li>
<li>McCreery, D. B., Yuen, T. G., Agnew, W. F., Bullara, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+characterization+of+the+effects+on+neuronal+excitability+due+to+prolonged+microstimulation+with+chronically+implanted+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A characterization of the effects on neuronal excitability due to prolonged microstimulation with chronically implanted microelectrodes.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 44, 931-939 (1997).</li>
<li>Liu, X., McPhee, G., Seldon, H. L., Clark, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histological+and+physiological+effects+of+the+central+auditory+prosthesis%3A+surface+versus+penetrating+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Hearing+Research%22%5BJournal%5D)">Histological and physiological effects of the central auditory prosthesis: surface versus penetrating electrodes.</a> Hearing Research. 114, 264-274 (1997).</li>
<li>Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+brain+tissue+to+chronically+implanted+neural+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148, 1-18 (2005).</li>
</ol>

Dr Antonio Paolini jest dyrektorem firmy Bioengenesis Technologies Pty Ltd, która reprezentuje Tucker Davis Technologies w Australii i jest australijskim dystrybutorem sond NeuroNexus.

Opisane tutaj techniki umożliwiają szybkie przeprowadzanie szeregu zadań dyskryminacyjnych przy krótkim czasie treningu i pozwalają na znaczną automatyzację, co minimalizuje czas badacza wymagany do przetwarzania danych. Wykorzystując dane uzyskane z wszczepionego EKG, można zautomatyzować obliczanie zmian częstości akcji serca (HR) w momentach prezentacji bodźca. Błędy w przetwarzaniu EKG (takie jak pominięcie pojedynczego uderzenia serca) można łatwo zidentyfikować, ponieważ powodują one sztucznie duże zmiany w pozornej częstości akcji serca przez bardzo krótki czas, a tak prosta detekcja błędów minimalizuje potrzebę czasochłonnego, ręcznego przeglądu danych.
Opisana technika implantacji urządzenia do telemetrii EKG pozwala na konsekwentne uzyskiwanie zapisów z niewielkimi zakłóceniami lub bez nich (patrz Ryciny 1 i 2). Niemniej jednak, stosunkowo niewielkie różnice w rozmieszczeniu elektrod w obszarze śródpiersia mogą prowadzić do wystąpienia zakłóceń pochodzących z pobliskich mięśni oraz specyficznego szumu związanego z oddychaniem. Weryfikacja prawidłowego rozmieszczenia elektrod podczas procesu implantacji, szczególnie po ich przyszyciu, umożliwia precyzyjną korektę ich ułożenia w celu zminimalizowania zakłóceń.
Proces implantacji do jądra ślimakowego mózgu jest trudny. Dzięki zastosowaniu seryjnych prezentacji szumu filtrowanego pasmowo w kilku zakresach częstotliwości, zamiast szumu szerokopasmowego stosowanego wcześniej3, odpowiedzi populacji komórek w miejscach umieszczenia elektrod można szybko zweryfikować pod kątem odpowiedzi częstotliwościowej, a nie mniej specyficznej odpowiedzi na szum. Zdolność do szybkiej identyfikacji momentu, w którym dostępny jest wystarczający zakres populacji komórek nastrojonych na konkretne częstotliwości, ma krytyczne znaczenie w badaniach nad dyskryminacją stymulacji elektrycznej. Jeśli nie uzyskano wystarczającego rozkładu częstotliwości, porównanie stymulacji odrębnych obszarów częstotliwościowych jest po prostu niemożliwe. Niemniej jednak, dłuższy proces mapowania odpowiedzi częstotliwość-amplituda pozostaje kluczowy dla uzyskania szczegółowych informacji na temat szerokości strojenia populacji komórek i powinien zostać przeprowadzony przed ostatecznym zamocowaniem elektrody.
W treningu i testach behawioralnych wprowadzenie okresu bezbodźcowego (lub ciszy) między próbami, przed wystąpieniem bodźca, pozwala na zbadanie reakcji na sam początek stymulacji. W przypadku zastosowania elektrycznej stymulacji neuronalnej, odpowiedź na początek bodźca stanowi dowód na prostą detekcję bodźca. Zatem, gdy nie występuje reakcja na początek bodźca, ale pojawia się odpowiedź po wprowadzeniu drugiego bodźca naprzemiennego, można wywnioskować, że wykrywalny jest jedynie ten drugi bodziec. Bez wprowadzenia takiego okresu ciszy nie byłoby możliwości ustalenia, że pierwszy bodziec nie został wykryty.
Ograniczeniem tej techniki testowania behawioralnego jest fakt, że brak wstrząsów łap podawanych po prezentacji stymulacji neuronalnej może prowadzić do wykształcenia specyficzności lęku uwarunkowanego, w taki sposób, że lęk przejawia się jedynie w momencie prezentacji bodźca akustycznego. Oznacza to, że zwierzę może nauczyć się, iż konkretne efekty sensoryczne stymulacji neuronalnej wiążą się z brakiem wstrząsu łapy. Z kolei podawanie wstrząsów łap po prezentacji stymulacji neuronalnej mogłoby prowadzić do uwarunkowanego lęku przed samym bodźcem neuronalnym, niezależnie od wszelkich właściwości dźwiękowych, jakie ten bodziec może posiadać. Wyniki uzyskane przy wykluczeniu wstrząsu łapy po stymulacji neuronalnej stanowią niewątpliwie silniejszy dowód na to, że bodziec neuronalny ma charakter dźwiękowy, niż wyniki uzyskane przy stosowaniu wstrząsu łapy po stymulacji neuronalnej, ponieważ w pierwszym przypadku lęk uwarunkowany uogólnił się z bodźca akustycznego na stymulację neuronalną. Niemniej jednak istnieje ryzyko wykształcenia specyficzności względem stymulacji akustycznej, a nie neuronalnej. Zastosowanie szumu filtrowanego pasmowo jako bodźca akustycznego zamiast czystych tonów impulsowych, co może lepiej odzwierciedlać doświadczenie percepcyjne stymulacji neuronalnej, mogłoby zmniejszyć ryzyko wystąpienia takiej specyficzności. Taka procedura wprowadza jednak dodatkową zmienną w postaci szerokości pasma filtra, co wpłynie na zadania dyskryminacyjne.
Dodatkowym ograniczeniem związanym z każdą przewlekłą implantacją neuronalną, taką jak ta wymagana do testów behawioralnych, jest zmiana funkcji elektrody lub powiązanej tkanki neuronalnej w czasie. Stymulacja tkanki neuronalnej może prowadzić zarówno do tymczasowego zahamowania aktywności neuronalnej13, jak i do zmian w tkance, takich jak utrata komórek14 oraz bezpośredniej reakcji tkanki mózgowej na elektrodę.15
Opisane podejście do implantacji i testów behawioralnych umożliwia badanie zarówno detekcji, jak i dyskryminacji bodźców akustycznych i elektrycznych przy krótkim treningu, a także pozwala na kontrolowanie częstotliwości prób. Technika wykorzystania zmiany HR jako miary uwarunkowanego lęku może mieć zastosowanie nie tylko w testach słuchowych, ale ogólniej w każdym badaniu sensorycznym, w którym bodźce mogą być prezentowane przez określony czas i w którym pożądanym jest wykrycie dyskryminacji sensorycznej.

<table><tbody><tr><td>PowerLab</td><td><a href="http://www.adinstruments.com/products/pl3508#overview" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> ADInstruments</a></td><td>ML880</td><td>Rejestruje dane otrzymane z wszczepionego nadajnika TR40</td></tr><tr><td>Karta sterująca SmartCtrl</td><td>Med Associates, Inc.</td><td>DIG-716B</td><td>Steruje komorą testową behawioralną, w tym wstrząsami stóp</td></tr><tr><td>Modularna komora testowa behawioralna</td><td>Med Associates, Inc.</td><td>ENV-009</td><td>Rozmiar komory testowej: 30.5cm x 39.4cm</td></tr><tr><td>Generator bodźców awersyjnych</td><td>Med Associates, Inc.</td><td>ENV-410B</td><td>Podaje awersyjny wstrząs stóp do metalowej kratki podłogi klatki poprzez jednostkę Solid State Scrambler</td></tr><tr><td>Programowalny atenuator</td><td>TDT</td><td>PA5</td><td>Kontroluje amplitudę podawanego sygnału akustycznego w celu zapewnienia stabilnej amplitudy w różnych częstotliwościach</td></tr><tr><td>Sterownik głośnika elektrostatycznego</td><td>TDT</td><td>ED1</td><td>Steruje głośnikami elektrostatycznymi (EC1, ES1)</td></tr><tr><td>Głośnik elektrostatyczny pola swobodnego</td><td>TDT</td><td>ES1</td><td>Dźwięki są prezentowane za pomocą tego głośnika w komorze testowej behawioralnej</td></tr><tr><td>Sprzężony głośnik elektrostatyczny</td><td>TDT</td><td>EC1</td><td>Dźwięki są prezentowane za pomocą tego głośnika podczas operacji wszczepienia implantu neuronalnego</td></tr><tr><td>Stacja bazowa stymulatora</td><td>TDT</td><td>RX7</td><td>Steruje podawaniem elektrycznej stymulacji neuronalnej (stosowana z MS16)</td></tr><tr><td>Mikrostymulator</td><td>TDT</td><td>MS16</td><td>Podaje wielokanałową elektryczną stymulację neuronalną</td></tr><tr><td>Stacja bazowa przetwarzania</td><td>TDT</td><td>RZ2</td><td>Rejestruje aktywność neuronalną podczas implantacji do mózgu (przy użyciu przedwzmacniacza PZ2)</td></tr><tr><td>Przedwzmacniacz</td><td>TDT</td><td>PZ2-256</td><td>256-kanałowy przedwzmacniacz o wysokiej impedancji</td></tr><tr><td>Odbiornik urządzenia telemetrycznego</td><td>Telemetry Research</td><td>TR162</td><td>Odbiera sygnał cyfrowy z TR40 i konwertuje go na wzmocnione wyjście analogowe</td></tr><tr><td>Wszczepialne telemetryczne urządzenie do elektrokardiogramu</td><td>Telemetry Research</td><td>TR40</td><td>Wszczepione urządzenie nadawcze, próbkowanie przy 2kHz</td></tr><tr><td>Procesor wielofunkcyjny</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>RX6</td><td>Służy do generowania bodźców akustycznych</td></tr><tr><td>Vertex Castavaria</td><td>Vertex Dental</td><td></td><td>Akryl dentystyczny używany do stabilizacji elektrody</td></tr><tr><td>Klej Kwik-Sil, niska lepkość</td><td>World Precision Instruments, Inc.</td><td></td><td>Elastomer silikonowy używany do powlekania trzpieni elektrody</td></tr><tr><td>Elektroda wielokanałowa</td><td>NeuroNexus Technologies</td><td>a2x16-10mm 100-500-413</td><td>2-trzpieniowy 32-kanałowy macierzowy zestaw elektrod zewnątrzkomórkowych używany do implantacji. Miejsca kontaktu elektrody zostały aktywowane w celu wytworzenia powłoki z tlenku irydu w przygotowaniu do stymulacji.</td></tr></tbody></table>

behawioralne określenie dyskryminacji par bodźców słuchowych, akustycznych i elektrycznych z zastosowaniem warunkowania klasycznego i analizy tętna

Behavioral Determination of Stimulus Pair Discrimination of Auditory Acoustic and Electrical Stimuli Using a Classical Conditioning and Heart-rate Approach

Ostre preparaty zwierzęce były wykorzystywane w badaniach prospektywnych nad konstrukcjami elektrod i technikami stymulacji w celu ich integracji z neuronowymi protezami słuchowymi, takimi jak implanty pnia mózgu1-3 oraz implanty śródmózgowia4,5. Choć eksperymenty ostre mogą dostarczyć wstępnych informacji na temat skuteczności implantu, testowanie zwierząt z implantami chronicznymi w stanie czuwania daje korzyść w postaci możliwości zbadania właściwości psychofizycznych doznań wywoływanych za pomocą wszczepionych urządzeń6,7.
W celu uzyskania behawioralnego potwierdzenia detekcji odpowiedniej cechy bodźca stosowano kilka technik, takich jak warunkowanie instrumentalne oparte na nagrodzie6-8, warunkowane unikanie9-11 czy klasyczne warunkowanie lękowe12. Wybór techniki wiąże się z koniecznością wyważenia takich aspektów jak efektywność czasowa (często niska w podejściach opartych na nagrodzie), możliwość jednoczesnego testowania wielu cech bodźca (ograniczona w warunkowanym unikaniu) oraz niezawodność pomiaru przy powtarzających się bodźcach (potencjalne ograniczenie w przypadku zastosowania pomiarów fizjologicznych).
W niniejszym materiale przedstawiono klasyczną behawioralną metodę warunkowania lękowego, która może być wykorzystana do jednoczesnego badania detekcji bodźca oraz dyskryminacji między dwoma bodźcami. Jako miara reakcji lękowej wykorzystano tętno, co ogranicza lub eliminuje potrzebę czasochłonnego kodowania wideo zachowań zamierania (freezing) lub innych podobnych parametrów (choć takie miary można uwzględnić w celu uzyskania dowodów zbieżnych). Zwierzęta poddano warunkowaniu przy użyciu tych technik w trzech 2-godzinnych sesjach warunkowania, z których każda obejmowała 48 prób bodźcowych. Następnie przeprowadzono sesje testowe, każda składająca się z 48 prób, aby zbadać detekcję każdego bodźca w prezentowanych parach oraz przetestować dyskryminację między poszczególnymi bodźcami w każdej parze.
Niniejsza metoda behawioralna została przedstawiona w kontekście jej zastosowania w badaniach nad protezami słuchowymi. Zaprezentowano implantację urządzeń do telemetrii elektrokardiograficznej. Przedstawiono również następującą po niej implantację elektrod mózgowych do jądra ślimakowego, prowadzoną pod kontrolą monitorowania odpowiedzi neuronalnych na bodźce akustyczne, a także stabilizację elektrody w miejscu implantacji w celu jej przewlekłego zastosowania.

Opisano zastosowanie klasycznego behawioralnego paradygmatu warunkowania lękowego w badaniach nad protezami słuchowymi u szczurów. Paradygmat ten umożliwia identyfikację zarówno detekcji, jak i rozróżniania między odmiennymi bodźcami akustycznymi i elektrycznymi, wykorzystując tętno jako miernik wyniku.

Behawioralne określenie dyskryminacji par bodźców słuchowych, akustycznych i elektrycznych z zastosowaniem warunkowania klasycznego i analizy tętna

Ostre preparaty zwierzęce były wykorzystywane w badaniach prospektywnych nad konstrukcjami elektrod oraz technikami stymulacji w celu ich integracji z układem nerwowym...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zidentyfikowanie obszarów stymulacji jądra ślimakowego oraz wzorców stymulacji neuronalnej, które wywołują odczucia częstotliwości rozróżnialne przez zwierzę. W pierwszej kolejności implantuje się urządzenia do monitorowania tętna, aby umożliwić pomiar odpowiedzi fizjologicznych zwierzęcia. Następnie w jądrze ślimakowym implantuje się elektrodę neuronalną, poprzez którą możliwa jest stymulacja układu słuchowego.Następnie zwierzę jest warunkowane do wykrywania różnic częstotliwości prezentowanych tonów i wywoływania odpowiedzi fizjologicznej. Na koniec testuje się zwierzę pod kątem wykrywania różnych lokalizacji i wzorców neurostymulacji układu słuchowego. W końcowym etapie można uzyskać wyniki wskazujące, które obszary jądra ślimakowego są najlepiej dostosowane do stymulacji w kontekście protez słuchowych oraz wzorców stymulacji.Metoda ta najlepiej sprawdza się w zastosowaniu w takich urządzeniach poprzez identyfikację miejsc i wzorców stymulacji, które konsekwentnie wywołują wyraźne odczucia częstotliwości. Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod, takich jak stymulacja neuronów i rejestracja w preparacie ostrym, jest możliwość zidentyfikowania celów i technik stymulacji, które są faktycznie rozróżniane i wykrywane przez zwierzę. Zastosowania tej techniki obejmują terapię leczenia głuchoty w przypadkach, w których implanty ślimakowe nie mogą zostać użyte z powodu uszkodzenia ślimaka lub nerwu słuchowego.Technika ta pomoże w określeniu strategii stymulacji, które najlepiej naśladują prawidłowe przetwarzanie akustyczne. Od trzech do pięciu dni po implantacji urządzenia do telemetrii elektrokardiograficznej należy rozpocząć implantację elektrod mózgowych, podając najpierw leki przeciwbólowe i środek znieczulający. Po potwierdzeniu znieczulenia należy ogolić głowę zwierzęcia i przemyć ją alkoholem z Betadine, a następnie samym Betadine.Umieść zwierzę na płycie homeotermicznej. Podnieś zwierzę i ustaw je pomiędzy uchwytami usznymi, a następnie wsuń pierwszy uchwyt do zewnętrznego przewodu słuchowego. Zablokuj pierwszy uchwyt w odpowiedniej pozycji.Następnie, używając pincety ząbkowanej, wsuń drugi uchwyt uszny na odpowiednią pozycję. Rozchyl pysk zwierzęcia i zahacz górne siekacze o uchwyt zębowy. Po ustaleniu pozycji nasuń stożek na nos, aby rozpocząć podawanie izofluranu, który będzie aplikowany przez cały czas trwania operacji.Po odsłonięciu kości ciemieniowej należy oczyścić jej powierzchnię, używając 20% roztworu nadtlenku wodoru. Na gaziku należy wywiercić otwór o boku około dwóch milimetrów w najbardziej bocznej części kości międzyciemieniowej. Otwór należy przemyć sterylną solą fizjologiczną, aby usunąć pył lub fragmenty kostne, które mogłyby uszkodzić elektrodę. Pracując pod mikroskopem, należy wywiercić niewielki otwór w lewej kości ciemieniowej oraz w prawej kości międzyciemieniowej.Następnie wkręć stalowe wkręty chirurgiczne w każdy otwór, pozostawiając około 0,5 milimetra odstępu między łowiskiem każdego wkręta a czaszką. Przymocuj głośnik sprzęgający do lewego pustego wspornika ucha. Umieść manipulator elektrody nad otworem pod kątem rostralnym 10 stopni.Następnie, używając czubka igły, wykonaj nacięcie w oponie twardej w płaszczyźnie strzałkowej. Wprowadź elektrodę ręcznie na głębokość około dwóch milimetrów do powierzchni mózgu. Podłącz śruby do punktów uziemienia i elektrody referencyjnej wysokoimpedancyjnego wzmacniacza głownego.Upewnij się, że wzmacniacz jest włączony. Następnie uszczelnij komorę rejestracyjną i rozpocznij cykliczne podawanie szumu filtrowanego pasmowo w zakresie niskich, średnich i wysokich częstotliwości z maksymalną częstotliwością podawania jednego impulsu co 200 milisekund. Monitoruj aktywność neuronalną w każdym kanale w celu wykrycia odpowiedzi na szum. Prezentacja.Kontynuuj wprowadzanie elektrody, aż całkowita odległość wprowadzenia zbliży się do 8 mm lub do momentu pojawienia się odpowiedzi na prezentację szumu. Jeśli osiągnięto jądro ślimakowe, punkty na końcówce elektrody powinny wykazywać odpowiedzi głównie na bodźce wysokoczęstotliwościowe. Kontynuuj wprowadzanie elektrody, aż końcówka wykryje sygnał.Reakcje na bodźce o niskiej częstotliwości lub aktywność indukowana słuchowo przestają występować. Jeśli aktywność ustaje, elektroda mogła przejść całkowicie przez jądro ślimakowe i może być konieczna korekta jej umiejscowienia. Należy stworzyć mapę odpowiedzi częstotliwościowo-amplitudowych neuronów w miejscach rozmieszczenia elektrod poprzez prezentację tonów czystych w krokach częstotliwości w żądanym zakresie częstotliwości, przy amplitudach od 1 do 70 decybeli, z 10 powtórzeniami każdego bodźca.Aby chronić tkankę mózgową i elektrodę, nałóż cienką warstwę elastomeru silikonowego nieco powyżej odsłoniętych trzpieni elektrody, tak aby elastomer spłynął po trzpieniach i pokrył zarówno trzpienie, jak i odsłoniętą powierzchnię mózgu. Aby unieruchomić elektrodę, nałóż cement dentystyczny, podłącz przewód uziemiający elektrody do śrub, a następnie nałóż kolejną warstwę cementu dentystycznego w celu zwiększenia wytrzymałości. Po utwardzeniu cementu zaszyj nacięcie wokół elektrody, a następnie umieść klatkę w domu na podkładce grzewczej na 24 godziny, aby umożliwić zwierzęciu rekonwalescencję.Po aktywacji urządzenia telemetrycznego umieść zwierzę w komorze testowej i pozwól mu na aklimatyzację przez pięć minut przed rozpoczęciem warunkowania. Aby przeprowadzić procedurę warunkowania, podawaj jeden losowo wybrany element pary bodźców akustycznych wielokrotnie w seriach trwających 250 millisecond, oddzielonych 250 millisecond ciszy, przez czas od 80 do 170 sekund. Każda prezentacja stymulacji musi mieć czas narastania i opadania wynoszący 10 millisecond.Aby uniknąć postrzegania kliknięcia, należy rozpocząć naprzemienne podawanie bodźców. Drugi element pary bodźców akustycznych z pierwszym, prezentując każdy ton przez 250 milisekund, po których następuje 250 milisekund ciszy. Po 9,5 sekundzie dziesięciosekundowego okresu naprzemiennej prezentacji tonów, należy podać wstrząs stopy o czasie trwania 0,5 milisekundy, a następnie zaprzestać prezentacji tonów na 30 sekund, aby umożliwić stabilizację tętna.Kontynuuj ten proces, aż zostanie zrealizowanych 48 cykli procedury. Aby zapewnić wystarczającą liczbę powtórzeń każdej pary tonów do analizy, upewnij się, że każda para tonów zostanie zaprezentowana co najmniej cztery razy. Po podłączeniu kabla do stymulacji nerwowej i aktywacji urządzenia telemetrycznego pod narkozą izofluranową, pozwól zwierzęciu na regenerację i aklimatyzację w komorze testowej przez 10 minut przed rozpoczęciem testowania.Aby utrzymać warunkowanie z dnia poprzedniego, należy podać naprzemienną parę bodźców akustycznych zgodnie z wcześniejszym opisem, a następnie wstrząs stopy o czasie trwania 0,5 millisecond. Po ustabilizowaniu się tętna należy wielokrotnie podawać jeden losowo wybrany element pary bodźców elektrycznych w seriach po 250 millisecond, oddzielonych 250 millisecond ciszy, przez czas od 80 do 170 sekund. Następnie należy wprowadzić naprzemienne podawanie drugiego elementu pary bodźców elektrycznych z pierwszym, prezentując każdy ton przez 250 millisecond, po których następuje 250 millisecond ciszy, przez łącznie 10 sekund.Powtarzaj cykl z kolejną losowo wybraną parą stymulacji elektrycznej, aż do momentu podania co najmniej 20 prób dla każdej pary w odstępach losowych. Wprowadź parę bodźców akustycznych, aby podtrzymać warunkowanie. Po zakończeniu testów wyłącz urządzenie telemetryczne, odłącz kabel stymulacyjny i zwróć zwierzę do klatki.Przedstawiona tutaj odpowiedź elektrofizjologiczna dotyczy prawidłowo umieszczonej elektrody. Każdy histogram prezentuje dane dla jednej częstotliwości w jednym miejscu elektrody, a każda kolumna reprezentuje 25 milisekundowy okres czasu na obu ramionach macierzy elektrod. Odpowiedzi są wykrywane w każdym poszczególnym miejscu elektrody tylko w odpowiedzi na dość wąskie pasmo częstotliwości, jednak te wąskie pasma są rozłożone w szerokim zakresie częstotliwości.Taki rozkład jest optymalny, ponieważ wiele odrębnych obszarów mózgu powiązanych z różnymi częstotliwościami może być stymulowanych niezależnie. Idealnie rozmieszczenie elektrod powinno prowadzić do wykrycia odpowiedzi neuronalnych na bodziec akustyczny na kilku kanałach przy amplitudzie dźwięku tak niskiej jak 10 decibels, co widać w tej odpowiedzi elektrofizjologicznej na kanale 10. Przedstawiona tutaj odpowiedź elektrofizjologiczna pochodzi z niewłaściwie rozmieszczonej elektrody; aktywność występuje na końcach każdego ramienia macierzy elektrod, jednak występuje niewielka zmienność częstotliwości bodźca akustycznego, która wywołuje aktywność w każdym miejscu rozmieszczenia elektrody.Taka implantacja nie umożliwia stymulacji odrębnej warstwy częstotliwości w celu przeprowadzenia testów dyskryminacyjnych. Przedstawiono tutaj poszczególne zapisy oraz dane dotyczące średniej częstości pracy serca z okresu od ośmiu sekund przed do ośmiu sekund po rozpoczęciu prezentacji naprzemiennych bodźców elektrycznych. Dane te zostały zebrane podczas siódmej sesji testowej i obejmowały 12 prezentacji bodźców elektrycznych.Szybko po wprowadzeniu drugiego bodźca neuronalnego następuje znaczący spadek częstości akcji serca, po którym następuje znaczący wzrost częstości akcji serca, co sugeruje, że zwierzę wykryło różnicę między pierwszym a drugim bodźcem. Stopień błędu i wariancja odpowiedzi są przedstawione na wykresie proporcjonalnej średniej wraz z błędem standardowym, a istotność spadku i wzrostu po prezentacji drugiego bodźca można zweryfikować, korzystając z 95% przedziałów ufności. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, że wszelkie bodźce zewnętrzne, które zwierzę może wykryć, mogą prowadzić do zmian częstości akcji serca, zwiększając zmienność wyników; testowanie i warunkowanie powinny być przeprowadzane w spójnym i dobrze odizolowanym środowisku, aby zminimalizować te efekty. Po opracowaniu ta technika utoruje drogę badaczom w dziedzinie bioniki do poszukiwania lepszych sposobów elektrycznej stymulacji mózgu w różnych systemach sensorycznych w celu uzyskania odpowiedzi istotnych behawioralnie.

behavioral-determination-stimulus-pair-discrimination-auditory

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Określanie behawioralne dyskryminacji par stymulacji słuchowej akustycznej i elektrycznej za pomocą klasycznego uwarunkowania i podejścia częstości akcji serca

W niniejszym raporcie przedstawiamy w pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system umożliwiający jednoczesne badanie wielu zachowań poznawczych oraz rejestrację aktywności neuronów u gryzoni.

W pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system do badania wielorakich funkcji poznawczych i rejestracji aktywności neuronalnej u gryzoni

Opisano szybką i niedrogą metodę behawioralnego wyznaczania parametrów słuchowych, takich jak progi słyszalności, zaburzenia słuchu czy percepcje fantomowe (subiektywny szum uszny). Metoda ta wykorzystuje hamowanie wstępne (pre-pulse inhibition) reakcji przestrachu akustycznego i może być łatwo zaimplementowana w komputerze osobistym przy użyciu programowalnego przetwornika AD/DA oraz czujnika piezoelektrycznego.

Tani układ do behawioralnej audiometrii u gryzoni

Ten protokół opisuje, jak tymczasowo i zdalnie wyciszyć aktywność neuronalną w dyskretnych obszarach mózgu, podczas gdy szczury są zaangażowane w zadania związane z uczeniem się i pamięcią. Podejście to łączy farmakogenetykę (Designer-Receptors-Exclusively-Activated-by-Designer-Drugs) z paradygmatem behawioralnym (sensoryczne warunkowanie wstępne), które ma na celu rozróżnienie różnych elementów uczenia się.

Metoda zdalnego wyciszania aktywności neuronalnej u gryzoni podczas dyskretnych faz uczenia się

Kontrola uwagi polega na wzmacnianiu sygnałów docelowych i tłumieniu sygnałów dystraktora. Opisujemy podejście do pomiaru oddzielnie, ale równocześnie, neurofizjologii uczestniczenia i ignorowania w długotrwałej uwadze intermodalnej, wykorzystując stan pasywnej kontroli, podczas którego żaden z procesów nie jest stale zaangażowany.

Pomiar neurofizjologicznych sygnałów procesów ignorowania i uczestniczenia w kontroli uwagi

Nauka unikania shuttle-boxów jest dobrze ugruntowana w neuronauce behawioralnej. Protokół ten opisuje, w jaki sposób uczenie się w pudełku wahadłowym u gryzoni można połączyć z specyficzną dla miejsca elektryczną mikrostymulacją wewnątrzkorową (ICMS) i jednoczesnymi przewlekłymi zapisami in vivo jako narzędzie do badania wielu aspektów uczenia się i percepcji.

Połączony trening w skrzynce wahadłowej z rejestracją i stymulacją kory elektrofizjologicznej jako narzędziem do badania percepcji i uczenia się

Ten artykuł opisuje procedurę pomiaru wrażliwości słuchu u dzieci w wieku od 2 do 4 lat. Dzieci są szkolone w zakresie reagowania opartego na zabawie, gdy słyszą sygnał docelowy. Progi są następnie szacowane w dwuprzedziałowym, dwualternatywnym paradygmacie wymuszonego wyboru, na podstawie obserwacji zachowań dziecka.

Behawioralna ocena słuchu u dzieci w wieku od 2 do 4 lat: dwuinterwałowa procedura oparta na obserwatorze wykorzystująca uwarunkowane reakcje oparte na zabawie

Niniejsze badanie proponuje protokół do zbadania adaptacji do odwróconego słyszenia lewo-prawo, osiągniętej tylko przez urządzenia do noszenia, za pomocą neuroobrazowania, które może być skutecznym narzędziem do odkrywania zdolności adaptacyjnych ludzi do nowego środowiska w domenie słuchowej.

Metoda badania adaptacji do odwróconego słuchu lewo-prawo

Psychofizyka jest niezbędna do badania zjawisk percepcji poprzez informacje sensoryczne. Poniżej przedstawiamy protokół do wykonania dwuinterwałowego zadania wymuszonego wyboru, jak zaimplementowano w poprzednim raporcie z psychofizyki człowieka, w którym uczestnicy oszacowali czas trwania wizualnych, słuchowych lub audiowizualnych interwałów aperiodycznych ciągów impulsów.

Dwuinterwałowe zadanie wymuszonego wyboru do porównań multisensorycznych

Ten protokół ma na celu zbadanie podstawowych zmian elektrofizjologicznych związanych z uczeniem się u osób z głęboką głuchotą po krótkim okresie szkolenia w zakresie audio-dotykowej substytucji sensorycznej poprzez zastosowanie techniki potencjału związanego ze zdarzeniem.

Ocena treningu audio-dotykowej substytucji sensorycznej u uczestników z głęboką głuchotą z wykorzystaniem techniki potencjału związanego ze zdarzeniem

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.

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

Poznaj metodę warunkowania klasycznego do badania słuchu u szczurów z wykorzystaniem monitorowania tętna. Technika ta pozwala identyfikować optymalne wzorce stymulacji jądra ślimakowego dla rozwoju protez słuchowych.

Behawioralne określanie par bodźców, dyskryminacja bodźców słuchowych, akustycznych i elektrycznych przy użyciu klasycznego podejścia warunkowania i tętna (Wideo) | JoVE Journal

Behawioralne określenie dyskryminacji par bodźców słuchowych, akustycznych i elektrycznych z zastosowaniem warunkowania klasycznego i analizy tętna

Przeglądaj więcej filmów