Behawioralne określanie par bodźców, dyskryminacja bodźców słuchowych, akustycznych i elektrycznych przy użyciu klasycznego podejścia warunkowania i tętna

Ogólnym celem tej procedury jest zidentyfikowanie obszarów do stymulacji jądra ślimakowego i wzorców stymulacji neuronalnej, które wytwarzają odczucia częstotliwościowe rozpoznawalne przez zwierzę. Po pierwsze, wszczepione urządzenia do monitorowania tętna, które umożliwiają pomiar reakcji fizjologicznych zwierzęcia. Następnie do jądra ślimakowego wszczepiana jest elektroda neuronowa, przez którą stymulacja może być dostarczana do układu słuchowego.

Następnie zwierzę jest uwarunkowane do wykrywania różnic częstotliwości w prezentowanych tonach i wytwarzania reakcji fizjologicznej. Na koniec zwierzę jest testowane pod kątem wykrywania różnych lokalizacji i wzorców neurostymulacji układu słuchowego. Ostatecznie można uzyskać wyniki, które pokażą, które obszary jądra ślimakowego najlepiej nadają się do stymulacji protez słuchowych i wzorców stymulacji.

Najlepiej nadaje się do stosowania w takich urządzeniach poprzez identyfikację lokalizacji i wzorców stymulacji, które konsekwentnie wytwarzają wyraźne odczucia częstotliwościowe. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak stymulacja neuronalna i rejestracja w ostrym preparacie, jest to, że możliwe jest zidentyfikowanie celów i technik stymulacji, które są faktycznie rozróżniane i wykrywane przez zwierzę. Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię w leczeniu głuchoty, w której implanty ślimakowe nie mogą być stosowane ani w wyniku uszkodzenia ślimaka, ani uszkodzenia nerwu słuchowego.

Technika ta pomoże określić strategie stymulacji, które najlepiej naśladują normalne przetwarzanie akustyczne. Trzy do pięciu dni po wszczepieniu urządzenia telemetrycznego do elektrokardiogramu rozpocznij implantację elektrody mózgowej, podając najpierw środek przeciwbólowy i znieczulający. Po potwierdzeniu znieczulenia należy ogolić głowę zwierzęcia i przetrzeć alkoholem do peelingu Betadine, a następnie Betadine.

Umieść zwierzę na talerzu homeo tematycznym. Podnieś i umieść zwierzę między nausznikami, a następnie wsuń pierwszą listwę douszną do zewnętrznego czujnika akustycznego. Zablokuj pierwszą listwę douszną na miejscu.

Następnie wsuń drugi pasek do uszu na miejsce za pomocą kleszczy do zębów szczurów. Otwórz szczękę zwierzęcia i zaczep górne siekacze o uchwyt zęba. Po ustawieniu się na miejscu nasuń stożek nosowy na nos, aby rozpocząć dostarczanie izofluoru, które będzie kontynuowane przez cały czas trwania operacji.

Po odsłonięciu kości ciemieniowej wyszoruj powierzchnię za pomocą 20% roztworu nadtlenku. Na gazinie wywierć otwór o powierzchni około dwóch milimetrów kwadratowych w najbardziej bocznej części kości międzyciemieniowej. Przepłucz otwór sterylną solą fizjologiczną, aby usunąć wszelkie kości, kurz lub fragmenty kości, które mogą uszkodzić elektrodę pracującą pod mikroskopem, wywierć mały otwór w lewej kości ciemieniowej i prawej kości międzyciemieniowej.

Następnie wkręć ze stali chirurgicznej w każdy otwór, pozostawiając około 0,5 milimetra między każdej a czaszką. Przymocuj głośnik sprzęgający do lewego pustego paska na ucho. Ustaw manipulator elektrod na miejscu nad otworem pod kątem rostralnym Cato wynoszącym 10 stopni.

Następnie za pomocą końcówki igły wykonaj nacięcie opony twardej w płaszczyźnie strzałkowej. Włóż elektrodę ręcznie na około dwa milimetry w powierzchnię mózgu. Podłącz do masy i punktów elektrody odniesienia stopnia głowicy o wysokiej impedancji.

Upewnij się, że amplifier jest włączony. Następnie uszczelnij komorę nagrywania, rozpocznij cykliczne dostarczanie szumów przefiltrowanych w pasmie niskich średnich i wysokich częstotliwości z maksymalną szybkością dostarczania jednej serii co 200 milisekund. Monitoruj aktywność neuronalną na każdym kanale, aby wykrywać reakcje na szum. Prezentacja.

Kontynuuj wkładanie elektrody do momentu, gdy całkowita włożona odległość zbliży się do ośmiu milimetrów lub do momentu, gdy pojawią się reakcje na prezentacje szumów. Jeśli udało się dotrzeć do jądra ślimaka, miejsca na końcu elektrody powinny wykazywać przede wszystkim reakcje na bodźce o wysokiej częstotliwości. Kontynuuj wkładanie elektrody, aż końcówka wykryje.

Reakcje na bodźce o niskiej częstotliwości lub aktywność sterowaną słuchowo przestają występować. Jeśli aktywność ustaje, elektroda może przejść całkowicie przez jądro ślimaka i może być konieczna zmiana położenia elektrody. Skonstruuj mapę odpowiedzi amplitudy częstotliwości neuronów w miejscach elektrod, prezentując czyste tony w krokach częstotliwości w pożądanym zakresie częstotliwości przy amplitudach od jednego do 70 decybeli przy 10 powtórzeniach każdego bodźca.

Aby chronić tkankę mózgową i elektrodę, nałóż cienką warstwę elastomeru krzemowego nieco powyżej odsłoniętych trzonków elektrody, tak aby elastomer spływał po trzonach i pokrywał zarówno trzony, jak i odsłoniętą powierzchnię mózgu. Aby zamocować elektrodę na miejscu, nałóż cement dentystyczny, podłącz przewód uziemiający elektrody do i nałóż dalszy cement dentystyczny, aby uzyskać większą wytrzymałość. Gdy cement stwardnieje, zszyj nacięcie wokół elektrody, a następnie umieść klatkę domową na poduszce grzewczej na 24 godziny, aby zwierzę mogło dojść do siebie.

Po aktywacji urządzenia telemetrycznego umieść zwierzę w komorze testowej i pozwól mu się zaaklimatyzować przez pięć minut przed rozpoczęciem kondycjonowania. Aby przeprowadzić procedurę kondycjonowania, należy dostarczyć jeden losowo wybrany element pary bodźców akustycznych wielokrotnie w 250-milisekundowych seriach oddzielonych 250 milisekundami ciszy przez 80 do 170 sekund. Każda prezentacja stymulacji musi mieć czas narastania i opadania wynoszący 10 milisekund.

Aby uniknąć zauważenia kliknięcia, zacznij zmieniać się. Drugi element bodźca akustycznego łączy się z pierwszym, prezentując każdy dźwięk przez 250 milisekund, po czym następuje 250-milisekundowa cisza. Po 9,5 sekundy z dziesięciosekundowego okresu naprzemiennej prezentacji tonu, zastosuj 0,5 milisekundowy wstrząs stopy, a następnie przerwij prezentacje tonów na 30 sekund, aby umożliwić ustabilizowanie się tętna.

Kontynuuj ten proces, aż do zakończenia 48 cykli procedury. Aby zapewnić wystarczającą liczbę powtórzeń każdej pary tonów do analizy, upewnij się, że każda para tonów jest prezentowana co najmniej cztery razy. Po podłączeniu do stymulacji neuronalnej i aktywacji urządzenia telemetrycznego w znieczuleniu izofluranowym, pozwól zwierzęciu dojść do siebie i zaaklimatyzować się w komorze testowej przez 10 minut przed badaniem.

Aby utrzymać kondycję z poprzedniego dnia, dostarczaj naprzemienną parę bodźców akustycznych, jak opisano wcześniej, a następnie wstrząs o długości 0,5 milisekundy na stopie. Po ustabilizowaniu się tętna dostarczaj jeden losowo wybrany element pary bodźców elektrycznych wielokrotnie w seriach 250 milisekund, oddzielonych 250 milisekundami ciszy przez 80 do 170 sekund. Następnie zacznij naprzemiennie drugi element pary bodźców elektrycznych, przy czym pierwszy prezentuje każdy dźwięk przez 250 milisekund, a następnie następuje 250-milisekundowa cisza przez łącznie 10 sekund.

Powtórz cykl z następną losowo wybraną parą stymulacji elektrycznej, aż co najmniej 20 prób każdej pary zostanie dostarczonych w losowych odstępach czasu. Wstaw parę bodźców akustycznych, aby utrzymać kondycję. Po zakończeniu badania wyłącz urządzenie telemetryczne, odłącz stymulacyjny i zwróć zwierzę do domu.

Pokazana jest tutaj odpowiedź elektrofizjologiczna prawidłowo umieszczonej elektrody. Każdy histogram przedstawia dane dla jednej częstotliwości w jednym miejscu elektrody, a każda kolumna reprezentuje 25-milisekundowy okres czasu na obu trzonkach układu elektrod. Odpowiedzi są wykrywane w każdym pojedynczym miejscu elektrody tylko w odpowiedzi na dość wąskie pasmo częstotliwości, ale te wąskie pasma są rozmieszczone w szerokim zakresie częstotliwości.

Taki rozkład jest optymalny, ponieważ wiele odrębnych obszarów mózgu związanych z częstotliwością może być stymulowanych niezależnie. Idealnie byłoby, gdyby rozmieszczenie elektrod prowadziło do wykrywania odpowiedzi neuronalnych na bodziec akustyczny na kilku kanałach o amplitudzie dźwięku tak niskiej, jak to ma miejsce w tej odpowiedzi elektrofizjologicznej na kanale 10. Pokazano tutaj reakcję elektrofizjologiczną na źle umieszczoną elektrodę, aktywność zachodzi na końcach każdego trzpienia układu elektrod, ale występuje niewielka różnica w częstotliwości bodźca akustycznego, która wywołuje aktywność w każdym miejscu elektrody.

Taka implantacja nie umożliwia stymulacji odrębnej warstwy częstotliwości do testów dyskryminacyjnych. W tym przypadku poszczególne ślady i dane dotyczące proporcjonalności średniego tętna są wyświetlane od ośmiu sekund przed ośmioma sekundami po rozpoczęciu naprzemiennej prezentacji bodźca elektrycznego. Dane te zostały zebrane podczas siódmej sesji testowej i obejmowały 12 prezentacji bodźców elektrycznych.

Znaczny spadek częstości akcji serca następuje szybko po wprowadzeniu drugiego bodźca nerwowego, po którym następuje znaczny wzrost częstości akcji serca, co sugeruje, że zwierzę wykryło różnicę między pierwszym a drugim bodźcem. Stopień błędu i wariancji odpowiedzi jest pokazany na wykresie średniej proporcjonalnej plus błąd standardowy, a znaczenie spadku i wzrostu po prezentacji drugiego bodźca można zweryfikować za pomocą 95% przedziałów ufności Próbując tej procedury, należy pamiętać, że wszelkie bodźce zewnętrzne, które zwierzę może wykryć, mogą prowadzić do zmian w częstości akcji serca, zwiększając zmienność wyników, w których należy przeprowadzać testy i kondycjonowanie spójne i dobrze odizolowane środowisko, aby zminimalizować te skutki Po jego opracowaniu. Technika ta toruje drogę naukowcom w dziedzinie bioniki do zbadania lepszych sposobów elektrycznej stymulacji mózgu w różnych systemach sensorycznych w celu zapewnienia behawioralnie istotnych reakcji.