Name: Tani zestaw do audiometrii behawioralnej u gryzoni (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-10-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Naucz się oceny progu słyszenia i subiektywnego szumu usznego u gryzoni za pomocą taniego zestawu do audiometrii behawioralnej opartego na inhibicji odruchu strachu.

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

Praca ta była wspierana przez Interdyscyplinarne Centrum Badań Klinicznych (IZKF, projekt E7) w Szpitalu Uniwersyteckim Uniwersytetu w Erlangen-Norymberdze.

1. Montaż zestawu i programowanie oprogramowania
<ol>
	<li>Zainstaluj kartę D/A w komputerze osobistym (np.: NI PCI 6229, National Instruments) i podłącz ją do modułu rozdzielczego breakout-box (np.: BNC-2110, National Instruments); oba urządzenia powinny obsługiwać co najmniej jeden kanał wejściowy i jeden wyjściowy z częstotliwością próbkowania wynoszącą co najmniej 44.1 kHz dla każdego z nich.</li>
	<li>Podłącz wyjście modułu breakout-box za pomocą kabla BNC do wzmacniacza dźwięku (np.: szerokopasmowy wzmacniacz mocy AMP75, Thomas Wulf).</li>
	<li>Zainstaluj kamerę internetową z podczerwienią (np.: Grand IP Camera Pro, GrandTec Electronics) do monitorowania zwierząt w ciemności.</li>
	<li>Zainstaluj zintegrowane środowisko programistyczne (np.: Matlab), aby zaimplementować program zgodnie ze schematem blokowym przedstawionym na Ryc. 1. Wersja działająca na Matlab 2007b może zostać bezpłatnie udostępniona przez autora korespondencyjnego.</li>
	<li>Wewnątrz wygłuszonej komory zainstaluj głośnik na stole. Podłącz głośnik do wzmacniacza dźwięku.</li>
	<li>Zainstaluj czujnik piezoelektryczny (np. czujnik siły FSG15N1A, Honeywell) na płycie izolacyjnej, zapewnij mu zasilanie i podłącz go za pomocą kabla BNC do wejścia modułu breakout-box; uziemi sygnał czujnika.</li>
	<li>Zbuduj komorę pomiarową z rurki z pleksiglasu dopasowanej do rozmiaru mierzonego gryzonia (dla myszowców np.: długość 15 cm, średnica wewnętrzna 4.3 cm, średnica zewnętrzna 4.8 cm). Do przedniej części rurki przymocuj kratkę o szerokości oczek 0.5 mm, a do tylnej wyściełane drzwiczki z mechanizmem blokującym (np. haczykiem). Mocowanie można wykonać za pomocą kleju na gorąco, natomiast w przypadku drzwiczek do rurki przymocowuje się jedynie zawias i uchwyt dla haczyka.</li>
	<li>Do izolacyjnej płyty czujnika przytwierdź stopki z pianki plastikowej dopasowane do wymiarów rurki pomiarowej. Stopki powinny podtrzymywać rurkę pod przednim i tylnym końcem oraz unosić rurkę do poziomu czujnika. Upewnij się, że pomiędzy czujnikiem piezoelektrycznym a komorą pomiarową istnieje lekki kontakt.</li>
	<li>Zamocuj płytę z czujnikiem tak, aby komora pomiarowa znajdowała się centralnie przed głośnikiem, a obok niej umieść mikrofon do kontroli dźwięku (np. B&amp;K Type 2669 / B&amp;K Type 4190 podłączony do wzmacniacza pomiarowego B&amp;K Type 2610, wszystkie: Bruel and Kjaer) na poziomie głowy zwierzęcia, tak aby nie kolidował on z rurką.</li>
	<li>Należy pamiętać, że jakość danych audiometrycznych zależy od jakości systemu dźwiękowego. W każdym przypadku przed rozpoczęciem pierwszych eksperymentów należy użyć mikrofonu i wzmacniacza pomiarowego do wyznaczenia funkcji przejścia częstotliwościowego systemu, a w oprogramowaniu zaimplementować procedurę korekcyjną dla tej funkcji, aby uzyskać płaską charakterystykę widmową głośnika.</li>
	<li>Ustaw kamerę internetową względem układu w taki sposób, aby można było monitorować zachowanie zwierzęcia.</li>
</ol>
2. Behawioralne wyznaczanie progów słyszenia (audiogramy)
<ol>
	<li>Wyjmij zwierzę z klatki domowej i umieść je głową do przodu w rurce; zamknij drzwiczki.</li>
	<li>Umieść rurkę na nóżkach z pianki oraz na czujniku. Wyłącz wszelkie światła i zamknij drzwi komory. Komora nie jest klimatyzowana, lecz posiada temperaturę, wilgotność i inne zmienne środowiskowe typowe dla otaczającego laboratorium. Wymiana powietrza przez wentylatory nie jest zalecana ze względu na generowany hałas, jednak objętość komory zapewnia zwierzęciu tlen przez wiele godzin. Odczekaj 15 min, aby zwierzę mogło przyzwyczaić się do ustawienia. Czas aklimatyzacji jest korzystny dla zwierzęcia, ponieważ pozwala mu uspokoić się we własnym tempie i oswoić z rurką. Z drugiej strony, w wielu sesjach nie zaobserwowano różnic w zachowaniu podczas czasu aklimatyzacji, co wskazuje, że dodatkowa sesja zapoznawcza zwierzęcia z rurką i komorą przed eksperymentem nie jest konieczna.</li>
	<li>Uruchom program i zdefiniuj parametry stymulacji (por. również ref. 5): Bodźce składają się z czystych tonów o różnych częstotliwościach. Bodziec wywołujący reakcję przestrachu (startle stimulus) musi być podany z poziomem ciśnienia akustycznego wystarczająco wysokim, aby w sposób powtarzalny wywołać reakcję przestrachu. W naszym laboratorium stosujemy natężenia 105 dB SPL (czas trwania bodźca 6 ms, w tym 2 ms rampy narastania i opadania w kształcie cosinus kwadrat), aby wywołać reakcje przestrachu u gerbołów mongolskich. Bodźce testowe poprzedzające bodźce wywołujące przestrach są podawane z różnymi częstotliwościami i natężeniami w zakresie przeznaczonym do badania, zazwyczaj od poziomu poniżej progu słyszalności do poziomów znacznie powyżej progu, z częstotliwościami obejmującymi cały zakres słyszalny dla danego gatunku. Częstotliwość i czas trwania bodźca wywołującego przestrach oraz bodźca testowego są dopasowane w każdej próbie; odstęp międzybodźcowy między bodźcem wywołującym przestrach a bodźcem testowym wynosi 100 ms. Wykonaj co najmniej 15 powtórzeń z randomizowanymi odstępami międzybodźcowymi wynoszącymi 10 ± 2.5 sec dla każdej kombinacji częstotliwości i natężenia bodźców testowych (por. Rycina 2A, lewa strona). Kolejne bodźce testowe mogą być podawane w kolejności zrandomizowanej lub niezrandomizowanej. W przypadku zastosowania podejścia niezrandomizowanego (np. jeden stały poziom bodźca testowego dla wszystkich badanych częstotliwości) zastosuj 5 min przerwy na regenerację pomiędzy różnymi zestawami bodźców. Należy pamiętać, że wyznaczony próg absolutny będzie zależał od randomizacji bodźców, ale ewentualne relatywne przesunięcia progu już nie (np. po urazie akustycznym, por. ref. 5).</li>
	<li>Przed analizą danych usuń z zestawu próby nieważne (np. próby, w których zwierzę poruszyło się przed bodźcem wywołującym przestrach; por. Rycina 2B).</li>
	<li>W oknie czasowym pierwszych 50 ms po bodźcu wywołującym przestrach oblicz amplitudę odpowiedzi (peak-to-peak między pierwszym maksimum a pierwszym minimum odpowiedzi) oraz latencję odpowiedzi (czas od początku bodźca do początku odpowiedzi) dla każdej pojedynczej próby.</li>
	<li>Dopasuj funkcję Boltzmanna do pełnego zestawu danych amplitudy odpowiedzi dla jednej częstotliwości, posortowanych według natężenia przedstymulacyjnego dla wszystkich ważnych pojedynczych prób. Punkt 50% funkcji Boltzmanna 7 wskazuje próg słyszalności dla tej częstotliwości stymulacji.</li>
</ol>
3. Uraz akustyczny i kwantyfikacja upośledzenia słuchu
<ol>
	<li>Przygotować anestezję z ketaminą i ksylazyną, stosując mieszaninę chlorowodorku ketaminy: 96 mg/kg (Ketamin-ratiopharm, Ratiopharm); chlorowodorku ksylazyny: 4 mg/kg (Rompun 2%, Bayer); siarczanu atropiny: 1 mg/kg (Atropinsulfat, B. Braun Melsungen AG) oraz fizjologicznego roztworu NaCl (Berlin-Chemie AG, Berlin) w stosunku 9:1:2:8.</li>
	<li>Wstrzyknąć zwierzęciu podskórnie 3 ml/kg anestetyku. Odczekać do momentu głębokiego znieczulenia (ok. 5 min, sprawdzając odruchy, np. odruch wycofania łapy). Aby utrzymać znieczulenie podczas pomiarów, nieustannie podawać roztwór anestetyka za pomocą pompy strzykawkowej z prędkością 3 ml/kg/hr. Kontrolować parametry życiowe za pomocą odpowiedniego sprzętu (np. oddychanie za pomocą kamery) i utrzymywać ciepłotę zwierzęcia, umieszczając je na macie grzejnej.</li>
	<li>Wywołać uraz akustyczny, np. używając głośnego czystego tonu: np. 2 kHz przy 115dB SPL przez 75 min.</li>
	<li>Po zakończeniu urazu wyłączyć pompę strzykawkową i pozwolić zwierzęciu obudzić się w klatce do wybudzania na macie grzejnej w cichym miejscu. Podczas fazy wybudzania regularnie sprawdzać, czy parametry życiowe są stabilne. Przenieść zwierzę do klatki macierzystej dopiero po całkowitym wybudzeniu. Pozostawić zwierzę do regeneracji po anestezji (przynajmniej 2 dni) i odpoczynku w klatce macierzystej.</li>
	<li>Powtórzyć czynności od 2.1 do 2.6. Porównać progi słyszenia przed i po urazie akustycznym, obliczając procent utraty słuchu dla każdej częstotliwości. Po zakończeniu wszystkich eksperymentów przeprowadzić bezbolesną eutanazję zwierzęcia.</li>
</ol>
4. Test percepcji fantomowego dźwięku akustycznego (Subiektywne szumy uszne)
<ol>
	<li>Należy przeprowadzić te pomiary przed oraz po urazie akustycznym.</li>
	<li>Należy przeprowadzić kroki od 2.1 do 2.2, jeśli zwierzę nie znajduje się jeszcze w układzie.</li>
	<li>Do testowania subiektywnych szumów usznych u gryzoni można wykorzystać szereg paradygmatów stymulacji. Celem wszystkich tych podejść jest zbadanie istotności ciszy (przerwy w dźwięku) w obrębie szumu tła. Jeśli przerwa zostanie zauważona przez zwierzęta, może ona służyć jako bodziec testowy do redukcji reakcji przestrachu, analogicznie do procedury opisanej w punkcie 2. Jeśli zwierzę cierpi na szumy uszne (które prawdopodobnie rozwiną się po urazie akustycznym), szumy te będą słyszalne w trakcie przerwy w dźwięku, co sprawi, że przerwa ta stanie się mniej istotna. W konsekwencji wpływ przerwy na reakcję przestrachu będzie słabszy u zwierząt z szumami usznymi w porównaniu z zdrową grupą kontrolną (zredukowane PPI, por. 8). Postrzeżenie to jest badane za pomocą dwóch nieco różniących się protokołów.</li>
	<li>W pierwszym przedstawionym tutaj paradygmacie subiektywnego szumienia usznego (Rycina 2A, środek, por. 9) do stymulacji należy zastosować następujące parametry: natężenie dźwięku wywołującego reakcję przestrachową 105 dB SPL z częstotliwościami od 1 do 16 kHz w krokach oktawowych, czas trwania bodźca 6 ms, w tym 2-msowe rampy narastania i opadania o przebiegu cosinus kwadrat. W trakcie eksperymentu należy wprowadzić szum biały w tle o natężeniu 50 dB SPL, z 15-msową przerwą (gap) poprzedzającą bodziec wywołujący reakcję przestrachową o 100 ms lub bez takiej przerwy; dla każdej częstotliwości i warunku przerwy należy przeprowadzić co najmniej 15 prób. W przypadku zastosowania podejścia nielosowego należy zaplanować 5 minut odpoczynku pomiędzy poszczególnymi zestawami bodźców. Zastosowanie różnych częstotliwości bodźca wywołującego reakcję przestrachową pozwoli na przybliżone oszacowanie częstotliwości odczuwanego szumu usznego (tinnitus).</li>
	<li>Jako drugi subiektywny paradygmat szumów usznych (Rysunek 2A(po prawej) można zastosować następujące parametry stymulacji: natężenie dźwięku wywołującego reakcję przestrachową 105 dB SPL, bodziec w postaci podwójnego kliknięcia o czasie trwania 0,1 ms na kliknięcie i przerwie 0,1 ms między kliknięciami, przy czym drugie kliknięcie ma kierunek odwrócony w stosunku do pierwszego. Należy zastosować w tle szum filtrowany pasmowo o natężeniu 50 dB SPL z szerokością filtra gaussowskiego 0,5 oktawy i częstotliwościami środkowymi w zakresie od 1 do 16 kHz w krokach oktawowych. Szum ten należy podawać z 15-milisekundową przerwą lub bez niej, przy czym przerwa powinna poprzedzać bodziec wywołujący reakcję przestrachową o 100 ms; należy przeprowadzić co najmniej 15 prób dla każdej częstotliwości i stanu przerwy. W przypadku zastosowania podejścia nierandomizowanego należy zachować 5-minutowy czas regeneracji między różnymi zestawami bodźców. Zastosowanie różnych częstotliwości środkowych pasmowego szumu tła pozwoli na uzyskanie przybliżonego szacunku częstotliwości odczuwanego szumu usznego.</li>
	<li>Postępuj zgodnie z punktami 2.4 do 2.5; znormalizuj wszystkie uzyskane dane za pomocą zestawu danych referencyjnych dla każdej testowanej częstotliwości i każdego stanu urazu, t. j.., przed i po urazie akustycznym. Odniesieniem jest amplituda odpowiedzi na bodziec startowy w postaci czystego tonu bez żadnego bodźca wstępnego (por. 2.3). Częstotliwość jest określana przez czysty ton lub częstotliwość środkową szumu filtrowanego pasmowo. Oblicz średnią odpowiedź dla każdego odniesienia i znormalizuj każdą obliczoną amplitudę odpowiedzi, dzieląc ją przez wartość odniesienia.</li>
	<li>Oblicz PPI, dzieląc znormalizowane amplitudy odpowiedzi w warunku z przerwą przez średnią znormalizowanych odpowiedzi w warunku bez przerwy dla każdej testowanej częstotliwości.</li>
	<li>Oblicz procentową zmianę PPI po urazie dla każdej badanej częstotliwości.</li>
</ol>
Reakcje przestrachu u zwierząt są łatwe do wywołania i analizy. Rysunek 2B przedstawia ogólny widok typowego wyniku dla jednego zwierzęcia stymulowanego czystym tonem o natężeniu 105 dB SPL bez żadnego bodźca wstępnego przez 15 powtórzeń. Większość prób jest poprawna, a próby niepoprawne są łatwe do zidentyfikowania (próby oznaczone czerwonym kwadratem). Amplitudy i latencje odpowiedzi są obliczane wyłącznie na podstawie prób poprawnych.
Typowa zmiana progu behawioralnego przedstawiona jest na Rysunku 3A. Audiogram przykładowego zwierzęcia, uzyskany metodą opisaną w punkcie 2, przedstawiono przed (kolor niebieski) i po (kolor czerwony) urazie akustycznym o częstotliwości 2 kHz (obszar żółty). Wyraźna utrata słuchu widoczna jest konkretnie przy 2 kHz. Reakcje związane z subiektywnym odczuciem szumu usznego (tinnitus) przedstawiono na Rysunku 3B; pokazano przykładowo znormalizowane amplitudy odpowiedzi tego samego zwierzęcia dla stymulacji o oktawę niższą i wyższą od częstotliwości urazu, zgodnie z opisem w punkcie 4.5. Porównanie odpowiedzi na bodźce z przerwą (gap) i bez przerwy przed (kolor niebieski) oraz po urazie (kolor czerwony) pozwala na interpretację możliwego odczucia szumu usznego. Poniżej częstotliwości urazu nie stwierdzono zmiany wzorca odpowiedzi, natomiast powyżej częstotliwości urazu efekt przerwy zanikł po urazie, co wskazuje na błędne postrzeganie (mispercept) przy tej częstotliwości.
<img alt="Schemat blokowy eksperymentu ze stymulacją słuchową; obejmuje procesy reakcji orientacyjnej na ton oraz rejestracji danych." src="/files/ftp_upload/4433/4433fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Schemat blokowy programu użytego do pozyskania progów behawioralnych i subiektywnych danych dotyczących szumów usznych. Należy zauważyć, że jest to jedynie uproszczona wersja kodu programu. Skróty: GUI – graficzny interfejs użytkownika; ISI – odstęp międzybodźcowy.
<img alt="Równowaga statyczna; ΣFx=0; równania; schemat naukowy; analiza danych amplitudy odpowiedzi; czas rozpoczęcia stymulacji." src="/files/ftp_upload/4433/4433fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Bodźce odpowiedzi startlowej słuchowej (ASR). A Schematy trzech zastosowanych różnych protokołów stymulacji. Panel lewy: hamowanie wstępne (PPI) ASR mierzone bez żadnego testowego bodźca w postaci czystego tonu przed (zielony) tonem startlowym (czerwony); okres odpowiedzi przedstawiono na niebiesko. Panel środkowy: paradygmat przerwa / szum z prezentacją bodźca startlowego w postaci czystego tonu o różnych częstotliwościach na tle białego szumu. Panel prawy: paradygmat przerwa / szum z prezentacją bodźca startlowego w postaci kliknięcia na tle filtrowanym pasmowo o różnych częstotliwościach środkowych. B Przykładowe odpowiedzi startlowe słuchowe z 15 prób zarejestrowanych za pomocą paradygmatu progowego bez żadnego bodźca wstępnego przy częstotliwości stymulacji 1 kHz. Trzy próby uznano za nieważne (czerwone kwadraty), ponieważ zwierzę zaczęło się poruszać jeszcze przed rozpoczęciem stymulacji.
<img alt="Wykres odpowiedzi częstotliwościowej słuchu z efektem urazu; wykres pomiaru amplitudy przy 1kHz i 4kHz." src="/files/ftp_upload/4433/4433fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Przykładowe wyniki ASR u jednego zwierzęcia. A Próg behawioralny przed (niebieski) i po (czerwony) urazie akustycznym przy 2 kHz (żółty obszar). Progi obliczono na podstawie odpowiedzi na protokół ASR modulowany przez PPI, przyjmując punkt przegięcia funkcji Boltzmanna jako wartość progową. Należy zauważyć, że utrata słuchu przy 2 kHz wynosi ponad 66%, podczas gdy w większej odległości od częstotliwości urazu często można zaobserwować nawet poprawę progów słuchowych. B Znormalizowane amplitudy odpowiedzi (puste kółka: pojedyncze próby, pełne kółka: średnie, wąsy: odchylenie standardowe) podczas stymulacji protokołem ASR z przerwą/szumem (4.5) dla częstotliwości centralnych 1 i 4 kHz. Odpowiedzi zostały uporządkowane dla prób bez i z przerwą w szumie przed i po urazie przy 2 kHz. Tylko przy 4 kHz efekt przerwy znika po urazie, co wskazuje na subiektywne odczuwanie szumu usznego (tinnitus) w okolicy tej częstotliwości.

<ol><li>Brown, M., Irvine, D. R., Park, V. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perceptual+learning+on+an+auditory+frequency+discrimination+task+by+cats%3A+association+with+changes+in+primary+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Perceptual learning on an auditory frequency discrimination task by cats: association with changes in primary auditory cortex.</a> Cereb. Cortex. 14, 952-965 (2004).</li>
<li>Ohl, F. W., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning-induced+plasticity+in+animal+and+human+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Opin.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Learning-induced plasticity in animal and human auditory cortex.</a> Curr. Opin. Neurobiol. 15, 470-477 (2005).</li>
<li>Koch, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+neurobiology+of+startle%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">The neurobiology of startle.</a> Prog. Neurobiol. 59, 107-128 (1999).</li>
<li>Larrauri, J., Schmajuk, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prepulse+inhibition+mechanisms+and+cognitive+processes%3A+a+review+and+model%5BTitle%5D)+AND+%22EXS%22%5BJournal%5D)">Prepulse inhibition mechanisms and cognitive processes: a review and model.</a> EXS. 98, 245-278 (2006).</li>
<li>Walter, M., Tziridis, K., Ahlf, S., Schulze, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Context+dependent+auditory+thresholds+determined+by+brainstem+audiometry+and+prepulse+inhibition+in+Mongolian+gerbils%5BTitle%5D)+AND+%22Open+Journal+of+Acoustics%22%5BJournal%5D)">Context dependent auditory thresholds determined by brainstem audiometry and prepulse inhibition in Mongolian gerbils.</a> Open Journal of Acoustics. 2, 34-49 (2012).</li>
<li>Gaese, B. H., Nowotny, M., Pilz, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+startle+and+prepulse+inhibition+in+the+Mongolian+gerbil%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Behav%22%5BJournal%5D)">Acoustic startle and prepulse inhibition in the Mongolian gerbil.</a> Physiol. Behav. 98, 460-466 (2009).</li>
<li>Fechter, L. D., Sheppard, L., Young, J. S., Zeger, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensory+threshold+estimation+from+a+continuously+graded+response+produced+by+reflex+modification+audiometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Sensory threshold estimation from a continuously graded response produced by reflex modification audiometry.</a> J. Acoust. Soc. Am. 84, 179-185 (1988).</li>
<li>Turner, J. G., Parrish, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gap+detection+methods+for+assessing+salicylate-induced+tinnitus+and+hyperacusis+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Audiol%22%5BJournal%5D)">Gap detection methods for assessing salicylate-induced tinnitus and hyperacusis in rats.</a> Am. J. Audiol. 17, 185-192 (2008).</li>
<li>Campeau, S., Davis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fear+potentiation+of+the+acoustic+startle+reflex+using+noises+of+various+spectral+frequencies+as+conditioned+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Animal+Learning+%26+Behavior%22%5BJournal%5D)">Fear potentiation of the acoustic startle reflex using noises of various spectral frequencies as conditioned stimuli.</a> Animal Learning & Behavior. 20, 177-186 (1992).</li>
<li>Young, J. S., Fechter, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflex+inhibition+procedures+for+animal+audiometry%3A+a+technique+for+assessing+ototoxicity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Reflex inhibition procedures for animal audiometry: a technique for assessing ototoxicity.</a> J. Acoust. Soc. Am. 73, 1686-1693 (1983).</li>
<li>Turner, J. G., Brozoski, T. J., Bauer, C. A., Parrish, J. L., Myers, K., Hughes, L. F., Caspary, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gap+detection+deficits+in+rats+with+tinnitus%3A+a+potential+novel+screening+tool%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Gap detection deficits in rats with tinnitus: a potential novel screening tool.</a> Behav. Neurosci. 120, 188-195 (2006).</li>
<li>Turner, J., Larsen, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+noise+exposure+stimulus+properties+and+tinnitus+in+rats%3A+Results+of+a+12-month+longitudinal+study%5BTitle%5D)+AND+%22ARO.+Abs%22%5BJournal%5D)">Relationship between noise exposure stimulus properties and tinnitus in rats: Results of a 12-month longitudinal study.</a> ARO. Abs. 594, (2012).</li>
<li>Turner, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+measures+of+tinnitus+in+laboratory+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Behavioral measures of tinnitus in laboratory animals.</a> Prog. Brain Res. 166, 147-156 (2007).</li>
<li>Engineer, N. D., Riley, J. R., Seale, J. D., Vrana, W. A., Shetake, J. A., Shetake, J. A., Sudanagunta, S. P., Borland, M. S., Kilgard, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversing+pathological+neural+activity+using+targeted+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Reversing pathological neural activity using targeted plasticity.</a> Nature. 470, 101-104 (2011).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

Przedstawiamy tanią i łatwą w budowie konfigurację do pomiarów audiometrycznych u gryzoni, opartą na hamowaniu wstępnym (pre-pulse inhibition) akustycznej reakcji przestrachu, która może być wykorzystana do wyznaczenia behawioralnych progów słyszenia (= audiogramów 10) oraz słuchowych percepcji fantomowych, takich jak subiektywny szum uszny 11. Te ostatnie pomiary są szczególnie istotne w kilku niedawnych raportach 8,12,13,14 i mogą być uznane za niezbędny warunek dla elektrofizjologiczny...

tani układ do behawioralnej audiometrii u gryzoni

A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

W badaniach nad słuchem zwierząt kluczowe jest posiadanie precyzyjnych informacji o podstawowych parametrach słyszenia osobników biorących udział w eksperymentach. Parametrami takimi mogą być charakterystyki odpowiedzi fizjologicznej drogi słuchowej, np. poprzez audiometrię pni pnia mózgu (BERA). Metody te pozwalają jednak jedynie na pośrednią i niepewną ekstrapolację dotyczącą percepcji słuchowej odpowiadającej tym parametrom fizjologicznym. Aby ocenić poziom percepcyjny słuchu, należy zastosować metody behawioralne. Potencjalnym problemem przy stosowaniu metod behawioralnych do opisu percepcji w modelach zwierzęcych jest fakt, że większość z nich wymaga zastosowania pewnego rodzaju paradygmatu uczenia się przed przeprowadzeniem testów behawioralnych, np. zwierzęta muszą nauczyć się naciskać dźwignię w odpowiedzi na dźwięk. Ponieważ paradygmaty uczenia się te zmieniają samą percepcję 1,2, wpływają one w konsekwencji na każdy wynik dotyczący percepcji uzyskany tymi metodami i dlatego muszą być interpretowane z ostrożnością. Wyjątkiem są paradygmaty wykorzystujące odpowiedzi odruchowe, ponieważ w tym przypadku przed testowaniem percepcyjnym nie trzeba przeprowadzać żadnych procesów uczenia się. Jednym z takich odruchów jest reakcja zaskoczenia (ASR), którą można wywołać w sposób wysoce powtarzalny za pomocą nieoczekiwanych głośnych dźwięków u naiwnych zwierząt. Reakcja ASR może z kolei być modyfikowana przez dźwięki poprzedzające, w zależności od postrzegalności tego bodźca poprzedzającego: dźwięki znacznie powyżej progu słyszenia całkowicie zahamują amplitudę ASR; dźwięki bliskie progu będą hamować ASR tylko w niewielkim stopniu. Zjawisko to nazywa się hamowaniem przez impuls poprzedzający (PPI) 3,4, a stopień PPI w reakcji ASR zależy stopniowo od postrzegalności impulsu poprzedzającego. PPI reakcji ASR jest zatem bardzo dobrze dostosowane do wyznaczania behawioralnych audiogramów u naiwnych, niewytrenowanych zwierząt, określania upośledzenia słuchu, a nawet wykrywania możliwych subiektywnych percepcji szumów usznych (tinnitus) u tych zwierząt. W niniejszej pracy demonstrujemy zastosowanie tej metody w modelu gryzoni (por. również ref. 5), mianowicie u gerbila mongolskiego (Meriones unguiculatus), który jest dobrze znanym gatunkiem modelowym w badaniach nad reakcją zaskoczenia w zakresie normalnego ludzkiego słyszenia (np. 6).

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

W badaniach nad słuchem zwierząt kluczowe jest posiadanie precyzyjnych informacji na temat podstawowych parametrów słuchowych zwierząt poddawanych...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest uzyskanie danych dotyczących behawioralnego hamowania reakcji startlowej na bodźce słuchowe (pre-pulse inhibition) w celu określenia progu słyszenia oraz subiektywnego odczucia szumu usznego u gryzoni z wykorzystaniem niskokosztowej aparatury. Osiąga się to poprzez najpierw zgromadzenie pełnego zestawu danych behawioralnych od zdrowego zwierzęcia, a następnie wywołanie uszkodzenia słuchu za pomocą łagodnej, specyficznej dla częstotliwości traumy akustycznej.Trzecim krokiem jest uzyskanie analogicznych danych behawioralnych u zwierzęcia z upośledzeniem słuchu. Następnie analizuje się dane w celu pomiaru stopnia utraty słuchu oraz ewentualnej percepcji tinnitusu. Ostatecznie wyniki mogą wykazać nie tylko zmiany progu słyszalności, ale także tinnitus specyficzny dla danej częstotliwości.Pomiary behawioralne reakcji przestrachu zostaną zademonstrowane przez SA, postdocta, oraz Z ave, doktoranta w moim laboratorium. Najpierw należy złożyć komputer PC z niezbędnym wyposażeniem. Całkowity koszt tej konfiguracji wynosi około 3 500 euro, w porównaniu do standardowego sprzętu, który może kosztować od 15 000 do 20 000 euro.Zestaw ten obejmuje przetwornik DA połączony z modułem rozdzielczym (breakout box) i wzmacniaczem, kamerę internetową z podczerwienią oraz oprogramowanie MATLAB z uruchomionym zintegrowanym środowiskiem programistycznym. Wzmacniacz jest podłączony do głośnika w wygłuszonej komorze, która jest monitorowana przez kamerę i wyposażona w izolowaną płytkę z czujnikami, czujnik piezoelektryczny oraz klatkę do unieruchomienia gryzonia wewnątrz wygłuszonej komory. Do kontroli dźwięku służy również mikrofon.Niezależnie od jakości wzmacniacza i głośnika, system musi zostać skalibrowany za pomocą wzmacniacza pomiarowego w celu wyznaczenia funkcji przejścia częstotliwościowego dla układu. Ponadto system musi zostać dostosowany do zakresu słyszalności badanego zwierzęcia. Wyjmij zwierzę z klatki domowej i umieść je głową do przodu w rurce stabilizacyjnej.Zamknij drzwiczki, umieść probówkę w komorze na piankowych nóżkach, a czujnik wyłączy wszelkie światła zewnętrzne. Zamknij drzwiczki komory i odczekaj 15 minut, aby zwierzę przyzwyczaiło się do układu. Uruchom program i zdefiniuj parametry stymulacji.Bodźce składają się z czystych tonów o różnych częstotliwościach. Bodźce testowe poprzedzające bodźce wywołujące reakcję przestrachu są prezentowane przy zmiennych częstotliwościach i natężeniach. W przypadku podejścia nierandmizowanego, np. przy ustalonym jednym poziomie bodźca testowego dla wszystkich badanych częstotliwości, należy przewidzieć pięć minut czasu na regenerację pomiędzy zestawami bodźców.Przed analizą danych należy usunąć z zestawu danych nieprawidłowe próby, takie jak te, w których zwierzę poruszyło się przed bodźcem wywołującym reakcję przestrachu. Walidacja pojedynczych prób jest bardzo ważna, ponieważ odpowiedzi na bodziec wywołujący reakcję przestrachu mają tendencję do bycia znacznie silniejszymi po tym, jak zwierzę się poruszyło. Takie odpowiedzi muszą zostać odrzucone.Następnie wyznacz amplitudę i latencję reakcji przestrachowej w oknie czasowym pierwszych 50 milisekund po bodźcu wywołującym przestrach; amplituda reakcji jest odległością między pierwszym maksimum a pierwszym minimum odpowiedzi. Latencja to czas od rozpoczęcia bodźca do wystąpienia reakcji. Próg słyszalności uzyskuje się poprzez dopasowanie funkcji Boltzmanna do pełnego zestawu danych amplitudy odpowiedzi dla jednej częstotliwości, posortowanych według natężenia przedbodźcowego pojedynczych prób.Punkt 50% funkcji Boltzmanna wskazuje próg słyszenia dla tej częstotliwości stymulacji. Odpowiedzi na czysty bodziec przeustraszenia bez jakiejkolwiek wstępnej stymulacji mogą służyć jako punkt odniesienia dla późniejszych obliczeń. Aby wywołać uraz słuchu u gryzoni, najpierw znieczul zwierzę, wstrzykując podskórnie trzy mililitry na kilogram środka znieczulającego, w tym dawkę atropiny.Odczekaj około pięciu minut i sprawdź odruchy zwierzęcia. Aby utrzymać znieczulenie podczas pomiarów, stale podawaj taką samą objętość roztworu znieczulającego za pomocą pompy strzykawkowej. Przez każdą godzinę przebywania w komorze zwierzę powinno być ogrzewane za pomocą mata grzewczego.Przez 75 minut poddaj zwierzę działaniu głośnego, czystego tonu w celu wywołania urazu akustycznego. Po odczekaniu pięciu dni na stabilizację stanu zwierzęcia, sporządź nowy audiogram; minimum pięciu dni na rozwój szumów usznych jest kluczowe dla uzyskania wiarygodnych wyników. W pierwszym subiektywnym paradygmacie szumów usznych zastosuj następujące parametry stymulacji.Ustaw natężenie dźwięku wyzwalającego reakcję przestrachu na 105 decibels, SPL, i zmieniaj częstotliwości od 1 do 16 kilohertz w pojedynczych oktawach. Rozpocznij od prezentacji tła z szumem białym o natężeniu 50 decibels, SPL, z 15 millisecond przerwą lub bez niej. W przypadku zastosowania podejścia nielosowego, zapewnij pięć minut odpoczynku pomiędzy różnymi zestawami bodźców.Użycie różnych częstotliwości bodźców wywołujących reakcję przestrachu pozwoli na przybliżone oszacowanie postrzeganej częstotliwości szumów usznych. W drugim subiektywnym paradygmacie szumów usznych należy zastosować następujące parametry stymulacji: natężenie dźwięku wywołującego reakcję przestrachu na poziomie 105 decybeli SPL z bodźcem w postaci podwójnego kliknięcia. Należy rozpocząć od szumu filtrowanego pasmowo.Tło na poziomie 50 decybeli, SPL. Ponownie, w przypadku zastosowania podejścia nierandmizowanego, należy zapewnić pięć minut przerwy między różnymi zestawami bodźców. Po usunięciu z zestawu danych wszystkich nieprawidłowych prób, należy wykonać następujące obliczenia dla każdej pozostałej próby.Po pierwsze, w ciągu pierwszych 50 milisekund po bodźcu startlowym, należy zmierzyć amplitudę odpowiedzi oraz latencję odpowiedzi. Po drugie, należy znormalizować wszystkie dane do zbioru referencyjnego.Zbiorem danych referencyjnych jest amplituda odpowiedzi na bodziec startlowy w postaci czystego tonu bez żadnego bodźca wstępnego; częstotliwość testowa jest określana albo przez czysty ton, albo przez częstotliwość środkową szumu filtrowanego pasmowo. Oblicz średnią odpowiedź dla każdego punktu odniesienia. Następnie znormalizuj każdą amplitudę odpowiedzi, dzieląc ją przez odpowiadającą jej wartość referencyjną.Następnie, wykorzystując wartość średnią dla znormalizowanego stanu bez przerwy (no gap), oblicz PPI dla każdego badanego stanu. Na tym etapie można obliczyć procentową zmianę PPI po urazie dla każdej badanej częstotliwości. Podobnie można bezpośrednio porównać PPI przed i po urazie.Dzięki zastosowaniu opisanego paradygmatu reakcje przestrachowe są łatwe do wywołania i analizy. Większość prób jest poprawna. Próby nieprawidłowe są łatwe do zidentyfikowania.Są one zaznaczone czerwonymi kwadratami i zostały pominięte w analizie. Typowa zmiana progu behawioralnego odnotowana przed i po urazie akustycznym przy częstotliwości 2 kHz wykazuje wyraźny ubytek słuchu przy 2 kHz. Po wywołaniu urazu słuchu zbadano znormalizowane amplitudy odpowiedzi dla stymulacji o oktawę niższą i oktawę wyższą od częstotliwości urazu poniżej częstotliwości urazu.Nie stwierdzono zmiany wzorca odpowiedzi powyżej częstotliwości urazowej. Efekt przerwy przed bodźcami zanikł, co wskazuje na brak percepcji przy tej częstotliwości. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak pozyskiwać i przetwarzać dane behawioralne dla progu słyszenia oraz jak przeprowadzać ocenę percepcji u gryzoni z wykorzystaniem niskokosztowego układu do badania reakcji przestrachu.

a-low-cost-setup-for-behavioral-audiometry-in-rodents

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Tanie urządzenie do badania słuchu u gryzoni

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

Ten film demonstruje metodę rejestrowania słuchowych reakcji pnia mózgu (ABR) u szczurzych szczeniąt. Przedstawiono w nim etapy umieszczania elektrod, stosowania bodźców dźwiękowych i analizy przetwarzania sygnału w pniu mózgu w celu oceny odpowiedzi neuronalnych.

Rejestrowanie słuchowych reakcji pnia mózgu u szczeniaka szczura

Źródło: Lee, D., et. al. Zmodyfikowane warunki eksperymentalne dla ubytku słuchu wywołanego hałasem u myszy oraz ocena funkcji słuchu i uszkodzenia zewnętrznych komórek rzęsatych. J. Vis. Exp. (2023)Ten film pokazuje pomiar słuchowej odpowiedzi pnia mózgu (ABR) u myszy. Elektrody umieszcza się na głowie, za uchem i w pobliżu ogona znieczulonej myszy. Dostarczane są bodźce akustyczne o różnym natężeniu, a generowane sygnały elektryczne są rejestrowane jako przebiegi.

Pomiar słuchowej odpowiedzi pnia mózgu u myszy

Instrukcje dotyczące taniego konstruowania i chirurgicznego wszczepiania myszom przewlekłego przezczaszkowego montażu elektroencefalograficznego o dużej gęstości są dostarczone. Opisano również techniki nagrywania, ekstrakcji i przetwarzania sygnału.

Akwizycja elektroencefalograficzna o dużej gęstości w modelu gryzoni przy użyciu tanich zasobów typu open source

Analiza kosztów i korzyści to podejście oparte na skali ważenia, które mózg wykonuje w trakcie podejmowania decyzji. W tym miejscu proponujemy protokół szkolenia szczurów w zakresie paradygmatu podejmowania decyzji opartego na instrumentach, w którym szczury wybierają wyższe nagrody kosztem czekania przez 15 sekund, aby je otrzymać.

Protokoły operacyjne do oceny analizy kosztów i korzyści podczas wzmocnionego procesu decyzyjnego przez gryzonie

Tutaj prezentujemy protokół do ustalenia powtarzalnej indukcji przewodzeniowego ubytku słuchu poprzez chirurgiczne nakłucie błony bębenkowej i weryfikację za pomocą wizualizacji otoskopu oraz oceny behawioralnej za pomocą zaskoczenia klaskania.

Prosta chirurgiczna indukcja przewodzeniowego ubytku słuchu z weryfikacją za pomocą wizualizacji otoskopu i behawioralnej reakcji na oklaski u szczurów

Audiometria odpowiedzi wywołanej pniem mózgu jest ważnym narzędziem w neurofizjologii klinicznej. Obecnie audiometria odpowiedzi wywołanej pnia mózgu jest również stosowana w naukach podstawowych i badaniach przedklinicznych obejmujących zarówno farmakologiczne, jak i genetyczne modele zwierzęce. Tutaj przedstawiamy szczegółowy opis, w jaki sposób słuchowe reakcje pnia mózgu mogą być z powodzeniem rejestrowane i analizowane u myszy.

Akwizycja i analiza danych w audiometrii odpowiedzi wywołanej pniem mózgu u myszy

Opisany tutaj jest nowatorski zautomatyzowany system eksperymentalny, który stanowi alternatywę dla testu trzykomorowego, a także rozwiązuje kilka zastrzeżeń. System ten dostarcza wielu parametrów behawioralnych, które umożliwiają rygorystyczną analizę dynamiki zachowania małych gryzoni podczas testów preferencji społecznych i preferencji nowości społecznych.

System do śledzenia dynamiki zachowań preferencji społecznych u małych gryzoni

Ten artykuł opisuje półautomatyczny pomiar amplitud i opóźnień pierwszych pięciu szczytów i dołków w przebiegu odpowiedzi słuchowej pnia mózgu. Dodatkowa procedura kompiluje dane i dodaje adnotacje do arkusza kalkulacyjnego w celu analizy przez eksperymentatora. Te bezpłatne procedury komputerowe są wykonywane przy użyciu pakietu statystycznego R. o otwartym kodzie źródłowym.

Półautomatyczna analiza amplitudy piku i opóźnienia dla przebiegów odpowiedzi słuchowej pnia mózgu przy użyciu R

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

Naucz się oceny progu słyszenia i subiektywnego szumu usznego u gryzoni za pomocą taniego zestawu do audiometrii behawioralnej opartego na inhibicji odruchu strachu.

Tani układ do behawioralnej audiometrii u gryzoni

Przeglądaj więcej filmów