Desenvolvendo uma caixa comportamental para avaliar a inibição pré-pulso e a atividade neural em modelos animais psiquiátricos

Summary

Este protocolo apresenta uma caixa comportamental baseada em microcontrolador para avaliar a inibição pré-pulso (PPI) coletando dados de aceleração de um sensor abaixo da caixa. Esses dados avaliam déficits sensoriais em ratos socialmente isolados, com um método adicional para sincronizar dados com a atividade neuronal para avançar em estudos de neurofisiologia sobre distúrbios comportamentais.

Abstract

O sofrimento no início da vida é reconhecido como um potencial precursor de distúrbios do neurodesenvolvimento. Uma abordagem para investigar essa condição em modelos animais é o isolamento social pós-desmame. Foi demonstrado que esse sofrimento no início da vida em roedores leva a alterações neurais semelhantes às observadas em pacientes com esquizofrenia, incluindo diminuição do volume do córtex pré-frontal, diminuição da densidade da coluna dendrítica e aumento da atividade dopaminérgica na área tegmental ventral. O paradigma de inibição de pré-pulso (PPI) é um método estabelecido para avaliar déficits sensoriais em modelos humanos e animais. O IBP refere-se à supressão do reflexo de sobressalto a um estímulo acústico mais forte (por exemplo, pulso de 120 dB) quando é precedido por um pré-estímulo acústico mais fraco (por exemplo, pulso de 65 dB). Esse fenômeno é frequentemente reduzido em pacientes psiquiátricos e modelos animais de transtornos psiquiátricos. Este artigo apresenta um protocolo para construir uma caixa comportamental para estudos de IBP, permitindo o uso de um modelo animal acessível e econômico de esquizofrenia e a sincronização da caixa comportamental com registros neuronais do modelo (por exemplo, registros eletrofisiológicos). Esta caixa comportamental personalizada detectou efetivamente respostas de sobressalto e facilitou a avaliação do PPI com registro neuronal simultâneo em roedores de comportamento livre submetidos ao isolamento pós-desmame.

Introduction

Indivíduos diagnosticados com esquizofrenia (SCZ) frequentemente apresentam déficits sensório-motores. A diminuição da resposta à estimulação sensorial e a dificuldade em discernir informações relevantes de diversas entradas sensoriais são frequentemente relatadas nesses pacientes ^1,2. Para indivíduos saudáveis, fornecer um estímulo mais fraco antes de um mais forte diminui o reflexo de sobressalto usual para o estímulo mais forte³. Esse fenômeno é conhecido como inibição de pré-pulso (IBP) e tem sido usado para investigar déficits....

Protocol

Os testes em animais foram realizados de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório. Este projeto foi aprovado pelo Comitê de Ética do Instituto CEUA Santos Dumont (parecer nº 04/2016). Para o teste de IBP, 35 ratos Wistar (3 meses de idade, 290-490 g; 19 machos e 16 fêmeas) foram avaliados individualmente na caixa de IBP. Todos os 35 ratos foram submetidos a um protocolo de isolamento pós-desmame, onde foram alojados individualmente sob um ciclo de luz de 12/12 h a uma temperatura de 23 °C e 70% de umidade em uma instalação controlada com acesso ad libitum a alimentos e água. Detalhes dos reagentes e equipamentos usados no estudo são fo....

Results

A inibição pré-pulso não mostrou diferença para o pulso 1 e 3 em comparação com o pulso 5 (apenas 120dB), mas mostrou diferença estatística para o pulso 2 e 4 (p < 0,05) (Figura 6).

Figura 6: Amplitudes médias de resposta ao estímulo auditivo nos cinco tipos de pulsos.

Discussion

Este protocolo apresentou uma caixa comportamental DIY para estudar tarefas de inibição de pré-pulso em ratos Wistar de comportamento livre enquanto registravam dados cerebrais (neste exemplo, potencial de campo local e atividade de pico). A caixa pode ser construída e personalizada com componentes comumente encontrados em laboratórios de neurociências, sendo assim acessível e barata. Essas soluções DIY também permitem mais flexibilidade no design e personalização de experimentos.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Caixa de acrílico	Feito sob medida		Folha acrílica de 5 mm de espessura, 20 cm x 25 cm x 25 cm
Almofadas de borracha adesiva	Grão de gorila	MPU6050	Diâmetro 0,8" e altura 0,38". Almofadas de borracha para estabilizar a caixa de acrílico e isolar da vibração externa. A altura deve ser superior a 5 mm devido ao MPU6050 embaixo da caixa.
Arduino Uno	Arduino	ATmega328P	Placa microcontroladora Arduino baseada no ATmega328P com 14 pinos de entrada/saída digital, 6 entradas analógicas e velocidade de clock de 16 MHz.
Rastreador de estimulação Cedrus (detector de áudio)	Cedrus	https://cedrus.com/stimtracker/index.htm	O rastreador de estímulo Cedrus detecta estímulos acústicos e envia marcadores TTL para os dados do acelerômetro.
Sistema de Pesquisa Cineplex	Plexon	https://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/	Gravação de vídeo do animal sincronizado com dados eletrofisiológicos.
Cola de cianoacrilato		MPU6050	Super cola para prender firmemente o MPU6050 embaixo da caixa.
Medidor de alavanca de som digital			Medidor de decibéis para calibrar os estímulos definidos antes do experimento.
IBM SPSS	SPSS (Pacote Estatístico para as Ciências Sociais, EUA)		Plataforma de software IBM SPSS Statistics.
Laboratório de Matemática	Obras de Matemática	https://www.mathworks.com/products/matlab.html	Plataforma MATLAB para análise de dados, desenvolvimento de algoritmos e criação de modelos.
Micro parafuso de aço inoxidável			Parafusos de óculos com 1,2 mm de diâmetro e 4 mm de comprimento.
Matriz de microeletrodos	Em casa feito sob medida		Ele usa conector omnetics e fios de tungstênio de 50 mícrons revestidos com parileno de fio fino da Califórnia.
Microfone			Microfone para aquisição de estimulação acústica sincronizada com dados eletrofisiológicos.
MPU-6050	InvenSense	https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/	O MPU-6050 é um giroscópio de 3 eixos e um acelerômetro de 3 eixos
Processador de aquisição multicanal	Plexon	SPIKE/LFP	MAP Plexon para aquisição de dados eletrofisiológicos neuronais SPIKE/LFP e canais auxiliares (microfone, marcadores TTL, acelerômetro).
NeuroExplorer	Nex	https://www.neuroexplorer.com/	Programa de análise de dados NeuroExplorer de sinais e carimbos de data/hora registrados continuamente (trens de pico, eventos comportamentais)
Neuroexplorador	Nex Technolgie	https://www.neuroexplorer.com/	Software para análise de dados neurofisiológicos SPIKE e LFP.
Classificador offline	Plexon	https://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842	Software para classificação de picos offline.
Classificador de OffLine	Classificador offline	https://plexon.com/products/offline-sorter/	O Classificador Offline é um software de classificação de picos offline
Sensor veterinário retal de SpO2	KTMED	FS-03	Sensor de SpO2 para pequenos animais
Cabo de fita			Cabo de fita fino para conectar MPU6050 ao Arduino.
Broca Roboti	Neuroestrela	https://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/	Broca robótica usada com estereotáxica Neurostar. Pode ser substituído por furadeira manual.
Orador			O alto-falante tem faixa de 100 a 40 kHz e intensidade de até 150 dB.
Aparelhos estereotáxicos	Neuroestrela		Estereotáxico usado para neurocirurgia em roedores