Method Article

Разработка поведенческого бокса для оценки предимпульсного торможения и нейронной активности в моделях психиатрических животных

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

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

Этот протокол представляет собой поведенческий блок на основе микроконтроллера для оценки предимпульсного торможения (PPI) путем сбора данных об ускорении от датчика, расположенного под блоком. Эти данные оценивают дефицит сенсорного гейтинга у социально изолированных крыс с добавлением метода синхронизации данных с нейронной активностью для продвижения нейрофизиологических исследований поведенческих расстройств.

Abstract

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

Дистресс в раннем возрасте признан потенциальным предшественником нарушений развития нервной системы. Одним из подходов к исследованию этого состояния на животных моделях является социальная изоляция после отлучения от груди. Было показано, что этот дистресс в раннем возрасте у грызунов приводит к нейронным изменениям, аналогичным тем, которые наблюдаются у пациентов с шизофренией, включая уменьшение объема префронтальной коры, снижение плотности дендритных шипиков и повышенную дофаминергическую активность в вентральной тегментальной области. Парадигма преимпульсного торможения (ИПП) является признанным методом оценки дефицита сенсорного гейтирования как у человека, так и у животных. ИПП относится к подавлению рефлекса испуга в ответ на более сильный акустический стимул (например, импульс 120 дБ), когда ему предшествует более слабый акустический предстимул (например, импульс 65 дБ). Это явление часто уменьшается у пациентов с психическими расстройствами и на животных моделях психических расстройств. В данной статье представлен протокол построения поведенческого бокса для исследований ИПП, позволяющий использовать доступную, экономически эффективную животную модель шизофрении и синхронизировать поведенческий бокс с нейронными записями из модели (например, электрофизиологическими записями). Этот специализированный поведенческий блок эффективно обнаруживал реакции испуга и облегчал оценку ИПП с одновременной регистрацией нейронов у свободно ведущих себя грызунов, подвергнутых изоляции после отъема.

Introduction

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

У людей с диагнозом шизофрения (ЗКС) часто наблюдается сенсомоторный дефицит. Снижение реакции на сенсорную стимуляцию и трудности в различении релевантной информации от различных сенсорных входов часто отмечаются у этих пациентов 1,2. У здоровых людей подача более слабого стимула до более сильного снижает обычный рефлекс испуга по отношению к более сильномустимулу. Это явление известно как преимпульсное торможение (ИПП) и использовалось для исследования дефицита сенсорного гейтирования у пациентов с ЗКН и животных моделях ЗКН4.

В задаче акустического ИПП реакция испуга на один сильный акустический импульс (например, ~120 дБ) сравнивается с реакцией испуга, когда одному и тому же стимулу в коротком интервале (от 30 до 500) предшествует более слабый стимул (например, ~65 дБ)3,4. У здоровых людей реакция испуга на пульс уменьшается при наличии более слабого предпульса (по сравнению с реакцией испуга только на один сильный пульс). Это явление нарушается у людей с ЗКН, которые демонстрируют меньшее подавление реакции испуга, даже когда более слабый предимпульс предшествует сильному пульсу 1,5,6,7,8.

Как и у пациентов с ЗКН, у крыс с мезолимбической гиперактивностью дофамина также наблюдается сниженный акустический ИПП9, что делает эту парадигму полезным инструментом для исследования поведенческих и физиологических изменений в животных моделях шизофрении. Как правило, коммерческое оборудование для ИПП состоит из акустической камеры, содержащей датчики, динамики и программное обеспечение для установки экспериментальных параметров (например, межимпульсного интервала и интенсивности стимулов), регистрации реакции грызунов на испуг и обработки данных. Однако коммерческие системы часто предлагают ограниченные возможности настройки и являются дорогостоящими. Подходы «сделай сам» (DIY) к созданию гибкого исследовательского аппарата расширяют доступ к оборудованию и передачу знаний10. Решения «сделай сам» для изучения сенсомоторных механизмов стробирования, таких как ИПП, должны учитывать несколько ключевых факторов для обеспечения эффективности и надежности. Некоторые важные соображения включают в себя проектные характеристики, управление окружающей средой и освещением, затухание звука, системы доставки стимулов, поведенческие измерительные датчики, а также сбор и анализ данных.

Для различных функций были разработаны самодельные решения для поведенческих коробок, таких как эксперименты по оперантному облизыванию11, задачи на слуховую дискриминацию12 и функция передних конечностей13. Несмотря на то, что некоторые подходы «сделай сам» сосредоточены на отслеживаниивидео14, этот тип данных требует больших вычислительных ресурсов для анализа. Аппаратная и программная платформа с открытым исходным кодом может быть использована для создания недорогого поведенческого бокса PPI с гибкостью для тестирования индивидуальных экспериментов 15,16,17 и синхронизации нейронных записей свободно ведущих себя животных.

В данной статье представлен метод разработки поведенческой коробки для оценки ИПП с помощью недорогой платформы для исследования модели изолированной крысы после отъема, стресса в раннем возрасте, способствующего развитию симптомов, подобных SCZ, который также может быть использован с одновременными электрофизиологическими записями мозга.

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

Protocol

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

Испытания на животных проводились в соответствии с Руководством по уходу за лабораторными животными и их использованию. Этот проект был одобрен Комитетом по этике Института CEUA Santos Dumont (номер одобрения 04/2016). Для тестирования на ИПП 35 крыс линии Вистар (в возрасте 3 месяцев, 290-490 г; 19 самцов и 16 самок) оценивались индивидуально в боксе ИПП. Все 35 крыс прошли протокол изоляции после отъема, где они содержались индивидуально в течение 12-12-часового светового цикла при температуре 23 °C и влажности 70% в контролируемом помещении с ограниченным доступом к пище и воде. Подробная информация о реактивах и оборудовании, использованных в исследовании, представлена в Таблице материалов.

1. Коробка PPI

  1. Сделайте акриловый прозрачный бокс длиной 25 см, шириной 20 см и высотой 25 см, чтобы держать свободно ведущую себя крысу с проволочной головкой. Такая высота важна для предотвращения побега крыс и для того, чтобы сцена оставалась свободной и безопасной для нейронных записей.
    1. Используйте самоклеящиеся резиновые прокладки, чтобы изолировать акриловую коробку от внешних механических вибраций (например, лабораторного стола с другим оборудованием) и удерживать акселерометр прикрепленным под коробкой без физического контакта с другими частями (например, столом или проводами).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Отрегулируйте размер прозрачной акриловой коробки в соответствии с требованиями задачи (например, мышь, крыса, мартышка).
  2. Припаяйте ленточный кабель (26 AWG) непосредственно к четырем контактным отверстиям платы акселерометра: VCC (напряжение), GND (заземление), SCL (последовательные часы) и SDA (последовательные данные). Очистите центр акрила и плоскую лицевую поверхность акселерометра. Используйте цианоакрилатный клей или эпоксидную смолу, чтобы надежно прикрепить акселерометр под акриловой коробкой.
    1. Подождите, пока он полностью затвердеет (рисунок 1). Подключите другую сторону ленточного кабеля к микроконтроллеру следующим образом: VCC к 3,3 В, GND к GND, SCL к SCL (I2C SCL) и SDA к SDA (I2C SDA). Держите акселерометр прикрепленным под коробкой без физического контакта с другими частями (например, скамьей или проводами).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Существует несколько марок акселерометров и микроконтроллеров DII. Размер и тип микроконтроллера и акселерометра зависят от предполагаемого использования и размеров/технических характеристик коробки. Продумайте процедуры очистки после каждого сеанса тестирования и при необходимости нанесите слой электронного лака на паяные соединения и цепи, чтобы изолировать и защитить от случайных брызг на металлические детали акселерометра. Для сравнения акселерометр DYI и коммерческий акселерометр были прикреплены бок о бок под коробкой.
  3. Звукоизоляционную камеру с фронтальной дверью и кромками 80 см делают из древесноволокнистой плиты средней плотности (МДФ) толщиной 15 мм. Выстелите внутреннюю часть коробки акустической пеной. Разместите динамик на высоте 20 см над акриловым боксом таким образом, чтобы головная часть и кабель могли свободно перемещаться.
    1. Подключите аудиовыход компьютера к плате микроконтроллера (аналоговый вход и GND) и динамику через коммерческий аудиодетектор, который получает акустические стимулы от динамика и генерирует маркеры событий TTL (транзисторно-транзисторная логика) для синхронизации поведенческих и нейронных данных (рис. 2).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Постройте акустическую камеру в соответствии с экспериментальными требованиями (например, учитывайте потребность в камерах, дополнительном освещении и динамиках). Используйте резисторный делитель (например, резисторы 10 кОм и 10 кОм) для удержания звука компьютера в диапазоне аналоговых входов микроконтроллера 0-5 В. Коммерческое устройство для детектора звука получает аудиосигнал и отправляет TTL (транзистор-транзистор-логика) в качестве сигнала начала для каждой акустической стимуляции, отправляемой компьютером (0-0,4 В считается низким состоянием, а 2,8-5 В — высоким). Как правило, электрофизиологические системы имеют гнездовые входные порты BNC для приема TTL или аналоговых сигналов (например, аудиологических стимулов).
  4. Подключите плату микроконтроллера к компьютеру с помощью USB-кабеля. Откройте интегрированное программное обеспечение среды разработки для платы микроконтроллера.
    1. Выберите соответствующую плату микроконтроллера, COM-порт и скорость передачи данных. Откройте скетч файла, скомпилируйте и загрузите код на плату микроконтроллера. Нажмите на последовательный порт монитора , чтобы проверить входящие данные. Закройте программное обеспечение среды разработки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: При подключении платы микроконтроллера к компьютеру через USB ей назначается COM-порт. Откройте диспетчер устройств на панели управления Windows и нажмите « Порты (COM и LPT)», чтобы увидеть назначенный микроконтроллером COM-порт (COM-номер). Номер COM должен совпадать с настройкой COM-порта программного обеспечения для разработки. Пример эскиза доступен по адресу https://github.com/neurodeveloperISD.
  5. Поместите цифровой звуковой рычажный измеритель на том же месте, где животное будет находиться в коробке. Проверьте фоновый шум в камере при закрытой двери. Воспроизведение акустических стимулов и регулировка диапазона обнаружения шумомера (30-80 дБ или 80-130 дБ) для калибровки уровней акустических стимулов, отправляемых компьютером.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Согласно экспериментальному протоколу, различные последовательности стимулов могут быть созданы с использованием предпочитаемого языка с открытым исходным кодом (например, Python). Для данного исследования был представлен белый шум с уровнем шума 68 дБ в течение 7 мин со случайными комбинациями предимпульса и импульса. Экспортируйте файл в виде волнового файла и табличной последовательности предимпульсной/импульсной комбинации для анализа в автономном режиме.
  6. Откройте предпочитаемое программное обеспечение с открытым исходным кодом для получения и сохранения данных последовательного порта. Настройте COM-порт, плату микроконтроллера и скорость передачи данных. Нажмите « Подключить », чтобы прочитать исходные данные или график. Нажмите « Сохранить », чтобы начать запись данных эксперимента.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Существует программное обеспечение с открытым исходным кодом для записи последовательных портов (например, CoolTerm, Python) и коммерчески доступное (например, Matlab).
  7. Прежде чем поместить животное, убедитесь, что каждый компонент (подача стимула, обнаружение реакции) функционирует должным образом. Проверьте время и последовательность раздражителей (в соответствии с выбранным протоколом ИПП). Проверьте точное обнаружение и запись откликов акселерометра.
  8. Соберите и проанализируйте данные ответов для оценки эффекта PPI (шаг 5). Используйте статистические инструменты для интерпретации результатов и оценки дефицита сенсомоторного стробирования.

figure-protocol-1
Рисунок 1: Акселерометр прочно закреплен под поведенческим блоком. На рисунке показана недорогая плата акселерометра (слева) и высококачественный коммерческий акселерометр (справа) для сравнения данных. Акселерометр должен быть прочно прикреплен к акриловому корпусу, а плоский кабель должен быть прикреплен к акрилу, чтобы избежать его поломки из-за процедур очистки и пересадки животных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-protocol-2
Рисунок 2: Интегрированный поведенческий блок на основе микроконтроллера. Схема, показывающая крысу в акриловой коробке с проводной головной сценой, подключенной к системе регистрации электрофизиологии мозга. Акселерометр под коробкой, подключенной к микроконтроллеру, отправляет данные трехосевого акселерометра на компьютер и получает триггерные метки стимулов для обработки данных в автономном режиме. Динамик воспроизводит шумовой фон и звуковые импульсы, которые запускают маркеры для данных акселерометра. Микрофон получает акустические стимулы для синхронизации с электрофизиологическими данными (например, приобретая вокализационное поведение во время выполнения задач). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

2. Процедура изоляции крыс после отлучения от груди

  1. Изолируйте детенышей крыс в отдельных клетках сразу после отъема (с17-го по21-й день после рождения) и держите их в изоляции в течение как минимум 90 дней после рождения.
  2. Выполните имплантацию нейрохирургической микроэлектродной матрицы через 90 дней после рождения по установленным протоколам18,19.
  3. Проведите исследование ИПП через 7-10 дней после операции (см. шаг 4).

3. Хирургическая процедура имплантации мозга с помощью электродной решетки

  1. Микроэлектродная решетка должна быть предварительно стерилизована (в этом исследовании использовались 32 вольфрамовые проволоки диаметром 50 мкм, рис. 3A). Поместите животное в изолированный бокс с изофлурановой анестезией (5% через 0,5 л/мин О2 в соответствии с утвержденными в учреждении протоколами).
  2. Извлеките животное из коробки и держите под анестезией изофлураном с помощью носового конуса для анестезии (1% в 0,5 л/мин О2). Вводите атропин внутримышечно в дозе 0,05 мг/кг. Побрейте голову животного с помощью пластинки, используя антисептическую жидкость. Через 5 мин ввести кетамин внутрибрюшинно в дозе 70 мг/кг и ксилазин внутримышечно в дозе 3 мг/кг.
  3. Поместите животное на грелку при температуре 37 ± 0,2 °C в многоосном стереотаксическом устройстве под ингаляционным изофлураном (1%-5% в 0,5 л/мин О2). Вставьте ректальный датчик для управления грелкой вместе с ректальным датчиком для контроля сатурации PO2 и частоты сердечных сокращений. Убедитесь, что сатурация кислорода превышает 95%, а частота сердечных сокращений находится в пределах 200-300 ударов в минуту.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Соблюдайте эти параметры на протяжении всей хирургической процедуры и, при необходимости, корректируйте концентрацию изофлурана.
  4. Нанесите на глаза животного стерильную офтальмологическую смазку и накройте животное стерильной хирургической простыней.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выполняйте все следующие хирургические процедуры в асептических условиях.
  5. Открыть операционное поле в области головы животного и зафиксировать его с кожей с помощью швов (4-0). Нанесите лидокаин 20% подкожно на череп животного и выполните продольный разрез (~1,5 см) кожи головы с последующим удалением надкостницы черепа. Очистите поверхность кости перекисью водорода.
  6. Выровняйте брегму и лямбду в одной горизонтальной плоскости для лучшей точности трепанации черепа, особенно при записи из нескольких областей мозга (в этом исследовании были зарегистрированы данные из вентральной тегментальной области, миндалевидного тела, прилежащего ядра, гиппокампа и префронтальной коры, рисунок 3B).
  7. Отметьте места отверстий заусенцев с помощью роботизированного сверла и вставьте от 3 до 4 винтов в распределенных местах на удаленном месте черепа трепанации черепа без перфорации твердой мозговой оболочки (рис. 3C, D).
  8. Выполните ручную краниэктомию19, просверлив периметр трепанации черепа с помощью стоматологической бормашины с максимальной скоростью для головных мишеней (рисунок 3E).
  9. Удалите кость, твердую мозговую оболочку стерильным физиологическим раствором и удалите твердую мозговую оболочку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Обратите внимание на весь процесс извлечения твердой мозговой оболочки, чтобы предотвратить травму головного мозга, которая может поставить под угрозу точность глубины.
  10. Поместите электроды решетки в положения краниэктомии и двигайтесь вниз по решетке электродов до тех пор, пока электроды с самым глубоким положением слегка коснутся ткани мозга. Используйте провод для электрического заземления электродов, размещенных на поверхности черепа и расположенных вокруг четырех винтов (рисунок 3F).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Посмотрите обучение нейрохирургическому имплантату на животной модели19 с использованием альтернативного субъекта.
  11. Вставляйте электроды через каждые 100 мкм до целевого места и фиксируйте его стоматологическим цементом, чтобы соединитель был надежно зафиксирован на черепе и не выходил из кожи.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте осторожны, чтобы не уронить стоматологический цемент на ткани мозга или в отверстия для штифтов разъема.

figure-protocol-3
Рисунок 3: Имплантат микроэлектродной решетки. (A) Микроэлектродная решетка с 32 вольфрамовыми проволоками по 50 мкм для предварительной и инфралимбической PFC, VTA, AMY, NAcc и hipc. (B) Череп крысы, показывающий мозговые мишени, брегму и лямбду. (C) Места сверления для краниэктомии и винтов. (D) Винты для поддержки имплантата микроэлектродной решетки и рисунка краниэктомии. (E) Отверстия черепа без твердой мозговой оболочки. (F) Микроэлектроды, проникающие в мозг. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

4. ИПП и нейронные записи

  1. Подсоединяйте головной убор к соединительному имплантату на черепе крысы очень осторожно.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг имеет решающее значение для того, чтобы избежать поломки микроконтактов разъема для наружной резьбы или повреждения стоматологического акрила на черепе. Животное можно поместить в коробку с изофлурановой анестезией (5% в 0,5 л/мин О2), чтобы при необходимости помочь подключиться. При использовании анестезии для подключения головной сцены подождите, пока изофлуран вымоется, чтобы он не влиял на поведение ИПП и мозговую активность.
  2. Включите нейронную систему сбора данных и убедитесь, что она получает данные от акустических стимулов через микроконтроллер или TTL-генератор, подключенный к аудиодетектору или микрофону. Включите последовательный порт регистратора с открытым исходным кодом, ранее отмеченный на шаге 1.6.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от лабораторного оборудования эти процедуры синхронизации могут отличаться.
  3. Начните получать данные электрофизиологических (спайк и потенциал локального поля) и акселерометра с помощью программного обеспечения для сбора данных электрофизиологии.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Проверьте входящие данные и отрегулируйте настройку усиления, чтобы избежать обрезки сигнала или необнаружения форм спайков и порога обнаружения спайков. В зависимости от системы записи и записываемых данных, регулировать усиление и порог можно только в онлайн-режиме. Убедитесь, что настройка фильтра для низкочастотных сигналов (LFP), обычно от 0,5 Гц до 100 Гц, высокочастотных сигналов (пиковых нагрузок), обычно от 300 Гц до 5000 Гц, и низкочастотных шумов, обычно 50/60 Гц, правильно указана, чтобы обеспечить автономный анализ.
  4. Подвергайте животное воздействию белого фонового шума (~68 дБ) в течение 7 мин со случайным представлением всех типов импульсов, по 10 раз каждого типа (рис. 4). На рисунке 4 показаны пять типов импульсов, используемых в данном протоколе: импульс 1 (предимпульс 75 дБ, интервал 30 мс и импульс 120 дБ), импульс 2 (предимпульс 85 дБ, интервал 30 мс и импульс 120 дБ), импульс 3 (предимпульс 75 дБ, интервал 100 мс и импульс 120 дБ), импульс 4 (предимпульс 85 дБ, интервал 100 мс и импульс 120 дБ), и импульс 5 (одиночный импульс 120 дБ).
  5. В конце сеанса записи выключите программное обеспечение для сбора данных и отсоедините разъем Headstage.

figure-protocol-4
Рисунок 4: Типы слуховых стимулов. Случайным образом был представлен иллюстрированный сеанс из 7 минут белого шума с 5 типами комбинаций предимпульс + пульс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

5. Электрофизиологический и поведенческий анализ

  1. Импортируйте необработанные данные, содержащие данные о мозге, ускорении и акустических стимулах, на платформу обработки сигналов. Извлекайте эпохи, сосредоточенные на каждом акустическом стимуле.
  2. Нормализуйте средние значения соответствующим образом, чтобы сравнить значения между животными. Используйте одиночный импульс (пульс 5 в данном протоколе) в качестве максимального ответа и нормализуйте рефлекс на другие импульсы до этого значения.
  3. Рассматривайте амплитуду испуга для импульса 5 как 100%, а для остальных импульсов как функцию от импульса 5.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Амплитуды извлекаются с использованием среднеквадратичного значения (RMS) трех осей акселерометра (рис. 5A) для выражения величины испуга (рис. 5B) в наборе из n значений. СКО представляет собой математическую формулу20, где:
    figure-protocol-5
    ax = акселерометр по оси x, ay = акселерометр по оси y, az = акселерометр по оси Z
    t = начало акустического стимула плюс 200 мс
    n = значения коллекции
    Чтобы рассчитать процент среднеквадратичного испуга импульсов с 1 по 4 по отношению к импульсу 5:
    figure-protocol-6
    RMS-импульс = RMSstartle для импульсов 1, 2, 3, 4
    RMS-импульс5 = RMSstartle для пульса 5
  4. Используйте TTL, отправленные в систему сбора нейронных данных, для анализа данных мозга, связанных с акустическими стимулами и рефлекторными реакциями соответственно.

figure-protocol-7
Рисунок 5: Данные трехосевого акселерометра и среднеквадратичное значение. (A) Иллюстративные данные трехосевого акселерометра (оси x, y, z (g)) были зарегистрированы в течение 6 минут базовой и случайной стимуляции белого шума 80 PPI. (B) Вычисление среднеквадратичного значения испуга по трем осям акселерометра (x, y, z выделены серым столбцом, развернуты в B). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

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

Results

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

Предимпульсное торможение не показало различий для импульсов 1 и 3 по сравнению с импульсом 5 (только 120 дБ), но показало статистическую разницу для импульсов 2 и 4 (p < 0,05) (рис. 6).

figure-results-1
Рисунок 6: Средняя амплитуда реакции на слуховой стимул в пяти типах импульсов.

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

Discussion

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

Этот протокол представлял собой поведенческую коробку «сделай сам» для изучения задач преимпульсного торможения у свободно ведущих себя крыс Wistar во время записи данных мозга (в данном примере потенциал локального поля и спайковая активность). Коробка может быть собрана и настроена с использованием компонентов, обычно встречающихся в нейробиологических лабораториях, что делает ее доступной и дешевой. Такие решения «сделай сам» также обеспечивают большую гибкость в планировании и персон...

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

Disclosures

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

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgements

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

Эдит Гранадос (Edith Granados), Cinvestav Guadalajara, за любезную поддержку этого проекта с помощью скриптов PPI и синхронизации данных. Эта работа финансировалась Институтом Сантос-Дюмон, Министерством образования, CNPq, CAPES и FINEP.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Акриловая коробкаИзготовление на заказАкриловый лист толщиной 5 мм, 20 см x 25 см x 25 см
Клейкие резиновые накладки на бамперПесок гориллыMPU6050 Диаметр 0,8 дюйма и высота 0,38 дюйма. Резиновые накладки для стабилизации акрилового бокса и изоляции от внешней вибрации. Высота должна быть более 5 мм из-за MPU6050 под коробкой.
Arduino UnoАрдуиноATmega328P Микроконтроллерная плата Arduino на базе ATmega328P с 14 цифровыми входами/выходами, 6 аналоговыми входами и тактовой частотой 16 МГц.
Трекер для стима Cedrus (детектор звука)Цедрусhttps://cedrus.com/stimtracker/index.htmТрекер Cedrus stim обнаруживает акустические стимулы и отправляет маркеры TTL на данные акселерометра.
Исследовательская система CineplexПлексонhttps://plexon.com/plexon-systems/cineplex-behavioral-research-system/Запись видео животного синхронизирована с электрофизиологическими данными.
Цианоакрилатный клейMPU6050Суперклей для прочного крепления MPU6050 под коробкой.
Цифровой рычажный измеритель звукаДецибелметр для калибровки набора стимулов перед экспериментом.
IBM SPSSSPSS (Статистический пакет для социальных наук, США)Программная платформа IBM SPSS Statistics.
МатлабМатематические работыhttps://www.mathworks.com/products/matlab.htmlПлатформа MATLAB для анализа данных, разработки алгоритмов и создания моделей.
Микровинт из нержавеющей сталиВинты для очков диаметром 1,2 мм и длиной 4 мм.
Микроэлектродная матрицаНа заказВ нем используется разъем omnetics и вольфрамовые провода 50 микрон, покрытые париленом калифорнийской тонкой проволоки.
МикрофонМикрофон для получения акустической стимуляции синхронизирован с электрофизиологическими данными.
МПУ-6050Технология InvenSensehttps://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/MPU-6050 - это 3-х осевой гироскоп и 3-х осевой акселерометр 
Многоканальный процессор сбора данных ПлексонСПАЙК/ЛФПMAP Plexon для получения нейронных электрофизиологических данных SPIKE/LFP и вспомогательных каналов (микрофон, маркеры TTL, акселерометр).
НейроЭксплорерNex https://www.neuroexplorer.com/Программа анализа данных NeuroExplorer непрерывно записываемых сигналов и временных меток (спайковые шлейфы, поведенческие события)
НейроэксплорерNex Technolgiehttps://www.neuroexplorer.com/Программное обеспечение для анализа нейрофизиологических данных SPIKE и LFP.
Автономный сортировщикПлексонhttps://plexon.com/products/offline-sorter/#38957t34842Программное обеспечение для сортировки шипов в автономном режиме.
OffLineSorter (ОффлайнСортировщик)Автономный сортировщикhttps://plexon.com/products/offline-sorter/Offline Sorter — это программное обеспечение для сортировки шипов в автономном режиме
Ректальный ветеринарный датчик SpO2КТМЕДФС-03Датчик SpO2 для мелких животных
Ленточный кабельТонкий ленточный кабель для подключения MPU6050 к Arduino.
Дрель RobotiНейростарhttps://robot-stereotaxic.com/drill-injection-robot/Роботизированная дрель, используемая со стереотаксиком Neurostar. Его можно заменить ручным дрелью.
СпикерДинамик имеет диапазон от 100 до 40 кГц и интенсивность до 150 дБ.
Стереотаксические аппаратыНейростарСтереотаксический используется для нейрохирургии у грызунов

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 information processing abnormalities across the illness course of schizophrenia. Psychol Med. 42 (1), 85-97 (2012).
  3. Oranje, B., Geyer, M. A., Bocker, K. B., Kenemans, J. L., Verbaten, M. N. Prepulse inhibition and P50 suppression: Commonalities and dissociations. Psychiatry Res. 143 (2-3), 147-158 (2006).
  4. Geyer, M. A., Swerdlow, N. R. Measurement of startle response, prepulse inhibition, and habituation. Curr Protoc Neurosci. 3 (1), 8.7(1998).
  5. Braff, D. L., Grillon, C., Geyer, M. A. Gating and habituation of the startle reflex in schizophrenic patients. Arch Gen Psychiatry. 49 (3), 206-215 (1992).
  6. Grillon, C., Ameli, R., Charney, D. S., Krystal, J., Braff, D. L. Startle gating deficits occur across prepulse intensities in schizophrenic patients. Biol Psychiatry. 32 (10), 939-943 (1992).
  7. Kumari, V., Soni, W., Sharma, T. Normalization of information processing deficits in schizophrenia with clozapine. Am J Psychiatry. 156 (7), 1046-1051 (1999).
  8. Weike, A. I., Bauer, U., Hamm, A. O. Effective neuroleptic medication removes prepulse inhibition deficits in schizophrenia patients. Biol Psychiatry. 47 (1), 61-70 (2000).
  9. Swerdlow, N. R., Braff, D. L., Geyer, M. A., Koob, G. F. Central dopamine hyperactivity in rats mimics abnormal acoustic startle response in schizophrenics. Biol Psychiatry. 21 (1), 23-33 (1986).
  10. Wenzel, T. Open hardware: From DIY trend to global transformation in access to laboratory equipment. PLoS Biol. 21 (1), e3001931(2023).
  11. Longley, M., Willis, E. L., Tay, C. X., Chen, H. An open-source device for operant licking in rats. Peer J. 5, e2981(2017).
  12. Ribeiro, M. W., et al. OBAT: An open-source and low-cost operant box for auditory discriminative tasks. Behav Res Methods. 50 (2), 816-825 (2018).
  13. Wong, C. C., Ramanathan, D. S., Gulati, T., Won, S. J., Ganguly, K. An automated behavioral box to assess forelimb function in rats. J Neurosci Methods. 246, 30-37 (2015).
  14. White, S. R., Amarante, L. M., Kravitz, A. V., Laubach, M. The future is open: Open-source tools for behavioral neuroscience research. eNeuro. 6 (4), (2019).
  15. Bridge, E. S., et al. An Arduino-based RFID platform for animal research. Front Ecol Evol. 7, 257(2019).
  16. Chen, X., Li, H. ArControl: An Arduino-based comprehensive behavioral platform with real-time performance. Front Behav Neurosci. 11, 244(2017).
  17. Oliveira Silva, J. W., Lima, R. A., Morya, E., Brasil, F. L., Gonçalves, L. M. G. Improved behavioral box and sensing techniques for analysis of tactile discrimination tasks in rodents. Sensors. 23 (1), 288(2022).
  18. Gage, G. J., et al. Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals. J Vis Exp. (60), e3565(2012).
  19. Andreoli, L., Simplício, H., Morya, E. Egg model training protocol for stereotaxic neurosurgery and microelectrode implantation. World Neurosurg. 111, 243-250 (2018).
  20. Althobaiti, T., Katsigiannis, S., Ramzan, N. Triaxial accelerometer-based falls and activities of daily life detection using machine learning. Sensors (Basel). 13, 3777(2020).
  21. Heidbreder, C., et al. Behavioral, neurochemical, and endocrinological characterization of the early social isolation syndrome. Neuroscience. 100 (4), 749-768 (2000).
  22. Weiss, I. C., Iorio, L. D., Feldon, J., Domeney, A. M. Strain differences in the isolation-induced effects on prepulse inhibition of the acoustic startle response and on locomotor activity. Behav Neurosci. 114 (2), 364(2000).
  23. Cromwell, H. C., Klein, A., Mears, R. P. Single unit and population responses during inhibitory gating of striatal activity in freely moving rats. Neuroscience. 146, 69-85 (2007).
  24. Kosobud, A. E., Harris, G. C., Chapin, J. K. Behavioral associations of neuronal activity in the ventral tegmental area of the rat. J Neurosci. 14, 7117-7129 (1994).
  25. Carcea, I., Insanally, M. N., Froemke, R. C. Dynamics of auditory cortical activity during behavioural engagement and auditory perception. Nat Commun. 8, 14412(2017).
  26. Rosa, M., et al. Routine post-weaning handling of rats prevents isolation rearing-induced deficit in prepulse inhibition. Braz J Med Biol Res. 38 (11), 1691-1696 (2005).

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