Поведенческие Определение Стимул пара дискриминации акустических и электрических слуховых стимулов с помощью классического кондиционирования и сердце курс подход

Общая цель данной процедуры — определить области стимуляции кохлеарного ядра и паттерны нейронной стимуляции, которые вызывают различаемые животным ощущения частоты. Сначала имплантируют устройство мониторинга сердечного ритма для измерения физиологических реакций животного. Затем в кохлеарное ядро имплантируют нейронный электрод, через который осуществляется стимуляция слуховой системы.

Затем животное приучают определять разницу в частоте предъявляемых тонов и вырабатывать физиологический ответ. В завершение проводится тестирование животного на способность распознавать различные локации и паттерны нейростимуляции слуховой системы. В конечном итоге можно получить результаты, которые покажут, какие области кохлеарного ядра наиболее подходящи для стимуляции при создании слуховых протезов и определении паттернов стимуляции.

Данный метод лучше всего подходит для использования в таких устройствах путем определения локаций и паттернов стимуляции, которые стабильно вызывают отчетливые ощущения частоты. Основным преимуществом этой методики перед существующими методами, такими как нейростимуляция и запись в условиях острого препарата, является возможность определения таких целей и методов стимуляции, которые действительно различаются и обнаруживаются животным. Значение данной методики распространяется на терапию при лечении глухоты в случаях, когда кохлеарные имплантаты не могут быть использованы вследствие повреждения улитки или слухового нерва.

Данный метод поможет определить стратегии стимуляции, которые наилучшим образом имитируют нормальную акустическую обработку. Через три-пять дней после имплантации устройства для телеметрии электрокардиограммы приступают к имплантации электродов в мозг, предварительно введя анальгетик и анестетик. После подтверждения действия анестезии голову животного выбривают, протирают спиртовым раствором Бетадина, а затем обычным Бетадином.

Поместите животное на гомеотермическую пластину. Приподнимите и расположите животное между ушными фиксаторами, затем введите первый ушной фиксатор в наружный слуховой проход. Зафиксируйте первый ушной фиксатор в этом положении.

Затем с помощью зубчатого зажима переместите вторую ушную планку в нужное положение. Раскройте челюсть животного и зацепите верхние резцы за держатель для зубов. После фиксации наденьте конус на нос для начала подачи изофлурана, которая будет продолжаться на протяжении всей операции.

После обнажения теменной кости очистите поверхность, используя 20% раствор перекиси водорода. Положив марлевую салфетку, просверлите отверстие размером примерно два миллиметра в квадрате в самой латеральной части межтеменной кости. Промойте отверстие стерильным физраствором, чтобы удалить костную пыль или фрагменты кости, которые могут повредить электрод. Работая под микроскопом, просверлите небольшое отверстие в левой теменной кости и правой межтеменной кости.

Затем в каждое отверстие вкрутите винт из хирургической стали, оставив зазор около 0,5 мм между головкой каждого винта и черепом. Прикрепите соединительный динамик к левой полой ушной дуге. Установите манипулятор для электродов над отверстием с ростральным углом наклона 10 градусов.

Затем с помощью кончика иглы сделайте разрез твердой мозговой оболочки в сагиттальной плоскости. Вручную введите электрод примерно на два миллиметра в поверхность мозга. Подключите винты к точкам заземления и референсного электрода модуля высокоимпедансного усиления.

Убедитесь, что усилитель включен. Затем герметизируйте регистрирующую камеру и начните циклическую подачу шума с полосовым фильтром низких, средних и высоких частот с максимальной частотой подачи один всплеск каждые 200 миллисекунд. Контролируйте нейронную активность на каждом канале для обнаружения ответов на шум.Презентация.

Продолжайте введение электрода до тех пор, пока общая глубина введения не приблизится к восьми миллиметрам или пока не появятся ответы на шумовые стимулы. Если кохлеарное ядро достигнуто, в точках у кончика электрода должны регистрироваться ответы преимущественно на высокочастотные стимулы. Продолжайте вводить электрод до тех пор, пока кончик не зафиксирует ответ.

Ответы на низкочастотные стимулы или слуховая активность прекращаются. Если активность прекращается, электрод мог полностью пройти через кохлеарное ядро, и в этом случае может потребоваться пересмотр положения электрода. Постройте карту частотно-амплитудных ответов нейронов в местах расположения электродов, предъявляя чистые тона с шагом по частоте в желаемом частотном диапазоне при амплитудах от 1 до 70 децибел с 10 повторениями каждого стимула.

Для защиты тканей мозга и электрода нанесите тонкий слой силиконового эластомера чуть выше открытых стержней электрода так, чтобы эластомер стекал по стержням, покрывая как сами стержни, так и открытую поверхность мозга. Чтобы зафиксировать электрод на месте, нанесите стоматологический цемент, подсоедините заземляющий провод электрода к винтам и нанесите дополнительный слой стоматологического цемента для большей прочности. После затвердевания цемента зашейте разрез вокруг электрода, затем поместите клетку на грелку на 24 часа, чтобы животное могло восстановиться.

После активации телеметрического устройства поместите животное в испытательную камеру и дайте ему акклиматизироваться в течение пяти минут перед началом кондиционирования. Для проведения процедуры кондиционирования многократно подавайте один случайно выбранный сигнал из пары акустических стимулов всплесками по 250 миллисекунд с интервалами тишины по 250 миллисекунд в течение 80–170 секунд. Время нарастания и спада каждого стимула должно составлять 10 миллисекунд.

Чтобы избежать восприятия щелчка, начните чередование. Подавайте второй компонент пары акустических стимулов вместе с первым, предъявляя каждый тон в течение 250 milliseconds, за которыми следует 250 milliseconds тишины. Через 9.5 seconds десятисекундного периода чередования тонов подайте удар током в лапку продолжительностью 0.5 millisecond, затем прекратите подачу тонов на 30 seconds, чтобы частота сердечных сокращений стабилизировалась.

Продолжайте этот процесс до завершения 48 циклов процедуры. Для обеспечения достаточного количества повторений каждой тональной пары для анализа убедитесь, что каждая тональная пара представлена не менее четырех раз. После подключения кабеля нейростимуляции и активации телеметрического устройства под изофлурановой анестезией дайте животному восстановиться и адаптироваться к тестовой камере в течение 10 минут перед началом тестирования.

Для поддержания сформированного в предыдущий день условного рефлекса подайте пару сменяющих друг друга акустических стимулов, как описано ранее, после чего примените удар током в область стопы продолжительностью 0,5 миллисекунды. После стабилизации сердечного ритма многократно подавайте один случайно выбранный стимул из пары электрических стимулов вспышками по 250 миллисекунд с интервалами тишины по 250 миллисекунд в течение 80–170 секунд. Затем начните чередовать второй стимул из пары электрических стимулов с первым, подавая каждый тон по 250 миллисекунд с последующей паузой в 250 миллисекунд, общим временем воздействия 10 секунд.

Повторяйте цикл со следующей случайно выбранной парой электрической стимуляции до тех пор, пока не будет проведено как минимум 20 испытаний для каждой пары с ранвальными интервалами. Вставляйте пару акустических стимулов для поддержания кондиционирования. По завершении тестирования деактивируйте устройство телеметрии, отсоедините кабель стимуляции и верните животное в клетку.

Здесь показан электрофизиологический ответ при правильном расположении электрода. Каждая гистограмма представляет данные для одной частоты в одном месте расположения электрода, а каждый столбец соответствует 25-миллисекундному временному интервалу на обоих стержнях электродной матрицы. Ответы регистрируются в каждом отдельном месте расположения электрода только в ответ на довольно узкий диапазон частот, однако эти узкие диапазоны распределены по широкому спектру частот.

Такое распределение является оптимальным, так как позволяет независимо стимулировать многие различные области мозга, связанные с определенными частотами. В идеале расположение электродов должно обеспечивать регистрацию нейронных ответов на акустический стимул на нескольких каналах при амплитуде звука всего 10 децибел, что видно на данном электрофизиологическом ответе на канале 10. Здесь показан электрофизиологический ответ при неправильном расположении электродов: активность наблюдается на кончиках каждого стержня электродного массива, однако вариативность частоты акустического стимула, вызывающего активность в каждом месте расположения электрода, невелика.

Такая имплантация не позволяет стимулировать отдельные частотные слои для проведения тестов на различение. Здесь представлены индивидуальные кривые и средние данные о частоте сердечных сокращений за восемь секунд до и восемь секунд после начала подачи чередующихся электрических стимулов. Эти данные были собраны в ходе седьмой тестовой сессии и включают 12 подач электрического стимула.

Сразу после подачи второго нейронного стимула происходит значительное снижение частоты сердечных сокращений, за которым следует значительный рост, что свидетельствует о том, что животное зафиксировало различие между первым и вторым стимулами. Степень ошибки и вариабельность ответа показаны на графике пропорционального среднего значения плюс стандартная ошибка; значимость падения и последующего подъема частоты сердечных сокращений после предъявления второго стимула можно подтвердить с помощью 95% доверительных интервалов. При выполнении данной процедуры важно помнить, что любые внешние стимулы, которые может зафиксировать животное, могут привести к изменению частоты сердечных сокращений, что увеличит вариабельность результатов; тестирование и кондиционирование следует проводить в стабильной и хорошо изолированной среде, чтобы минимизировать эти эффекты. После разработки этот метод открывает перед исследователями в области бионики возможности для поиска более эффективных способов электрической стимуляции мозга в различных сенсорных системах для получения поведенчески значимых реакций.