Behavioral Bepaling van de Stimulus Paar Discriminatie van Auditieve Akoestische en elektrische prikkels met behulp van een klassieke conditionering en hartslag aanpak

Summary

De toepassing van een klassieke vreesconditionering gedrag paradigma voor de auditieve prothese onderzoek bij ratten beschreven. Dit paradigma biedt een mechanisme voor de identificatie van zowel de detectie van en discriminatie tussen verschillende akoestische en elektrische stimuli met behulp van hartslag als uitkomstmaat.

Abstract

Acute dier voorbereidingen zijn gebruikt in het onderzoek prospectief onderzoek naar elektrode ontwerpen en stimulatie technieken voor de integratie in neurale auditieve protheses, zoals auditieve hersenstam implantaten ^1-3 en auditieve middenhersenen implantaten ^4,5. Terwijl acute experimenten kan in eerste instantie inzicht geven aan de effectiviteit van het implantaat, het testen van de chronisch geïmplanteerde en wakkere dieren biedt het voordeel van het onderzoeken van de psychofysische eigenschappen van de sensaties geïnduceerd met behulp van geïmplanteerde apparaten ^6,7.

Verschillende technieken zoals beloningsgerichte, conditionering ^6-8 geconditioneerde ^9-11, of klassieke vreesconditionering ¹² zijn gebruikt gedrag bevestiging van detectie van een relevante stimulus kenmerk voorzien. De keuze van een techniek houdt in evenwicht aspecten, waaronder tijd-efficiency (vaak slecht in beloning gebaseerde benaderingen), de mogelijkheid om een ​​veelvoud van testenstimulus attributen tegelijk (beperkt in geconditioneerde), en meet de betrouwbaarheid van herhaalde stimuli (een mogelijke beperking bij de fysiologische maatregelen worden ingezet).

Hier wordt een klassieke vreesconditionering gedrag gepresenteerde methode die kan worden gebruikt om gelijktijdig testen beide detectie van een stimulus en discriminatie tussen twee stimuli. Hartslag wordt gebruikt als een maat angstreactie, waardoor minder of geen behoefte aan tijdrovende videocodering voor stilstaande gedrag en andere maatregelen (hoewel deze maatregelen kunnen worden opgenomen convergerende bewijzen). De dieren werden onder de voorwaarde met behulp van deze technieken in drie 2-uur conditioning sessies, die elk 48 stimulus proeven. Na 48-proef testsessies werden vervolgens gebruikt om te testen voor de detectie van elke stimulus in de gepresenteerde paren, en test discriminatie tussen de Lid stimuli van elk paar.

Deze methode gedrag wordt inde context van het gebruik ervan in de auditieve prothese onderzoek. De implantatie van de elektrocardiogram telemetrietoestellen wordt weergegeven. Na implantatie van de hersenen elektroden in de Cochlear Nucleus, geleid door de controle van de neurale reacties op akoestische stimuli, en de fixatie van de elektrode op zijn plaats voor chronisch gebruik is eveneens weergegeven.

Protocol

1. Elektrocardiogram Telemetrie Device Implantatie

1. Een uur voorafgaand aan de implantatie chirurgie aanvang, te beheren Carprofen (4 mg / kg sc) naar post-operatieve analgesie.
2. Injecteer Ketamine / Xylazine (Ke: 70 mg / kg, Xy: 10 mg / kg, ip) voor anesthesie om de eerste dieren voorbereiding inclusief scheerschuim en het invoegen van oor bars kunt voordat u naar isofluraananesthesie, die is stabieler tijdens de operatie waardoor een betere regelgeving van de diepte en verkort na de ingreep het herstel van de anesthesie.
3. Bij anesthesie ontstaan, van toepassing oog smeermiddel voor de ogen van het dier en dan scheren de buik thorax, en de keel. Veeg de blootgestelde huid met behulp van chirurgische scrub, gevolgd door alcoholische voorbereiding van de huid, gevolgd door een antiseptische oplossing. Plaats de kooi op een warmte deken om op te warmen.
4. Plaats het dier in rugligging op een homeothermic plaat. Plaats watten onder de nek te verheffen en bloot de keel.
5. Plaats de neus-cone (het leveren van 1-3% vol / vol Isofluraan in zuurstof, 2 L per min.) over de neus van het dier en bevestig de conus op zijn plaats.
6. Zet de voorste ledematen in een semi-uitgeschoven stand de huid spanning over de borstkas en keel genereren en de neus slippen vrij van neuskegel voorkomen.
7. Plaats de sonde van de homeothermic deken in de endeldarm van het dier.
8. Een middellijn incisie in de huid zich vanaf de zwaardvormig proces 20 mm caudaal de spierlaag bloot. Maak een bijpassende incisie langs de linea alba, en vervolgens de buikholte.
9. Plaats de ECG-telemetrie apparaat in de buikholte met de leads die zich uitstrekt van de rostrale einde van de opening, en hechten de caudale 15 mm van de opening in het buikvlies.
10. Maak een middellijn incisie in de keel bovenop de luchtpijp, waardoor de sternohyoid spier.
11. Plaats alligator oor pincet in de subcutane ruimte van de rostrale incisie naar caudaal, en gebruik deze om een ​​subcut te vormenaneous tunnel van de rostraal van caudale incisie. Pak de positieve (rode) lood in de tang en schuif de leiding door de tunnel.
12. Til de sternohyoid spieren met behulp van een tang en steek de punt van de positieve draad dorsaal naar rechts voorste mediastinum, laat ongeveer een 1 mm lus van de kabel rostraal van het inbrengen. Hechtdraad de leiding waar deze zich uit de borstholte en aan de bovenzijde van de lus aan de onderliggende spier.
13. Ver dorsale wand van de zwaardvormig en hechten het uiteinde van de negatieve pool de bovenzijde.
14. Controleer de geïmplanteerde signaal voor een goede ECG kan worden verkregen.
15. Voer overtollige kabel in de buikholte. Suture sloot de peritoneale muur, de linea alba, en de buikhuid.
16. Suture sloot de huid van de keel.
17. Stop met de levering van Isofluraan, en blijven om zuurstof te leveren totdat de spontane beweging wordt waargenomen.
18. Wanneer er beweging wordt waargenomen vrij te geven, de voorpoten eend het dier terug naar zijn kooi. Verplaats de kooi, zodat ongeveer de helft van de kooi is op het vuur pad. Hierdoor kan het dier, dat de mobiele te bewegen tussen warmer koudere gebieden van de kooi. Controleer het dier tot ambulante, en laat de kooi op het vuur deken voor 24 uur.
19. Dien Carprofen (4 mg / kg sc) elke 24 uur gedurende 3-5 dagen.

2. Brain elektrode Implant

1. Een uur voorafgaand aan de implantatie aanvang, te beheren Carprofen (4 mg / kg sc) voor post-operatieve analgesie.
2. Injecteer Ketamine / Xylazine (Ke: 70 mg / kg, Xy: 10 mg / kg, ip) voor anesthesie.
3. Bij anesthesie ontstaan, van toepassing oogzalf om de ogen te beschermen, dan scheer de kop van het dier. Veeg de blootgestelde huid met betadine scrub, gevolgd door alcohol, gevolgd door Betadine.
4. Plaats het dier in de buikligging op een homeothermic plaat.
5. Plaats een holle oor bar in ongeveer de verwachte uiteindelijke positie,en op te heffen en positioneren van het dier, zodat het oor bar bevindt zich in de externe akoestische gehoorgang.
6. Schuif de tweede holle oor bar in de contralaterale externe akoestische gehoorgang.
7. Met behulp van rat-tand tang, opent u het dier kaak en haak de bovenste snijtanden over de tand houder.
8. Schuif de neuskegel over de neus, en beginnen met de levering van Isofluraan (1-3% vol / vol in zuurstof). Dieren zijn nu gedurende de gehele operatie met deze verdoving.
9. Maak een insnijding in de huid van het hoofd, ongeveer 1 mm links van de middellijn en dat zich uitstrekt van 3-4 mm rostraal van 2-3 mm staart van lambda.
10. Zijdelings Trek de huid en spieren van de incisie, het blootstellen van de pariëtale bot en de interparietal bot. Schrob het oppervlak van het blootgestelde bot met 20% waterstofperoxide en een gaasje.
11. Boor een klein gaatje in de linker en rechter pariëtale botten, en schroef een chirurgische stalen schroef in elk gat verlaten van een klein (0,5 mm) ruimte tussen de head van elke schroef en de vaardigheid. Sluit deze schroeven op de grond en referentie-elektrode punten van de hoge-impedantie headstage.
12. Boor een gat van ongeveer 2 mm vierkant in de laterale meest omvang van de interpariental bot. Spoel het gat met behulp van een steriele zoutoplossing met elk bot stof of botfragmenten die de elektrode kunnen beschadigen te verwijderen.
13. Bevestig de koppeling spreker op de linker holle oor bar.
14. Met behulp van de punt van een naald, maakt een sneetje in de dura op het sagittale vlak.
15. Breng de elektrode manipulator plaats boven de opening met een caudorostral hoek van 10 °. Plaats de elektrode handmatig ongeveer 2 mm in het oppervlak van de hersenen. Zorg ervoor dat de versterker aan staat, dan dicht de opname kamer.
16. Begin cyclische levering van een lage (2-8 kHz), mid-range (16-24 kHz) en hoge (32 kHz-44 kHz) frequentie band-pass gefilterde ruis. De maximumsnelheid waarmee bursts moeten worden afgeleverd een burst alle 200 ms. Monitor neurale activiteit eent elk kanaal om reacties te sporen om ruis presentatie.
17. Verder inbrengen van de elektrode tot een totale geplaatst afstand nadert 8 mm. Als de 8 mm limiet is bereikt, zonder neurale reacties worden gedetecteerd, in te trekken en de positie van de elektrode voor een ander inbrengen. Indien de slakkenhuis kern (CN) is bereikt, moet plaatsen aan het uiteinde van de elektrode worden weergegeven reacties voornamelijk hoogfrequente impulsen. Als elektroden in de ventrale cochleaire kern (VCN) reacties akoestische impuls heeft een sterke begin component (1-5 ms), gevolgd door een snelle afname van de activiteit.
18. Verdere de elektrode voegen tot de uiteinden van de elektrode reacties detecteren laagfrequente stimuli of auditief aangedreven activiteit langer voordoen (in welk geval de elektrode geheel gepasseerd GN en kan nodig zijn om de elektrode moet worden gewijzigd plaatsing).
19. Construeer een frequentie-amplitude response kaart van de neuronen op elektrode sVV. Dit wordt bereikt door weergegeven geluid over de gewenste frequentiegebied (typisch 1-44 kHz en 1-80 kHz) op amplitudes 1-70 dB, met 10 herhalingen van elk stimulus. Een stimulans kan worden geleverd om de 300 ms bij het in kaart brengen van de GN. Als de kaart onvoldoende is, een herziening van de plaatsing van de elektrode.
20. Een dunne laag silicium elastomeer iets boven de belichte elektrode schachten, zodat het elastomeer stroomt naar beneden schenkel en laag zowel de schachten en het vrijliggende oppervlak van de hersenen.
21. Breng een eerste laag van de prothese cement polymeer rond de elektrode. Het cement moet minimaal viskeus om het risico van de elektrode worden bewogen in de werkwijze van aanbrengen te verminderen. Zorg ervoor dat het polymeer niet de schroeven in de pariëtale botten of de bijgevoegde kabels te dekken. Wacht tot de acryl te harden, die doorgaans duurt 5-10 minuten.
22. Maak de grond en referentie-draden van de headstage van de schroeven in de pariëtale botten. Behulp van een tang, gently wind de aardgeleider van de elektrode rond de schroef in de linker pariëtale bot.
23. Breng een tweede laag van de prothese cement polymeer. Deze tweede laag kapselen beide schroeven en uitmonden in de ruimte tussen de kop van de schroef en de schedel. Daarbij worden de schroeven houdt de acryl en elektrode de schedel. Wacht tot de acryl te harden.
24. Verwijder de headstage van de elektrode connector.
25. Met behulp van rat tand tang, tilt de huid lateraal van het polymeer op het polymeer, en gebruik een handtas-string hechting aan de huid te sluiten rond het bloot elektrode connector.
26. Verwijder het oor bars, het vrijgeven van het hoofd.
27. Einde aflevering van isofluraan, en blijven om zuurstof te leveren via de neus tot spontane beweging wordt waargenomen.
28. Breng het dier naar de kooi. Verplaats de kooi, zodat ongeveer de helft van de kooi is op het vuur pad. Hierdoor kan het dier, dat de mobiele te bewegen tussen warmer koudere gebieden van hetkooi.
29. Controleer het dier tot ambulante. Laat de kooi op het vuur pad voor 24 uur.
30. Dien Carprofen (4 mg / kg sc) elke 24 uur gedurende 3-5 dagen.

3. Conditioning

1. Plaats het dier in de testkamer.
2. Activeer de ECG-telemetrie apparaat.
3. Laat het dier naar de testkamer acclimatiseren gedurende vijf minuten voor de aanvang van conditionering. Dit maakt het mogelijk de hartslag terug te keren naar een baseline, als behandeling leidt tot een hartslag verhoging.
4. Voer de conditionering procedure:
   1. Lever een willekeurig gekozen lid van de akoestische stimulus paar herhaaldelijk in 250 ms uitbarstingen van elkaar gescheiden door 250 ms stilte voor 80-170 s. Elke stimulus moet een opkomst en ondergang tijd van 10 ms tot een 'klik' wordt ervaren, dat perceptueel heeft een bereik van geluidsfrequenties te voorkomen.
   2. Begin afwisselend het tweede lid van de akoestische stimulus paar met de eerste, de presentatie van each toon voor 250 ms, gevolgd door een 250 ms van stilte.
   3. Na 9,5 s van de 10 s periode van wisselende toon presentatie, beheer van een 0,5 ms mond-shock (0,7 mA).
   4. Stop toon presentaties voor 30 s om de hartslag te stabiliseren.
   5. Herbeginnen toon paar aflevering (vanaf 3.4.1). Tone paren moet optimaal worden gepresenteerd in een willekeurige volgorde, en ten minste 12 tone paren worden gebruikt om te verzekeren dat conditionering generaliseren alle frequenties paren en is niet specifiek voor de gebruikte toonfrequenties. Herhaal dit proces tot 48 cycli van de procedure (onderzoeken) zijn voltooid.
5. Schakel de ECG-apparaat, en terug te keren het dier naar de kooi.

4. Testen

1. Verdoven dier met Isofluraan (1-3% vol / vol zuurstof).
2. Bevestig de neurale stimulatie-kabel aan op de blootgestelde elektrode connector.
3. Plaats het dier in de testkamer.
4. Activeer de ECG-telemetrie apparaat. </ Li>
5. Laat het dier uit de isofluraananesthesie en acclimatiseren terug naar de testkamer tien minuten voor de aanvang van het testen. Dit maakt het mogelijk de hartslag terug te keren naar een baseline en herstel van de korte verdovend effect.
6. Voer de testprocedure.
   1. Lever een willekeurig gekozen lid van een akoestische stimulus paar herhaaldelijk in 250 ms uitbarstingen van elkaar gescheiden door 250 ms van stilte voor de 80-170s. Elke stimulus moet een opkomst en ondergang tijd van 10 ms tot een 'klik' wordt ervaren, dat perceptueel heeft een bereik van geluidsfrequenties te voorkomen.
   2. Begin afwisselend het tweede lid van de akoestische stimulus paar met de eerste, de presentatie van elke toon van 250 ms, gevolgd door 250 ms van de stilte.
   3. Na 9,5 s van de 10 s periode van wisselende toon presentatie, beheer van een 0,5 ms mond-shock.
   4. Stop toon presentaties voor 30 s om de hartslag te stabiliseren.
   5. Begin levering van een willekeurig SeleCTED lid van een elektrische hersenstimulatie paar herhaaldelijk, met behulp van 250 ms periodes van stimulatie van elkaar gescheiden door 250 ms van niet-stimulatie voor 80-170 s.
   6. Begin afwisselend het tweede lid van de stimulus paar met de eerste, de presentatie van elke stimulus voor 250 ms, gevolgd door een 250 ms niet-stimulatie periode. Ga afwisselende stimulatie voor 10 s.
   7. Stop stimulans presentaties voor 30 s om de hartslag te stabiliseren.
   8. Herbeginnen stimulus paar levering (van 4.6.5 of 4.6.1). Stimulus paren moet worden gepresenteerd in een willekeurige volgorde, en minstens 20 proeven van elke stimulus paar moeten worden geleverd om ervoor te zorgen voldoende hartslag gegevens worden verzameld om een ​​duidelijk gemiddelde resultaat te bieden en de variabiliteit te minimaliseren. Het verspreiden van proeven met behulp van akoestische stimuli in de testsessie vermindert de kans dat uitsterven zal optreden tijdens de procedure.
7. Maak de stimulatie kabel van het dier.
8. Schakel de ECG-device.
9. Breng het dier naar de kooi.

5. Representatieve resultaten

Een monster ECG gemaakt met de geïmplanteerde telemetrie inrichting een week na implantatie in figuur 1. Een dergelijke opname kan doorgaans worden verkregen uit de implantaten, en machines te behoren functioneren voor het opnemen van meer dan zes maanden, zelfs indien oplosbare hechtdraad wordt gebruikt voor het aanbrengen kabels spier. De ECG figuur 2 is afkomstig van een dier dan acht maanden na implantatie.

Figuur 3 toont de locatie van een succesvolle implantatie. De plaatsing van de elektroden heeft vele elektrode sites in de posteroventral cochleaire nucleus (PVCN), het verstrekken en registratie toegang tot een groot deel van de dorsoventral aspect. De frequentie-reacties van elke elektrode voor deze implantatie worden gepresenteerd in figuur 4. Het lange gebied van de PVCN waarin de elektroden zijn verdeeld tot celpopulaties toegankelijk voor het opnemen en stimulering "afgestemd" op een breed frequentiegebied. Bovendien worden de populaties zelf nauw afgestemd - ze reageren alleen op een smalle band van het geluid frequenties (zie figuur 5).

Daarentegen wordt een slechte plaatsing figuur 6. In dit geval werd de elektrode te mediaal geplaatst en niet voldoende diep is ingebracht om de PVCN dringen. Bijgevolg alleen elektrodeplaatsen nabij de top tonen reacties klinken figuur 7. Bovendien is het frequentiebereik de toegankelijke celpopulaties afgestemd zeer beperkt. De afstelling van de populaties zelf smal (zie figuur 8), maar de geclusterd verdeling van de centrale frequentie van de celpopulaties maakt stimuleren verschillende frequentiegebieden onmogelijk.

_content "> Baseline hartslag varieerde tussen geconditioneerde akoestische stimulus presentaties. Om rekening te houden voor deze variabiliteit, rauwe hartslag (HR) gegevens werden genormaliseerd als percentage van de HR waargenomen wanneer stimulus afwisseling begonnen (tijd 0). Figuur 9 toont gegevens in verschillende vormen die tijdens het eerste conditietraining. Een voorbeeld van de HR resultaten in een ander dier tijdens het laatste deel van de initiële conditionering zittingen is weergegeven in figuur 10. conditionering akoestische stimuli snel is en sterke veranderingen in HR kan worden waargenomen met weinig proeven;. 7 in het geval van de figuren 9 en 10 De verandering in de HR onmiddellijk waargenomen na de aanvang van de stimulus afwisseling (zie 3.4.1 en 3.4.2) kunnen aantonen dat het dier in staat is om onderscheid te maken tussen de initiële herhaald stimulus en de tweede stimulus later toegevoegd.

Na het begin van testsessies, waarin elektriCal neurale stimuli in plaats van akoestische stimuli worden normaal gesproken geleverd, het opnemen van akoestische stimulus presentaties maakt de bevestiging dat conditioning effecten nog steeds aanwezig zijn. Een algemene verandering HR in reactie op het begin van akoestische stimulus bevestigt dat een geconditioneerde effect akoestische stimuli aanwezig blijft, zoals weergegeven in figuur 11. Ook Figuur 12 toont de gemiddelde HR proportionele wijziging in de aanvang van geluidssignaal afwisseling in de eerste proef sessie. Zoals fig. 9 en 10, de relatief stabiele HR vóór de invoering van de tweede stimulus in tegenstelling tot de snelle verandering in HR na de invoering van de tweede stimulus aantoont dat onderscheid tussen de twee tonen opgetreden.

Daarentegen kan de afwezigheid van detectie te zien in figuur 13 waarin elektrische stimulatie begint. De gemiddelde verhouding HR kanaal ge over 10 proeven vertoont geen indicatie van de consistente snelle daling waargenomen wanneer detectie plaatsvindt, zoals in figuur 11. Ook de afwezigheid van een consistent en snelle veranderingen van de hartslag in figuur 14 blijkt dat de twee elektrische stimuli geleverd niet in voldoende mate voor discriminatie optreden. Zowel voorafgaand aan de aanvang van de afwisselende periode (voor de tijd 0) en na de wisseling begint, de gemiddelde proportionele verandering in HR blijft dicht bij de lijn van geen verandering.

Een patroon meer kenmerk onderscheid tussen de twee leden van een neuraal stimulus paar is weergegeven in figuur 15. Een verlaging van de hartfrequentie treedt snel op na het begin van de stimulus afwisseling, gevolgd door een substantiële toename van de hartslag. De specifieke stimulatie strategie in casu succes produceren gedragsmatig relevant reactie.

"Src =" / files/ftp_upload/3598/3598fig1.jpg "/>
Figuur 1. Een ECG verkregen met de geïmplanteerde telemetrie inrichting een week na implantatie. Het signaal waargenomen bij deze opname grotendeels typisch opnamen verkregen met deze apparaten.

Figuur 2. Een ECG verkregen met de geïmplanteerde telemetrie inrichting zes maanden na implantatie. Er is te verwaarlozen afbraak van het geregistreerde signaal over die periode, en dit signaal is zeker voldoende voor de berekening van het dier hartslag.

Figuur 3. Een 3D-reconstructie van een succesvolle plaatsing van de elektroden, met behulp van gecombineerde X-ray computertomografie en histologische coupes. Beide elektrode schachten doorgedrongen tot de posteroventral Cochlear Nucleus met elektroden oriëntatieTed de structuur hoofd te bieden.

Figuur 4. De kaart van elektrofysiologische respons die met de elektrode plaatsing van figuur 3. Elk histogram geeft de gegevens voor de activiteit op een elektrode in reactie op de presentatie van een akoestische frequentie, elke kolom bevat een 25 ms periode. Aan beide schachten van de elektrode-reeks worden reacties die bij elke afzonderlijke elektrode als reactie op een zeer smalle frequentieband, maar deze smalle banden verdeeld over een breed frequentiegebied. Een dergelijke verdeling is ideaal, zo veel verschillende frequentie-geassocieerde gebieden van de hersenen kunnen onafhankelijk van elkaar worden gestimuleerd.

Figuur 5. Elektrofysiologische reactie op kanaal 10 van het implantaat weergegeven in de figuren 3 en amp; 4. Idealiter elektrode posities tot neurale reacties akoestische impuls gedetecteerd op meerdere kanalen met geluid amplitude als 10 dB, zoals blijkt in dit voorbeeld.

Figuur 6. Een 3D-reconstructie van een slechte plaatsing van de elektroden. Terwijl de caudorostral hoek van de elektrode juist was, het was te mediale. Bovendien is de elektrode niet voldoende diep aangebracht, waardoor de op locaties dichtst bij de punt van de elektrode ligt in het dorsale slakkenhuis kern.

Figuur 7. De kaart van elektrofysiologische respons die met de elektrode plaatsing zoals weergegeven in figuur 6. Activiteit doet zich voor op de uiteinden van elke schacht van de elektrode array, maar er is weinig variatie in de akoestische stimulus frequentietie die de activiteit wekt bij elke elektrode. Een dergelijke implantatie niet mogelijk stimuleren van specifieke frequentie laag voor discriminatie testen.

Figuur 8. Elektrofysiologische reactie op kanaal 28 op de elektrode plaatsing in de figuren 6 en 7. Akoestische stimulans produceren sterke uitbarstingen van activiteit, vergelijkbaar met spike frequentie met die in de zeer succesvolle implantatie (figuur 3). Threshold is ook heel laag, met reacties worden gedetecteerd in reactie op tonen op 20 dB. Als er meer variatie in de frequenties waarop de sterkste respons deed zich voor in andere kanalen van de array dit kanaal zou zeker voldoende voor stimulatie.

Figuur 9. Vergelijking van de onbewerkte hartslag (A) verses betekenen proportionele (B) gegevens die zijn verzameld tijdens de eerste conditietraining in een dier. Reacties van 7 presentaties worden weergegeven. Door de variatie in het starten van de hartslag voor aanvang van de toon verandering, betekent rauwe hartslag (± 95% betrouwbaarheidsintervallen) niet voldoende blijkt de mate van verandering van een eerste daling van de hartslag gevolgd door een stijging, zoals aangegeven in de afzonderlijke grondstoffen sporen (A, onder). De gemiddelde proportionele verandering in de hartslag van gegevens waarbij de hartslag wordt door de hartslag verdeeld op het moment van geconditioneerde akoestische stimulus voor elk spoor wordt gepresenteerd in (B). Dit blijkt uit een statistisch significante daling na geconditioneerde stimulus presentatie met een late significante stijging weerspiegelt met 95% betrouwbaarheidsintervallen. Individuele proportionele hartslag sporen worden weergegeven (B, onderaan).

Figuur 10. Gemiddelde proportionele hart r aten verandering ten opzichte van 8 s vóór 8 s na het begin van wisselende akoestische stimulus, het combineren van gegevens uit de tweede en derde conditioning sessies. De gepresenteerde gegevens omvat zeven studies gepresenteerd over de twee conditioning sessies, vier in de eerste conditietraining en drie in de tweede. In reactie op wisselende stimulus presentatie, een grote tijdelijke daling van de hartslag opgetreden gevolgd door een late toename van de hartslag.

Figuur 11. De gemiddelde proportionele hartslag verandering ten opzichte van 10 s vóór 10 s na het begin van de akoestische stimulus na een 30 s stilte periode. Trial gegevens zijn ontleend aan de eerste testsessie en bevat zes akoestische stimulus presentaties. Een duidelijk begin van de daling van de hartslag levert het bewijs van discriminatie tussen de gepresenteerde akoestische stimuli.

es/ftp_upload/3598/3598fig12.jpg "/>
Figuur 12. De gemiddelde proportionele hartslag verandering ten opzichte van 8 s vóór 8 s na het begin van wisselende akoestische stimulus, genomen vanaf de eerste testsessie en met vijf akoestische stimulus presentaties. Een duidelijk begin van de daling van de hartslag levert het bewijs van discriminatie tussen de gepresenteerde akoestische stimuli.

Figuur 13. De gemiddelde proportionele hartslag verandering ten opzichte van 10 s vóór 10 s na het begin van elektrische hersenstimulatie na een 30 s stilte periode. Trial gegevens zijn ontleend aan de eerste en tweede test sessies en bevat 18 elektrische stimulatie presentaties, die allemaal dezelfde stimulatie-instellingen. De afwezigheid van een bepaalde daling van de hartslag, met name proximaal van tijd 0 op welk stimulatie begint, doet vermoeden dat het dier niet in staat is om de Stimul te detecterenons.

Figuur 14. De gemiddelde proportionele hartslag verandering ten opzichte van 8 s vóór 8 s na het begin van afwisselende elektrische stimulus presentatie (zie 4.6.5 en 4.6.6), afkomstig uit de eerste testsessie en met 33 elektrische stimulus presentaties. Geen consistent patroon van verandering in de hartslag komt in de buurt van het tijdstip 0, wat suggereert dat de afwisselende prikkels onvoldoende verschillend voor discriminatie voor te komen.

Figuur 15. Representatieve voorbeelden van afzonderlijke sporen (A) en proportionele hartslaggegevens (B, C) ​​van 8 s betekent vóór 8 s na het begin van afwisselende elektrische stimulus, genomen vanaf de zevende testsessie van een tweede dier, en waaronder 12 elektrische stimulus presentaties. Een aanzienlijke afname HR treedt snel na invoering van de tweede neurale stimulus gevolgd door een aanzienlijke stijging van de hartfrequentie tot uitdrukking suggereert het verschil tussen de eerste en de tweede stimulus is ontdekt door het dier. De mate van fouten en variantie van de reactie kan worden gezien in het proportionele gemiddelde ± standaardafwijking (SE) plot aangegeven in (B). De betekenis van de dip en stijgen na de tweede stimulus presentatie kan worden gecontroleerd met behulp van 95%-betrouwbaarheidsinterval toegepast op de gegevens in (C). De reactie gezien in (C) is gelijk aan de reactie in figuur 9 B.

Discussion

De hier beschreven technieken vormen een middel voor het testen van een reeks van discriminatie taken snel, met korte trainingstijden en het mogelijk maakt grote automatisering, dus het minimaliseren van onderzoeker tijd die nodig is voor de gegevensverwerking. Met behulp van gegevens die zijn verkregen van het geïmplanteerde ECG, berekening van de hartslag (HR) verandering in tijden van stimulus kan worden geautomatiseerd. Fouten in de ECG-verwerking (zoals het missen van een enkele hartslag) kan gemakkelijk worden geïdentificeerd als die ze produceren onrechte grote veranderingen in de schijnbare hart-tarief voor een zeer korte periode, en zo gemakkelijk opsporen van fouten minimaliseert de noodzaak van tijdrovende handmatige data-onderzoek .

De techniek beschreven voor de implantatie van het ECG-telemetrie apparaat produceert voortdurend opnames met weinig of geen interferentie (zie figuren 1 & 2). Echter, relatief kleine variaties in de plaatsing van het lood in het gebied mediastinum tot interferentie van spiers en bepaalde ademhaling-geassocieerde ruis. Het controleren van de plaatsing van de leads tijdens de implantatie proces, in het bijzonder na het hechten leidt op zijn plaats, maakt fijnafstelling van lood plaatsen om interferentie te minimaliseren.

Het proces van hersenen implantatie in het slakkenhuis kern is moeilijk. Door het gebruik van seriële presentaties van band-pass gefilterde geluid van verschillende frequenties, in plaats van breedband ruis zoals al eerder is gebruikt ^3, kunnen de antwoorden van celpopulaties op elektrode plaatsen snel worden beoordeeld in termen van frequentie-respons in plaats van de minder specifiek geluid reactie. De mogelijkheid om snel te identificeren als een voldoende aanbod van frequentie-tuned celpopulaties zijn toegankelijk is cruciaal in het onderzoek als er een elektrische prikkel discriminatie wordt getest. Als er onvoldoende frequentie-verdeling wordt verkregen, dan is vergelijking tussen het stimuleren van verschillende frequentie gebieden is simpelweg niet mogelijk. Toch, hoe langer het procesvan frequentie-amplitude response mapping blijft van cruciaal belang voor het verstrekken van details over de breedte van tuning van celpopulaties en moeten worden verricht voorafgaand aan de vaststelling van de elektrode op zijn plaats.

In gedragstraining en testen, het opnemen van een niet-stimulus (of stille) periode tussen de onderzoeken, voorafgaand aan de stimulus begin, kan de reactie op de eerste stimulus onset worden onderzocht. Bij gebruik van elektrische zenuwstimulatie, een reactie op de prikkel ontstaan ​​levert het bewijs voor de eenvoudige detectie van de stimulus. Dus, wanneer er geen stimulusaanvang reactie, maar een reactie op het tweede afwisseling stimulus wordt ingevoerd, kan worden afgeleid dat alleen deze stimulus kan worden gedetecteerd. Zonder opnemen van een dergelijke stille periode, zou er geen manier om te bepalen dat de eerste stimulus niet werd gedetecteerd.

Een beperking van deze gedrags-testen techniek is dat de afwezigheid van mond-schokken afgeleverd na de presentatie van neural stimulatie kan leiden tot de ontwikkeling van specificiteit in geconditioneerde angst, is zodanig dat vrees alleen tot uiting als akoestische stimulus wordt gepresenteerd. Dat wil zeggen dat de dieren leren dat de specifieke zintuiglijke effecten van zenuwstimulatie geassocieerd met niet ontvangt voetschok. Daar staat tegenover dat het leveren van mond-schokken na de presentatie van neurale stimulatie leiden tot een geconditioneerde angst voor de neurale stimulus zelf, los van geluid-achtige eigenschappen van het neurale prikkel kunnen hebben. De resultaten verkregen bij uitsluiting van een voet-shock na neurale stimulatie zeker zorgen voor een sterker bewijs voor de neurale stimulus zijn sound-achtig dan die met behulp van een voet-shock na neurale stimulatie, zoals in het eerste geval geconditioneerde angst is gegeneraliseerd van akoestisch tot neurale stimulatie. Echter het risico van specificiteit akoestische dan zenuwstimulatie aanwezig is. Het gebruik van band-pass gefilterd geluid als akoestische stimulus in plaats van zuivere tonen, barst, de eerste van diekan beter de perceptuele ervaring van neurale stimulatie, kan het risico van een dergelijke specifieke ontwikkeling. Een dergelijke procedure voert de aanvullende variabele bandbreedte van het filter, welke invloed discriminatietaken.

Een verdere beperking samenhangt met chronische neurale implantatie, zoals vereist voor gedrag testen is de verandering in functie van de elektrode of de bijbehorende zenuwweefsel tijd. Stimulatie van zenuwweefsel kan leiden tot zowel tijdelijke onderdrukking van de neurale activiteit ¹³ en weefsel veranderingen, zoals celverlies ¹⁴ en direct hersenweefsel reactie op de elektrode. ¹⁵

De beschreven aanpak van de implantatie en gedragsstoornissen testen van een middel voor zowel meld-en discriminatie van akoestische en elektrische stimuli met een korte training, en de mogelijkheid om de controle van proef de frequentie uit te oefenen te testen. De techniek waarbij gebruik verandering HR als meete van geconditioneerd toepassing kan zijn niet alleen auditieve testen, maar meer in het algemeen een sensorische tests welke stimuli kan worden aangegeven voor alle discrete tijd, en waarin detectie van sensorische discriminatie gewenst.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
PowerLab	ADInstruments	ML880	Records data received from the implanted TR40 transmitter
SmartCtrl controller card	Med Associates, Inc.	DIG-716B	Controls the behavioral test chamber, including foot shock
Modular behavioral test chamber	Med Associates, Inc.	ENV-009	Test chamber size: 30.5cm x 39.4cm
Aversive stimulus generator	Med Associates, Inc.	ENV-410B	Delivers aversive foot-shock to metal-bar floor of the cage through a Solid State Scrambler unit
Programmable Attenuator	TDT	PA5	Controls the amplitude of delivered acoustic signal to ensure stable amplitude across frequencies
Electrostatic speaker driver	TDT	ED1	Drives the electrostatic speakers (EC1, ES1)
Free-field electrostatic speaker	TDT	ES1	Sounds are presented using this speaker in the behavioral test chamber
Coupled electrostatic speaker	TDT	EC1	Sounds are presented using this speaker during neural implant surgery
Stimulator Base Station	TDT	RX7	Controls delivery of electrical neural stimulation (used with MS16)
Microstimulator	TDT	MS16	Delivers multichannel electrical neural stimulation
Processing base station	TDT	RZ2	Records neural activity during brain implantation (using PZ2 preamplifier)
Preamplifier	TDT	PZ2-256	256-channel high impedance preamplifier
Telemetry device receiver	Telemetry Research	TR162	Receives digital signal from TR40, and converts to amplified analogue output
Implantable electrocardiogram telemetry device	Telemetry Research	TR40	The implanted transmitter device, sampling at 2kHz
Multifunction Processor	Tucker-Davis Technologies	RX6	Used to generate acoustic stimuli
Vertex Castavaria	Vertex Dental		Dental acrylic used to fix the electrode in place
Kwik-Sil Adhesive, low viscosity	World Precision Instruments, Inc.		Silicon elastomer used to coat the electrode shanks
Multichannel electrode	NeuroNexus Technologies	a2x16-10mm 100-500-413	The 2-shank 32-channel extracellular electrode array used for implantation. The electrode sites have been activated to produce a coating of iridium oxide in preparation for stimulation.