Summary
쥐에서 청각 보철 연구를위한 고전적인 공포 컨디셔닝 행동 패러다임의 응용 프로그램이 설명되어 있습니다. 이 패러다임은 모두 탐지 식별을위한 메커니즘 및 결과 조치로 심장 속도를 사용하여 서로 다른 음향 및 전기 자극 사이에 차별을 제공합니다.
Abstract
급성 동물의 준비 prospectively 같은 청각 brainstem 임플란트 1-3과 청각 midbrain 이식 4,5와 같은 신경 과적 보철,로 전극 설계 및 통합을위한 자극 기법을 조사하는 연구에 사용되었습니다. 급성 실험은 만성 이식과 깨어있는 동물을 테스트하고, 보형물의 효과에 초기 통찰력을 줄 수 있지만 제공하는 감각의 psychophysical 속성을 검사의 장점은 이식 장치에게 6,7를 사용하여 유도된.
이러한 보상 기반 operant 에어컨 6-8, 조건 회피 9-11, 또는 고전적인 공포 컨디셔닝 12 같은 몇몇 기술은 관련 자극 속성의 감지 동작 확인을 제공하는 데 사용되었습니다. 기술의 선택은 시간 효율성 (종종 가난한 보상 기반 접근법의 경우)의 복수를 테스트하는 기능을 포함하여 균형 측면을 포함자극이 (에어컨 회피에 한함) 동시에 특성 및 반복 자극 (생리적 조치가 등장하고 잠재적인 제약)의 측정 신뢰성.
여기, 고전 공포 컨디셔닝 동작 방법은 동시 자극의 감지, 두 자극 사이의 차별을 모두 테스트하는 데 사용할 수있는 제공됩니다. 심장 박동을 정지 동작 또는 기타 이러한 조치에 따라 코딩 시간이 많이 걸리는 비디오 요구 사항을 감소 또는 제거 공포 반응의 척도로 사용됩니다 (예 : 조치 수렴 증거를 제공하기 위해 포함 수 있습니다.) 동물의 세 2 시간 에어컨 세션, 48 경기 부양 시도를 제공하는 각에서 이러한 기술을 사용하는 조건되었다. 후속 48-시범 테스트 세션 후 제시 쌍의 각 자극의 감지 및 각 쌍의 회원 자극 간의 테스트 차별에 대해 테스트하는 데 사용되었다.
이 행동 방법에 표시됩니다청각 보철 연구에서의 활용의 맥락. 심전도를 원격 측정 장치의 주입이 나타납니다. 음향 자극에 신경 반응의 모니터링으로 보이는 달팽이 핵, 그리고 만성 사용을위한 장소로 전극의 고정으로 뇌 전극의 후속 주입도 마찬가지로 표시됩니다.
Protocol
1. 심전도를 원격 측정 장치 주입
- 주입 수술 개시 이전 한 시간, 수술 진통제를 제공하기 위해 Carprofen을 (4 밀리그램 / kg SC) 관리할 수 있습니다.
- 깊이를 더 잘 규제를 허용 수술하는 동안보다 안정적이고 Isoflurane 마취로 전환되기 전에 면도 및 삽입 귀에 바 포함한 초기 동물의 준비를 허용하도록 마취에 대한 케타민을 / Xylazine (10 밀리그램 / kg, IP : : 70 밀리그램 / kg, XY 애) 주사 마취에서와 단축 수술 후 회복.
- 마취의 발병에서는 동물의 눈에 눈 윤활제를 적용한 후 복부 흉부와 목을 면도. 살균 용액이어서, 알콜 피부의 준비 다음에 수술 스크럽을 사용 노출된 피부를 닦아주십시오. 따뜻하게하기 위해 열 담요 위에 홈 케이지를 놓습니다.
- homeothermic 접시 위로 향한 자세로 동물을 놓습니다. 목을 상승하고 폭로 목 밑에 솜을 넣습니다.
- 코 공동 놓으십시오NE 동물의 코와 이상과 장소의 원추를 해결할 (권 / 권 산소, 분 당 2 패에서 Isoflurane 1-3%을 제공합니다.)
- 흉부와 목에 이상의 피부 장력을 생성 세미 확장된 위치에 이물-팔다리를 수정한 후 코 콘 무료로 미끄러지는 코를 막기 위해.
- 동물의 항문에 homeothermic 이불 프로브를 삽입합니다.
- caudally 근육 레이어를 노출 칼 모양의 과정 20mm에서 확장 피부에 중간선 절개를합니다. 그리고 일치하는 linea 알바를 따라 절개하고 복막 구멍을 만듭니다.
- 개방의 주동이의 끝에서 연장 리드 (lead)와 복막 캐비티에 ECG의 원격 측정 장치를 삽입하고 복막의 개통의 꼬리 15mm를 치료.
- sternohyoid 근육을 노출, 호흡 관을 overlying 목이 중간선 절개를합니다.
- caudally 직면한 주동이의 절개 부위의 피하 공간에 악어 귀 집게를 넣은 subcut를 구성하려면 다음을 사용하여주동이의의 꼬리 절개로 aneous 터널. 손잡이가 긍정 (적색) 포셉의 리드와 터널을 통해 리드를 철회.
- 집게를 사용하여 sternohyoid 근육 들고 삽입에 주동이의 케이블의 약 1 밀리미터 루프를두고, dorsally 오른쪽 앞부분 폐종격부 향한 긍정적인 리드의 끝부분을 삽입합니다. 그것은 흉강에서 그리고 기본적인 근육에 루프 상단의 확장 리드를 봉합해.
- 검상 돌기의 지느러미 벽을 노출하고, 부정적인 납 노출 표면의 팁을 치료.
- 적절한 ECG를 얻을 수 있도록 이식 장치에 신호를 확인합니다.
- 복막 캐비티에 여분의 케이블을 먹이. 봉합사는 복막 벽, linea 알바, 그리고 복부 피부를 마감했다.
- 봉합사는 목구멍의 피부를 마감했다.
- Isoflurane의 배달을 중단하고, 자발적인 움직임이 관찰 때까지 산소를 전달하기 위해 계속합니다.
- 운동이 관찰되면 출시될 앞발D의 홈 케이지로 동물을 반환합니다. 약 절반이 우리를 열 패드에되도록 홈 케이지를 이동합니다. 이것은 새장 따뜻한 및 냉각기 분야 사이에 이동할 때, 모바일, 동물을하실 수 있습니다. 외래까지 동물을 모니터하고 24 시간 동안 열 담요 위에 홈 새장을 두십시오.
- 3~5일 동안 Carprofen (4 밀리그램 / kg SC) 24 시간마다 관리할 수 있습니다.
2. 뇌 전극 임플란트
- 주입 개시 이전 한 시간, 수술 진통제에 대한 Carprofen을 (4 밀리그램 / kg SC) 관리할 수 있습니다.
- 마취에 대한 케타민을 / Xylazine (10 밀리그램 / kg, IP : : 70 밀리그램 / kg, XY 애) 주사.
- 마취의 발병에서, 눈을 보호하기 위해 안과 연고를 적용한 후 동물의 머리를 면도. betadine 다음, 알코올 이어 betadine 스크럽을 사용하여 노출된 피부를 닦아주십시오.
- homeothermic 접시에 발생하기 쉬운 위치에 동물을 배치합니다.
- 대략 예상되는 최종 위치에있는 첫번째 위치 중공 귀에 바,그리고 리프트와 귀에 표시줄이 외부 음향 meatus에 위치하고 있으며 있도록 동물을 배치.
- contralateral 외부 음향 meatus로 두 번째 빈 귀 막대를 밀어 넣습니다.
- 둥둥 치아 포셉 사용하여 동물의 턱을 열고 치아 보유자 이상의 상부 incisors을 가져와.
- 코를 통해 코 콘 슬라이드 및 Isoflurane의 배달을 시작 (산소의 1-3% 권 / 권). 동물은 이제이 마취와 수술에 걸쳐 유지됩니다.
- , 머리 피부에 약 1 중간선의 왼쪽 mm와 람다의 꼬리 2~3밀리미터에 주동이의 3~4mm에서 연장을 절개를합니다.
- 정수리 뼈 및 interparietal 뼈를 노출, 절개부터 laterally 피부와 근육을 접어야합니다. 20 % 과산화수소 용액과 거즈 패드를 사용하여 노출된 뼈 표면을 씻어.
- 왼쪽 및 오른쪽 정수리 뼈에있는 작은 구멍을 뚫을 및 hea 사이에 작은 (0.5 ㎜) 공간을두고 각각의 구멍에 수술 강철 나사를 나사각 나사 및 기술의 개발. 높은 임피던스 headstage의 지상과 참조 전극 포인트 이러한 나사를 연결합니다.
- interpariental 뼈의 측면 - 대부분의 범위에서 약 2mm 사각형 구멍을 드릴 다운합니다. 모든 뼈 먼지 또는 전극을 손상시킬 수있는 뼈 조각을 제거 멸균 식염수를 사용하여 구멍을 플러시.
- 왼쪽 빈 귀에 표시줄에 커플링 스피커를 연결합니다.
- 바늘의 팁을 사용하여 화살 비행기에서 경질에 절개를합니다.
- 10 °의 각도 caudorostral 함께 개막 위의 장소에 전극 속이는 사람 와요. 두뇌의 표면에 직접 전극을 약 2mm를 삽입합니다. 앰프가 켜져 있는지 확인 후 녹음 챔버를 봉하다.
- 낮은의 순환적 배달 (2-8 kHz에서), 중형 (16-24 kHz에서) 높은 (32 kHz에서-44kHz) 주파수 대역 통과 필터 노이즈 하십시요. 파열이 전달되어야하는시 최대 속도 하나의 버스트마다 200 MS입니다. 신경 활동을 모니터링t 각 채널은 노이즈 프레 젠 테이션에 응답을 감지합니다.
- 중 총 삽입된 거리는 8mm에 접근하기 전까지는 전극의 삽입을 계속합니다. 8mm 제한 신경계 반응이 감지되지 않고 도달하면 철회하고 다른 삽입을위한 전극을 위치를 조정. 와우각 핵 (CN)이 도달하면 전극의 끝부분에있는 사이트는 주로 고주파 자극에 반응을 보여주는되어야합니다. 전극이 복부 와우각 핵 (VCN), 음향 자극에 대한 반응에 위치하는 경우 활동에 급격한 감소 뒤에 강력한 발병 구성 요소를 (1-5 MS)가 있어야합니다.
- 전극의 팁 저주파 자극, 또는 청각 위주의 활동이 발생하는 중단 (이 경우, 전극은 CN을 통해 완전히 통과했을 수도하고 전극을 수정해야 할 수도 있습니다에 대한 답변을 감지 때까지 전극을 삽입하기 위해 계속 배치).
- 전극의에서 뉴런의 주파수 진폭 응답지도를 구축ites. 이것은 각 자극의 10 반복과 amplitudes 1-70dB에서 원하는 주파수 범위 (일반적으로 1-44 kHz에서 또는 1-80 kHz에서)에 걸쳐 제시 사운드에 의해 이루어진다. CN지도를 할 때 하나의 자극은 모든 300 MS를 전달할 수 있습니다. 지도가 불충 분한 경우, 전극의 배치를 개정 고려하십시오.
- , 탄성이 정강이와 코트 양쪽 정강이와 뇌의 노출된 표면을 아래로 흐를 것이라는 등 약간 노출된 전극 정강이 위에 실리콘 엘라스토머의 얇은 레이어를 적용합니다.
- 전극 주위 틀니 시멘트 폴리머의 첫 번째 레이어를 적용합니다. 시멘트는 응용 프로그램의 프로세스에서 이동중인 전극의 위험을 줄이기 위해, 최소한 점성 있어야합니다. 폴리머 정수리 뼈 또는 첨부된 케이블의 나사를 포함하지 않는다는 것을 확인하십시오. 일반적으로 5-10분 소요 단단해에 아크릴 기다립니다.
- 정수리 뼈에 나사에서 headstage의 지상 및 참조 와이어를 분리합니다. G는, 집게를 사용하여ently 왼쪽 정수리 뼈에있는 나사 주위에 전극의 접지 와이어를 감아.
- 틀니 시멘트 폴리머의 두 번째 레이어를 적용합니다. 이 두 번째 레이어는 나사의 머리와 두개골 사이의 공간으로 모두 나사, 그리고 흐름을 캡슐해야합니다. 그럼으로써 나사가 두개골에 아크릴과 전극을 보류합니다. 단단해에 아크릴 기다립니다.
- 전극 커넥터에서 headstage를 제거합니다.
- 쥐의 치아 포셉 사용하여 폴리머 위에 폴리머에 대한 측면 피부를 리프트, 그리고 노출된 전극 커넥터 주위 피부를 닫습 지갑 - 문자열 봉합사를 사용합니다.
- 머리를 풀어 귀 막대를 제거합니다.
- 최종 Isoflurane의 전달, 그리고 자발적인 움직임이 관찰 때까지 코 콘을 통해 산소를 제공하는 것을 계속한다.
- 홈 새장에 동물을 반환합니다. 약 절반이 우리를 열 패드에되도록 홈 케이지를 이동합니다. 이것의 따뜻한 그리고 쿨러 지역간에 이동할 때, 모바일, 동물을 허용합니다케이지.
- 외래까지 동물을 모니터링합니다. 24 시간 동안 가열 패드에 홈 새장을 둡니다.
- 3~5일 동안 Carprofen (4 밀리그램 / kg SC) 24 시간마다 관리할 수 있습니다.
3. 조절
- 실험실에서 동물을 놓습니다.
- ECG의 원격 측정 장치를 활성화하십시오.
- 동물 전에 에어컨을 시작으로 5 분 동안 시험 챔버에 acclimatise하도록 허용합니다. 이것은 처리가 심장 박동 상승에 이르게으로 심장 박동이 기준으로 돌아가려면 허용합니다.
- 조절 절차를 수행
- 80-170의 침묵에 대해 250 MS로 구분하여 250 석사 파열에 하나씩 반복적으로 음향 자극 쌍 무작위로 선택된 구성원을 제공합니다. 각 자극 프레 젠 테이션 perceptually 소리 주파수 범위를 커버 인식하고 '클릭'을 피하기 위해 10 MS의 상승 및 하강 시간이 있어야합니다.
- EA를 제시, 첫 번째와 음향 자극 쌍의 두 번째 멤버를 교체 하십시요250 채널의 음색은 MS 침묵, 250 MS로 따라갔다.
- 톤 프레 젠 테이션을 번갈아의 10의 시대 9.5의 후에, 0.5 MS 푸트 쇼크 (0.7 mA) 관리할 수 있습니다.
- 심장 박동이 안정화하도록 30의 음색에 대한 프레 젠 테이션을 중단.
- (3.4.1에서) 톤 페어 배달을 다시 시작하다. 톤 쌍은 최적의 무작위 순서로 표시되어야하고, 최소 12 톤 쌍 그 조화는 모든 주파수 쌍을에 generalises 및 사용 톤 주파수를 특정하지 않도록하는 데 사용해야합니다. 절차 (재판)의 48주기가 완료될 때까지이 과정을 계속합니다.
- ECG 장치를 비활성화하고, 홈 새장에 동물을 반환합니다.
4. 테스트
- Isoflurane를 사용하여 동물을 마취시키다 (산소의 1-3% 권 / 권).
- 노출된 전극 커넥터에 신경 자극 케이블을 연결합니다.
- 실험실에서 동물을 놓습니다.
- ECG의 원격 측정 장치를 활성화합니다. </ 리>
- 동물의 사전 테스트를 시작 ~ 10 분 동안 시험 챔버에 Isoflurane 마취와 acclimatise 회복하도록 허용합니다. 이것은 심장 박동이 기준과 간단한 마취 효과로부터 회복로 돌아갈 수 있도록합니다.
- 테스트 절차를 수행합니다.
- 80-170s를 위해 침묵 250 MS로 구분하여 250 석사 파열에 하나씩 반복적으로 음향 자극 쌍 무작위로 선택된 구성원을 제공합니다. 각 자극 프레 젠 테이션 perceptually 소리 주파수 범위를 커버 인식하고 '클릭'을 피하기 위해 10 MS의 상승 및 하강 시간이 있어야합니다.
- , 첫 번째와 음향 자극 쌍의 두 번째 멤버를 번갈아 가며 250 불에 각각의 음색을 제시 하십시요 MS 침묵 250 MS로 따라갔다.
- 톤 프레 젠 테이션을 번갈아의 10의 시대 9.5의 후에, 0.5 석사 피트 충격을 관리할 수 있습니다.
- 심장 박동이 안정화하도록 30의 음색에 대한 프레 젠 테이션을 중단.
- 한 무작위 sele의 제공을 개시80-170의가 아닌 자극을 250 MS로 구분하여 자극을 250 MS 기간을 사용하여 반복적으로 전기 뇌 자극 쌍의 cted 회원.
- 첫 번째로 자극 쌍의 두 번째 멤버를 교체 하십시요, 250 각 자극을 제시 MS는 250 MS 이외의 자극 기간으로 따라갔다. 10 s에 대한 자극을 번갈아 가며 계속합니다.
- 심장 박동이 안정화하도록 30의를 위해 경기 부양 프레 젠 테이션을 중단.
- (4.6.5 또는 4.6.1에서) 자극 페어 배달을 다시 시작하다. 자극 쌍은 무작위 순서로 표시되어야하고 각 자극 쌍 최소 20 시련은 충분한 마음 비율 데이터가 명확 평균 결과를 제공하기 위해 수집 및 다양성을 최소화되도록 제공되어야합니다. 테스트 세션 내내 음향 자극을 사용하여 배포 실험은 멸종이 절차를 수행하는 동안 발생할 수있는 확률을 줄여줍니다.
- 동물로부터 자극 케이블을 분리합니다.
- ECG 데비를 비활성화CE.
- 홈 새장에 동물을 반환합니다.
5. 대표 결과
이식 끝나고 주 심어 원격 측정 장치를 사용하여 촬영한 샘플 ECG 기록은 그림 1에 표시됩니다. 이러한 기록은 일반적으로 이식 장치에서 얻은하고, 장치 가용성 봉합이 근육에 부착 케이블로 사용되는 경우에도, 여섯 개월 초과에 대한 기록에 대해 적절하게 기능을 계속하실 수 있습니다. 그림 2에 표시된 ECG 기록은 팔개월 후 이식을 통해 동물로부터 얻은 것입니다.
그림 3은 성공적인 주입의 위치를 보여줍니다. 전극 배치는 자극과 dorsoventral 측면의 정도에 녹화 액세스를 제공 posteroventral 와우각 핵 (PVCN)에 많은 전극 사이트가 있습니다. 이 이식 각 전극 사이트의 주파수 응답은 그림 4에 표시됩니다. 전극이 분산되는 PVCN의 긴 지역은 녹음 및 주파수의 넓은 범위에 '조정'자극에 대한 접근이 세포 집단이 생깁니다. 또한, 인구 자체가 좁게 조정하고 - 그들은 소리 주파수의 좁은 밴드 (그림 5 참조)에만 반응한다.
반대로, 가난한 게재는 그림 6에 표시됩니다. 이 경우에는 전극도 medially 배치하고, PVCN에 침투 충분히 깊게 삽입되지 않았습니다. 그림 7에 표시된대로 결과적으로 팁 쇼 응답 근처에만 전극 사이트는 소리입니다. 또한, 접근 세포 집단이 조정되는 수있는 주파수의 범위는 매우 제한됩니다. 인구의 튜닝 자체가 (그림 8 참조) 좁은이지만, 세포 인구의 중심 주파수의 클러스터된 배포는 별개의 주파수 영역 불가능 자극하는 이유.
_content "이 갖추어진 음향 자극 프레 젠 테이션 사이에 다양> 기본적인 심장 박동 데이터입니다. 계정에이 다양성을위한 원시 심장 박동 (HR) 데이터를 자극 교대는 (시간 0) 개시 때 관찰 HR의 비율로 정상화되었다. 그림 9는 다양한 데이터를 표시합니다 형태는 음향 자극에 조절 과정이 빠른 속도입니다. 초기 에어컨 세션 후반 동안에 다른 동물에서 얻어진 HR 결과의 예제는 그림 10에 표시됩니다. 최초의 에어컨 세션 동안 수집하고, HR의 강한 변화는 관찰할 수있다 몇 가지 시련과;. 그림 9 및 10의 경우 7 HR의 변화 자극 교대 (3.4.1 및 3.4.2 참조)의 개시 직후 관찰 동물이 초기 반복 구별 할 수있다는 증거를 제공 자극과 두 번째 자극은 이후 추가했습니다.시작 테스트 세션 후, 어떤 electrICAL 신경 자극보다는 청각 자극 일반적으로 배달됩니다, 음향 자극 프레 젠 테이션의 포함이 컨디셔닝 효과가 여전히 존재한다는 확인하실 수 있습니다. 음향 자극 프레 젠 테이션의 개시에 대한 반응으로 HR의 일반적인 변화는 그림 11와 같이 음향 자극에 냉방 효과가, 현재 남아있는 것을 확인합니다. 마찬가지로, 그림 12는 첫 번째 테스트 세션에서 음향 톤 교대의 개시 주변 평균 HR 비례 변화를 보여줍니다. 그림 9 및 10과 마찬가지로, 사전에 두 번째 자극의 도입 이후 인사 관리의 급속한 변화와 대조적인 두 번째 자극의 도입에 상대적으로 꾸준한 HR은 두 음색 사이에 차별이 발생했다는 증거를 제공합니다.
반대로 탐지의 부재는 전기 자극이 시작되는 그림 13에서 볼 수 있습니다. 평균 비례 HR 찬 10 시련에 걸쳐 GE는 검색이 그림 11에서와 같이 발생하면 지속적인 급속한 하락 징후가 관찰되지 보여줍니다. 마찬가지로 그림 14의 심장 박동에서 일관되고 빠른 변화의 부재가 전달되는 두 개의 전기 자극이 차별이 발생하는 데 충분히 다르지 않다는 것을 제안합니다. 양쪽 번갈아 기간의 개시 (시간 0 전) 이전과 교번은 개시 후, HR의 평균 비례 변화없이 변화의 라인 가까이에 남아있다.
신경 자극 쌍의 회원이 둘 사이에 차별의 패턴이 더 많은 특성은 그림 15에 표시됩니다. 심장 박동수의 감소는 경기 부양 교대의 개시 후 심장 박동의 상당한 증가 다음에 급속하게 발생합니다. 이 경우에 사용되는 특정 자극 전략 behaviourally 관련 답변을 생산에 성공했습니다.
"SRC ="/ files/ftp_upload/3598/3598fig1.jpg "/>
그림 1. 이식 텔레 메 트리 장치 일주 후 주입을 사용하여 얻은 ECG 녹음. 이 녹음에서 본 신호는 이러한 장치를 사용하여 얻을 레코딩 대체로 전형이다.
그림 2. ECG 기록 반년 이식 후 이식 원격 측정 장치를 사용하여 획득하였습니다. 가 해당 기간 동안 기록되는 신호의 무시할 저하는,이 신호는 동물의 심장 박동의 계산에 대해 확실히 적합합니다.
그림 3. 복합 X 선 계산된 tomography와 histological 섹션을 사용하여 성공적인 전극 배치의 3D 재건. 두 전극 정강이는 전극 orien 함께 posteroventral 와우각 핵을 뚫고구조를 직시하는 테드.
그림 4. 그림 3의 전극 배치로 기록된 electrophysiological 응답의지도. 각 히스토그램 하나의 음향 주파수의 프레 젠 테이션에 대한 응답에서 한 전극 현장에서 활동에 대한 데이터를 표시, 각 컬럼은 25 석사 기간을 나타냅니다. 전극 배열의 양쪽 정강이에, 응답은 주파수의 매우 좁은 대역에 대응 각각의 전극 사이트에서 발견되지만, 이러한 좁은 밴드는 주파수의 넓은 범위에 걸쳐 배포됩니다. 두뇌의 여러 독특한 주파수 관련 영역이 독립적으로 자극될 수 같은 분포가 이상적입니다.
그림 5. 3 & 오전 피규어에 표시되는 보형물의 채널 10시 electrophysiological 응답P; 4. 이상적으로, 전극 위치는 10dB와 같은 낮은 소리 진폭과 여러 채널에서 감지되는 음향 자극에 대한 신경 반응으로 이어질한다이 예는에 나타납니다.
6 그림. 가난한 전극 배치의 3D 재구성합니다. 전극의 caudorostral 각도가 정확 동안, 너무 중간이었다. 또한, 전극은 지느러미 와우각 핵 내에 위치하는 전극의 끝부분 가까운 사이트의 결과로, 충분히 깊게 삽입되지 않았습니다.
그림 7. 그림 6과 같이 전극 배치로 기록된 electrophysiological 응답의지도. 활동은 전극 배열의 각 생크의 끝을 발생되지만 약간의 편차는 fre 음향 자극에있다각 전극 사이트에서 활동을 elicits quency. 이러한 이식은 차별 테스트를위한 별개의 주파수 레이어의 자극을 활성화하지 않습니다.
그림 8. 전극 배치에 대한 채널 28에서 electrophysiological 응답 6 & 7 수치로 표시. 음향 자극은 매우 성공적인 이식 (그림 3)에서 본 것과 스파이크 주파수 유사한 활동의 강력한 파열을 생산하고 있습니다. 임계값은 응답 20dB의 음색에 대한 응답으로 감지되는 것에 또한 매우 낮다. 배열의 다른 채널에 걸쳐 강한 반응이 발생하는 주파수에서 큰 편차가있다면이 채널은 확실히 자극에 적합 것입니다.
그림 9. 원시 심장 박동의 비교 (A) Verses 한 동물에서 처음으로 에어컨 세션을 통해 수집된 비례 (B) 데이터를 의미. 7 프레 젠 테이션에서 응답이 표시됩니다. 때문에 톤 변조 개시하기 전에 심장 박동을 시작하기의 변동으로 인해 각각의 원료에 표시된대로 적절하게 상승 뒤에는 심장 박동의 초기 방울의 변화의 정도를 표시하지 않는 원시 심장 박동을 (± 95 % 신뢰 간격) 의미 흔적 (, 아래). 심장 박동수는 각 성분에 대한 시설 음향 자극 프리젠 테이션시 심박 수로 나눈되는 심장 박동 데이터에 비례 변화를 의미하는 것은 (B)에 표시됩니다. 이것은 95 % 신뢰 간격을 사용하여 반영 늦은 상당한 상승과 냉방 자극 프레 젠 테이션에 따라 통계적으로 의미있는 드롭을 보여줍니다. 개별 비례 심장 박동 트레이스는 (B, 아래) 표시됩니다.
그림 10. 비례 심장 R 민 이전의 두 번째 및 세 번째 컨디셔닝 세션에서 데이터를 결합하여 음향 자극 프레 젠 테이션을 번갈아의 개시 후 8의 8 s에서 변화를 먹었어요. 제시된 데이터는 두 컨디셔닝 세션, 최초의 에어컨 세션에서 네번이나 두 번째 세 이상 제시 일곱 시련을 포함합니다. 번갈아 자극 프레 젠 테이션, 심장 박동에 큰 초기 드롭에 대한 응답으로 심장 박동의 증가 늦은 다음에 발생했습니다.
그림 11. 30의 침묵 기간 후 음향 자극 프레 젠 테이션의 개시 이후에 비례 심장 박동의 변화 10 s에서 이전 10 s의을 뜻합니다. 시험 데이터는 첫 번째 테스트 세션에서 가져온 여섯 음향 자극 프레 젠 테이션이 포함되었다. 심장 박동의 명확 조기 드롭 제시 음향 자극 사이에 차별의 증거를 제공합니다.
es/ftp_upload/3598/3598fig12.jpg "/>
그림 12. 전에 첫 번째 테스트 세션에서 가져온 다섯 음향 자극 프레 젠 테이션을 포함한 음향 자극 프레 젠 테이션을, 교류의 개시 후 8의 8 s에서 비례 심장 박동의 변화를 평균입니다. 심장 박동의 명확 조기 드롭 제시 음향 자극 사이에 차별의 증거를 제공합니다.
그림 13은 10. s에서 전에 30의 침묵 기간 후 전기 뇌 자극을 개시시 10 s의 비례 심장 박동의 변화를 평균입니다. 시험 데이터는 첫 번째와 두 번째 테스트 세션에서 가져온 18 전기 자극을 프레 젠 테이션, 동일한 자극 설정을 이용하는 모든이 포함되었다. 자극이 개시되는 시간 0 ~ 특히 근위 심장 박동, 어느 특정 방울의 부재는 동물 stimul을 감지할 수 있는지 제안합니다우리.
그림 14. 사전에 전기 자극 프레 젠 테이션 (4.6.5 및 4.6.6를 참조), 첫 번째 테스트 세션에서 가져온 33 전기 자극 프레 젠 테이션을 포함하여 교류의 개시 후 8의 8 s에서 비례 심장 박동의 변화를 평균입니다. 심장 박동의 변화의 어떤 일관된 패턴이 번갈아 자극이 차별이 발생하는 데 충분 치가 다르다는 것이 좋습니다 가까운 시간이 0을, 발생하지 않습니다.
그림 15. 대표 각 트레이스의 예제 ()와 사전에 두 번째 동물의 일곱 번째 테스트 세션에서 가져온 교류 전기 자극 프레 젠 테이션의 개시 후 8의 8의에서 비례 심박 데이터 (B, C)을 의미하고, 12 전기 자극 프레 젠 테이션을 포함합니다. H의 의미 감소심장 박동수가 크게 증가 이어 두 번째로 신경 자극의 소개는 첫 번째와 두 번째 자극의 차이는 동물에 의해 감지되었습니다 제안 반영 후 R은 빠르게 발생합니다. 응답의 오류 및 편차의 정도는 (B)에 나타난 비례 평균 ± 표준 오차 (SE) 음모에 볼 수 있습니다. 두 번째 자극 프레 젠 테이션에 따라 물놀이와 상승의 의미는 (C)에 표시된 데이터에 적용 95 % 신뢰 간격을 사용하여 확인할 수 있습니다. (C)에서 본 반응은 그림 9 B에 나타나는 반응과 유사합니다.
Discussion
기술은 따라서 데이터 처리에 필요한 연구 시간을 최소화, 짧은 교육 시간과 함께 급속히 차별 업무의 범위를 테스트하고 실질적인 자동화를위한 허용을위한 수단을 제공 여기에 설명했다. 자극 프리젠 테이션의 시간에 마음 요금의 이식 ECG, 계산 (HR) 변화로부터 얻은 데이터를 사용하면 자동화 할 수 있습니다. ECG 처리에 오류가 (예 : 하트 비트 단일가 누락 등) 쉽게 그들이 매우 짧은 기간 동안 심장 속도 겉보기에 spuriously 큰 변화를 생산할 것으로 판별과 같은 쉬운 오류 감지 시간 집약적인 수동 데이터 검토를위한 요구 사항을 최소화하실 수 있습니다 .
ECG의 텔레 메 트리 장치의 주입에 대해 설명한 기술은 지속적으로 거의 또는 전혀 간섭과 레코딩을 (그림 1 & 2 참조) 생산하고 있습니다. 그러나 폐종격부 지역에서 선두의 위치에 상대적으로 작은 변화들은 인근의 근육으로부터 간섭을 일으킬 수s와 특별한 호흡 - 관련 소음. 특히 장소에서 리드를 suturing 후, 주입 과정에서 리드의 정확한 위치를 확인하는 것은 납 배치의 미세 조정이 간섭을 최소화 할 수 있습니다.
와우각 핵으로 뇌 이식의 과정은 어렵습니다. 이전과 같이 3 사용되었습니다 대역 통과 필터링 여러 주파수 범위의 소음이 아닌 광대역 소음 시리얼 프레 젠 테이션을 사용하여 전극 사이트에서 세포 집단의 응답을 빠르게 덜 구체적인 소음보다 주파수 응답의 측면에서 오히려 검토하실 수 있습니다 응답. 주파수 조정 세포 인구의 충분한 범위가 액세스할 수있는 경우 신속하게 식별하는 능력은 전기 자극 차별이 테스트되고있는 연구에 중요합니다. 주파수 분배 부족 취득되면, 그때 별개의 주파수 영역의 자극 사이의 비교는 단순히 불가능합니다. 그럼에도 불구하고, 긴 과정주파수 - 진폭으로 반응 매핑은 세포 인구의 튜닝의 넓음에 관한 세부 사항을 제공하고 위치에 전극을 고정하기 전에 수행되어야 중요 남아있다.
행동 훈련과 테스트에서 비 자극 (또는 자동) 시련 간의 기간, 자극 발병 이전의 포함은 초기 자극 증상에 대한 응답이 검사 수 있습니다. 전기 신경 자극을 사용하는 경우, 자극 증상에 대한 반응은 자극의 단순한 검색에 대한 증거를 제공합니다. 그러므로, 아무런 자극 발병 응답하지만, 두 번째 교대를 자극 도입 반응이 없는데, 그것은 오직 후자 자극을 감지할 수있는 추론 수 있습니다. 이러한 침묵 기간의 포함없이 전 자극이 감지되지 않았음을 확인하는 방법은 없을 것입니다.
이 행동 테스팅 기법의 한계는 피트 충격의 부재가 neura의 프레 젠 테이션 후 전달되는 것입니다음향 자극이 제시되었을 때 난 자극이 갖추어진 공포의 특이성의 발전으로 이어질 수있다 같은 그 공포에만 표시됩니다. 즉, 동물은 신경 자극의 특정 관능 효과가 발 충격을받지 못하고과 관련된 것을 배울 수 있습니다. 반대로 신경 자극의 프레 젠 테이션 이후 피트의 충격을 전달하는 신경 자극이 미칠 수있는 소리와 같은 속성의 뚜렷한 신경 자극 자체의 시설 공포로 이어질 수 있습니다. 신경 자극 후 푸트 충격을 제외했을 때 얻은 결과는 확실히 신경 자극이 갖추어진 공포가 음향에서 신경 자극으로 일반화하고있다 전자의 경우와 같이 신경 자극 후 푸트 충격을 사용하는 것보다 소리 같은 것에 대해 강한 증거를 제공합니다. 그럼에도 불구하고, 오히려 신경 자극보다 음향에 특이성을 개발의 위험이 존재합니다. 대역의 사용은 음향 자극보다는 순수한 톤 무너지면 어떤의 전으로 소음을 필터링더 신경 자극의 지각 경험을 반영하는 개발 같은 특이성의 위험을 줄일 수 있습니다. 그러나 이러한 절차는 차별 작업에 영향을줍니다 필터의 대역 너비의 추가 변수를 소개합니다.
그러한 행동 테스트에 필요한 같은 만성 신경 이식, 연관된 추가적인 제한은 시간이 지남에 전극이나 관련 신경 조직 기능의 변화입니다. 신경 조직의 자극은 신경 활동 13 같은 전극에 대한 셀 손실 14 직접 뇌 세포 반응과 같은 조직 변화의 임시 억제 양쪽으로 이어질 수 있습니다. 15
이식 및 행동 테스트에 설명된 접근 방식은 감지 및 차별 음향 및 전기 자극에 대한 간단한 교육과, 그리고 시험 주파수 통제를 발휘하는 능력을 모두 테스트하는 방법을 제공합니다. measur으로 HR의 변화를 이용하는 기법에어컨 공포의 전자뿐만 아니라 청각 검사에 적용되고 있지만,보다 일반적인 자극에 어떤 불연속 기간 동안 제시 수 있고있는 감각 차별의 검출이 원하는되는 모든 감각 테스트합니다. 수
Disclosures
박사 안토니오 Paolini 터커 데이비스 기술 및 NeuroNexus 프로브의 호주 유통 업체에 대한 호주의 대표입니다 Bioengenesis 기술 PTY 주식 회사의 이사입니다.
Acknowledgments
본 연구에 대한 자금 지원은 가넷 패스와 로드니 윌리엄스 기념 재단과 라 Trobe 대학에 의해 제공되었다.
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. |
References
- Mauger, S. J., Shivdasani, M. N., Rathbone, G. D., Argent, R. E., Paolini, A. G. An in vivo investigation of first spike latencies in the inferior colliculus in response to multichannel penetrating auditory brainstem implant stimulation. Journal of Neural Engineering. 7, 036004-036004 (2010).
- Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Argent, R. E., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. Inferior colliculus responses to dual-site intralamina stimulation in the ventral cochlear nucleus. J. Comp. Neurol. 518, 4226-4242 (2010).
- Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. Inferior colliculus responses to multichannel microstimulation of the ventral cochlear nucleus: Implications for auditory brain stem implants. Journal of Neurophysiology. 99, 1-13 (2007).
- Lenarz, M., Lim, H. H., Patrick, J. F., Anderson, D. J., Lenarz, T. Electrophysiological Validation of a Human Prototype Auditory Midbrain Implant in a Guinea Pig Model. JARO. 7, 383-398 (2006).
- Lim, H. H. Auditory Cortical Responses to Electrical Stimulation of the Inferior Colliculus: Implications for an Auditory Midbrain Implant. Journal of Neurophysiology. 96, 975-988 (2006).
- Otto, K. J., Rousche, P. J., Kipke, D. R. Microstimulation in auditory cortex provides a substrate for detailed behaviors. Hearing research. 210, 112-117 (2005).
- Gai, Y. Detection of Tones in Reproducible Noise Maskers by Rabbits and Comparison to Detection by Humans. JARO. 8, 522-538 (2007).
- Miller, C. A., Woodruff, K. E., Pfingst, B. E. Functional responses from guinea pigs with cochlear implants. I. Electrophysiological and psychophysical measures. Hearing Research. 92, 85-99 (1995).
- Beitel, R. E., Vollmer, M., Snyder, R. L., Schreiner, C. E., Leake, P. A. Behavioral and neurophysiological thresholds for electrical cochlear stimulation in the deaf cat. Audiology & Neurotology. 5, 31-38 (2000).
- Beitel, R. E., Snyder, R. L., Schreiner, C. E., Raggio, M. W., Leake, P. A. Electrical cochlear stimulation in the deaf cat: comparisons between psychophysical and central auditory neuronal thresholds. J. Neurophysiol. 83, 2145-2162 (2000).
- Vollmer, M., Beitel, R. E., Snyder, R. L. Auditory detection and discrimination in deaf cats: Psychophysical and neural thresholds for intracochlear electrical signals. Journal of Neurophysiology. 86, 2330-2343 (2001).
- LeDoux, J. E., Cicchetti, P., Xagoraris, A., Romanski, L. M. The lateral amygdaloid nucleus: sensory interface of the amygdala in fear conditioning. Journal of Neuroscience. 10, 1062-1069 (1990).
- McCreery, D. B., Yuen, T. G., Agnew, W. F., Bullara, L. A. A characterization of the effects on neuronal excitability due to prolonged microstimulation with chronically implanted microelectrodes. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 44, 931-939 (1997).
- Liu, X., McPhee, G., Seldon, H. L., Clark, G. M. Histological and physiological effects of the central auditory prosthesis: surface versus penetrating electrodes. Hearing Research. 114, 264-274 (1997).
- Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148, 1-18 (2005).
