Behavioral Fastställande av Stimulus Par Diskriminering av Hörsel Akustisk och elektrisk stimulering med hjälp av en klassisk Konditionering och hjärtfrekvens strategi

Summary

Tillämpningen av en klassisk rädsla konditionering beteendemässiga paradigm för auditiv protes forskning på råttor beskrivs. Detta paradigm tillhandahåller en mekanism för att identifiera både upptäcka, och diskriminering mellan distinkt akustiska och elektriska stimuli med hjärtfrekvens som ett resultat åtgärd.

Abstract

Akuta djur preparat har använts i forskning prospektivt undersöka elektrod design och teknik stimulering för integration i neurala auditiva proteser, såsom hörsel hjärnstammen implantat ^1-3 och auditiva implantat mitthjäman ^4,5. Även akuta försök kan ge första inblick effektiviteten av implantatet, testar kroniskt implanterade och vakna djur ger fördelen att granska de psykofysiska egenskaper sensationer inducerade med implanterade enheter ^6,7.

Flera tekniker såsom belöning baserad operant betingning ^6-8, betingade undvikande ^9-11, eller klassisk rädsla konditionering ¹² har använts för att ge beteendemässiga bekräftelse på detektion av en relevant stimulans attribut. Val av en teknik innebär balansering aspekter inklusive tidseffektivitet (ofta dålig i belöning tillvägagångssätt), förmågan att testa ett flertal avstimulans tillskriver samtidigt (begränsat i konditionerat undvikande) och mått tillförlitlighet upprepade stimuli (ett potentiellt hinder när fysiologiska åtgärder används).

Här används en klassisk rädsla konditionering beteendemässiga metod presenteras som kan användas för att samtidigt testa både detektering av ett stimulus, och diskriminering mellan två stimuli. Heart-rate används som ett mått av rädsla svar, vilket minskar eller eliminerar behovet av tidskrävande video kodar för frysning beteende eller andra sådana åtgärder (även om sådana åtgärder kan ingå för att ge samstämmiga bevis). Djuren konditionerades använda dessa tekniker i tre 2-timmars konditionering lektioner, var att ge 48 stimulansåtgärder prövningar. Efterföljande 48-rättegång testsessioner användes sedan för att testa för detektion av varje stimulus i presenterade par och testa diskriminering mellan medlemsländerna stimuli i varje par.

Denna beteendemässiga Metoden presenteras iramen för dess användning inom hörsel protetiska forskning. Implantation av anordningar EKG telemetri visas. Efterföljande implantation av hjärnan elektroder i Cochlear Nucleus, styrs av övervakningen av neurala svar på akustiska stimuli och fixering av elektroden på plats för kronisk användning är likaså visas.

Protocol

1. Elektrokardiogram telemetrienhet implantation

1. En timme före implantationskirurgi början, administrera Karprofen (4 mg / kg sc) för att ge postoperativ smärtlindring.
2. Injicera ketamin / xylazin (Ke: 70 mg / kg, Xy: 10 mg / kg, ip) för anestesi att tillåta en första djuret som inkluderar rakning och infoga barer örat innan övergång till isoflurananestesi som är mer stabil under operation möjliggör bättre reglering av djupet och förkortar efter operation återhämtning från anestesi.
3. Vid anestesi början, gäller ögat smörjmedel djurets ögon och sedan raka buken bröstkorgen och halsen. Torka av exponerad hud med kirurgiska scrub följt av alkoholhaltiga huden beredning, följt av antiseptisk lösning. Placera buren på en värme filt att värma.
4. Placera djuret i ryggläge på en varmblodiga platta. Sätt vadd under halsen för att höja och exponera halsen.
5. Placera näsan-samne (leverera 1-3% vol / vol isofluran i syre, 2 L per minut) över näsan hos djuret och fixera kon på plats.
6. Fäst de främre-lemmar i en semi-utsträckt position för att generera huden spänning över bröstkorgen och halsen, och för att förhindra näsan glider fritt från noskonen.
7. In sonden i varmblodiga filten i rektum hos djuret.
8. Göra en mittlinjesincision vid huden som sträcker sig från xifoid processen 20 mm kaudalt att exponera muskelskiktet. Göra en matchande snitt längs linea alba, och därefter i peritonealhålan.
9. Sätt EKG telemetrianordning i peritonealhålan med ledningar som sträcker sig från den rostrala änden av öppningen, och suturera den kaudala 15 mm av öppning i peritoneum.
10. Göra en mittlinjesincision vid halsen överliggande luftstrupen, att utsätta sternohyoid muskeln.
11. Sätt pincett alligator öra in i det subkutana utrymmet i rostral snittet mot kaudalt och använda dessa för att bilda en subcutaneous tunneln från den rostral till kaudal snitt. Grip den positiva (röda) bly i tången och dra ledningen genom tunneln.
12. Lyft sternohyoid muskeln med pincett och för in spetsen på pluskabeln dorsalt åt höger främre mediastinum, vilket ungefär 1 mm kabelslinga rostralt införandet. Suturera ledningen, där den sträcker sig från brösthålan och vid toppen av slingan till den underliggande muskeln.
13. Exponera den dorsala vägg xifoid och suturera spetsen av den negativa ledningen den exponerade ytan.
14. Kontrollera den implanterade anordningen signalen för att säkerställa en adekvat EKG kan erhållas.
15. Mata överflödig kabel i bukhålan. Sutur stängde peritoneal väggen, linea alba, och buken huden.
16. Sutur stängde huden på halsen.
17. Upphör leverans av isofluran, och fortsätter att leverera syre till spontan rörelse observeras.
18. Vid rörelse observeras, släpp framben ettd tillbaka djuret till sitt hem bur. Flytta hem buren så att ungefär hälften buren är på värmekudde. Detta kommer att tillåta djuret, när mobilen, att röra sig mellan varmare och kylare områden av buren. Övervaka djuret fram röra på sig, och lämnar hemmet buren på värmen filt för 24 timmar.
19. Administrera Karprofen (4 mg / kg se) var 24 timmar under 3-5 dagar.

2. Hjärna Elektrod Implantat

1. En timme före implantation påbörjas, administrera Karprofen (4 mg / kg sc) för postoperativ smärtlindring.
2. Injicera ketamin / xylazin (Ke: 70 mg / kg, Xy: 10 mg / kg, ip) för anestesi.
3. Vid anestesi början, gäller ögonsalva att skydda ögonen, sedan raka huvudet av djuret. Torka av exponerad hud med Betadine scrub, följt av alkohol, följt av Betadine.
4. Placera djuret i liggande position på en varmblodiga platta.
5. Position ett ihåligt öra bar i ungefär förväntade slutliga ståndpunkt,och lyfta och positionera djuret så att örat stången är belägen i den yttre hörselgången.
6. Skjut den andra ihåliga örat bar i kontralaterala yttre hörselgången.
7. Använda råtta-tand tång, öppna djurets käken och haka den övre framtänderna över tanden hållaren.
8. Glida noskonen över näsan och påbörja leveransen av isofluran (1-3% vol / vol i syre). Djuren är nu bibehålls under hela operationen med denna bedövning.
9. Göra ett snitt i huden på huvudet, ungefär 1 mm till vänster om mittlinjen och som sträcker sig från 3-4 mm rostral till 2-3 mm kaudalt om lambda.
10. Dra tillbaka hud och muskel i sidled från snittet, vilket exponerar den parietala benet och interparietal benet. Skrubba ytan av den exponerade benet med användning av 20% väteperoxidlösning och en kompress.
11. Borra ett litet hål i vänster och höger parietalben, och skruva en kirurgiskt stål skruv i varje hål lämnar en liten (0,5 mm) utrymmet mellan head av varje skruv och skicklighet. Anslut dessa skruvar till marken och referenspunkter elektrod med hög impedans huvudsteg.
12. Borra ett hål ca 2 mm ruta i sidled längst omfattning interpariental benet. Spola hålet med användning av steril saltlösning för att avlägsna eventuellt ben damm eller benfragment, som kan skada elektroden.
13. Fäst kopplingen högtalaren till vänster ihåliga örat bar.
14. Hjälp av spetsen på en nål, göra ett snitt i dura på sagittalplanet.
15. Ta elektroden manipulatorn på plats ovanför öppningen, med en caudorostral vinkel av 10 °. Sätt elektroden manuellt ungefär 2 mm in i hjärnans yta. Se till att förstärkaren är påslagen, så täta inspelningen kammaren.
16. Påbörja cyklisk leverans av låg (2-8 kHz), mid-range (16-24 kHz) och hög (32 kHz-44 kHz) frekvensbandet-pass filtreras buller. Den maximala hastigheten vid vilken skurar bör levereras är en skur varje 200 ms. Övervaka neural aktivitet ent varje kanal för att detektera svar-till-brus presentationen.
17. Fortsätta införandet av elektroden tills antingen totalt insatt avståndet närmar sig 8 mm. Om 8 mm gränsen är nådd utan att neurala svar att upptäckas, dra och flytta elektroden för en annan insättning. Om Cochlear Nucleus (CN) har uppnåtts, skall platser vid spetsen av elektroden visar svaren i första hand till högfrekventa stimuli. Om elektroder finns i ventrala Cochlear Nucleus (VCN), svar på akustiska stimulanser bör ha en stark debut inslag (1-5 ms), följt av en snabb minskning i aktivitet.
18. Fortsätt att sätta elektroden tills topparna av elektroden upptäcka svar på lågfrekventa stimuli eller hörsel-driven verksamhet upphör att förekomma (i vilket fall, kan elektroden ha passerat helt genom KN och det kan bli nödvändigt att revidera elektroden placering).
19. Konstruera en frekvens-amplitud svar karta över nervceller vid elektroden sbefrielse från inkomstskatt. Detta uppnås genom presenteras ljud över det önskade frekvensområdet (typiskt 1-44 kHz eller 1-80 kHz) vid amplituder 1-70 dB, med 10 repetitioner av varje stimulus. Man stimulans kan levereras varje 300 ms för att kartlägga KN. När kartan är otillräcklig, överväga att revidera placeringen av elektroden.
20. Applicera ett tunt skikt av silikonelastomer något över den exponerade elektroden skänklar, så att elastomeren kommer att strömma ner skaften och belägga både skänklar och den exponerade ytan av hjärnan.
21. Tillämpas ett första skikt av tandprotesen cement polymeren runt elektroden. Cementen bör vara minimalt viskös, för att minska risken för elektroden att flyttas i processen för applicering. Se till att polymeren inte täcker skruvarna i parietalben eller anslutna kablar. Vänta på akryl att härda, vilket typiskt tar 5-10 minuter.
22. Lossa marken och ledningar referens till den huvudsteg från skruvarna i parietalben. Använd pincett, gently linda jordledningen hos elektroden runt skruven i den vänstra parietala benet.
23. Applicera ett andra lager av protes cement polymer. Detta andra lagret ska kapsla in både skruvar, och strömmar in i utrymmet mellan huvudet på skruven och skallen. Därvid kommer skruvarna hålla akryl-och elektroden till skallen. Vänta akryl att härda.
24. Ta bort huvudsteg från elektroden kontakten.
25. Använd pincett råtta tand, lyft huden sidled till polymeren över polymeren och använda en handväska sträng sutur för att stänga huden runt den exponerade elektroden kontakten.
26. Ta bort örat barer, släppa huvudet.
27. Slutet leverans av isofluran, och fortsätter att leverera syre genom näsan konen tills spontan rörelse observeras.
28. Tillbaka djuret till hemmaburen. Flytta hem buren så att ungefär hälften buren är på värmekudde. Detta kommer att tillåta djuret, när mobilen, att röra sig mellan varmare och kylare områden avbur.
29. Övervaka djuret fram ambulatorisk. Lämnar hembur på värmen dynan under 24 timmar.
30. Administrera Karprofen (4 mg / kg se) var 24 timmar under 3-5 dagar.

3. Konditionering

1. Placera djuret i testkammaren.
2. Aktivera EKG telemetrianordning.
3. Låt djuret acklimatisera till testkammaren i fem minuter innan påbörjas konditionering. Detta kommer att tillåta hjärtfrekvensen att återgå till en baslinje, som hantering leder till hjärtfrekvensen höjd.
4. Utför konditionering förfarandet:
   1. Leverera en slumpmässigt vald medlem av akustiska stimuli paret upprepade gånger i 250 ms skurar separerade med 250 ms tystnad för 80-170 s. Varje stimulus presentation måste ha en stig-och falltid av 10 ms för att undvika en "klick" uppfattas som perceptuellt omfattar en rad ljudfrekvenser.
   2. Påbörja omväxlande den andra medlemmen i den akustiska stimulus ihop med den första, presenterar EAch tonen för 250 ms följt av en 250 ms tystnad.
   3. Efter 9,5 s för 10 s tid omväxlande tonen presentation, administrera en 0,5 ms mul-chock (0,7 mA).
   4. Upphör ton presentationer för 30 s för att hjärtfrekvensen för att stabilisera.
   5. Återuppta leverans tonen par (från 3.4.1). Tone par bör optimalt presenteras i en slumpmässig ordning, och minst 12 ton par bör användas för att säkerställa att konditionering generaliserar alla frekvenser par och är inte specifik för tonen använda frekvenser. Fortsätt tills 48 cykler av förfarandet (försök) har avslutats.
5. Avaktivera EKG-apparat och tillbaka djuret till hemmet buren.

4. Testning

1. Anesthetise djuret med användning av isofluran (1-3% vol / vol i syre).
2. Fäst neurala stimulans kabeln till den exponerade elektroden kontakten.
3. Placera djuret i testkammaren.
4. Aktivera EKG telemetrienhet. </ Li>
5. Låt djuret att återhämta sig från isofluran anestesi och acklimatisera sig till testkammaren i tio minuter innan påbörjas testning. Detta kommer att tillåta hjärtfrekvensen att återgå till en baslinje och återhämtning från den korta anestetiska effekten.
6. Utför testproceduren.
   1. Leverera ett slumpmässigt utvald medlem i en akustisk stimulans par gånger i 250 ms skurar separerade med 250 ms tystnad för 80-170S. Varje stimulus presentation måste ha en stig-och falltid av 10 ms för att undvika en "klick" uppfattas som perceptuellt omfattar en rad ljudfrekvenser.
   2. Påbörja omväxlande den andra medlemmen i den akustiska stimulus ihop med den första, presenterar varje ton för 250 ms följt av 250 ms tystnad.
   3. Efter 9,5 s för 10 s tid omväxlande tonen presentation, administrera en 0,5 ms mul-chock.
   4. Upphör ton presentationer för 30 s för att hjärtfrekvensen för att stabilisera.
   5. Påbörjas tillförsel av en slumpvis Selected medlem i en elektrisk hjärnstimulering par gånger, med 250 ms perioder av stimulering separerade med 250 ms av icke-stimulans för 80-170 s.
   6. Påbörja omväxlande den andra medlemmen av stimulus ihop med den första, presenterar varje stimulus för 250 ms följt av en 250 ms utan stimulering period. Fortsätt alternerande stimulering för 10 sekunder.
   7. Upphör stimulans presentationer för 30 s för att hjärtfrekvensen för att stabilisera.
   8. Återuppta leverans stimulans par (från 4.6.5 eller 4.6.1). Stimulansåtgärder par bör presenteras på ett slumpmässigt och minst 20 studier av varje stimulus par ska levereras för att säkerställa tillräckliga hjärtfrekvens data samlas in för att ge en klar genomsnittligt resultat och minimera variabiliteten. Distribuera försök med akustiska stimuli hela testsession minskar sannolikheten för att utrotning kommer att ske under förfarandet.
7. Lossa stimulans kabeln från djuret.
8. Avaktivera EKG deviCE.
9. Tillbaka djuret till hemmaburen.

5. Representativa resultat

Ett prov EKG-registrering tagit med den implanterade telemetrienhet en vecka efter implantation visas i figur 1. En sådan inspelning kan normalt erhållas från de implanterade enheter och enheterna fortsätter att fungera tillfredsställande för inspelning i över sex månader, även om lösligt sutur används för att fästa kablar till muskler. Den EKG-registrering som visas i figur 2 erhölls från ett djur under åtta månader efter implantation.

Figurerna 3 visar placeringen av en framgångsrik implantering. Elektroden Placeringen har många elektrod platser i posteroventral Cochlear Nucleus (PVCN), vilket ger stimulans och inspelning tillgång till en stor del av dorsoventral aspekten. De frekvens-svar för varje elektrod platsen för detta implantering visas i figur 4. Den långa ytan av PVCN där elektroderna är fördelade leder till cellpopulationer tillgängliga för inspelning och stimulering 'avstämd "till en mängd olika frekvenser. Dessutom är folken själva snävt inställd - de reagerar bara ett smalt band av ljudfrekvenser (se figur 5).

I motsats härtill är en dålig placering visas i figur 6. I detta fall var elektrod placerad för medialt och inte insatt tillräckligt djupt för att tränga in i PVCN. Som en följd av att bara elektroden platser i närheten av svaren spetsen visar låta som visas i figur 7. Dessutom är det område av frekvenser till vilka de är tillgängliga cellpopulationer är inställda mycket begränsad. Avstämningen av befolkningen själva är smal (se figur 8), men klustrade fördelningen av de centrala frekvenserna för cellpopulationerna gör stimulera olika frekvensområden omöjligt.

_content "> Baseline pulsdata varierade mellan betingade akustiska stimulanspaket presentationer. Till grund för denna variation, var rå puls (HR) data normaliseras i förhållande till HR observerades när stimulus växlingen började (tid 0). Figur 9 visar data i olika former som samlas in under det första konditioneringen sessionen. Ett exempel på HR resultat som erhållits i ett annat djur under den senare delen av första konditionering sessionerna visas i figur 10. konditionering processen för akustiska stimuli är snabb, och starka förändringar i HR kan observeras med få försök,. 7 i fallet i figurerna 9 och 10 Förändringen i HR observeras omedelbart efter påbörjandet av stimulus alternation (se 3.4.1 och 3.4.2) visar att djuret är i stånd att skilja mellan de upprepade initiala stimulus och den andra stimuli tillsattes därefter.

Efter påbörjandet av test-sessioner där elektrka neurala stimuli snarare än akustiska stimuli typiskt levereras, tillåter införande av akustiska stimulanser presentationer bekräftelse på att konditionerande effekter fortfarande är närvarande. En allmän förändring i HR som svar på inledningen av akustiska stimulans presentation bekräftar att en betingad effekt akustiska stimuli förblir närvarande, som visas i figur 11. Likaså visar figur 12 den genomsnittliga HR proportionell förändring kring början av akustiska tonen växling i det första testet session. Såsom med fig 9 och 10, ger den relativt stadig HR före införande av det andra stimulus i motsats till den snabba ändringen i HR efter införandet av den andra stimuli bevis för att diskriminering mellan de båda tonerna har inträffat.

I motsats härtill kan frånvaron av detektering ses i Figur 13, i vilken elektrisk stimulering börjar. Den genomsnittliga proportionella HR Chan GE i 10 studier visar inga tecken på ett konsekvent snabba nedgången observerades när identifiering sker, som i Figur 11. Likaså föreslår avsaknaden av en konsekvent och snabb förändring av hjärtfrekvensen i figur 14 att de två elektriska stimuli som levereras är inte tillräckligt olika för diskriminering ske. Både före påbörjandet av den alternerande (före tid 0) och efter växlingen påbörjas, förblir den genomsnittliga proportionella förändring av HR nära raden av någon förändring.

Ett mönster mer typisk för diskriminering mellan de två medlemmarna i en neural stimulans par visas i figur 15. En minskning i hjärtfrekvens sker snabbt efter påbörjandet av stimulus växlingen, följt av en väsentlig ökning av hjärtfrekvensen. Den särskilda stimulans strategi som används i det här fallet var framgångsrik i att producera en beteendemässigt relevant svar.

"Src =" / files/ftp_upload/3598/3598fig1.jpg "/>
Figur 1. En EKG-registrering erhålles med användning av implanterade telemetrianordning en vecka efter implantationen. Signalen ses i denna inspelning är i stort sett typiskt för inspelningar som erhölls med dessa enheter.

Figur 2. En EKG-registrering erhålles med användning av implanterade telemetrianordning sex månader efter implantation. Det är försumbar försämring av signal som skall registreras under denna tidsperiod, och denna signal är säkert tillräcklig för beräkning av djuret hjärtfrekvensen.

Figur 3. En 3D-rekonstruktion av en framgångsrik elektrodplacering, med användning av kombinerad röntgen datortomografi och histologiska sektioner. Båda elektrod skaft penetrerat posteroventral Cochlear Nucleus med elektroder läggningTed att möta strukturen.

Figur 4. En karta över elektrofysiologiska svar registreras med elektroden placering av figur 3. Varje histogram visar data för aktivitet vid en elektrod plats som svar på presentationen av en akustisk frekvens, varje kolumn representerar en 25 ms-period. På båda skänklar elektroduppsättningen är responser detekteras vid varje enskild elektrod plats endast som svar på en ganska smalt band av frekvenser, men dessa smala band är fördelade över ett brett frekvensområde. En sådan fördelning är idealisk, eftersom många distinkta frekvens-associerade regioner i hjärnan kan stimuleras oberoende av varandra.

Figur 5. Den elektrofysiologiska svar på kanal 10 från implantatet som presenteras i figurerna 3 och ärp, 4. Idealt bör elektrodplaceringar leda till neurala svar på akustisk stimulus som detekteras vid ett flertal kanaler med ljud amplitud så låga som 10 dB, som visas i detta exempel.

Figur 6. En 3D-rekonstruktion av en dålig elektrod placering. Medan caudorostral vinkel elektroden var riktig, det var för medial. Vidare var den elektrod som inte in tillräckligt djupt, resulterar den i områden närmast spetsen på elektroden är belägen inuti det dorsala kokleära kärnan.

Figur 7. En karta över elektrofysiologiska svar registreras med elektrodplacering som visas i figur 6. Aktivitet som inträffar vid topparna hos varje fäste av elektroduppsättningen, men det finns ringa variation i akustisk stimulus frekvens som framkallar aktivitet vid varje elektrod plats. En sådan implantation gör det inte möjligt att stimulera distinkt frekvens lagret för diskriminering testning.

Figur 8. Den elektrofysiologiska svar på kanal 28 på elektroden placering visas i figurerna 6 och 7. Akustisk stimulans ger starka utbrott av aktivitet, liknande i spik frekvens som ses i den mycket framgångsrika implantation (Figur 3). Tröskeln är också ganska låg, med svar detekteras som svar på toner vid 20 dB. Om det fanns en större variation i de frekvenser till vilka de starkaste responser skedde över andra kanaler i uppsättningen denna kanal skulle säkerligen vara olämpliga stimuleringen.

Figur 9. Jämförelse av rå hjärtfrekvens (A) moterses menar proportionella (B) uppgifter som samlats in under det första konditioneringen session i ett djur. Svar från 7 presentationer visas. På grund av variationen i början hjärtfrekvensen innan påbörjas tonen förändring, menar rå hjärtfrekvens (± 95% konfidensintervall) inte tillräckligt visar graden av förändring av en initial nedgång i hjärtfrekvens följt av Rise som anges i enskilda råvaror spår (A, nederst). Genomsnittlig proportionell förändring i pulsdata där hjärtfrekvensen dividerat med hjärtfrekvensen vid tidpunkten för betingad akustiska stimulus presentation för varje spår presenteras i (B). Detta visar en statistiskt säkerställd nedgång efter betingad stimulus presentation med en sen betydande ökning återspeglas med 95 procent konfidensintervall. Individuella proportionella puls spår visas (B, nederst).

Figur 10. Medelvärde proportionell hjärtat r åt förändring från 8 s före den 8 s efter början av omväxlande akustisk stimulans presentation, kombinera data från den andra och tredje konditionering sessioner. Den presenterade data omfattar sju försök som presenteras under de två konditionering sessioner, fyra i den första konditionering sammanträde och tre i den andra. Som svar på alternerande stimulus presenteras, en stor initial minskning i hjärtfrekvens som följts av ett sent ökning i hjärtfrekvens.

Figur 11. Genomsnittlig proportionell förändring hjärtfrekvensen från 10 s före 10 s efter början av akustiska stimuli presentation efter en 30 tyst period. Testdata togs från den första test session och omfattar sex akustiska stimulansåtgärder presentationer. En tydlig början nedgång i hjärtfrekvens ger bevis för diskriminering mellan de presenterade akustiska stimuli.

es/ftp_upload/3598/3598fig12.jpg "/>
Figur 12. Genomsnittlig proportionell förändring hjärtfrekvensen från 8 s före den 8 s efter början av omväxlande akustisk stimulans presentation, tagen från den första testsession och med fem akustiska stimulansåtgärderna presentationer. En tydlig början nedgång i hjärtfrekvens ger bevis för diskriminering mellan de presenterade akustiska stimuli.

Figur 13. Genomsnittlig proportionell förändring hjärtfrekvensen från 10 s före 10 s efter inledningen av elektrisk hjärnstimulering efter en 30 tyst period. Testdata togs från den första och andra testsessioner och omfattar 18 elektrostimulans presentationer, alla använder samma stimulans inställningar. Frånvaron av en viss nedgång i hjärtfrekvens, särskilt närmast tiden 0 då stimulering börjar, tyder på att djuret inte kan upptäcka stimuloss.

Figur 14. Genomsnittlig proportionell förändring hjärtfrekvensen från 8 s före den 8 s efter början av alternerande elektriska impulser presentation (se 4.6.5 och 4.6.6), taget från den första testsession och med 33 elektrisk stimulans presentationer. Inget konsekvent mönster av förändringar i hjärtfrekvens inträffar nära tiden 0, vilket tyder på att de alternerande stimuli är tillräckligt olika för diskriminering ske.

Figur 15. Representativa exempel på enskilda spår (A) och innebär proportionella pulsdata (B, C) ​​från 8 s före 8 s efter påbörjandet av alternerande elektriska impulser presentation, tagen från den sjunde testsession av en sekund djur och inklusive 12 elektrisk stimulans presentationer. En signifikant minskning av H-R sker snabbt efter införandet av den andra neurala stimuli följt av en betydande ökning av hjärtfrekvensen återspeglade tyder skillnaden mellan den första och andra stimulanspaket har upptäckts av djuret. Graden av fel och variansen hos svaret kan ses i den proportionella medelvärde ± standardavvikelse (SE)-kurva visas i (B). Betydelsen av dip och stiger efter den andra stimuli presentationen kan verifieras med hjälp 95-procentiga konfidensintervall tillämpas på de uppgifter som visas i (C). Svaret visas i (C) liknar det svar se i Figur 9 B.

Discussion

De tekniker som beskrivs här ger ett medel för testning av en rad urskiljningsuppgifter snabbt, med korta träningstider och möjliggör avsevärd automatisering, vilket minimerar forskare tid som krävs för databehandling. Med hjälp av data som erhållits från den implanterade EKG, beräkning av hjärtfrekvens (HR) förändring i tider av stimulans presentation kan automatiseras. Fel i EKG bearbetning (som att det saknas en enda hjärtslag) kan lätt identifieras som de producerar falskt stora förändringar i skenbara hjärtfrekvens för en mycket kort period, och en sådan enkel feldetektering minimerar kravet på tidskrävande manuella uppgifter granskning .

Tekniken beskrivs för implantation av EKG telemetrienhet ger konsekvent inspelningar med liten eller ingen störning (se figur 1 och 2). Emellertid kan relativt små variationer i placeringen av ledningen i mediastinum regionen leda till störningar från närliggande musklers och särskilt andning-associerade störningar. Verifiera korrekt placering av ledningarna under implantationsprocessen, särskilt efter suturering leder i, är det möjligt finjustering av bly placering för att minimera störningar.

Förfarandet enligt hjärnan implantation i den kokleära kärnan är svårt. Genom att använda seriella presentationer av band-pass filtrerad buller av flera frekvensområden, snarare än bredband buller som tidigare har använt ^3, kan svaren från cellpopulationer på elektrodställena snabbt över i fråga om frekvens-respons snarare än mindre specifika ljud svar. Förmågan att snabbt identifiera när ett tillräckligt antal frekvens-avstämda cellpopulationer är tillgängliga är kritisk i forskning när elektrisk stimulans diskriminering testas. Vid otillräcklig frekvens-fördelningen erhålls därefter jämförelse mellan stimulering av olika frekvensområden är helt enkelt inte möjligt. Trots detta längre processav frekvens-amplitud svar kartläggning är viktig för att ge detaljer om bredden av avstämning av cellpopulationer och bör utföras före fastställande av elektroden på plats.

I beteende utbildning och prov, tillåter införandet av en icke-stimulans (eller tyst) perioden försök före stimulans början, svaret på första stimulus debut som skall undersökas. Vid användning av elektrisk nervstimulering, är ett svar på stimulans debut bevis för enkla detektion av stimulus. Således, när det inte finns någon stimulus insättande svar, men en reaktion när den andra alternerande stimulus införes, kan det härledas att endast den senare stimulus kan detekteras. Utan Införandet av en sådan tyst period, skulle det inte finnas något sätt att avgöra att den tidigare stimulans inte upptäcktes.

En begränsning i detta beteende tester teknik är att frånvaron av mul-chocker levereras efter presentationen av neural stimulering kan leda till utveckling av specificitet i konditionerat rädsla är så att rädslan bara uttryck när akustiska stimuli presenteras. Det vill säga, kan djuret lär sig att de särskilda sensoriska effekterna av neural stimulering är förknippade med inte får en fot chock. I motsats kan leverera mul-chocker efter presentationen av neural stimulering leder till en betingad rädsla för det neurala stimuli i sig, till skillnad från alla ljud-liknande egenskaper i hjärnan stimulans kan ha. Resultat som erhållits, exklusive en mul-chock efter neural stimulering har helt klart starkare bevis för neural stimulans att vara ljud-liknande än de som använder en mul-chock efter neural stimulering, som i det förra fallet betingade rädsla har generaliseras från akustisk till neural stimulering. Icke desto mindre är risken för att utveckla specificitet för akustisk stället neural stimulering närvarande. Användningen av bandpass-filtreras brus som akustisk stimulus snarare än rena skurar tone, den förra förkan bättre spegla den perceptuella upplevelsen av neural stimulering, kan minska risken för sådan specificitet utvecklas. Men inför ett sådant förfarande ytterligare variabeln bandbredd för filtret, vilket påverkar diskriminering uppgifter.

En ytterligare begränsning associerad med någon kronisk neurala implantering, såsom erfordras för beteendetestning, är förändringen i funktion av elektroden eller den därtill hörande neurala vävnaden över tiden. Stimulering av nervvävnad kan leda till både temporär suppression av neurala aktiviteten ¹³ och förändringar vävnad såsom cellförlust ¹⁴ och direkt hjärnvävnad svar på elektroden. ¹⁵

Den beskrivna metoden för att implantation och beteendemässiga tester ger ett medel för att testa både upptäcka och diskriminering av akustiska och elektriska stimuli kort utbildning och möjligheten att utöva kontroll av försök frekvens. Tekniken att använda förändringar i HR som en mätninge av konditionerad rädsla kan vara tillämpliga på inte bara hörsel testning, utan mer allmänt till alla sensoriska test där stimuli kan presenteras för en diskret tid, och där detektering av sensorisk diskriminering önskas.

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.