Kemirgenler Davranış Odyometri için Düşük Maliyetli Kurulum

Summary

Bozukluklar veya phantom algıları (subjektif tinnitus) işitme, işitme eşik gibi parametreleri işitme davranışsal belirlenmesi için hızlı ve ucuz bir yöntem tarif edilmiştir. Bu akustik irkilme tepkisi öncesi nabız inhibisyonu kullanır ve kolay programlanabilir bir AD / DA çevirici ve bir piezo sensör kullanarak bir kişisel bilgisayara uygulanabilir.

Abstract

Işitsel hayvan araştırmada deney katılan hayvan deneklerin temel işitme parametreler hakkında kesin bilgi sahibi olmak çok önemlidir. Bu parametreler beyin sapı odyometrisi (BERA) aracılığıyla örneğin işitme yollarının fizyolojik yanıtı özellikleri, olabilir. Ancak bu yöntemler bu fizyolojik parametrelere karşılık işitsel idrak hakkında sadece dolaylı ve belirsiz değerlendirmelere izin. Işitme algısal düzeyde değerlendirmek için, davranışsal yöntemler kullanılması gerekmektedir. Hayvan modellerinde algının tanımı için davranışsal yöntemlerin kullanımı ile olası bir sorun, bu yöntemlerin çoğu konularda davranışsal test edilebilir önce paradigma öğrenme çeşit dahil olmasıdır, örneğin hayvanların bir kola basın öğrenmek zorunda kalabilirsiniz Bir ses yanıt. Bu öğrenme paradigmaları değişim algısı kendisini ^1,2 gibi onlar sonuçta elde algısı ile ilgili herhangi bir sonuç etkileyecektirBu yöntemler ve bu nedenle dikkatle yorumlanması gerekir. İstisnalar Burada hiçbir öğrenme paradigmaları algısal Test öncesinde yürütülen gerekir, çünkü refleks yanıtları yararlanabilirler paradigmaları vardır. Böyle bir refleks yanıt son derece tekrarlanabilir naif hayvanların beklenmedik yüksek sesler ile sağlayabildiklerini akustik irkilme tepkisi (ASR) 'dir. Sırayla Bu ASR bu önceki uyaranın algılanabilirliği bağlı sesler önceki etkilenmiş olabilir: iyi eşik tamamen ASR genliği inhibe edecek işitme Yukarıda Sesler; sadece biraz ASR inhibe edecek eşiğinize yakın geliyor. Bu olgu, kademeli olarak ön darbe sezilebilirlik bağlıdır ASR ön nabız inhibisyon (PPI) ^3,4 ve PPI miktarı olarak adlandırılır. ASR ÜFE nedenle de işitme bozuklukları belirlemek için hatta bu olası subjektif tinnitus gözlemleri tespit etmek, naif olmayan eğitimli hayvanların davranışsal odyogram belirlemek için uygundurhayvanlar. Bu yazıda bir kemirgen modeli (bkz. aynı zamanda ref. ⁵⁾ bu yöntemin kullanımını gösteren, bir Moğol gerbil (Meriones unguiculatus), bir de normal bir insan işitme aralığında irkilme tepkisi araştırma modeli tür biliyorum (örn. ^6).

Protocol

1. Kurulum Montaj ve Yazılım Programlama

1. Kişisel Bilgisayar (örn: NI PCI 6229, National Instruments) bir D / A kartı takın ve bir breakout kutusu (örneğin: BNC-2110, National Instruments) bağlayın, hem de en azından bir giriş ve bir çıkış kanalını desteklemesi gerekir en az 44,1 kHz, her bir örnekleme hızı ile.
2. Bir ses yükseltici BNC kablosu (: AMP75 wideband güç amplifikatörü, Thomas Wulf gibi) aracılığıyla breakout kutusu çıkışını bağlayın.
3. Karanlıkta hayvan gözetim için.: Kızılötesi kamerası (Grand IP Camera Pro, GrandTec Elektronik örneğin) yükleyin
4. Şekil 1'de verilen akış şeması tarafından tanımlanan bir program uygulamak için: bir Integrated Development Environment (Matlab gibi) yükleyin. Matlab 2007b üzerinde çalışan bir versiyonu ilgili yazarın ücretsiz olarak temin edilebilir.
5. Bir ses yalıtımlı odası içinde bir tablo üzerinde bir hoparlör yükleyin. Hoparlör t bağlayınses yükseltici o.
6. Yalıtkan bir levha üzerine bir piezo sensörü (örneğin kuvveti sensörü FSG15N1A, Honeywell) takın, gücü ile bunu destekleyen ve breakout kutusu girişine BNC kablo ile bağlayın; zemin sensörü sinyali.
7. (: Uzunluk 15 cm, iç çapı 4.3 cm, dış çapı 4.8 cm Gerbils örn) ölçmek için kemirgen boyutuna göre ayarlanabilir olan akrilik bir cam tüp, bir ölçüm haznesi oluşturmak. Bir tüpün ön 0.5 mm'lik bir ağ genişliğine ve arka için bir kilit mekanizması (örneğin, bir kanca) ile tamponlu bir kapı ile ızgaralı düzeltildi. Tespit sadece menteşe ve kanca için kefalet tüp sabitlenir kapı için, sıcak tutkal ile yapılabilir.
8. Yalıtım algılayıcı kartı üzerindeki ölçüm tüpü boyutlarına sığacak köpük plastik ayakları takın. Ayaklar ön ve arka uç altında boru destek ve sensör seviyesine tüp kaldırın. Piezo sensör ve ölçüm odası arasındaki ışık bağlantısı olduğundan emin olun. Hoparlörün önünde merkezli ölçüm odasına sahip sensör kurulu saptamak ve (örneğin, B & K Tip 2669 / B & K Tip 4190 amplifikatörü B & K Tip 2610, tüm ölçüm bağlı: Bruel ve Kjaer) yanındaki ses kontrolü için bir mikrofon koymak düzeyde hayvanların kafası, böylece tüp engel yoktur.
9. Sizin odyometrik veri kalitesi, ses sisteminin kalitesine bağlıdır unutmayın. Her durumda, ilk deneyler öncesinde sistem sıklığını transfer fonksiyonu belirlemek ve hoparlör düz spektral çıkış yapmak için bu frekans transfer fonksiyonu düzeltmek için yazılım bir rutin dahil etmek mikrofon ve ölçüm amplifikatörü kullanın.
10. Bir hayvan davranışlarını izlemek böylece kurulum ile web kamerası hizalayın.

2. İşitme Eşikleri Davranış Tayini (Odyogram)

1. Kendi ev kafesinden hayvan al ve tüp ilk baş koymak; ckapı kaybederler.
2. Köpük ayak ve sensör tüpü koyun. Herhangi bir ışık kapatın ve odasına kapıyı kapatın. Odanın kendisi klimalı değil ama sıcaklık, nem ve çevredeki laboratuarın diğer çevresel değişkenler vardır. Vantilatörle hava değişimi nedeniyle kaynaklanan gürültüyü tavsiye edilmez ama odasının hacminin saatlerce hayvan için oksijen desteklemektedir. Hayvan kurulum alışması için izin 15 dakika bekleyin. Kendi hızda sakin ve tüp alışması gibi alışma süresi hayvan için faydalıdır. Diğer taraftan, bir oturum boyunca birkaç klimatize süre boyunca herhangi bir davranış fark görmemekte, ki önceki deney için tüp ve oda ile hayvan tanımaya yönelik bir ilave aktif gerekli olmadığını gösterir.
3. Programı başlatın ve (bkz. aynı zamanda ref ^5.) Stimülasyon parametrelerini tanımlarsınız: Uyaranlar farklı frekanslarla saf tonları oluşurfrekansları. Irkilme uyaran tekrarlanabilir bir irkilme tepkisi ortaya çıkarmak için yeterince yüksek bir ses basınç seviyesi ile birlikte sunulması zorunludur. Bizim laboratuvar biz Moğol Gerbils içinde irkilme yanıtları ortaya 105 dB SPL (stimulus süresi 6 ms 2 ms kosinüs kare yükselişi ve düşüşü rampalar dahil) yoğunlukları kullanın. Irkilme uyaranlara önceki testi uyaranlar genellikle aşağıdaki sıra eşiğin üstünde ve türlerin tamamı sesli kapsayan frekansları ile seviyelere eşik işitme, test edilecek aralığında frekansı ve değişen şiddetlerde sunulmaktadır. Frekans ve irkilme ve uyarım testi süresi her deneme eşleştirilir, irkilme ve test uyaran arasındaki arası sürelerde 100 ms olarak ayarlanır. Her frekans ve test uyaranların yoğunluğu kombinasyonu (bkz. Şekil 2A, solda) 10 randomize interstimulus aralıklarla en az 15 tekrarlar ± 2.5 sn kullanın. Müteakip testi uyaranlara sunulabilir randomize veya non-ran yarandomize sipariş. Bir non-randomize bir yaklaşım kullanıyorsanız (örneğin, test edilen tüm frekanslar için sabit bir test uyarıcı seviyesi) değişik uyaranlarla setler arasında toparlanma 5 dk bekleyin. Eşiği belirlenen mutlak eşik uyaranların randomizasyon bağlı olacaktır unutmayın, ancak olası göreli kaymalar (akustik travma sonrası, örneğin krş. Ref. ⁵⁾ olmaz.
4. Verileri analiz etmeden önce, veri kümesi (.; Cf Şekil 2B, örneğin hayvan irkilme uyaran önce taşınan denemeler) geçersiz denemeler çıkarın.
5. Irkilme uyaran sonrası ilk 50 ms zaman penceresi içinde, yanıt amplitüdü (cevabının ilk minimum birinci maksimum arasındaki tepe tepe) ve her bir deneme yanıt gecikmesi (yanıt başlangıcı uyaran başlangıç ​​zaman) hesaplamak .
6. Tüm geçerli singl için prestimulus yoğunluğu kriteri bir frekans set tam yanıt amplitüdü verilere Boltzmann fonksiyonu Fite denemeler. Boltzmann fonksiyonu ^7% 50 nokta bu stimülasyon frekansı için işitme eşiğini gösterir.

3. İşitme ve Akustik Travma ve Ölçülmesi

1. 4 mg / kg (Rompun% 2, Bayer); atropin sülfat: 1 mg / kg (Atropinsulfat; ksilazin hidroklorid 96 mg / kg (Ketamin-ratiopharm, Ratiopharm): ketamin hidroklorür karışımı ile ketamin-ksilazin-anestezi hazırlanması 9:1:2:8 oranında B. Braun Melsungen AG) ve fizyolojik NaCl solüsyonu (Berlin-Chemie AG, Berlin).
2. 3 ml / kg subkutan anestezi ile hayvan enjekte edilir. Hayvan derin anestezi kadar bekleyin (yaklaşık 5 dk, refleksleri kontrol, örneğin, pedalı geri çekme refleksi kullanın). Ölçümler sırasında anestezi sağlamak için, sürekli olarak 3 ml / kg / bir şırınga pompası kullanılarak saat arasında bir oranda anestetik çözelti enjekte edilir. Uygun ekipman ile vital bulguları (örneğin, kamera yoluyla solunum) Kontrol ve placi tarafından hayvan sıcak tutmakng bir ısınma pad üzerinde.
3. Akustik travma neden, örneğin yüksek sesle saf ses kullanarak: 75 dk 115dB SPL örneğin 2 kHz.
4. Travma bitiminden sonra şırınga pompası durdurmak ve sakin bir yerde bir ısınma pad üzerinde uyandırma kafesteki uyanık hayvan olsun. Vital bulguları stabil ise uyanış aşamasında düzenli olarak kontrol edin. Tamamen uyanık sadece kendi ev kafesinde hayvan koyun. Hayvan anestezi (en az 2 gün) ve onun ev kafese geri kalanı kurtarmak olsun.
5. Tekrar 2,1-2,6 gerçekleştirin. Her frekans için işitme kaybı yüzdesini hesaplayarak akustik travma öncesi ve sonrası işitme eşikleri karşılaştırın. Tüm deneylerde sona ermesinden sonra acısız hayvan ötenazi.

4. Akustik Phantom Algı için Test (Subjektif tinnitus)

1. Akustik travma öncesi ve sonrası bu ölçümleri gerçekleştirin.
2. Hayvan kurulum zaten değilse 2,2-2,1 izleyin.
3. A nstimülasyon paradigmaların umber subjektif tinnitus için kemirgenler test etmek için kullanılabilir. Tüm bu yaklaşımlar oranı bir arka plan gürültü içinde sessiz bir boşluk süregelmesindeki için test etmektir. Boşluk hayvanlar tarafından algılanan ise, benzer bir şekilde 2 içerisinde tarif edilen prosedüre bir irkilme yanıtı azaltmak için bir deney uyarıcı olarak kullanılır. Hayvan kulak çınlaması (akustik travma sonrası geliştirme olasılığı olduğunu) muzdarip, bu kulak çınlaması sessiz boşluk içinde algılanan ve bu nedenle boşluğu daha az belirgin hale getirir edilecektir. Irkilme tepkisi üzerindeki boşluğun etkisi dolayısıyla sağlıklı kontrollerde (ÜFE, krş. ⁸ azaltılır) ile karşılaştırıldığında tinnitus hayvanlarda zayıf olacaktır. Bu idrak, iki biraz farklı protokoller ile test edilir.
4. 1 oktav adımlar Stimul 1 den 16 kHz frekansları ile irkilme ses şiddeti 105 dB SPL: Burada sunulan ilk subjektif tinnitus paradigmada (. Şekil 2A, merkez, cf ⁹⁾ uyarılması için aşağıdaki parametreleri kullanınBizi 2 ms kosinüs kare yükselişi ve düşüşü rampalar dahil uzunluğu 6 ms. Ile veya 100 ms ile irkilme uyaran öncesinde bir 15 ms boşluk olmadan, deneme sırasında 50 dB SPL bir beyaz gürültü plan sunun; her bir frekans ve boşluk durum için en az 15 davanın mevcut. Randomize olmayan bir yaklaşım kullanıyorsanız, farklı uyarıcı set arasında 5 dk kurtarma sağlar. Farklı irkilme uyaran frekansların kullanımı algılanan tinnitus frekans kaba bir tahmin verecektir.
5. İkinci bir subjektif tinnitus paradigma (Resim 2A, sağ) olarak aşağıdaki uyarılması parametreler kullanabilir: startle ses şiddeti 105 dB SPL, çift tıklama başı 0,1 ms süresi ve tıklamalar arasındaki 0,1 ms, ters yönde olan ikinci tıklama ile uyarana tıklayın birinci ile karşılaştırılmıştır. 1 oktav adımlarla 16 kHz arasında değişen 0.5 oktav ve merkez frekansları bir gaussian filtre genişliği ile 50 dB SPL bir bant geçiren filtre gürültü arka sunun. Bu gürültü ei TanıtMevcut en az 15 davanın her frekans ve boşluk durum için; 100 ms tarafından irkilme uyaran öncesinde bir 15 ms boşluk ile veya olmadan orada. Randomize olmayan bir yaklaşım kullanıyorsanız, farklı uyarıcı set arasında 5 dk kurtarma sağlar. Bandpass arka plan gürültü farklı merkez frekanslarında kullanımı algılanan tinnitus frekans kaba bir tahmin verecektir.
6. 2,5-2,4 izleyin;. Her test frekansı için ayarlanan bir referans veri ve her travma durumu, yani, akustik travma öncesi ve sonrası ile edinilmiş tüm verileri normalleştirmek. Bu referans herhangi prestimulus (bkz. 2.3) olmadan saf ses irkilme uyarana tepki genlik olduğunu. Frekans bant geçirici filtre edilmiş gürültü saf ton ya da merkez frekansı ile tespit edilir. Her referans ortalama tepki hesaplayın ve referans yoluyla bölünerek hesaplanan her tepkisi genliği normalleştirmek.
7. Boşluğu conditio normalize tepki amplitüdleri bölerek ÜFE hesaplaman, her bir test frekansının normalize hiç boşluk durumun ortalama ile.
8. Her test frekansı için yüzde travma sonrası ÜFE değişimi hesaplayın.

Hayvanların irkilme yanıtları oluşturmak ve analiz etmek kolaydır. Şekil 2B 15 kez herhangi prestimulus olmadan 105 dB SPL bir saf ses ile uyarılan bir hayvanın tipik bir sonucu genel bir bakış sunmaktadır. Çalışmaların büyük çoğunluğu geçerli ve geçersiz denemeler (denemeler kırmızı kare ile işaretlenir) tanımak kolaydır vardır. Yanıtı amplitüd ve latans tek geçerli çalışmalardan hesaplanır.

Tipik bir eşik davranış değişimi Şekil 3A 'de verilmiştir. 2'de anlatılan yöntem ile elde edilen bir örnek teşkil eden bir hayvan odyogram 2 kHz (sarı alan) bir akustik travma önce (mavi) ve (kırmızı) sonra verilir. Net bir işitme kaybı 2 kHz'de özellikle gösterilir. Bir subjektif tinnitus idrak ilgili tepkiler olabilir4,5 tarif edildiği gibi Şekil 3B'de görüldüğü gibi, yukarıdaki gibi aynı hayvanın normalize tepki amplitüdleri travma altında ve üstünde uyarımlar bir oktav için örnek olarak verilmiştir. Ve boşluk olmayan uyaranlara yanıt karşılaştırmadan önce (mavi) ve sonrası travma (kırmızı), olası bir kulak çınlaması idrak bir yorumunu verir. Travma Yukarıdaki boşluğu etkisi bu frekansta bir mispercept gösteren, travma sonrası kayboldu ise travma frekans Aşağıda cevabı desen hiçbir değişiklik bulunabilir.

Şekil 1. Davranışsal eşikleri ve subjektif tinnitus verileri toplamak için kullanılan programın akış diyagramı. Bu sadece program kodu basitleştirilmiş bir sürümü olduğunu unutmayın. Kısaltmalar: GUI - grafik kullanıcı arayüzü; ISI - arası uyarıcı aralığı.

Şekil 2. İşitsel irkilme tepkisi (ASR) uyarı. Üç farklı uyarım protokollerinin bir Şemaları kullanılır. Sol panel: önce herhangi bir saf ses uyarım testi (yeşil) irkilme sesi (kırmızı) olmadan ölçülen ASR öncesi nabız inhibisyonu (ÜFE); yanıtı dönemde mavi tasvir edilir. Merkezi paneli: gap / beyaz gürültü arka plan üzerinde farklı frekanslarda saf ses irkilme uyaran sunum ile gürültü paradigma. Sağ panelde: bandpass tıklayın irkilme uyaran sunum boşluğu / gürültü paradigma farklı merkez frekanslarında arka plan filtrelenmiş 1 kHz stimülasyon frekansı herhangi prestimulus olmadan eşik paradigma ile kaydedilen 15 çalışmalarda B Örnek işitsel irkilme yanıtları.. Hayvan uyarılması başlangıcından önce zaten taşınmış gibi üç deneme geçersiz (kırmızı kareler) sayılır.

<img alt = "Şekil 3" src = "/ files/ftp_upload/4433/4433fig3.jpg" />
Şekil 3,. Bir hayvanda ASR Örnek sonuçları. Bir Davranış eşik öncesi (mavi) ve sonrası (kırmızı) 2 kHz (sarı alan) akustik travma. Eşikleri yanıtlardan eşik değer olarak bir dönüm noktası Boltzmann-işlevini kullanarak ÜFE modüle ASR protokol hesaplanır. Unutmayın fazla% 66 için 2 kHz miktarlarda işitme kaybı, uzakta travma sıklığı birinden farer sıklıkla işitme eşiklerinin bile iyileşme görebilirsiniz, B Normalize tepki amplitüdleri (açık daireler:. Münferit araştırmalarda, dolu daireler: araçlar, bıyık: 1 ve 4 kHz merkez frekansları için boşluk / gürültü tıklayın ASR protokolü (4.5) ile uyarılma sırasında standart sapma). Yanıtlar 2 kHz'de travma öncesi ve sonrası gürültü boşluğu olmadan ve denemeler için sıralanır. Sadece 4 kHz boşluk etkisi bu etrafında bir subjektif tinnitus idrak gösteren travma sonrası kayboluyorfrekansı.

Discussion

Biz davranışsal işitme eşikleri (= odyogram ¹⁰⁾ ve subjektif tinnitus ¹¹ gibi işitsel fantom gözlemleri belirlemek için kullanılan akustik irkilme yanıtları ön darbe inhibisyonuna dayanan kemirgenlerde odyometrik ölçümler için ucuz ve inşa etmek kolay kurulum sunuyoruz. Özellikle ikinci ölçümler birkaç yeni rapor ^8,12,13,14 odağı olan ve bu hastalığın altında yatan nöronal mekanizmaların elektrofizyolojik araştırmalar için bir önkoşul olarak görülebilir. Bu yöntem mümkün hayvanlar akustik travma ve vermedi olanlardan sonra idrak bir subjektif tinnitus geliştirmek vermedi hangi ayırt eder, sonra daha fazla primer işitsel korteksin elektrofizyolojik kayıtlar ile bu kişilerin, örneğin, araştırmak edilir kullanma.

Akustik travma sonrası irkilme verilerin analizinde kritik bir adım olabilir irkilme genlik veri normalleşmesi olduğunumaksimum uyarım testi önceki olmadan anlaşılabilir: Bu tinnitus hayvanlarda azalmış ÜFE gelen işitme kaybına göre küçültülebilir irkilme yanıtları ayırt etmek özellikle önemlidir: hayvan kısmen kurtarır gibi akustik travma etkisi, zamanla değişiyor, ama kabaca 50 işitme kaybı% kalıcıdır. Işitsel eşikleri test ancak kalibrasyon için kullanılan değil yukarıda bahsedilen raporlar, aksine, bir başvuru ile her yanıt genliği normalize her frekansın farklı işitme eşikleri ve akustik travma kendisinin etkisi etkilerini en aza indirmek için çalıştı. Ayrıca biz (4.4) ilk günü travmadan sonra bir hafta daha uzun zaman ölçekleri üzerinde test hayvanlar için daha iyi çalışma ve (4.5), ikinci "klasik" içinde test hayvanlar için daha iyi çalışma ile herhangi bir kulak çınlaması idrak değerlendirmek için protokoller iki farklı tür, kullanmak bir hafta travma sonrası.

Bu yöntemin bir sınırlaması Clea olduğunurly bu bir akustik travma akut etkilerini değerlendirmek değildir. Hayvan kurtulması için olduğu gibi anestezi ve sonrası ilk ölçüm arasında en az iki gün sonra, seçilmelidir. Doğrudan travma sonrası akut işitme kaybı bir tahmin elde etmek için, beyin sapı odyometrisi (BERA) kullanılabilir.