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Neuroscience

Il potere di Interstimulus intervallo per la valutazione di elaborazione temporale in roditori

Published: April 19, 2019 doi: 10.3791/58659
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Program in Behavioral Neuroscience, Department of Psychology, University of South Carolina

Summary

Elaborazione temporale, un processo preattentive, può essere alla base di deficit nei processi cognitivi più alto livello, tra cui attenzione, comunemente osservata nei disordini neurocognitive. Tramite inibizione del prepulse come un paradigma esemplare, presentiamo un protocollo per la manipolazione di interstimulus intervallo (ISI) per stabilire la forma della funzione ISI per fornire una valutazione della elaborazione temporale.

Abstract

Deficit di elaborazione temporale sono stati implicati come potenziale dimensione elementare di livello superiore processi cognitivi, comunemente osservata nei disordini neurocognitive. Nonostante la divulgazione di inibizione del prepulse (PPI) negli ultimi anni, molti protocolli correnti promuovono utilizzando una percentuale di misura di controllo, quindi precludere la valutazione di elaborazione temporale. Lo studio presente ha utilizzato cross-modale PPI e gap inibizione del prepulse (gap-PPI) per dimostrare i vantaggi connessi all'occupazione di una gamma di intervalli di interstimulus (ISIs) per delineare gli effetti della modalità sensoriale, psicostimolante esposizione ed età. Valutazione delle modalità sensoriale, psicostimolante esposizione ed età rivela l'utilità di un approccio variando l'intervallo di interstimulus (ISI) per stabilire la forma della funzione ISI, compreso aumenta (inflessioni più nitide curva) o diminuisce (appiattimento curva di risposta ampiezza) startle in ampiezza. Inoltre, turni nell'inibizione di risposta di picco, indicativo di una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI, spesso si rivelano. Così, la manipolazione sistematica di ISI permette un'occasione fondamentale valutare elaborazione temporale, che può rivelare i meccanismi neurali coinvolti nei disordini neurocognitivi.

Introduction

Deficit di elaborazione temporale sono stati implicati come un potenziale meccanismo neurale sottostante per alterazioni a livello superiore processi cognitivi comunemente osservati nei disordini neurocognitive. Inibizione del prepulse (PPI) della risposta dello startle uditiva (ASR) è un paradigma sperimentale traslazionale, comunemente usato per esaminare i deficit di elaborazione temporale, rivelando profonde alterazioni nei disordini neurocognitivi quali schizofrenia,1 2 di disordine di iperattività di deficit di attenzione e HIV-1 associati disturbi neurocognitivi3,4. In particolare, valutazioni di elaborazione temporale in modelli preclinici di HIV-1 hanno rivelato le generalità, la relativa permanenza e suggerito l'utilità di diagnostica di PPI in tutta la maggior parte degli animali durata funzionale3,4 ,5,6.

Uso di un approccio variabile intervallo di interstimulus (ISI; cioè, il tempo tra il prepulse e lo stimolo di startle) nell'analisi delle date di modifica riflesso torna a Sechenov nel 18637. Gli studi seminali di modificazione riflessa, una misura di sensorimotoria gating, impiegato un approccio variando ISI per valutare la risposta del flessore e provino in rane7,8, così come le risposte istintive in esseri umani9. La prima applicazione clinica della procedura di modifica riflessa valutate sensibilità visiva in un uomo con cecità isterica10. Oltre un secolo dopo i primi rapporti di modificazione riflessa, l'approccio di ISI variabili è stato reso popolare in tutta una serie di carte seminali11,12,13. Nonostante le differenze inerenti gli studi seminale sulle reflex modifica (cioè, specie, procedure sperimentali, riflessi), hanno stabilito una relazione temporale che era sorprendentemente simile tra specie.

Valutazione dell'inibizione del prepulse utilizzando un approccio variando ISI, come dettagliato nel presente protocollo, ha più vantaggi rispetto la percentuale diffuso di approccio di controllo. In primo luogo, l'approccio offre l'opportunità di stabilire la forma della funzione ISI, compresi gli aumenti (inflessioni più nitide curva) o diminuisce (appiattimento della curva di risposta ampiezza)3,15 nell'ampiezza dello startle, così come si sposta al punto di picco di inibizione di risposta di3,5. Inoltre, quando un approccio che varia ISI è impiegato, risposta dello startle è un fenomeno relativamente stabile1, suggerendo la potenziale utilità dell'approccio longitudinali studi che esaminano la progressione di deficit neurocognitivi5 , 15. Infine, PPI fornisce un'opportunità critica di comprendere circuiti neurali sottostanti coinvolti in neurocognitive disturbi16.

Nel nostro studio, abbiamo impiegato due paradigmi sperimentali (Figura 1), tra cui cross-modale PPI e inibizione del prepulse divario (gap-PPI), per valutare l'utilità di un approccio variando ISI per delineare gli effetti della modalità sensoriale, esposizione psicostimolante, e l'età. Il paradigma sperimentale del PPI di cross-modale utilizza la presentazione di uno stimolo aggiunto (ad es., tono, luce, soffio di aria) come un discreto prestimulus prima di uno stimolo acustico sorprendente. In netto contrasto, nel paradigma sperimentale gap-PPI, l'assenza di uno sfondo (ad es., rimozione del rumore di fondo, luce o aria soffio) serve come un prestimulus discreti. Qui, descriviamo entrambi i paradigmi sperimentali per la valutazione di elaborazione temporale, nonché approcci statistici per l'analisi del PPI e gap-PPI. All'interno della discussione, abbiamo confrontato le conclusioni uno da trarre dalla variabile approccio ISI e la popolare per cento dell'approccio di controllo.

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Protocol

Tutti i protocolli di animali sono stati esaminati e approvati dal comitato di utilizzo presso la University of South Carolina e cura degli animali (numero di assicurazione federale: D16-00028).

1. definizione di parametri e taratura dell'apparato dello Startle

  1. Impostare il sistema di risposta di startle (Vedi Tabella materiali) secondo le istruzioni del produttore.
    1. Racchiudere la piattaforma dello startle in un gabinetto di 10 cm di spessore doppio isolamento.
  2. Calibrare la sensibilità di risposta utilizzando il sistema di calibrazione dello startle.
  3. Collegare l'altoparlante ad alta frequenza 30 cm sopra il detentore degli animali.
    1. Misurare e calibrare l'altoparlante utilizzando un fonometro posizionando il microfono all'interno del supporto degli animali.
  4. Apporre un LED a luce bianca (22 lux) sulla parete di fronte il detentore degli animali.
    1. Misurare il lux ha presentato come un visual prepulse utilizzando un misuratore di luce.
  5. Collegare un tubo di plastica semi-rigido (0,64 mm di diametro) per un aria compressa serbatoio tramite un regolatore di linea aerea.
    1. Impostare il serbatoio dell'aria a 16 psi per la presentazione di prestimuli tattile.
    2. Utilizzare un fonometro per misurare la quantità di rumore emesso dallo stimolo tattile all'interno del tubo, 2,5 cm dall'estremità del detentore degli animali. Se si utilizza più alloggiamenti, assicurarsi che tutti gli alloggiamenti sono tarati allo stesso modo.
      Nota: Per impedire che lo stimolo tattile viene percepito come uno stimolo acustico, il suono del prepulse di soffio di aria deve essere minore o uguale allo sfondo di rumore bianco. Nella confi gurazione di presenti, il prepulse di soffio di aria emessa 70 dB (a) all'interno del tubo, mentre il rumore di fondo bianco è stato inoltre impostato su 70 dB (a).

2. creazione di programmi sperimentali

  1. Aprire il software di sistema di risposta di Startle (Vedi Tabella materiali).
  2. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
  3. Definire un processo di ASR solo impulso.
    Nota: L'ASR solo impulso di prova viene eseguito durante la sessione di assuefazione e 6 volte all'inizio di ogni sessione di gap-PPI per assuefazione e cross-modale PPI.
    1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
    2. Dati del record.
    3. Impostare livello analogico a 720.
    4. Definire il periodo di attesa come 20 ms.
    5. Introdurre il Background.
    6. Fine del processo.
    7. Premere accetta per salvare la versione di prova.
  4. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
  5. Creare definizioni di prova separate sei per acustica PPI, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per acustica PPI.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Dati del record.
      3. Impostare livello analogico a 720.
      4. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      5. Introdurre il Background.
      6. Fine del processo.
      7. Premere accetta per salvare la versione di prova.
    2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Impostare il livello analogico su 600 a 0 ms per introdurre il prestimulus.
      3. Assegnare la lunghezza di aspettare a 20 ms per specificare la lunghezza della prestimulus.
      4. Impostare il livello analogico a 440 a 20 ms per rimuovere il prestimulus.
      5. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
        Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI. Aspetta solo una lunghezza è incluso per ogni ISI.
      6. Dati del record.
      7. Impostare livello analogico a 720.
      8. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      9. Introdurre il Background.
      10. Fine del processo.
      11. Premere accetta per salvare la versione di prova.
  6. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
  7. Creare definizioni di prova separate sei per PPI visivo o tattile, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per PPI visiva o tattile.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Dati del record.
      3. Accendere il tattile.
      4. Impostare livello analogico a 720 e la lunghezza dell'attesa per 20 ms.
      5. Spegnere il tattile.
      6. Introdurre il Background.
      7. Fine del processo.
      8. Premere accetta per salvare la versione di prova.
    2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      Nota: Visivo e tattile non possono essere eseguiti simultaneamente a causa delle limitazioni hardware e software. La modalità presentata dipende l'input nell'hardware (cioè, se la luce è collegata o il soffio di aria è collegato).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Accendere il tattile per introdurre il prestimulus.
        Nota: In questo caso, tattile si riferisce alla modalità (cioè, entrambi visual o soffio di aria) che è collegato all'hardware.
      3. Impostare la lunghezza attesa a 20 ms.
      4. Spegnere il tattile per rimuovere il prestimulus.
      5. Impostare il livello analogico a 440 a 20 ms.
      6. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
        Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI.
      7. Dati del record.
      8. Impostare livello analogico a 720.
      9. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      10. Introdurre il Background.
      11. Fine del processo.
      12. Premere accetta per salvare la versione di prova.
  8. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
  9. Creare definizioni di prova separate sei per acustica gap-PPI, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per acustica gap-PPI.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Dati del record.
      3. Impostare livello analogico a 720 e la lunghezza dell'attesa per 20 ms.
      4. Introdurre il Background.
      5. Fine del processo.
      6. Premere accetta per salvare la versione di prova.
    2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Impostare il livello analogico per 0 a 0 ms per introdurre il prestimulus.
      3. Assegnare la lunghezza di aspettare a 20 ms per specificare la lunghezza della prestimulus.
      4. Impostare il livello analogico a 440 a 20 ms per rimuovere il prestimulus.
      5. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
        Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI.
      6. Dati del record.
      7. Impostare livello analogico a 720.
      8. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      9. Introdurre il Background.
      10. Fine del processo.
      11. Ha colpito accettare per salvare la versione di prova.
  10. Fare clic su definizioni e selezionare definire Trial.
  11. Creare definizioni di prova separate sei per il visivo o tattile gap-PPI, tra cui una prova per ogni ISI (vale a dire, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Creare una definizione di prova per la ms 0 ISI per gap-PPI visiva o tattile.
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Accendere il tattile.
      3. Dati del record.
      4. Impostare livello analogico a 720 e la lunghezza dell'attesa per 20 ms.
      5. Introdurre il Background.
      6. Fine del processo.
      7. Premere accetta per salvare la versione di prova.
    2. Creare restanti prova definizioni per ISIs con un prestimulus sia uno stimolo (vale a dire, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digitare un nome di prova. Premere INVIO.
      2. Accendere il tattile.
      3. Impostare l'analogico livello a 0 ms.
      4. Spegnere il tattile.
      5. Impostare la lunghezza attesa a 20 ms.
      6. Accendere il tattile.
      7. Impostare livello analogico a 440.
      8. Definire la lunghezza attesa dipendono dall'ISI.
        Nota: Definire il periodo di attesa come: 10 ms per i 30 ms ISI, 30 ms per 50 ms ISI, 80 ms per 100 ms ISI, 180 ms per i 200 ms ISI e 3980 ms per il 4000 ms ISI.
      9. Dati del record.
      10. Impostare livello analogico a 720.
      11. Assegnare la lunghezza attesa a 20 ms.
      12. Introdurre il Background.
      13. Fine del processo.
      14. Ha colpito accettare per salvare la versione di prova.
  12. Selezionare definizioni e definire la sessione.
    1. Creare una sessione di assuefazione.
      1. Impostare il livello di sfondo analogico 440, il numero di campioni Record a 200 i campioni al secondo a 2000, il periodo di acclimatazione a 5 min e le ripetizioni di sequenza a 36.
      2. Digitare 10 nella casella di riepilogo intertrial intervallo (ITI).
      3. Fare clic su Aggiungi e selezionare la versione di prova di ASR solo impulso.
      4. Fare clic su Salva per salvare la sessione di assuefazione.
  13. Selezionare definizioni e definire la sessione.
  14. Definire la sessione per Cross-modale PPI.
    1. Impostare il livello analogico sfondo a 440, il numero di campioni Record a 200 i campioni al secondo a 2000, il periodo di acclimatazione a 5 min e le ripetizioni di sequenza di 1.
    2. Definire l'elenco di intertrial intervallo (ITI).
      1. Digitare 10 nelle prime 5 ITI elenco caselle.
      2. Digitare una variabile ITI (15-25 s) nelle caselle di elenco ITI successiva 72, che rappresentano le prove con un prestimulus.
    3. Fare clic su Aggiungi.
      1. Selezionare la versione di prova di ASR solo impulso e caricarlo 6 volte per prove 1-6.
      2. Creare blocchi di 6-prova per ogni modalità di prestimulus usando un disegno quadrato latino (tabella 1).
      3. Carico i blocchi di 6-prova in un ABBA controbilanciato l'ordine di presentazione (ad es., acustica, visual, visual, acustica, acustiche, ecc.) per cross-modale PPI.
        Nota: Ogni prova deve essere caricato individualmente.
        Nota: Ogni sessione PPI cross-modale include un totale di 78 studi.
    4. Fare clic su Salva per salvare la sessione.
  15. Selezionare definizioni e definire la sessione.
    1. Definire la sessione per Gap-PPI.
      1. Impostare il livello analogico sfondo a 440, il numero di campioni Record a 200 i campioni al secondo a 2000, il periodo di acclimatazione a 5 min e le ripetizioni di sequenza di 1.
      2. Definire l'elenco di intertrial intervallo (ITI).
        1. Digitare 10 nelle prime 5 ITI elenco caselle.
        2. Digitare una variabile ITI (15-25 s) nelle caselle di elenco ITI avanti 36, che rappresentano le prove con un prestimulus.
      3. Fare clic su carica per caricare le prove.
        1. Selezionare la versione di prova di ASR solo impulso e caricarlo 6 volte per prove 1-6.
        2. Creare blocchi di 6-prova per ogni modalità di prestimulus usando un disegno quadrato latino (tabella 1).
      4. Fare clic su Salva per salvare la sessione.
        Nota: Ogni sessione di gap-PPI include un totale di 42 studi. Ogni sessione valuta una modalità sensoriale.

3. protocollo struttura

  1. Utilizzare il ceppo di ratto F344/N, il ceppo inbred ratto più comune, per le valutazioni.
    Nota: Cross-modale PPI e gap-PPI possono essere condotti in animali a una varietà di età, di entrambi i sessi e indipendentemente dallo stato ormonale (cioè, ovariectomizzati, castrato, intatto). Dettagli per quanto riguarda gli animali utilizzati nei dati rappresentativi sono presentati nei risultati rappresentativi.
  2. Gestire gli animali per consentire per acclimatazione in tutta una serie di giorni prima di iniziare la sperimentazione.
  3. Randomizzare l'ordine degli animali per la sperimentazione dipende da fattori tra degli oggetti di interesse (ad es., il sesso biologico, trattamento).
  4. Aprire il software di sistema di risposta di startle. Fare clic su Esegui. Selezionare la sessione di interesse.
    Nota: solo una sessione viene condotto al giorno e le sessioni devono essere condotte in un ordine sequenziale (cioè, assuefazione, Cross-modale PPI, Gap-PPI)
  5. Immettere un nome di File di Output e fare clic su OK.
  6. Immettere le informazioni oggetto, gruppo e ID e fare clic su continua.
  7. Metti l'animale nell'apparecchio di startle utilizzando un recinto di animali che è più appropriato per le dimensioni dell'animale. Fare clic su OK per avviare la sessione.
  8. Esportare i dati per l'analisi.
    1. Fare clic su report | Concatenare i dati. Caricare il file di dati e fare clic su Aggiungi. Fare clic su ASCII per salvare l'output di dati.

4. analisi dei dati

  1. Calcolare un regolato V. Max per ogni prova sottraendo il Max V. dal valore iniziale.
    Nota: Il regolato V. Max crea una misura dell'ampiezza di picco media ASR.
  2. Visualizzare graficamente i risultati per la sessione di assuefazione.
    1. Trama del gruppo mezzi ed errori standard della media per ogni prova. Le analisi di regressione possono essere condotte e in forma con gli intervalli di confidenza del 95%.
  3. Visualizzare graficamente i risultati per sezione trasversale cross-modale PPI e gap-PPI.
    1. Calcolare i valori medi per ogni ISI facendo la media attraverso le 6 prove singolarmente per ciascun animale.
    2. Calcolare e rappresentare graficamente gruppo mezzi ed errori standard della media per ogni ISI e modalità sensoriale.
  4. Analizzare statisticamente cross-modale PPI e gap-PPI (facoltativo).
    Nota: Anche se l'approccio statistico preciso sarà dipende il disegno sperimentale e la domanda di ricerca di interesse, un misto di design ripetute misure che ANOVA fornisce un approccio adeguato.

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Representative Results

Una funzione ISI non monotone prominente è stata osservata in cross-modale PPI (figure 2A, 3A, 4A) e gap-PPI (figure 2B, 3B, 4B). Linea di base dello startle risposte sono state osservate presso il 0 e 4000 ms ISIs, incluso come prove di riferimento all'interno di una sessione di test. L'importanza del 4000 ms ISI non può essere sottovalutato, come si ricorda più da vicino le prove di test PPI (vale a dire, 30, 50, 100, 200 ms ISIs) in quanto il soggetto riceve entrambi gli stimoli del prepulse e sorprendenti. Tuttavia, nessuna diminuzione significativa nel ASR viene osservata presso il 4000 ms ISI a causa dell'intervallo di tempo di grandi dimensioni tra lo stimolo del prepulse e sorprendente. Sia l'aggiunta (cioè, cross-modale PPI) o rimozione (cioè, divario-PPI) di un prestimulus discreto prodotto robusto inibizione a 30, 50, 100 e 200 ms ISIs; inibizione che era dipendente da modalità sensoriale, psicostimolante esposizione o età. Esaminando questi effetti sui cambiamenti nella funzione ISI si rivela la potenza dell'approccio ISI (cioè, più nitide inflessioni della curva ISI, appiattimento della curva di ISI e turni nel punto dell'inibizione massima).

L'utilità di un approccio variando l'ISI per delineare gli effetti della modalità sensoriale in cross-modale PPI sono illustrati nella Figura 2A (F344/N controlla tra 8 e 10 mesi di età, n= 20). A causa di limitazioni hardware e software, solo due modalità di prestimulus possono essere valutate in una sola volta. A seguito di assuefazione, simultanei stimoli acustici e visivi del prepulse sono stati usati per esaminare PPI. Successivo, simultanei acustici e tattili del prepulse stimoli sono stati utilizzati per valutare PPI. Dati per acustica PPI sono presentati dal paradigma sperimentale compresa la presentazione simultanea di prestimuli acustici e visivo (cioè, contesto visivo). Uno spostamento prominente nel punto dell'inibizione massima dipende dalla modalità sensoriale, suggerendo una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI. L'inibizione massima è osservato in particolare, presso il 30 ms ISI dopo la presentazione di un prestimulus acustico discreto, presso il 50 ms ISI dopo la presentazione di un prestimulus visual discreti e i 200 ms ISI dopo la presentazione di un discreto prestimulus tattile. Inoltre, una funzione più piatta di ISI, indicativa di un'insensibilità relativa alla manipolazione di ISI, è osservata dopo la presentazione di un prestimulus acustico relativo un prestimulus visivo o tattile. Una misure ripetute ANOVA è stato condotto per analizzare statisticamente i dati, confermando le nostre osservazioni e rivelando un'interazione di x ISI modalità prestimulus significativo [F(10.190) = 22,8, pGG≤0.001, ηp2= 0,546] con una componente prominente lineare lineare [F(1,19) = 36,1, p≤0.001, ηp2= 0.655]. In particolare, l'interazione ha rappresentato una grande percentuale di varianza all'interno del modello, evidenziato tramite misure di ηp2.

A seguito di esperienza di un animale con ogni prestimulus in cross-modale PPI, il generalizability di effetti modalità sensoriale è stato valutato in gap-PPI. Gap-PPI acustica, visual gap-PPI e tattile gap-PPI sono stati condotti ciascuno separatamente. Figura 2B dimostra il generalizability di variando l'ISI per delineare gli effetti della modalità sensoriale. Uno spostamento prominente nel punto dell'inibizione massima, suggerendo una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI, è stato osservato in tattile gap-PPI (vale a dire, 30 ms) rispetto al divario acustica-PPI e visual gap-PPI (cioè, 50 ms). Inoltre, un'insensibilità relativa alla manipolazione di ISI, evidenziato da una funzione ISI relativamente piatta è stata osservata in tattile gap-PPI e visual gap-PPI rispetto acustico gap-PPI. Come cross-modale PPI, un'interazione x ISI significative prestimulus modalità [F(10.190) = 17.6, pGG≤0.001, ηp2= 0,481] con una componente prominente di lineare-quadratica [F(1,19) = 58,5, p≤0.001, Ηp2= 0.755] è stato rivelato; un effetto che ancora una volta, rappresenta una quota significativa della varianza.

Dopo il completamento del cross-modale PPI e gap-PPI, animali ripetutamente oralmente autosomministrati metilfenidato (MPH). Una valutazione di post-test di cross-modale PPI con simultanee prestimuli acustici e visivo e acustico gap-PPI sono state condotte a circa 14 mesi di età a seguito di 22-27 giorni di esposizione MPH. Le funzioni ISI pre-test e post-test per acustica PPI sono illustrate nella Figura 3A. In particolare, alla valutazione di post-test, un appiattimento relativa della funzione ISI è osservato, suggerente un'insensibilità relativa alla manipolazione di ISI relativo alla valutazione di pre-test. Inoltre, uno spostamento prominente nel punto dell'inibizione massima è rivelato, con inibizione a 30 ms ISI durante la valutazione pre-test e i 100 ms ISI alla valutazione di post-test, suggerendo una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI. Una misure ripetute ANOVA ha confermato queste osservazioni, rivelando un'interazione di x ISI sessione di test significativo [F(5,95) = 7.4, pGG≤0.003, ηp2= 0,280] con una componente prominente di lineare-quadratica [F (1,19) = 10.6, p≤0.004, ηp2= 0.358].

In seguito alla valutazione di post-test cross-modale PPI, acustica gap-PPI è stato condotto per valutare la generalizzabilità degli effetti dell'esposizione psicostimolante sull'elaborazione temporale. Figura 3B illustra il generalizability di variando l'ISI per delineare gli effetti dell'esposizione psicostimolante. Il punto di inibizione massima era a 50 ms ISI durante sia la valutazione pre-test e post-test. Tuttavia, una funzione ISI significativamente più piatta è stata osservata dopo l'esposizione MPH. Una misure ripetute ANOVA ha confermato queste osservazioni, rivelando un'interazione di x ISI sessione di test significativo [F (5, 95) = 3.6, pGG≤0.013, ηp2= 0.159] con una componente prominente di lineare-cubico [F (1,19) = 9.1, p ≤0.007, ηp2= 0.325].

La forma della funzione ISI offre anche l'opportunità di valutare lo sviluppo di elaborazione temporale in età. In uno studio longitudinale (controlli di F344/N, maschi: n= 20, femminile: n= 17), cross-modale PPI con simultanee prestimuli acustici e visivo è stata condotta ogni sessanta giorni dal giorno postnatale (PD) 30-PD 150. Lo sviluppo di elaborazione temporale in visual PPI è illustrato nella Figura 4A. All'interno di visual PPI, il punto di inibizione massima a tutte le età è presso l'ISI di 50 ms. Tuttavia, una flessione più nitida della funzione ISI viene osservata in età, suggerendo una percettiva affilatura che si verifica con lo sviluppo. Una misure ripetute ANOVA, con il sesso come il fattore tra soggetti ed età, ISI e prova come fattori di entro-oggetti, ha confermato queste osservazioni rivelando un'interazione x ISI età significativa [F(10.350) = 12.6, pGG≤0.001, η p2= 0.265] con una componente prominente di lineare-quadratica [F(1,35) = 32.6, p≤0.001, ηp2= 0.482] e un significativo ISI x interazione sesso [F(5.175) = 4.0, pGG≤0.014, η p 2= 0,104] con una componente prominente quadratica [F(1,35) = 5.2, p≤0.028, ηp2= 0.130].

A tutte le età, acustica gap-PPI è stata condotta seguendo cross-modale PPI. Le esperienze che ha avuto un animale hanno un impatto diretto sulle sue risposte, che renda necessario l'uso di un disegno sperimentale sequenza (cioè, conducendo sempre cross-modale PPI prima del divario-PPI). Figura 4B illustra lo sviluppo di elaborazione temporale, valutata utilizzando acustica gap-PPI. A PD 30, è stata osservata un'insensibilità relativa alla manipolazione di ISI, evidenziato da una funzione ISI più piatta, rispetto al PD 90 o PD 150. Osservazioni della funzione ISI più acuta a PD 150 suggeriscono una percettiva affilatura che si verifica attraverso lo sviluppo. Inoltre, uno spostamento prominente nel punto dell'inibizione massima è rivelato, con inibizione massima che si verificano a 30 ms ISI al PD 30 e i 50 ms ISI al PD 90 e 150 PD, suggerendo una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI. Statisticamente, l'osservazione di un'interazione di x ISI età significativa [F(10.350) = 10.4, pGG≤0.001, ηp2= 0.230] con una componente prominente di lineare-quadratica [F(1,35) = 70,5, p≤0.001, η p2= 0.668] e un ISI x interazione sesso [F(5.175) = 3,8, pGG≤ 0.010, ηp2= 0,097] con una componente prominente quadratica [F(1,35) = 11.0, p≤ 0.002, ηp 2= 0.184240] conferma le nostre osservazioni.

Figure 1
Figura 1: Prepulse paradigmi sperimentali di inibizione. A) animali esibiscono un trasalimento uditivo basale quando uno stimolo acustico dello startle è presentato. B) durante il cross-modale inibizione del prepulse (PPI), la presentazione di un prestimulus discreti (cioè, tono acustico, luce, aria soffio) 30 a 500 ms16 prima di una chitarra acustica startle stimolo, produce l'inibizione robusto. C) durante l'inibizione del prepulse divario (gap-PPI), la rimozione di un prestimulus discreti (lacuna nel rumore di fondo, luce o aria soffio) 30 a 200 ms17 prima di uno stimolo acustico dello startle produce l'inibizione robusto. L'immagine è adattato da labirinto ingegneri18. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: valutazione della sezione trasversale di elaborazione temporale: modalità sensoriale. A) analisi rappresentativa dell'effetto della modalità sensoriale la funzione intervallo interstimulus (ISI) nel cross-modale di inibizione del prepulse (PPI). B) analisi rappresentativa dell'effetto della modalità sensoriale su ISI nell'inibizione del prepulse divario (gap-PPI). Risultati di controllo da McLaurin et al. 6 sono analizzati nuovamente in un modo nuovo per valutare l'effetto della modalità sensoriale. I dati sono presentati come media ± errore standard della media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: valutazione della sezione trasversale di elaborazione temporale: esposizione psicostimolante. A) analisi rappresentativa dell'effetto dell'esposizione psicostimolante (pretest vs posttest) sulla funzione di interstimulus intervallo (ISI) nell'inibizione del prepulse acustica (PPI). B) analisi rappresentativa dell'effetto dell'esposizione psicostimolante ISI nell'inibizione del prepulse acustica divario (gap-PPI). Risultati di controllo da McLaurin et al. 6 sono analizzati nuovamente in maniera romanzo come la componente di pre-test per l'esposizione psicostimolante. I dati sono presentati come media ± errore standard della media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: valutazione longitudinale di elaborazione temporale. A) analisi rappresentativa dell'effetto dell'età sulla funzione intervallo interstimulus (ISI) nell'inibizione del prepulse visual (PPI). B) analisi rappresentativa dell'effetto dell'età sulla funzione ISI nell'inibizione del prepulse acustica divario (gap-PPI). I dati sono presentati come media ± errore standard della media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Blocco di prova Intervallo di interstimulus
1 0 30 50 100 200 4000
2 30 50 100 200 4000 0
3 50 100 200 4000 0 30
4 100 200 4000 0 30 50
5 200 4000 0 30 50 100
6 4000 0 30 50 100 200

Tabella 1: Quadrato latino Design sperimentale

Modalità sensoriale Cross-modale PPI Gap-PPI
Uditiva 85,7 (2.0) 25.0 (4,3)
Visual 72,6 (2,7) 52,8 (5,3)
Tattile 73,2 (3.0) -3,6 (8,5)
Psicostimolante esposizione Cross-modale PPI Gap-PPI
Prova preliminare valutazione 85,7 (2.0) 25.0 (4,3)
Dopo il test valutazione 90,5 (1,3) 52,6 (4,5)
Età Cross-modale PPI Gap-PPI
PD 30 51,3 (3,7) 29,7 (4,4)
PD 90 73,8 (2,2) 39,6 (5,7)
PD 150 66,3 (2,9) 45.0 (3,9)

Tabella 2: Percentuale di controllo

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Discussion

Il presente protocollo descrive la potenza di ISI variabili per la valutazione di elaborazione temporale per gli studi che impiegano disegni sperimentali o a sezione trasversale o longitudinale. Esaminare gli effetti delle modalità sensoriale, psicostimolante esposizione o età sulla forma della funzione ISI ha dimostrato la sua utilità nel rivelare una sensibilità differenziale per la manipolazione di ISI (cioè, turni nel punto dell'inibizione massima) o un insensibilità relativa alla manipolazione di ISI (cioè, più nitide inflessioni della curva ISI, appiattimento della curva ISI). Uso di due paradigmi sperimentali, tra cui cross-modale PPI e gap-PPI, dimostra che l'utilità di ISI è indipendente dell'aggiunta (cioè, cross-modale PPI) o la rimozione (cioè, divario-PPI) di un prestimulus discreti.

Considerazioni di progettazione sperimentale critico per il completamento di cross-modale PPI e gap-PPI sono inclusi all'interno del protocollo. In primo luogo, un disegno sperimentale di latino-piazza viene implementato per la presentazione di Iside all'interno di blocchi di 6-prova, controllando per variazione dovuto l'ordine di presentazione di ISI. In secondo luogo, l'uso di due prove di controllo, compreso sia il 0 e 4000 ms ISIs, fornisce prove di controllo di riferimento all'interno della sessione di test. L'uso del ISI 4000 ms è particolarmente critica, come l'altro assomiglia in modo più appropriato (cioè, 30, 50, 100, 200) prepulse + pulse prove, ma senza l'aspettativa di inibizione significativa. Terzo, un carico a sbalzo (cioè, ABBA) disegno sperimentale è impiegato all'interno di cross-modale PPI per contabilizzare la misurazione ripetuta delle modalità sensoriali all'interno di una sessione di test. Infine, l'inclusione di un ITI variabile durante il prepulse + pulse prove impedisce un animale mi aspettavo e preparando così, all'inizio di un processo. Quindi, l'attuazione di una serie completa di Iside secondo un disegno sperimentale appropriato permette per la determinazione delle funzioni di risposta relativamente preciso e definito; l'elaborazione di funzioni che offrono un'opportunità fondamentale per valutare il costrutto del temporale.

Metodologia descritta nell'ambito del presente protocollo contrasta altri protocolli contemporanei per l'analisi di PPI, che hanno reso popolare un approccio che comunemente impiega un singolo ISI19,20. L'approccio diffuso è comunemente analizzato usando l'inibizione percentuale, calcolata come segue: 100 x {[(startle response amplitude during control trials)-(ampiezza della risposta di startle durante prepulse + pulse prove)] / {startle ampiezza di risposta durante prove di controllo)}. Due aspetti principali dei protocolli contemporanei, tra cui l'esclusione della valutazione dell'elaborazione temporale e analisi statistiche inappropriate, sono discussi a sua volta di seguito.

L'inibizione percentuale è stata calcolata per i 100 ms ISI all'interno dei dati rappresentativi per dimostrare i limiti dell'approccio diffuso (tabella 2). Ad esempio, risultati per la valutazione del gap-PPI acustico e tattile gap-PPI suggeriscono che gli animali non riescono a visualizzare qualsiasi inibizione significativa. Esame della Figura 2, utilizzando un approccio variando ISI, tuttavia, rivela che gli animali non hanno mancato di inibire, ma visualizzato un significativo cambiamento nel punto di inibizione massima (cioè, 50 ms in acustica gap-PPI, 30 ms in tattile gap-PPI) . In particolare, tuttavia, uso di inibizione percentuale preclude l'uso di disegni sperimentali longitudinale per valutare lo sviluppo di elaborazione temporale in funzione dell'età, un fenomeno incontestato14,21. Così, come qualsiasi per cento della misura di controllo, inibizione percentuale non riesce a distinguere le modifiche in PPI da cambiamenti nella risposta di startle basale che precludono la valutazione di elaborazione temporale.

Nonostante l'apparente semplicità dell'approccio diffuso, inferenze tratte dall'analisi statistica devono essere fatte con estrema cautela. Presupposti di analisi della varianza (cioè, la normalità della distribuzione di campionamento dei mezzi, omogeneità di varianza di errore, indipendenza degli errori, assenza di valori erratici22) non possono essere soddisfatte con soggettivamente determinata percentuale dati23 . In particolare, la varianza di errore per i dati di percentuale non sono distribuiti normalmente24, ma invece sono descritti in modo più appropriato di un Poisson o distribuzione bimodale25. In netto contrasto, una misure ripetute ANOVA fornisce un metodo valido e affidabile per l'analisi statistica della funzione ISI. Tuttavia, è vitale per conto della potenziale violazione di sfericità, un presupposto presente solo nei modelli che coinvolgono le misure ripetute, sia usando programmato contrasti ortogonali o il fattore di correzione di df post hoc, Greenhouse-Geisser 26 (pGG).

L'utilizzo di un approccio variando ISI, tuttavia, non è senza limitazioni. In primo luogo, limitazioni hardware e software permette solo due modalità prestimulus da valutarsi in una sola volta. In particolare, una sensibilità differenziale per la manipolazione del contesto (cioè, simultaneo visivo o tattile stimolo in acustica PPI) precedentemente è stata segnalata in lungo Evans ratti14 e HIV-1 Tg animali6. In secondo luogo, rispetto l'approccio diffuso, c'è un maggiore tempo di sperimentale per l'approccio ISI (i.e., ~ 30 minuti per cross-modale PPI; ~ 20 minuti per gap-PPI).

Quindi, un approccio variando ISI fornisce un metodo sperimentale per la valutazione di elaborazione temporale. Oltre i suddetti punti di forza dell'approccio, circuito neurale seriale PPI di mediazione è stata consolidata27,28, consentendo per la valutazione delle alterazioni di circuiti neurali nei disordini neurocognitive. Inoltre, cross-modale PPI e gap-PPI può servire come strumento di screening diagnostico per disturbi neurocognitivi (ad es., mano4,5,6). L'utilizzo dell'approccio ISI variabile, pertanto, può potenzialmente avere utilità clinica traslazionale per disordini neurocognitive.

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Disclosures

Nessuno degli autori hanno conflitti di interesse di dichiarare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalle concessioni dal NIH (National Institute on Drug Abuse, DA013137; National Institute of Child Health e lo sviluppo umano HD043680; Istituto nazionale di salute mentale, MH106392; Istituto nazionale di malattie neurologiche e ictus, NS100624) e il programma di formazione interdisciplinare di ricerca supportati dall'Università della South Carolina comportamentale-biomedica programma di interfaccia. Dr. Landhing Moran è attualmente un collaboratore scientifico presso il centro di NIDA per Clinical Trials Network.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SR-Lab Startle Response System San Diego Instruments
Isolation Cabinet Industrial Acoustic Company
SR-Lab Startle Calibration System San Diego Instruments
High-Frequency Loudspeaker Radio Shack model #40-1278B
Sound Level Meter Bruel & Kjaer model #2203
Perspex Cylinder San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
SR-Lab Startle Response System Software San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
Light Meter Sper Scientific, Ltd. model #840006
Airline Regulator Craftsman model #16023
SPSS Statistics 24 IBM Used for Statistical Analyses (Optional)

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References

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Neuroscienze numero 146 inibizione del Prepulse elaborazione temporale neuroscienze ratto intervallo di Interstimulus disturbi neurocognitivi
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