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Neuroscience

O poder do intervalo de Interstimulus para a avaliação do processamento Temporal em roedores

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

Processamento temporal, um processo de preattentive, pode fundamentam os défices em alto nível dos processos cognitivos, incluindo atenção, comumente observada em transtornos neurocognitivos. Usando prepulse inibição como uma paradigma exemplar, apresentamos um protocolo para a manipulação de intervalo de interstimulus (ISI) para estabelecer a forma da função ISI para fornecer uma avaliação do processamento temporal.

Abstract

Déficits de processamento temporal têm sido implicados como uma potencial dimensão elemental de nível mais alto dos processos cognitivos, comumente observada em transtornos neurocognitivos. Apesar da popularização do prepulse inibição (PPI) nos últimos anos, muitos protocolos atuais promovem usando um % da medida de controle, impedindo desse modo a avaliação do processamento temporal. O presente estudo usado Cruz-modal PPI e gap prepulse inibição da (lacuna PPI) para demonstrar os benefícios da contratação de uma variedade de intervalos interstimulus (ISIs) para delimitar os efeitos de modalidade sensorial, exposição de psicoestimulantes e idade. Avaliação da modalidade sensorial, exposição de psicoestimulantes e idade revela a utilidade de uma abordagem variando o intervalo interstimulus (ISI) para estabelecer a forma da função ISI, incluindo aumentos (inflexões de curva mais acentuadas) ou diminui (achatamento da curva de resposta de amplitude) assustar em amplitude. Além disso, mudanças na inibição da resposta do pico, sugestiva de uma sensibilidade diferencial à manipulação do ISI, muitas vezes são reveladas. Assim, a manipulação sistemática de ISI proporciona uma oportunidade fundamental para avaliar o processamento temporal, que pode revelar os mecanismos neurais subjacentes envolvidos nos transtornos neurocognitivos.

Introduction

Déficits de processamento temporal tem sido implicados como um potencial mecanismo neural subjacente para alterações no nível mais alto processos cognitivos comumente observadas em transtornos neurocognitivos. Inibição prepulse (PPI) da resposta alarme auditivo (ASR) é um paradigma experimental translacional comumente usado para examinar os déficits de processamento temporal, revelando profundas alterações em transtornos neurocognitivos, tais como esquizofrenia,1, desordem de hiperatividade do déficit de atenção2 e HIV-1 associado neurocognitivos transtornos3,4. Especificamente, avaliações de processamento temporal em modelos pré-clínicos de HIV-1 tem revelado a generalidade, a permanência relativa e sugeriu que o utilitário de diagnóstico de PPI do outro lado a maioria vida útil funcional3,4 dos animais ,5,6.

Uso de uma abordagem variando o intervalo interstimulus (ISI; ou seja, o tempo entre o prepulse e o estímulo de alarme) na análise de data de modificação de reflexo de Sechenov em 18637. Os estudos seminais de modificação de reflexo, uma medida de sensório-motor gating, empregou uma abordagem variando ISI para avaliar a resposta do flexor e audição em sapos7,8, bem como respostas instintiva em seres humanos9. A primeira aplicação clínica do processo de modificação de reflexo avaliados sensibilidade visual em um homem com cegueira histérica10. Mais de um século após os primeiros relatos de modificação de reflexo, a abordagem de variados ISI foi popularizada através de uma série de papéis seminal11,12,13. Apesar das diferenças inerentes nos estudos seminais sobre reflexo modificação (i.e., espécies, procedimentos experimentais, reflexos), estabeleceram uma relação temporal que era surpreendentemente similar entre as espécies.

Avaliação da inibição prepulse usando uma abordagem variando ISI, conforme detalhado no presente protocolo, tem várias vantagens sobre o popularizado por cento da abordagem de controle. Em primeiro lugar, a abordagem proporciona uma oportunidade para estabelecer a forma da função ISI, incluindo aumentos (inflexões de curva mais acentuadas) ou diminui (achatamento da curva de resposta de amplitude)3,15 em amplitude de alarme, bem como desloca-se no ponto de pico de resposta inibição3,5. Além disso, quando uma abordagem que ISI variação é empregado, resposta de alarme é um fenômeno relativamente estável1, sugerindo a utilidade potencial da abordagem em estudos longitudinais, examinando a progressão de déficits neurocognitivos5 , 15. finalmente, PPI fornece uma oportunidade crítica para entender os circuitos neurais subjacentes envolvidos no neurocognitivos distúrbios16.

Em nosso estudo, utilizamos dois paradigmas experimentais (Figura 1), incluindo a Cruz-modal PPI e inibição prepulse de lacuna (gap-PPI), para avaliar a utilidade de uma abordagem variando ISI para delinear os efeitos de modalidade sensorial, exposição de psicoestimulantes, e a idade. O paradigma experimental de PPI Cruz-modal utiliza a apresentação de um estímulo adicional (por exemplo, Tom, luz, sopro de ar) como um prestimulus discreto antes um estímulo acústico e surpreendente. Em contraste, no paradigma experimental da lacuna-PPI, a ausência de um plano de fundo (por exemplo, remoção de ruído de fundo, luz ou sopro de ar) serve como um prestimulus discreto. Aqui, descrevemos os dois paradigmas experimentais para a avaliação do processamento temporal, bem como abordagens estatísticas para a análise de PPI e lacuna-PPI. Dentro da discussão, nós comparamos as conclusões de um gostaria de chamar da variável abordagem ISI e o popularizado por cento da abordagem de controle.

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Protocol

Todos os protocolos de animais foram revistos e aprovados pelo Comitê de uso da Universidade de Carolina Sul e cuidado Animal (número de garantia federal: D16-00028).

1. definição de parâmetros e calibração do aparelho de alarme

  1. Configurar o sistema de resposta de alarme (ver Tabela de materiais) de acordo com as instruções do fabricante.
    1. Coloque a plataforma de alarme em um gabinete de 10 cm de espessura parede dupla isolação.
  2. Calibre a sensibilidade de resposta usando o sistema de calibração de alarme.
  3. Ligue o altifalante de alta frequência 30 cm acima do titular animal.
    1. Medir e calibrar o alto-falante usando um sonómetro, colocando o microfone do titular animal.
  4. Apor uma luz de LED branca (lux 22) na parede em frente o animal titular.
    1. Medir a lux apresentada-se como um prepulse visual usando um medidor de luz.
  5. Conecte um tubo de plástico semi-rígido (0,64 mm de diâmetro) de um ar comprimido tanque através de um regulador de companhia aérea.
    1. Como o tanque de ar 16 psi para a apresentação de prestimuli tátil.
    2. Use um medidor de nível de som para medir a quantidade de ruído sendo emitido pelo estímulo tátil no interior do tubo, 2,5 cm da extremidade do titular do animal. Se usando múltiplas câmaras, certifique-se de que todas as câmaras são calibradas na mesma maneira.
      Nota: Para impedir o estímulo tátil, sendo percebida como um estímulo acústico, o som do prepulse de sopro de ar deve ser menor ou igual ao segundo plano do ruído branco. Na confi guração do presente, o prepulse de sopro de ar emitido 70 dB (a) dentro do tubo, enquanto o ruído de fundo branco também foi definido a 70 dB (a).

2. criação de programas experimentais

  1. Abra o software de sistema de resposta assustar (ver Tabela de materiais).
  2. Clique em definições e seleccione Define o julgamento.
  3. Defina um julgamento ASR somente pulso.
    Nota: O ASR somente pulso experimental é executado durante a sessão de habituação e 6 vezes no início de cada cruz-modal PPI e sessão de abertura-PPI para habituação.
    1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
    2. Registro de dados.
    3. Defina o analógico nível a 720.
    4. Defina o período de espera como 20 ms.
    5. Apresente o plano de fundo.
    6. Fim do julgamento.
    7. Bateu Accept para salvar o julgamento.
  4. Clique em definições e seleccione Define o julgamento.
  5. Crie seis definições de julgamento separadas para PPI acústico, incluindo um julgamento para cada ISI (ou seja, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Crie uma definição de julgamento para os ms 0 ISI para acústica PPI.
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Registro de dados.
      3. Defina o analógico nível a 720.
      4. Atribua o comprimento de espera a 20 ms.
      5. Apresente o plano de fundo.
      6. Fim do julgamento.
      7. Bateu Accept para salvar o julgamento.
    2. Crie o restante julgamento definições para Ísis com um prestimulus e um estímulo (ou seja, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Defina o nível de analógico para 600 em 0 ms para introduzir o prestimulus.
      3. Atribua o comprimento esperar 20 ms para especificar o comprimento da prestimulus.
      4. Defina o nível de analógico para 440 em 20 ms para remover o prestimulus.
      5. Defina o período de espera depende do ISI.
        Nota: Definir o período de espera como: 10 ms as 30 ms ISI, 30 ms para as 50 ms ISI, 80 ms para as 100 ms ISI, 180 ms para os ISI, 200 ms e 3980 ms para os ms 4000 ISI. Espere apenas um comprimento está incluído para cada ISI.
      6. Registro de dados.
      7. Defina o analógico nível a 720.
      8. Atribua o comprimento de espera a 20 ms.
      9. Apresente o plano de fundo.
      10. Fim do julgamento.
      11. Bateu Accept para salvar o julgamento.
  6. Clique em definições e seleccione Define o julgamento.
  7. Crie seis definições de julgamento separadas para PPI visual ou tátil, incluindo um julgamento para cada ISI (ou seja, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Crie uma definição de julgamento para os ms 0 ISI para PPI visual ou tátil.
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Registro de dados.
      3. Ligue o tátil.
      4. Defina o analógico nível para 720 e o comprimento de espera a 20 ms.
      5. Desligue o tátil.
      6. Apresente o plano de fundo.
      7. Fim do julgamento.
      8. Bateu Accept para salvar o julgamento.
    2. Crie o restante julgamento definições para Ísis com um prestimulus e um estímulo (ou seja, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      Nota: Visual e tátil não podem ser executados simultaneamente por causa de limitações de software e hardware. A modalidade apresentada é dependente da entrada para o hardware (ou seja, se a luz está ligada ou o sopro de ar está ligado).
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Ative o tátil para introduzir o prestimulus.
        Nota: Nesta instância, tátil refere-se à modalidade (ou seja, qualquer visual ou sopro de ar) que é conectado ao hardware.
      3. Defina o comprimento de espera de 20 ms.
      4. Desligue o tátil para remover o prestimulus.
      5. Defina o nível analógico de 440 a 20 ms.
      6. Defina o período de espera depende do ISI.
        Nota: Definir o período de espera como: 10 ms as 30 ms ISI, 30 ms para as 50 ms ISI, 80 ms para as 100 ms ISI, 180 ms para os ISI, 200 ms e 3980 ms para os ms 4000 ISI.
      7. Registro de dados.
      8. Defina o analógico nível a 720.
      9. Atribua o comprimento de espera a 20 ms.
      10. Apresente o plano de fundo.
      11. Fim do julgamento.
      12. Bateu Accept para salvar o julgamento.
  8. Clique em definições e seleccione Define o julgamento.
  9. Crie seis definições de julgamento separadas para acústica lacuna-PPI, incluindo um julgamento para cada ISI (ou seja, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Crie uma definição de julgamento para os ms 0 ISI para acústica lacuna-PPI.
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Registro de dados.
      3. Defina o analógico nível para 720 e o comprimento de espera a 20 ms.
      4. Apresente o plano de fundo.
      5. Fim do julgamento.
      6. Bateu Accept para salvar o julgamento.
    2. Crie o restante julgamento definições para Ísis com um prestimulus e um estímulo (ou seja, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Defina o nível analógico de 0 a 0 ms para introduzir o prestimulus.
      3. Atribua o comprimento esperar 20 ms para especificar o comprimento da prestimulus.
      4. Defina o nível de analógico para 440 em 20 ms para remover o prestimulus.
      5. Defina o período de espera depende do ISI.
        Nota: Definir o período de espera como: 10 ms as 30 ms ISI, 30 ms para as 50 ms ISI, 80 ms para as 100 ms ISI, 180 ms para os ISI, 200 ms e 3980 ms para os ms 4000 ISI.
      6. Registro de dados.
      7. Defina o analógico nível a 720.
      8. Atribua o comprimento de espera a 20 ms.
      9. Apresente o plano de fundo.
      10. Fim do julgamento.
      11. Sucesso aceitar para salvar o julgamento.
  10. Clique em definições e seleccione Define o julgamento.
  11. Crie definições de julgamento separadas 6 para o visual ou tátil lacuna-PPI, incluindo um julgamento para cada ISI (ou seja, 0, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
    1. Crie uma definição de julgamento para os ms 0 ISI para visual ou tátil lacuna-PPI.
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Ligue o tátil.
      3. Registro de dados.
      4. Defina o analógico nível para 720 e o comprimento de espera a 20 ms.
      5. Apresente o plano de fundo.
      6. Fim do julgamento.
      7. Bateu Accept para salvar o julgamento.
    2. Crie o restante julgamento definições para Ísis com um prestimulus e um estímulo (ou seja, 30, 50, 100, 200, 4000 ms).
      1. Digite um nome de julgamento. Aperte Enter.
      2. Ligue o tátil.
      3. Como o analógico nível 0 ms.
      4. Desligue o tátil.
      5. Defina o comprimento de espera de 20 ms.
      6. Ligue o tátil.
      7. Defina o analógico nível para 440.
      8. Defina o período de espera depende do ISI.
        Nota: Definir o período de espera como: 10 ms as 30 ms ISI, 30 ms para as 50 ms ISI, 80 ms para as 100 ms ISI, 180 ms para os ISI, 200 ms e 3980 ms para os ms 4000 ISI.
      9. Registro de dados.
      10. Defina o analógico nível a 720.
      11. Atribua o comprimento de espera a 20 ms.
      12. Apresente o plano de fundo.
      13. Fim do julgamento.
      14. Sucesso aceitar para salvar o julgamento.
  12. Seleccione Definições e definir a sessão.
    1. Crie uma sessão de habituação.
      1. Defina o nível de analógico de fundo de 440, o número de amostras recordes de 200 as amostras por segundo para 2000, o período de aclimatação, a 5 min e as sequência de repetições de 36.
      2. Digite 10 na caixa de lista de intervalo intertrial (ITI).
      3. Clique em Adicionar e selecione o julgamento de ASR somente pulso.
      4. Clique em salvar para salvar a sessão de habituação.
  13. Seleccione Definições e definir a sessão.
  14. Defina a sessão para Cruz-Modal PPI.
    1. Defina o nível de analógico de fundo para 440, o número de amostras recordes de 200 amostras por segundo para 2000, o período de aclimatação, a 5 min e as repetições da sequência de 1.
    2. Defina a lista de intervalo intertrial (ITI).
      1. Digite 10 para as 5 primeiras caixas de lista ITI.
      2. Digite uma variável ITI (15-25 s) nas caixas de lista de seguida 72 ITI, representando os ensaios com um prestimulus.
    3. Clique em Adicionar.
      1. Selecione o julgamento de ASR somente pulso e carregá-lo 6 vezes para ensaios 1-6.
      2. Crie blocos de 6-julgamento para cada modalidade de prestimulus usando um design quadrado latino (tabela 1).
      3. Carregar os blocos 6-julgamento em um ABBA contrabalançado a ordem de apresentação (por exemplo, acústico, visual, visual, acústica, acústico, etc.) para Cruz-modal PPI.
        Nota: Cada tentativa deve ser carregada individualmente.
        Nota: Cada sessão PPI Cruz-modal inclui um total de 78 ensaios.
    4. Clique em salvar para salvar a sessão.
  15. Seleccione Definições e definir a sessão.
    1. Defina a sessão para Gap-PPI.
      1. Defina o nível de analógico de fundo para 440, o número de amostras recordes de 200 amostras por segundo para 2000, o período de aclimatação, a 5 min e as repetições da sequência de 1.
      2. Defina a lista de intervalo intertrial (ITI).
        1. Digite 10 para as 5 primeiras caixas de lista ITI.
        2. Tipo uma variável ITI (15-25 s) para as próximo 36 caixas de listagem ITI, representando os ensaios com um prestimulus.
      3. Clique em carregar para carregar os julgamentos.
        1. Selecione o julgamento de ASR somente pulso e carregá-lo 6 vezes para ensaios 1-6.
        2. Crie blocos de 6-julgamento para cada modalidade de prestimulus usando um design quadrado latino (tabela 1).
      4. Clique em salvar para salvar a sessão.
        Nota: Cada sessão de abertura-PPI inclui um total de 42 testes. Cada sessão avalia uma modalidade sensorial.

3. protocolo estrutura

  1. Use a cepa de ratos F344/N, a cepa de rato puras mais comuns, para as avaliações.
    Nota: Cruz-modal PPI e lacuna-PPI podem ser realizados em animais, em uma variedade de idades, de ambos os sexos e independentemente do status hormonal (i.e., ovariectomizadas, castrados, intacta). Detalhes sobre os animais utilizados nos dados representativos são apresentados os resultados representativos.
  2. Lidar com os animais para permitir a aclimatação através de uma série de dias antes de começar a experimentação.
  3. Randomize a ordem dos animais de experimentação, dependente de fatores o entre-dos sujeitos de interesse (por exemplo, o sexo biológico, tratamento).
  4. Abra o software de sistema de resposta de alarme. Clique em executar. Selecione a sessão de interesse.
    Nota: apenas uma sessão é conduzida por dia e as sessões devem ser realizados em uma ordem sequencial (ou seja, habituação, Cruz-Modal PPI, Gap-PPI)
  5. Um nome de arquivo de saída de entrada e clique em Okey.
  6. Insira as informações de assunto, grupo e ID e clique em continuar.
  7. Coloque o animal no aparelho de alarme usando um cerco animal que é mais apropriado para o tamanho do animal. Clique em Okey para iniciar a sessão.
  8. Exporte dados para análise.
    1. Clique em relatórios | Concatenar dados. Carregar o arquivo de dados e clique em Adicionar. Clique em ASCII para salvar a saída de dados.

4. análise de dados

  1. Calcule uma Max V. ajustado para cada julgamento subtraindo o Max V. de início o valor.
    Nota: O Max V. ajustado cria uma medida de amplitude de pico significa ASR.
  2. Visualize graficamente os resultados para a sessão de habituação.
    1. Meios do grupo trama e erros-padrão da média para cada julgamento. Análises de regressão podem ser conduzidas e se encaixam com intervalos de confiança de 95%.
  3. Visualize graficamente resultados para transversal Cruz-modal PPI e lacuna-PPI.
    1. Calcule valores médios para cada ISI, calculando a média entre os 6 ensaios individualmente para cada animal.
    2. Calcular e gráfico significa grupo e erros-padrão da média para cada ISI e a modalidade sensorial.
  4. Analise estatisticamente Cruz-modal PPI e lacuna-PPI (opcional).
    Nota: Embora a abordagem estatística exata será dependente do delineamento experimental e pergunta de pesquisa de interesse, um design misturado repetidas medidas que ANOVA fornece uma abordagem adequada.

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Representative Results

Observou-se uma função não-monotônicas proeminente do ISI em cruz-modal PPI (figuras 2A, 3A, 4A) e gap-PPI (figuras 2B, 3B, 4B). Respostas de alarme da linha de base foram observadas na 0 e 4000 ms ISIs, incluídas como ensaios de referência dentro de uma sessão de teste. A importância do 4000 ms ISI não pode ser suavizada, como a mais se assemelha os testes de PPI (i.e., 30, 50, 100, 200 ms ISIs) em que o sujeito recebe ambos os estímulos prepulse e surpreendentes. No entanto, sem diminuição significativa da ASR é observada nas 4000 ms ISI devido o grande intervalo entre o estímulo prepulse e surpreendente. A adição de qualquer (ou seja, Cruz-modal PPI) ou remoção (ou seja, lacuna-PPI) de um prestimulus discreto produziu inibição robusta em 30, 50, 100 e 200 ms ISIs; inibição que era dependente da modalidade sensorial, exposição de psicoestimulantes ou idade. O poder da abordagem ISI é revelado, examinando esses efeitos sobre as alterações na função ISI (i.e., mais nítidas inflexões da curva de ISI, achatamento da curva do ISI e mudanças no ponto de máxima inibição).

A utilidade de uma abordagem variando a ISI para delinear os efeitos de modalidade sensorial na Cruz-modal PPI são ilustrados na Figura 2A (F344/N controla entre 8 e 10 meses de idade, n= 20). Devido a limitações de hardware e software, apenas duas modalidades de prestimulus podem ser avaliadas uma vez. Na sequência de habituação, estímulos prepulse acústicos e visuais simultâneos foram usados para examinar o PPI. Próximo, simultâneos acústicos e tácteis prepulse estímulos foram usados para avaliar PPI. Dados para acústica PPI são apresentados desde o paradigma experimental, incluindo a apresentação simultânea de prestimuli acústico e visual (ou seja, o contexto visual). Uma mudança proeminente no ponto de máxima inibição depende da modalidade sensorial, sugerindo uma sensibilidade diferencial à manipulação do ISI. Especificamente, inibição máxima é observada nas 30 ms ISI após a apresentação de uma discreta prestimulus acústico, as ISI após a apresentação de uma discreta prestimulus visual de 50 ms e as 200 ms ISI após a apresentação de uma discreta prestimulus tátil. Além disso, uma função mais plana, ISI, indicativa de uma insensibilidade relativa à manipulação do ISI, é observada após a apresentação de um prestimulus acústico em relação a um prestimulus visual ou tátil. Um medidas repetidas ANOVA foi conduzido para analisar estatisticamente os dados, confirmando nossas observações e revelando uma interação de x ISI modalidade prestimulus significativa [F(10.190) = 22,8, pGG≤0.001, ηp2= 0.546] com um componente linear-linear proeminente [F(1,19) = 36,1, p≤0.001, ηp2= 0.655]. Notavelmente, a interação representava uma grande proporção da variância dentro do modelo, evidenciado através de medidas de ηp2.

Após a experiência do animal com cada prestimulus na Cruz-modal PPI, a generalização dos efeitos da modalidade sensorial foi avaliada em lacuna-PPI. Lacuna-PPI acústico, lacuna-PPI visual e tátil lacuna-PPI cada realizaram-se separadamente. Figura 2B demonstra a generalização de variar a ISI para delinear os efeitos de modalidade sensorial. Uma mudança proeminente no ponto de máxima inibição, sugerindo uma sensibilidade diferencial à manipulação do ISI, observou-se em lacuna tátil-PPI (i.e., 30 ms) em relação a lacuna-PPI acústico e visual lacuna-PPI (ou seja, 50 ms). Além disso, uma insensibilidade relativa à manipulação do ISI, evidenciado por uma função relativamente mais plana do ISI foi observada em lacuna-PPI tátil e visual lacuna-PPI em relação ao espaço acústico-PPI. Como em cruz-modal PPI, uma interação de x ISI modalidade prestimulus significativa [F(10.190) = 17,6, pGG≤0.001, ηp2= 0.481] com um componente linear-quadrática proeminente [F(1,19) = 58,5, p≤0.001, Ηp2= 0.755] foi revelado; um efeito que mais uma vez, é responsável por uma proporção significativa da variância.

Após a conclusão da Cruz-modal PPI e lacuna-PPI, animais repetidamente administrada por via oral auto metilfenidato (MPH). Uma avaliação pós-teste da Cruz-modal PPI com simultâneas prestimuli acústico e visual e acústico lacuna-PPI foram conduzidos em aproximadamente 14 meses de idade, 22-27 dias de exposição MPH a seguir. As funções ISI de pré-teste e pós-teste para PPI acústico estão ilustradas na Figura 3A. Mais notavelmente, na avaliação do pós-teste, um relativo achatamento da função ISI é observado, sugerindo uma insensibilidade relativa à manipulação do ISI em relação a avaliação pré-teste. Além disso, um turno proeminente no ponto de máxima inibição é revelado, com inibição nas 30 ms ISI durante a avaliação pré-teste e as 100 ms ISI na avaliação pós-teste, sugerindo uma sensibilidade diferencial à manipulação do ISI. Uma ANOVA de medidas repetidas confirmou estas observações, revelando uma interação de x ISI sessão teste significativo [F(5,95) = 7,4, pGG≤0.003, ηp2= 0.280] com um proeminente componente linear-quadrática [F (1,19) = 10.6, p≤0.004, ηp2= 0.358].

Após a avaliação de PPI pós-teste Cruz-modal, lacuna acústico-PPI foi conduzido para avaliar a generalização dos efeitos da exposição de psicoestimulantes no processamento temporal. Figura 3B ilustra a generalização de variar a ISI para delinear os efeitos da exposição de psicoestimulantes. O ponto de máxima inibição foi nas 50 ms ISI durante os dois a avaliação pré-teste e pós-teste. No entanto, uma função ISI significativamente mais plana foi observada após exposição MPH. Uma ANOVA de medidas repetidas confirmou estas observações, revelando uma interação de x ISI sessão teste significativo [F (5, 95) = 3.6, pGG≤0.013, ηp2= 0,159] com um componente linear-cúbico proeminente [F (1,19) = 9.1, p ≤0.007, ηp2= 0,325].

A forma da função ISI também proporciona uma oportunidade para avaliar o desenvolvimento do processamento temporal na idade. Em um estudo longitudinal (controles de F344/N, masculinos: n= 20, feminino: n= 17), Cruz-modal PPI com prestimuli acústico e visual simultânea foi conduzido em sessenta dias do dia pós-natal (PD) de 30 a 150 PD. O desenvolvimento do processamento temporal em visual PPI é ilustrado na Figura 4A. Dentro visual PPI, o ponto de máxima inibição em todas as idades está nas 50 ms, ISI. No entanto, uma inflexão mais acentuada da função ISI é observada em toda a idade, sugerindo uma nitidez perceptual que ocorre com o desenvolvimento. Uma ANOVA de medidas repetidas, com sexo, como o fator entre temas e idade, ISI e julgamento como fatores dentro-temas, confirmou estas observações, revelando uma interação de x ISI de idade significativa [F(10.350) = 12,6, pGG≤0.001, η p2= 0,265] com um componente linear-quadrática proeminente [F(1,35) = 32,6, p≤0.001, ηp2= 0.482] e um significativo ISI x interação sexual [F(5.175) = 4.0, pGG≤0.014, η p 2= 0,104] com um componente quadrático proeminente [F(1,35) = 5.2, p≤0.028, ηp2= 0,130].

Em todas as idades, espaço acústico-PPI foi realizado seguindo a Cruz-modal PPI. As experiências que já teve um animal têm um impacto directo nas suas respostas, necessitando o uso de um delineamento sequencial (ou seja, sempre conduzindo a Cruz-modal PPI antes da lacuna-PPI). Figura 4B ilustra o desenvolvimento do processamento temporal, avaliados usando espaço acústico-PPI. Às 30 de PD, observou-se uma insensibilidade relativa à manipulação do ISI, evidenciado por uma função ISI mais plana, em relação ao PD 90 ou 150 PD. Observações da nítida função ISI no PD 150 sugerem uma nitidez perceptual que ocorre em todo o desenvolvimento. Além disso, um turno proeminente no ponto de máxima inibição é revelado, com máxima inibição ocorridos nas 30 ms ISI no PD 30 e os 50 ms ISI no PD 90 e 150 PD, sugerindo uma sensibilidade diferencial à manipulação do ISI. Estatisticamente, a observação de uma interação de x ISI de idade significativa [F(10.350) = 10.4, pGG≤0.001, ηp2= 0.230] com um componente linear-quadrática proeminente [F(1,35) = 70.5, p≤0.001, η p2= 0.668] e um ISI x interação sexual [F(5.175) = 3,8, pGG≤0.010, ηp2= 0.097] com um componente quadrático proeminente [F(1,35) = 11,0, p≤0.002, ηp 2= 0.184240] confirma as nossas observações.

Figure 1
Figura 1: Prepulse paradigmas experimentais de inibição. A) animais exibem uma resposta de alarme auditivo de base quando é apresentado um estímulo de alarme acústico. B) durante Cruz-modal prepulse inibição (PPI), a apresentação de um prestimulus discreto (ou seja, Tom acústico, luz, sopro de ar) de 30 a 500 ms16 antes um acústico assustá-estímulo, produz inibição robusto. C) durante a inibição prepulse de lacuna (gap-PPI), a remoção de um prestimulus discreto (gap no sopro de ar, luz ou ruído de fundo) 30 a 200 ms17 antes de um estímulo de alarme acústico produz inibição robusta. A imagem é adaptada do labirinto engenheiros18. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Avaliação transversal de processamento Temporal: modalidade sensorial. A) representante análise do efeito da modalidade sensorial na função interstimulus intervalo (ISI) em cruz-modal prepulse inibição (PPI). B) representante análise do efeito da modalidade sensorial na ISI na inibição de prepulse lacuna (lacuna PPI). Resultados do controlo de McLaurin et al 6 são reanalyzed em uma maneira nova para avaliar o efeito da modalidade sensorial. Os dados são apresentados como média ± erro padrão da média. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Avaliação transversal de processamento Temporal: exposição Psychostimulant. A) representante análise do efeito da exposição de psicoestimulantes (pré-teste vs depois do teste) na função de intervalo interstimulus (ISI) na inibição prepulse acústica (PPI). B) representante análise do efeito da exposição de psicoestimulantes ISI na inibição de prepulse acústico lacuna (lacuna PPI). Resultados do controlo de McLaurin et al 6 são reanalyzed em forma de romance, como o componente de pré-teste para exposição de psicoestimulantes. Os dados são apresentados como média ± erro padrão da média. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: avaliação Longitudinal do processamento Temporal. A) representante análise do efeito da idade na função interstimulus intervalo (ISI) em visual prepulse inibição (PPI). B) representante análise do efeito da idade na função ISI, na inibição de prepulse acústico lacuna (lacuna PPI). Os dados são apresentados como média ± erro padrão da média. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Bloco de julgamento Intervalo 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

Tabela 1: Latin Square Design Experimental

Modalidade sensorial Cruz-Modal PPI Lacuna-PPI
Auditivo 85,7 (2.0) 25,0 (4.3)
Visual 72,6 (2.7) 52,8 (5.3)
Tátil 73,2 (3.0) -3.6 (8,5)
Exposição de psicoestimulantes Cruz-Modal PPI Lacuna-PPI
Avaliação pré-teste 85,7 (2.0) 25,0 (4.3)
Depois do teste avaliação 90,5 (1.3) 52,6 (4.5)
Idade Cruz-Modal PPI Lacuna-PPI
POLÍCIA DE 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)

Tabela 2: % De controle

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Discussion

O presente protocolo descreve o poder da ISI diferentes para a avaliação do processamento temporal para estudos empregando projetos experimentais ou transversais ou longitudinais. Examinar os efeitos da modalidade sensorial, exposição de psicoestimulantes ou idade sobre a forma da função ISI demonstrou sua utilidade em revelar uma sensibilidade diferencial à manipulação do ISI (ou seja, mudanças no ponto de máxima inibição) ou um insensibilidade relativa à manipulação do ISI (i.e., mais nítida inflexão da curva de ISI, achatamento da curva de ISI). Uso de dois paradigmas experimentais, incluindo Cruz-modal PPI e lacuna-PPI, demonstra que a utilidade do ISI é independente da adição (i.e., Cruz-modal PPI) ou remoção (ou seja, lacuna-PPI) de um prestimulus discreto.

Considerações de design experimental crítica para a conclusão da Cruz-modal PPI e lacuna-PPI são incluídas dentro do protocolo. Primeiro, um delineamento quadrado latino é implementado para a apresentação de Ísis em blocos de 6-julgamento, controlando para variação devido a ordem de apresentação do ISI. Em segundo lugar, o uso de dois ensaios de controle, incluindo o 0 e 4000 ms ISIs, fornece testes de controle de referência dentro da sessão de teste. A utilização de 4000 ms ISI é particularmente crítica, como mais apropriadamente assemelha-se a outro (ou seja, 30, 50, 100, 200) prepulse + pulso julgamentos, mas sem a expectativa de inibição significativa. Terceiro, um contrabalançadas (i.e., ABBA) delineamento experimental é empregado dentro Cruz-modal PPI para contabilizar a medição repetida de modalidades sensoriais dentro de uma sessão de teste. Finalmente, a inclusão de uma variável ITI durante o prepulse + pulso ensaios impede que um animal esperando e preparando assim, para o início de um julgamento. Assim, a implementação de uma série abrangente de Ísis em conformidade com um delineamento experimental adequado permite que para a determinação das funções de resposta relativamente precisos e definidos; processamento de funções que fornecem uma oportunidade fundamental para avaliar a construção do temporal.

Metodologia descrita no âmbito do presente protocolo contrasta outros protocolos contemporâneos para a análise do PPI, que tem popularizado a uma abordagem que comumente emprega um único ISI19,20. A abordagem popularizada é comumente analisada usando inibição percentual, calculada da seguinte forma: 100 x {[(startle response amplitude during control trials)-(assustar a amplitude de resposta durante prepulse + pulso ensaios)] / {assustar a amplitude de resposta durante controle de ensaios)}. Duas importantes advertências dos protocolos contemporâneas, incluindo a exclusão da avaliação do processamento temporal e análises estatísticas inadequadas, são discutidas, por sua vez, abaixo.

Inibição percentual foi calculada para os ms 100 ISI dentro os dados representativos para demonstrar as limitações da abordagem popularizada (tabela 2). Por exemplo, resultados de avaliação acústica lacuna-PPI e tátil lacuna-PPI sugerem que os animais não exibir qualquer inibição significativa. Análise da Figura 2, utilizando uma abordagem variando ISI, no entanto, revela que os animais não deixou de inibir, mas exibido uma mudança significativa no ponto de máxima inibição (isto é, 50 ms em acústica lacuna-PPI, 30 ms em lacuna tátil-PPI) . Mais notavelmente, no entanto, uso de inibição percentual opõe-se a utilização de projetos experimentais longitudinais para avaliar o desenvolvimento do processamento temporal em função da idade, um fenômeno reconhecidamente bem14,21. Assim, como qualquer % da medida de controle, inibição percentual falhará para disambiguate mudanças no PPI de mudanças na resposta de alarme de base impedindo a avaliação do processamento temporal.

Apesar da aparente simplicidade da abordagem popularizada, inferências extraídas da análise estatística devem ser feitas com extrema cautela. Pressupostos da análise de variância (ou seja, a normalidade da distribuição de amostragem dos meios, a homogeneidade da variância do erro, independência dos erros, ausência de valores aberrantes22) não podem ser satisfeitos com dados subjetivamente determinada percentagem23 . Especificamente, a variância do erro de dados percentuais não são normalmente distribuídos24, mas em vez disso são mais apropriadamente descrito por uma Poisson ou distribuição bimodal25. Em contraste, uma ANOVA de medidas repetidas fornece um método válido e confiável para a análise estatística da função ISI. No entanto, é vital para a conta para a potencial violação de esfericidade, uma suposição apenas presente nos modelos envolvendo medidas repetidas, ou usando planejado contrastes ortogonais ou o fator de correção do post hoc estufa-Geisser df 26 (pGG).

Utilização de uma abordagem variando ISI, no entanto, não é sem limitação. Em primeiro lugar, as limitações de hardware e software permitem apenas duas modalidades prestimulus ser avaliada uma vez. Notavelmente, uma sensibilidade diferencial à manipulação de contexto (ou seja, simultâneas visual ou tátil estímulo em acústica PPI) foi previamente relatada em Long-Evans ratos14 e HIV-1 Tg animais6. Em segundo lugar, em relação a abordagem popularizada, há um maior tempo experimental para a abordagem do ISI (i.e., ~ 30 minutos para Cruz-modal PPI; ~ 20 minutos para lacuna-PPI).

Assim, uma abordagem variando ISI fornece um método experimental para a avaliação do processamento temporal. Além das referido vantagens da abordagem, o circuito neural serial mediando PPI tem sido bem estabelecida27,28, permitindo a avaliação de alterações de circuitos neurais em transtornos neurocognitivos. Além disso, Cruz-modal PPI e lacuna-PPI podem servir como uma ferramenta de diagnóstico de triagem para transtornos neurocognitivos (por exemplo, mão4,5,6). Utilização da abordagem ISI variável, portanto, potencialmente pode ter utilidade clínica translacional para transtornos neurocognitivos.

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Disclosures

Nenhum dos autores tem conflitos de interesse para declarar.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado em parte por concessões do NIH (National Institute on Drug Abuse, DA013137; Saúde do Instituto Nacional da criança e desenvolvimento humano HD043680; Instituto Nacional de Saúde Mental, MH106392; Instituto Nacional de doenças neurológicas e AVC, NS100624) e o programa de formação interdisciplinar de pesquisa apoiado pela Universidade de Carolina do Sul programa de Interface comportamental-biomédica. Dr. Landhing Moran é atualmente um oficial científico no centro de NIDA para rede de ensaios clínicos.

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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McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents. J. Vis. Exp. (146), e58659, doi:10.3791/58659 (2019).

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