السلوكية تحديد التمييز زوج من التحفيز السمعية الصوتية والمحفزات الكهربائية باستخدام تكييف الكلاسيكية والنهج ضربات القلب

Neuroscience
 

Summary

يوصف تطبيق نموذج الخوف تكييف الكلاسيكية السلوكية للسمعي الاصطناعية البحوث في الفئران. هذا النموذج يوفر آلية لتحديد كلا من كشف، والتمييز بين والصوتية المتميزة والمحفزات الكهربائية باستخدام ضربات القلب كتدبير النتيجة.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Morgan, S. J., Paolini, A. G. Behavioral Determination of Stimulus Pair Discrimination of Auditory Acoustic and Electrical Stimuli Using a Classical Conditioning and Heart-rate Approach. J. Vis. Exp. (64), e3598, doi:10.3791/3598 (2012).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

وقد استخدمت الاستعدادات الحيوانية الحادة في مجال البحوث التحقيق مستقبليا تصاميم وتقنيات التحفيز الكهربائي للاندماج في الأطراف الاصطناعية السمعية العصبية، مثل زرع السمعي 1-3 جذع الدماغ والدماغ المتوسط ​​السمعي يزرع 4،5. في حين أن التجارب الحادة يمكن أن تعطي فكرة أولية لفعالية عملية الزرع، واختبار الحيوانات مزروع مزمنة ومستيقظا يوفر الناجمة في الاستفادة من دراسة الخصائص النفسية للالأحاسيس باستخدام الأجهزة المزروعة 6،7.

وقد استخدمت العديد من التقنيات مثل أجر القائم على تكييف هواء فعال 6-8، تجنب مشروطة 9-11، أو الكلاسيكية تكييف خوف 12 لتزويد تأكيد السلوكية للكشف عن سمة من الحوافز ذات الصلة. اختيار الأسلوب الذي ينطوي على جوانب الموازنة بما في ذلك كفاءة الوقت (غالبا الفقراء في الثواب النهج القائمة)، والقدرة على اختبار عدد وافر منوتعزو التحفيز في وقت واحد (محدودة في تجنب المكيف)، والموثوقية قدر من المحفزات المتكررة (عقبة محتملة عندما تستخدم التدابير الفسيولوجية).

هنا، يتم تقديم تكييف الخوف طريقة السلوكية الكلاسيكية التي يمكن استخدامها لاختبار في وقت واحد على حد سواء الكشف عن التحفيز، والتمييز بين اثنين من المنبهات. ويستخدم ضربات القلب كمقياس للاستجابة الخوف، الأمر الذي يقلل أو يلغي شرط لتستغرق وقتا طويلا فيديو الترميز لسلوك تجميد أو تدابير أخرى من هذا القبيل (على الرغم من ويمكن إدراج مثل هذه التدابير لتقديم أدلة متقاربة). وقد اشترط الحيوانات باستخدام هذه التقنيات في ثلاث دورات تكييف 2 ساعة، وتوفير كل التجارب التحفيز 48. ثم استخدمت لاحقا جلسات الاختبار 48 محاكمة لاختبار للكشف عن كل الحوافز المقدمة في أزواج، والتمييز بين اختبار محفزات عضو من كل زوج.

وتقدم هذه الطريقة السلوكية فيفي سياق استخدامه في مجال البحوث الصناعية السمعي. ويرد غرس أجهزة القياس الكهربائي. ويرد كذلك غرس لاحق من الأقطاب الكهربائية في الدماغ الى نواة القوقعة، مسترشدة في ذلك رصد الاستجابات العصبية للمؤثرات الصوتية، وتثبيت للقطب كهربائي في مكان للاستخدام المزمن.

Protocol

1. زرع جهاز القياس الكهربائي

  1. ساعة واحدة قبل بدء جراحة الزرع، إدارة كاربروفين (4 ملغ / كلغ SC) لتوفير ما بعد الجراحة للوعي.
  2. حقن الكيتامين / زيلازين (كه: 70 ملغم / كغم، XY: 10 مغ / كغ، والملكية الفكرية) للتخدير للسماح للإعداد الأولي الحيوانية بما في ذلك حلق الأذن والحانات إدراج قبل ان ينتقل الى تخدير Isoflurane الذي هو أكثر استقرارا أثناء الجراحة مما يتيح تحسين تنظيم عمق ويقصر في مرحلة ما بعد الشفاء من جراحة التخدير.
  3. في بداية التخدير، وتطبيق مواد التشحيم العين لعيون الحيوان ويحلق ثم الصدر البطن، والحلق. مسح البشرة المكشوفة باستخدام فرك الجراحية، تليها إعداد البشرة الكحولية، تليها محلول مطهر. وضع قفص المنزل على بطانية الحرارة لتدفئة.
  4. وضع الحيوان في موقف ضعيف على طبق من ذهب homeothermic. إدراج حشو تحت الرقبة لرفع وفضح الحنجرة.
  5. وضع أنف المشتركشمال شرق (تسليم 1-3٪ المجلد / المجلد Isoflurane في الأكسجين، 2 لتر لكل دقيقة) على الأنف من الحيوان وإصلاح مخروط في مكانها.
  6. تحديد الصدارة بين أطرافه في موقف شبه موسعة لتوليد توتر الجلد فوق الصدر والحلق، والأنف لمنع الانزلاق خالية من مخروط الأنف.
  7. إدراج التحقيق في بطانية homeothermic في المستقيم من الحيوان.
  8. جعل شق خط الوسط في الجلد التي تمتد من 20 ملم الخنجري عملية caudally لفضح طبقة العضلات. جعل شق التصفح على طول الخط ألبا، ثم التجويف البريتوني.
  9. أدخل جهاز القياس تخطيط القلب في التجويف البريتوني مع الخيوط الممتدة من نهاية منقاري لفتح، وخياطة والذيلية 15 ملم من فتحة في الصفاق.
  10. جعل شق خط الوسط في الحنجرة تعلو القصبة الهوائية، وتعريض عضلة القصية اللامية.
  11. إدراج ملقط الأذن التمساح في الفضاء تحت الجلد من شق منقاري التي تواجه caudally، واستخدام هذه لتشكيل subcutaneous نفق من منقاري إلى شق الذيلية. قبضة الموجب (أحمر) زمام المبادرة في ملقط وسحب زمام المبادرة من خلال النفق.
  12. رفع العضلة القصية اللامية باستخدام ملقط وإدراج غيض من الرصاص باتجاه إيجابي ظهريا المنصف الأمامي الأيمن، وترك ما يقرب من حلقة 1 ملم كابل منقاري إلى الإدراج. خياطة زمام المبادرة حيث يمتد من تجويف الصدر، وعلى رأس حلقة لعضلة الأساسية.
  13. فضح الجدار الظهري للالخنجري، وخياطة غيض من الرصاص السلبية السطح المعرض.
  14. التحقق من إشارة جهاز مزروع لضمان ويمكن الحصول على تخطيط القلب كاف.
  15. إطعام كابل فائض في التجويف البريتوني. أغلقت خياطة الجدار البريتوني، وألبا الخط، والجلد في منطقة البطن.
  16. أغلقت خياطة الجلد من الحلق.
  17. وقف تسليم Isoflurane، والاستمرار في تقديم الأوكسجين حتى لوحظ حركة عفوية.
  18. عندما لوحظ حركة، والإفراج عن الأطراف الأمامية 1د عودة الحيوان إلى قفص وطنه. نقل قفص المنزل حتى ما يقرب من نصف القفص هو على منصة الحرارة. وهذا سوف يسمح للحيوان، وعندما المحمول، للتنقل بين المناطق الأكثر دفئا وأكثر برودة من القفص. مراقبة الحيوانات حتى العيادات الخارجية، وترك قفص المنزل على بطانية الحرارة لمدة 24 ساعة.
  19. إدارة كاربروفين (4 ملغم / كغم من المحكمة العليا) كل 24 ساعة لمدة 3-5 أيام.

2. الدماغ الكهربائي زرع

  1. ساعة واحدة قبل بدء غرس وإدارة كاربروفين (4 ملغ / كلغ SC) لتسكين بعد العملية الجراحية.
  2. حقن الكيتامين / زيلازين (كه: 70 ملغم / كغم، XY: 10 مغ / كغ، والملكية الفكرية) للتخدير.
  3. في بداية التخدير، وتطبيق مرهم العين لحماية العينين، ثم يحلق رأسه من الحيوان. مسح البشرة المكشوفة باستخدام فرك betadine، تليها الكحول، تليها betadine.
  4. وضع الحيوان في وضعية الانبطاح على طبق من ذهب homeothermic.
  5. موقف واحد شريط الأذن أجوف في الموقف نحو النهائي المتوقع،ورفع ووضع الحيوان بحيث يقع شريط الأذن في صماخ السمع الخارجية.
  6. الشريحة الثانية شريط الأذن أجوف في صماخ السمع الخارجي المقابل.
  7. استخدام الفئران الأسنان الملقط، فتح الفك الحيوان وربط القواطع العليا على صاحب الأسنان.
  8. أزح مخروط الأنف على الأنف، والبدء في تسليم Isoflurane (1-3 المجلد٪ / المجلد في الأكسجين). ويحتفظ الآن في جميع أنحاء جراحة الحيوانات مع هذا المخدر.
  9. إجراء شق في الجلد من الرأس، وحوالي 1 ملم تبقى من خط الوسط والتي تمتد من 3-4 مم منقاري إلى 2-3 مم الذيلية لامدا.
  10. تراجع الجلد والعضلات أفقيا من شق، فضح عظم الجداري والعظم بين الجداري. فرك السطح من العظام يتعرض باستخدام 20٪ محلول بيروكسيد الهيدروجين والشاش.
  11. حفر حفرة صغيرة في العظام الجداري الأيمن والأيسر، والمسمار المسمار الصلب الجراحية في كل حفرة ترك الصغيرة (0.5 ملم) المسافة بين هيئة التعليم العاليد من كل برغي ومهارة. ربط هذه المسامير على الأرض ونقاط الإلكترود المرجعي للheadstage عالية مقاومة.
  12. حفر حفرة ما يقرب من 2 مم مربع في مدى الاطراف معظم العظام interpariental. مسح حفرة باستخدام ملحي معقم لإزالة أي غبار أو شظايا العظام العظام التي قد تؤدي إلى تلف الكهربائي.
  13. نعلق المتكلم اقتران إلى شريط الأذن اليسرى أجوف.
  14. استخدام غيض من إبرة، وجعل شق في بلدة دورا على المستوى السهمي.
  15. جعل مناور الكهربائي في مكان أعلى من الافتتاح، مع زاوية caudorostral من 10 درجة. إدراج الكهربائي يدويا ما يقرب من 2 مم إلى سطح الدماغ. تأكد من تشغيل مكبر للصوت في، ثم ختم غرفة تسجيل.
  16. بدء تسليم الدورية للمنخفض (2-8 كيلو هرتز)، متوسطة المدى (16-24 هرتز) وارتفاع (32 كيلو هرتز، 44kHz) تردد الموجات تمريرة من الضوضاء التي تمت تصفيتها. معدل القصوى التي ينبغي تسليم رشقات نارية واحدة انفجر كل MS 200. رصد النشاط العصبي 1تي كل قناة لاكتشاف الاستجابات لعرض الضوضاء.
  17. مواصلة إدخال القطب حتى إما المسافة الإجمالية المدرجة تقترب 8 ملم. اذا وصلت الى حد 8 مم دون أن يتم اكتشافها الردود العصبية، وسحب وإعادة القطب لآخر الإدراج. إذا تم التوصل إلى نواة القوقعة (CN)، يجب أن تكون مواقع في طرف القطب أن تظهر الاستجابات في المقام الأول إلى ارتفاع وتيرة المحفزات. وينبغي إذا تقع الأقطاب في نواة قوقعة بطني (VCN)، والرد على التحفيز السمعي على عنصر بداية قوية (1-5 MS)، يليه انخفاض سريع في النشاط.
  18. يواصل إدراج الكهربائي حتى نصائح من قطب كهربائي كشف الاستجابات للمؤثرات التردد المنخفض، أو السمعية يحركها النشاط لم يعد له وتحدث (في هذه الحالة، القطب قد مرت تماما من خلال CN، وأنه قد يكون من الضروري إعادة النظر في القطب التنسيب).
  19. بناء خريطة استجابة التردد السعة من الخلايا العصبية في القطب Sخائبي. ويتحقق ذلك عن طريق الصوت عبر عرض النطاق الترددي المطلوب (عادة 1-44 كيلو هرتز أو هرتز 1-80) في ديسيبل 1-70 سعة، مع التكرار 10 من كل من الحوافز. قد يتم تسليم واحدة كل حافز 300 مللي عندما رسم خريطة CN. إذا الخريطة غير كافية، والنظر في إعادة النظر في وضع القطب الكهربائي.
  20. تطبيق طبقة رقيقة من المطاط الصناعي السيليكون أعلى قليلا من السيقان الكهربائي المكشوفة، مثل أن الاستومر سوف تتدفق إلى أسفل السيقان ومعطف كل من السيقان والسطح المعرض من الدماغ.
  21. تطبيق الطبقة الأولى من طقم أسنان الاسمنت البوليمر حول القطب. يجب أن تكون لزجة الحد الأدنى من الاسمنت، للحد من مخاطر من القطب يتم نقلها في عملية التطبيق. تأكد من أن البوليمر لا يغطي مسامير في عظام الجدارية أو كابلات المرفقة. انتظر الاكريليك الى التشدد، والتي عادة ما يستغرق 5-10 دقائق.
  22. فصل الأرض والأسلاك إشارة من headstage من المسامير في العظام الجدارية. باستخدام ملقط، زالرياح ently السلك الأرضي من قطب كهربائي حول المسمار في العظم الجداري الأيسر.
  23. تطبيق طبقة ثانية من أسنان الاسمنت البوليمر. وهذا ينبغي أن الطبقة الثانية تغلف كل من البراغي، وتدفق في الفضاء بين رأس المسمار والجمجمة. وبذلك، فإن مسامير عقد الاكريليك والقطب في الجمجمة. انتظر الاكريليك الى التشدد.
  24. إزالة headstage من موصل كهربائي.
  25. باستخدام ملقط الأسنان الفئران، رفع الجلد الجانبي للبوليمر على البوليمر، واستخدام الخيط محفظة سلسلة لإغلاق الجلد حول الموصل الكهربائي عرضة للخطر.
  26. إزالة القضبان الأذن، والإفراج عن رئيس.
  27. تسليم نهاية Isoflurane، والاستمرار في تقديم الأوكسجين من خلال مخروط الأنف حتى لوحظ حركة عفوية.
  28. عودة الحيوان إلى قفص المنزل. نقل قفص المنزل حتى ما يقرب من نصف القفص هو على منصة الحرارة. وهذا سوف يسمح للحيوان، وعندما المحمول، للتنقل بين المناطق الأكثر دفئا والأكثر برودة منقفص.
  29. مراقبة الحيوانات حتى العيادات الخارجية. ترك قفص المنزل على لوحة الحرارة لمدة 24 ساعة.
  30. إدارة كاربروفين (4 ملغم / كغم من المحكمة العليا) كل 24 ساعة لمدة 3-5 أيام.

3. تكييف

  1. وضع الحيوان في غرفة الاختبار.
  2. تنشيط الجهاز القياس تخطيط القلب.
  3. السماح للحيوان من أجل التأقلم على غرفة الاختبار لمدة خمس دقائق قبل البدء في تكييف. هذا سوف يسمح معدل ضربات القلب للعودة إلى خط الأساس، والتعامل مع يؤدي إلى ارتفاع معدل ضربات القلب.
  4. تنفيذ الإجراء تكييف:
    1. تقدم عضو واحد تم اختيارها عشوائيا من الزوج التحفيز السمعي مرارا في رشقات نارية MS 250 فصل بنسبة 250 مللي من الصمت ل80-170 ق. يجب على كل عرض الحوافز لها صعود وسقوط مرة 10 مللي ثانية لتفادي 'فوق' أن ينظر إليها، والتي تغطي مجموعة واسعة من إدراكيا الترددات الصوتية.
    2. تبدأ بالتناوب العضو الثاني من هذا الزوج التحفيز السمعي مع الأولى، تقديم عصامالفصل نغمة ل 250 مللي يتبع من قبل MS 250 من الصمت.
    3. بعد 9،5 S في الفترة من 10 ثانية بالتناوب عرض لهجة، وتدير 0.5 مللي القدم صدمة (0.7 أمبير).
    4. التوقف عن تقديم عروض لهجة لمدة 30 ق على السماح لمعدل ضربات القلب لتحقيق الاستقرار.
    5. يعاود لهجة تسليم الزوج (من 3.4.1). وينبغي على النحو الأمثل أزواج نغمة تقديمها في تسلسل عشوائي، وينبغي أن تستخدم لهجة أزواج لا يقل عن 12 لضمان تكييف يعمم على جميع الأزواج وتردد ليست محددة على الترددات المستخدمة لهجة. تستمر هذه العملية حتى تم الانتهاء من 48 دورات الإجراء (التجارب).
  5. تنشيط جهاز تخطيط القلب، والعودة للحيوان في قفص المنزل.

4. الاختبار

  1. Anesthetise الحيوان باستخدام Isoflurane (1-3 المجلد٪ / المجلد في الأكسجين).
  2. توصيل كبل التحفيز العصبي إلى موصل كهربائي عرضة للخطر.
  3. وضع الحيوان في غرفة الاختبار.
  4. تنشيط الجهاز القياس تخطيط القلب. </ لى>
  5. السماح للحيوان للتعافي من التخدير Isoflurane والتأقلم إلى غرفة الاختبار لمدة عشر دقائق قبل بدء الاختبار. هذا سوف يسمح معدل ضربات القلب للعودة إلى خط الأساس والتعافي من تأثير مخدر وجيزة.
  6. تنفيذ الإجراء الاختبار.
    1. تقدم عضو واحد تم اختيارها عشوائيا من الزوج التحفيز السمعي مرارا في رشقات نارية MS 250 فصل بنسبة 250 مللي من الصمت ل170S-80. يجب على كل عرض الحوافز لها صعود وسقوط مرة 10 مللي ثانية لتفادي 'فوق' أن ينظر إليها، والتي تغطي مجموعة واسعة من إدراكيا الترددات الصوتية.
    2. تبدأ بالتناوب العضو الثاني من هذا الزوج التحفيز السمعي مع أول، وتقديم كل نغمة ل 250 مللي تليها بنسبة 250 مللي من الصمت.
    3. بعد 9،5 S في الفترة من 10 ثانية بالتناوب عرض لهجة، وتدير 0.5 مللي القدم صدمة.
    4. التوقف عن تقديم عروض لهجة لمدة 30 ق على السماح لمعدل ضربات القلب لتحقيق الاستقرار.
    5. بدء تسليم سيلي عشوائيا 1المديرية عضو في زوج الدماغ التحفيز الكهربائي مرارا وتكرارا، وذلك باستخدام 250 مللي فترات من التحفيز مفصولة 250 مللي من التحفيز غير ل80-170 ق.
    6. تبدأ بالتناوب العضو الثاني من هذا الزوج التحفيز مع أول، وتقديم كل حافز ل 250 مللي تلت ذلك فترة 250 غير التحفيز مللي. تستمر بالتناوب التحفيز لمدة 10 ق.
    7. وقف العروض حافزا لل30 ثانية للسماح لمعدل ضربات القلب لتحقيق الاستقرار.
    8. يعاود التحفيز تسليم الزوج (من 4.6.5 أو 4.6.1). وينبغي تقديم الحوافز أزواج في تسلسل عشوائي، وينبغي تسليم ما لا يقل عن 20 تجربة من كل زوج من الحوافز لضمان يتم جمع ما يكفي من ضربات القلب لتوفير البيانات نتيجة واضحة متوسط ​​وتقليل التباين. محاكمات توزيع استخدام المنبهات الصوتية طوال الدورة اختبار يقلل من احتمال انقراض سوف تحدث أثناء العملية.
  7. فصل كابل التحفيز من الحيوان.
  8. تنشيط ديفي ECGم.
  9. عودة الحيوان إلى قفص المنزل.

5. ممثل النتائج

ويظهر في تسجيل تخطيط القلب العينة المأخوذة باستخدام جهاز القياس عن بعد زرعها بعد أسبوع واحد غرس في الشكل 1. ويمكن عادة مثل هذا التسجيل يمكن الحصول عليها من الأجهزة مزروع، والأجهزة لا تزال تعمل بشكل كاف لتسجيل لتتجاوز ستة أشهر، حتى لو تم استخدام خياطة للذوبان على الكابلات يضعوا على العضلات. تم الحصول على تسجيل تخطيط القلب هو مبين في الشكل رقم 2 من حيوان على مدى ثمانية أشهر في مرحلة ما بعد الزرع.

الأرقام 3 يبين موقع لزرع ناجحة. موضع القطب الكهربائي لديها العديد من المواقع في نواة قوقعة posteroventral (PVCN)، وتوفير التحفيز والوصول إلى تسجيل الكثير من جوانب ظهري بطني. تعرض التردد ردود كل موقع القطب لهذا الغرس في الشكل 4. منطقة طويلة من PVCN التي يتم فيها توزيع كهربائية تؤدي إلى السكان الخلية للوصول للتسجيل والتحفيز "ضبطها" إلى مجموعة واسعة من الترددات. وعلاوة على ذلك، يتم ضبطها ضيق السكان أنفسهم - أنها تستجيب فقط إلى شريط ضيق من الترددات الصوتية (انظر الشكل 5).

في المقابل، يظهر وضع الفقراء في الشكل (6). في هذا المثال، تم وضع قطب كهربائي بشكل إعلامي للغاية، وعدم إدخال عميقا بما فيه الكفاية لاختراق PVCN. ونتيجة لذلك، ومواقع الكهربائي فقط بالقرب من ردود إظهار تلميح إلى الصوت كما هو موضح في الشكل 7. وبالإضافة إلى ذلك، مقيدة للغاية في مجموعة من الترددات التي يتم ضبطها للسكان الخلية يمكن الوصول إليها. وضبط للسكان أنفسهم، فهي ضيقة (انظر الشكل 8)، ولكن توزيع متفاوت للترددات المركزية للسكان الخلية يجعل تحفيز مناطق تردد متميزة من المستحيل.

_content "> بيانات معدل الأساس القلب تختلف بين مكيفة العروض التحفيز الصوتي. لمراعاة هذا التباين، وتطبيع الخام معدل ضربات القلب (HR) البيانات كنسبة من الموارد البشرية لاحظ عندما تناوب التحفيز بدأت (الوقت 0). ويبين الشكل 9 البيانات في مختلف النماذج التي تم جمعها خلال الدورة تكييف الأولى. يتم تقديم مثال للنتائج التي تم الحصول عليها للموارد البشرية في حيوان آخر خلال الجزء الأخير من جلسات تكييف الأولي في الشكل 10. عملية تكييف للمؤثرات الصوتية والسريع، ويمكن ملاحظة تغيرات قوية في الموارد البشرية مع تجارب قليلة؛. 7 في حالة من الأرقام 9 و 10 والتغيير في مجال الموارد البشرية لاحظ على الفور بعد بدء التداول التحفيز (يرجى الرجوع إلى 3.4.1 و 3.4.2) تقدم دليلا على أن هذا الحيوان قادر على التمييز بين تكرار الأولية التحفيز وتحفيز ثانية وأضاف في وقت لاحق.

بعد جلسات اختبار تبدأ، والتي بالكهرباءوعادة ما يتم تسليم المنبهات العصبية كال بدلا من المنبهات الصوتية، وإدراج العروض التحفيز الصوتي يسمح تأكيد أن تأثيرات تكييف لا تزال موجودة. تغيير عام في الموارد البشرية استجابة لبدء عرض الحوافز الصوتية يؤكد أن تأثير مكيفة للمؤثرات الصوتية لا تزال موجودة، كما هو مبين في الشكل 11. وبالمثل، الرقم 12 ويعرض الموارد البشرية يعني تغير نسبي حول بدء تداول نبرة صوتي في جلسة أول اختبار. كما هو الحال مع الرقم 9 و 10، والموارد البشرية ثابتا نسبيا قبل إدخال تحفيز ثانية في تناقض مع التغير السريع في مجال الموارد البشرية بعد إدخال تحفيز ثانية تقدم دليلا على أن التمييز بين نغمات 2 حدث.

في المقابل، يمكن النظر إلى عدم وجود كشف في شكل 13 في التحفيز الكهربائي الذي يتم البدء. يعني النسبي للموارد البشرية تشان شركة جنرال الكتريك في 10 محاكمات لا يظهر أي مؤشر على الانخفاض السريع متسقة لاحظ عندما كشف يحدث، كما في الشكل 11. وبالمثل، فإن عدم وجود تغيير ثابت وسريع في معدل ضربات القلب في الرقم 14 يشير إلى أن المحفزات 2 الكهربائية يجري تسليمها ليست مختلفة بما فيه الكفاية للتمييز أن يحدث. على حد سواء قبل بدء الفترة بالتناوب (قبل الساعة 0) وبعد بدء التداول، ومتوسط ​​التغير النسبي في الموارد البشرية لا تزال قريبة من خط من دون تغيير.

ويرد نمط أكثر من سمات التمييز بين عضوين من زوج التحفيز العصبي في الشكل 15. وحدث انخفاض في معدل ضربات القلب يحدث بسرعة بعد بدء التداول التحفيز، تليها زيادة كبيرة في معدل ضربات القلب. كانت استراتيجية التحفيز خاصة المستخدمة في هذه الحالة الناجحة في انتاج استجابة ذات الصلة سلوكيا.

"SRC =" / files/ftp_upload/3598/3598fig1.jpg "/>
الشكل 1. تسجيلا تخطيط القلب التي تم الحصول عليها باستخدام جهاز القياس عن بعد أسبوع واحد مزروع في مرحلة ما بعد الزرع. إشارة ينظر في هذا التسجيل هو نموذجي إلى حد كبير من التسجيلات التي تم الحصول عليها باستخدام هذه الأجهزة.

الشكل 2
الشكل 2. حصلت على تسجيل تخطيط القلب باستخدام جهاز القياس عن بعد زرعها بعد ستة أشهر من الزرع. هناك تدهور ضئيلة للإشارة يتم تسجيلها خلال تلك الفترة الزمنية، وهذه إشارة غير كافية بالتأكيد لحساب هذا الحيوان دقات القلب.

الشكل (3)
الشكل 3. وإعادة الإعمار 3D لوضع قطب كهربائي ناجح، وذلك باستخدام الأشعة السينية مجتمعة التصوير المقطعي والمقاطع النسيجية. اخترقت كل من السيقان القطب نواة posteroventral القوقعة مع أقطاب orienتيد لمواجهة هيكل.

الشكل 4
الشكل 4. الخريطة من ردود الكهربية سجلت مع وضع قطب كهربائي من الشكل (3). رسم بياني يظهر كل البيانات عن النشاط الكهربائي في موقع واحد في الاستجابة لعرض من تردد صوتي واحد، كل عمود يمثل 25 مرة MS الفترة. على كل من السيقان من الصفيف الكهربائي، يتم الكشف عن الاستجابات في كل موقع القطب الفردية فقط ردا على نطاق ضيق جدا من الترددات، ولكن يتم توزيع هذه نطاقات ضيقة عبر مجموعة واسعة من الترددات. مثل هذا التوزيع هو المثل الأعلى، كما يمكن حفز كثير متميزة تردد المرتبطة مناطق الدماغ بشكل مستقل.

الشكل 5
الشكل 5. الاستجابة الكهربية في قناة 10 من زرع قدم في أرقام 3 و صباحاص 4. من الناحية المثالية، ينبغي أن مواضع الكهربائي يؤدي إلى استجابات العصبية إلى التحفيز السمعي يتم الكشف عنها على عدة قنوات مع سعة الصوت منخفضة تصل إلى 10 ديسيبل، وكما يبدو في هذا المثال.

الشكل (6)
الشكل 6. لإعادة الإعمار 3D لوضع قطب كهربائي الفقراء. في حين أن زاوية caudorostral من القطب كان صحيحا، وكان وسطي أيضا. علاوة على ذلك، لم يتم إدخال القطب عميق بما فيه الكفاية، مما أدى لفي مواقع أقرب غيض من القطب كونها تقع ضمن نواة القوقعة الظهرية.

الشكل 7
الشكل 7. الخريطة من ردود الكهربية سجلت مع وضع قطب كهربائي كما هو موضح في الشكل (6). نشاط يحدث في نصائح من كل ساق من الصفيف الكهربائي، ولكن هناك اختلاف طفيف في التحفيز السمعي الصحائفquency الذي يتسبب بهذا النشاط في كل موقع القطب. مثل هذا الزرع لا يمكن تنشيط طبقة تردد متميزة للاختبار تمييز.

الشكل 8
الرقم 8. الاستجابة الكهربية في قناة 28 على وضع قطب كهربائي يظهر في أرقام 6 و 7. التحفيز الصوتية إنتاج رشقات نارية قوية من النشاط، مشابهة في وتيرة ارتفاع إلى أن ينظر في زرع ناجحة جدا (الشكل 3). عتبة هو أيضا منخفضة جدا، مع الكشف عن ردود استجابة للنغمات عند 20 ديسيبل. إذا كان هناك اختلاف أكبر في الترددات التي وقعت في أقوى ردود عبر قنوات أخرى للصفيف هذا من شأنه أن قناة بالتأكيد كافية لتحفيز.

الشكل 9
الشكل 9. مقارنة بين معدل ضربات القلب الخام (A) تerses يعني النسبي (B) البيانات التي تم جمعها خلال الدورة الأولى في تكييف حيوان واحد. وترد الردود في الفترة من 7 العروض. بسبب الاختلاف في معدل نبضات القلب بدأت قبل الشروع في تغيير لهجة، ويعني الخام معدل ضربات القلب (± فواصل الثقة 95٪) لا تظهر على نحو كاف لدرجة تغير من الانخفاض الأولي في معدل ضربات القلب تليها ارتفاع الخام كما هو مبين في الفردي آثار (A أسفل،). يعني التغير النسبي في معدل ضربات القلب في البيانات التي يتم تقسيم معدل ضربات القلب من معدل ضربات القلب في وقت مكيفة عرض الحوافز الصوتية لكل أثر يرد في (B). وهذا يدل على انخفاض كبير إحصائيا بعد مكيفة عرض الحوافز مع إرتفاع كبير في وقت متأخر ينعكس باستخدام فواصل الثقة 95٪. وتظهر الفردية معدل ضربات القلب النسبي آثار (B، أسفل).

الشكل 10
الشكل 10. متوسط ​​النسبي ص القلب أكلت تغير في الفترة من 8 ق قبل 8 ق بعد بدء بالتناوب الصوتية عرض الحوافز، والجمع بين بيانات من جلسات تكييف الثاني والثالث. البيانات المقدمة تشمل سبع تجارب قدمت خلال الدورات تكييف اثنين، وأربعة في الدورة الأولى، وتكييف ثلاثة في الثانية. ردا على عرض الحوافز بالتناوب، إلى انخفاض كبير في معدل ضربات القلب الأولي وقعت تليها الزيادة في وقت متأخر من معدل ضربات القلب.

الشكل 11
الرقم 11. متوسط ​​التغير النسبي معدل ضربات القلب من 10 ثانية قبل 10 ثانية بعد بدء عرض الحوافز الصوتية بعد فترة صمت لمدة 30 ق. واتخذت البيانات محاكمة من جلسة الاختبار الأول ويشمل ستة عروض التحفيز الصوتي. انخفاض واضح في وقت مبكر في معدل ضربات القلب دليلا على التمييز بين المنبهات الصوتية المقدمة.

es/ftp_upload/3598/3598fig12.jpg "/>
الرقم 12. متوسط ​​التغير النسبي معدل ضربات القلب في الفترة من 8 ق قبل 8 ق بعد بدء بالتناوب الصوتية عرض الحوافز، التي اتخذت من جلسة الاختبار الأول وبما في ذلك خمسة عروض التحفيز الصوتي. انخفاض واضح في وقت مبكر في معدل ضربات القلب دليلا على التمييز بين المنبهات الصوتية المقدمة.

الشكل 13
الرقم 13. متوسط ​​التغير النسبي معدل ضربات القلب من 10 ثانية قبل 10 ثانية بعد بدء تحفيز الدماغ الكهربائية بعد فترة صمت لمدة 30 ق. واتخذت البيانات محاكمة من جلسات الاختبار الأول والثاني ويضم 18 عروض التحفيز الكهربائي، وكلها باستخدام إعدادات تنشيط نفسه. عدم وجود أي انخفاض في معدل ضربات القلب خاصة، لا سيما القريبة إلى 0 الوقت الذي يبدأ التحفيز، يشير إلى أن هذا الحيوان غير قادر على الكشف عن الامفيتامينلنا.

الشكل 14
الشكل 14. متوسط ​​التغير النسبي معدل ضربات القلب في الفترة من 8 ق قبل 8 ق بعد بدء عرض التحفيز الكهربائي المتردد (راجع 4.6.5 و 4.6.6)، التي اتخذت من جلسة الاختبار الأول وبما في ذلك 33 عرضا التحفيز الكهربائي. لا نمط ثابت من التغير في معدل ضربات القلب يحدث وقت قريب 0، مما يوحي بأن المحفزات بالتناوب مختلفة بشكل كاف للتمييز أن يحدث.

الشكل 15
الرقم 15. أمثلة الممثل من آثار الفردية (A) ويعني النسبي بيانات معدل ضربات القلب (B، C) في الفترة من 8 ق قبل 8 ق بعد بدء بالتناوب عرض التحفيز الكهربائية، والتي اتخذت من جلسة الاختبار السابع من حيوان الثانية، و بما في ذلك 12 عرضا التحفيز الكهربائي. انخفاض ملحوظ في HR يحدث بسرعة بعد مقدمة من التحفيز العصبي الثاني، تبعه ارتفاع كبير في معدل ضربات القلب ينعكس يوحي تم الكشف عن الفرق بين التحفيز الأولى والثانية من قبل الحيوانات. ويمكن ملاحظة درجة الخطأ والفرق في الاستجابة في مستوى متناسب ± يعني مؤامرة (جنوب شرق) خطأ هو موضح في (B). يمكن التحقق من أهمية تراجع وارتفاع في أعقاب عرض تحفيز ثانية باستخدام فواصل الثقة 95٪ تطبق على البيانات الواردة في الفقرة (ج). استجابة ينظر في (C) مشابهة للاستجابة نرى في الشكل باء 9.

Discussion

وصف تقنيات هنا توفر وسيلة لاختبار مجموعة من المهام التمييز بسرعة، مع أوقات تدريبية قصيرة والسماح لأتمتة كبيرة، مما يقلل من وقت الباحث اللازمة لمعالجة البيانات. ويمكن استخدام البيانات التي تم الحصول عليها من الحساب مزروع، تخطيط القلب من معدل ضربات القلب (HR) تغير في أوقات عرض الحوافز أن يكون آليا. ويمكن معالجة الأخطاء في تخطيط القلب (مثل واحد في عداد المفقودين ضربات القلب) التعرف عليها بسهولة لأنها تؤدي إلى حدوث تغيرات كبيرة في بدناءة واضح ضربات القلب لفترة وجيزة جدا، وهذا خطأ من السهل كشف يقلل من الحاجة إلى وقت كثيفة استعراض البيانات يدويا .

ووصف هذه التقنية لزرع جهاز القياس تخطيط القلب وتنتج باستمرار التسجيلات مع التدخل قليلا أو لا (انظر الشكلين 1 و 2). ومع ذلك، يمكن أن الاختلافات الصغيرة نسبيا في موضع الصدارة في منطقة المنصف أن يؤدي إلى تدخل من العضلات المجاورةق، وخاصة التنفس المرتبطة ضجيج. التحقق من موضع الصحيح من الخيوط أثناء عملية الزرع، ولا سيما بعد خياطة الخيوط في مكان، يسمح تعديلات دقيقة من وضع الرصاص للحد من التدخل.

عملية زرع دماغ الى نواة قوقعة أمر صعب. باستخدام العروض المسلسل من الفرقة تمريرة من الضوضاء التي تمت تصفيتها من نطاقات التردد عدة، بدلا من ضجيج واسع النطاق كما سبق أن تستخدم يمكن الاستجابة للسكان الخلية في مواقع القطب استعرض سريعا من حيث استجابة التردد بدلا من ضجيج أقل محددة استجابة. القدرة على تحديد بسرعة عندما مجموعة كافية من السكان خلية تردد ضبطها يمكن الوصول إليها أمر بالغ الأهمية في مجال البحوث عندما يجري اختبار الكهربائية التمييز التحفيز. إذا تم الحصول عليها كافية لتوزيع الترددات، ثم المقارنة بين التحفيز من المناطق المتميزة تردد هو ببساطة غير ممكن. ومع ذلك، فإن عملية أطولمن سعة التردد رسم الخرائط لا تزال حرجة استجابة لتوفير التفاصيل بشأن اتساع نطاق ضبط خلية من السكان، وينبغي إنجازه قبل تحديد القطب في مكان.

في التدريب السلوكي والاختبار، وإدراج حافزا غير (أو الصامتة) بين فترة المحاكمات، وذلك قبل بدء التحفيز، يسمح فحص ردا على بدء التحفيز الأولية. عند استخدام التحفيز العصبي الكهربائي، ردا على بدء التحفيز يقدم دليلا للكشف بسيط من التحفيز. وبالتالي، عندما لم يكن هناك استجابة بداية التحفيز، ولكن استجابة عند تقديم الحوافز تناوب 2، يمكن استنتاج أن يمكن الكشف عنها فقط الحافز الأخير. دون إدراج مثل هذه الفترة الصامتة، لن يكون هناك أي طريقة لتحديد أنه لم يتم الكشف عن الحوافز السابقة.

وجود قيود في هذه التقنية الاختبار السلوكي هو أن عدم وجود الحمى القلاعية الصدمات تسليمها بعد تقديم neuraتنبيه ل قد يؤدي إلى تطوير نوعية في خوف مكيفة، وأعرب عن فقط مثل هذا الخوف عندما يتم تقديم حافز الصوتية. وهذا هو، قد الحيوان تعلم أن ترتبط آثار خاصة من التحفيز الحسي العصبي مع عدم تلقي صدمة القدم. في المقابل، يمكن تسليم القدم بعد صدمات العرض من التحفيز العصبي يؤدي إلى خوف المشروط لتحفيز العصبية نفسها، تختلف عن أية خصائص الصوت مثل الحافز العصبي قد يكون. النتائج التي حصل عليها عندما استبعاد القدم صدمة بعد التحفيز العصبي توفير بالتأكيد أقوى الأدلة على التحفيز العصبي يكون الصوت مثل من تلك التي تستخدم القدم صدمة بعد التحفيز العصبي، كما هو الحال في السابق في ظروف الخوف وتعميم من الصوتية لتحفيز العصبية. ومع ذلك، فإن خطر الإصابة إلى خصوصية الصوتية بدلا من التحفيز العصبي هو الحاضر. استخدام ممر الفرقة تصفية ضجيج كما التحفيز الصوتي بدلا من رشقات نارية لهجة نقية، والسابق والتيقد تعكس على نحو أفضل تجربة الحسية من التحفيز العصبي، يمكن أن يقلل من خطر مثل هذه النوعية النامية. ومع ذلك، فإن مثل هذا الإجراء يدخل متغير إضافية من عرض النطاق الترددي للمرشح، والتي سوف تؤثر على المهام تمييز.

لتحديد الإضافية المرتبطة غرس أي العصبية المزمنة، مثل المطلوبة لاختبار السلوكية، هو التغيير في وظيفة من القطب أو الأنسجة العصبية المرتبطة بها على مر الزمن. ويمكن تحفيز الأنسجة العصبية تؤدي إلى كل من قمع مؤقت من 13 النشاط العصبي والتغيرات النسيجية مثل فقدان الخلية 14 و مباشرة في الدماغ استجابة الأنسجة إلى القطب. 15

ووصف النهج إلى غرس والاختبارات السلوكية يوفر وسيلة لاختبار الكشف على حد سواء، والتمييز من المنبهات الصوتية والكهربائية مع تدريب وجيزة، والقدرة على ممارسة السيطرة على وتيرة المحاكمة. تحديد أسلوب استخدام التغيير في الموارد البشرية باعتبارها قياس آثافة(ه) من الخوف قد تكون قابلة للتطبيق في ظروف ليست اختبار السمع فقط، ولكن بشكل عام إلى أي اختبار الحسية التي يمكن من خلالها تقديم المحفزات لأية فترة منفصلة، ​​والذي هو المطلوب في الكشف عن التمييز الحسي

Disclosures

الدكتور أنطونيو باوليني هو مدير لشركة Bioengenesis المحدودة للتكنولوجيا هي من ممثلي استراليا لتقنيات ديفيس تاكر والموزع الاسترالية من المسابر NeuroNexus.

Acknowledgments

وقدم التمويل لهذا البحث من قبل يمر غارنيت ورودني وليامز مؤسسة النصب التذكاري ولوس انجليس لجامعة تروب.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PowerLab ADInstruments ML880 Records data received from the implanted TR40 transmitter
SmartCtrl controller card Med Associates, Inc. DIG-716B Controls the behavioral test chamber, including foot shock
Modular behavioral test chamber Med Associates, Inc. ENV-009 Test chamber size: 30.5cm x 39.4cm
Aversive stimulus generator Med Associates, Inc. ENV-410B Delivers aversive foot-shock to metal-bar floor of the cage through a Solid State Scrambler unit
Programmable Attenuator TDT PA5 Controls the amplitude of delivered acoustic signal to ensure stable amplitude across frequencies
Electrostatic speaker driver TDT ED1 Drives the electrostatic speakers (EC1, ES1)
Free-field electrostatic speaker TDT ES1 Sounds are presented using this speaker in the behavioral test chamber
Coupled electrostatic speaker TDT EC1 Sounds are presented using this speaker during neural implant surgery
Stimulator Base Station TDT RX7 Controls delivery of electrical neural stimulation (used with MS16)
Microstimulator TDT MS16 Delivers multichannel electrical neural stimulation
Processing base station TDT RZ2 Records neural activity during brain implantation (using PZ2 preamplifier)
Preamplifier TDT PZ2-256 256-channel high impedance preamplifier
Telemetry device receiver Telemetry Research TR162 Receives digital signal from TR40, and converts to amplified analogue output
Implantable electrocardiogram telemetry device Telemetry Research TR40 The implanted transmitter device, sampling at 2kHz
Multifunction Processor Tucker-Davis Technologies RX6 Used to generate acoustic stimuli
Vertex Castavaria Vertex Dental Dental acrylic used to fix the electrode in place
Kwik-Sil Adhesive, low viscosity World Precision Instruments, Inc. Silicon elastomer used to coat the electrode shanks
Multichannel electrode NeuroNexus Technologies a2x16-10mm 100-500-413 The 2-shank 32-channel extracellular electrode array used for implantation. The electrode sites have been activated to produce a coating of iridium oxide in preparation for stimulation.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mauger, S. J., Shivdasani, M. N., Rathbone, G. D., Argent, R. E., Paolini, A. G. An in vivo investigation of first spike latencies in the inferior colliculus in response to multichannel penetrating auditory brainstem implant stimulation. Journal of Neural Engineering. 7, 036004-036004 (2010).
  2. Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Argent, R. E., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. Inferior colliculus responses to dual-site intralamina stimulation in the ventral cochlear nucleus. J. Comp. Neurol. 518, 4226-4242 (2010).
  3. Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. Inferior colliculus responses to multichannel microstimulation of the ventral cochlear nucleus: Implications for auditory brain stem implants. Journal of Neurophysiology. 99, 1-13 (2007).
  4. Lenarz, M., Lim, H. H., Patrick, J. F., Anderson, D. J., Lenarz, T. Electrophysiological Validation of a Human Prototype Auditory Midbrain Implant in a Guinea Pig Model. JARO. 7, 383-398 (2006).
  5. Lim, H. H. Auditory Cortical Responses to Electrical Stimulation of the Inferior Colliculus: Implications for an Auditory Midbrain Implant. Journal of Neurophysiology. 96, 975-988 (2006).
  6. Otto, K. J., Rousche, P. J., Kipke, D. R. Microstimulation in auditory cortex provides a substrate for detailed behaviors. Hearing research. 210, 112-117 (2005).
  7. Gai, Y. Detection of Tones in Reproducible Noise Maskers by Rabbits and Comparison to Detection by Humans. JARO. 8, 522-538 (2007).
  8. Miller, C. A., Woodruff, K. E., Pfingst, B. E. Functional responses from guinea pigs with cochlear implants. I. Electrophysiological and psychophysical measures. Hearing Research. 92, 85-99 (1995).
  9. Beitel, R. E., Vollmer, M., Snyder, R. L., Schreiner, C. E., Leake, P. A. Behavioral and neurophysiological thresholds for electrical cochlear stimulation in the deaf cat. Audiology & Neurotology. 5, 31-38 (2000).
  10. Beitel, R. E., Snyder, R. L., Schreiner, C. E., Raggio, M. W., Leake, P. A. Electrical cochlear stimulation in the deaf cat: comparisons between psychophysical and central auditory neuronal thresholds. J. Neurophysiol. 83, 2145-2162 (2000).
  11. Vollmer, M., Beitel, R. E., Snyder, R. L. Auditory detection and discrimination in deaf cats: Psychophysical and neural thresholds for intracochlear electrical signals. Journal of Neurophysiology. 86, 2330-2343 (2001).
  12. LeDoux, J. E., Cicchetti, P., Xagoraris, A., Romanski, L. M. The lateral amygdaloid nucleus: sensory interface of the amygdala in fear conditioning. Journal of Neuroscience. 10, 1062-1069 (1990).
  13. McCreery, D. B., Yuen, T. G., Agnew, W. F., Bullara, L. A. A characterization of the effects on neuronal excitability due to prolonged microstimulation with chronically implanted microelectrodes. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 44, 931-939 (1997).
  14. Liu, X., McPhee, G., Seldon, H. L., Clark, G. M. Histological and physiological effects of the central auditory prosthesis: surface versus penetrating electrodes. Hearing Research. 114, 264-274 (1997).
  15. Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148, 1-18 (2005).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics