在啮齿动物的行为测听的低成本设置

Published 10/16/2012
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Neuroscience

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Summary

听到的参数,如听阈,听力有障碍或幻象的看法(主观耳鸣)的行为确定为一种快速,廉价的方法。它使用预脉冲抑制声惊吓响应,并可以容易地实现在个人计算机中,使用一个可编程的AD / DA转换器和压电传感器。

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Tziridis, K., Ahlf, S., Schulze, H. A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents. J. Vis. Exp. (68), e4433, doi:10.3791/4433 (2012).

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Abstract

在听觉动物研究的关键是听证会的基本参数的动物实验中所涉及的主题有准确的信息。这些参数可能是生理性的听觉通路的响应特性, 例如,通过脑干听力检查(BERA)。但是,这些方法允许对应于这些生理参数的听觉知觉,只是间接的和不确定的推断。为了评估的知觉的听力水平,行为的方法,必须使用。知觉的描述,在动物模型中使用的行为方式的一个潜在问题是,这些方法大多涉及某种行为测试的主题之前,可以学习的范例, 动物可能要学会按杠杆响应于一个声音。由于这些学习范式改变自己的看法1,2,他们因此会影响人们获得任何结果约这些方法,因此必须谨慎解释。例外的是利用反射性反应的范例,因为在这里没有学习的范例之前进行感知测试。一个这样的反射反应是声惊吓反应(ASR),可高度重复性引起意想不到的响亮的声音在天真的动物。这ASR反过来可以影响取决于这个前刺激的感知性的声音之前:声音远高于听觉阈值将完全抑制的振幅的ASR;听起来接近阈值只会稍微抑制ASR。这种现象被称为预脉冲抑制(PPI)的3,4,和PPI的量上的ASR逐渐依赖于预脉冲的感知性。 PPI的ASR因此非常适合以确定行为的听力图天真,非受过训练的动物,以确定听力障碍,甚至以检测出可能在这些主观耳鸣知觉动物。在本文中,我们演示了如何使用这种方法,在啮齿类动物模型(参见文献5),长爪沙鼠(长爪沙鼠),这是一个正常人类的听觉范围内,众所周知模型物种的惊吓反应的研究( 例如: 6)。

Protocol

1。设置装配和软件编程

  1. D / A卡安装在个人计算机上( :6229,美国国家仪器公司NI PCI),并把它连接到突破框( :BNC-2110年,美国国家仪器公司),都应该至少支持一个输入和一个输出通道至少各44.1千赫的采样率。
  2. 将突破盒的输出通过BNC电缆连接到声音放大器( :AMP75宽带功率放大器,托马斯·沃尔夫)。
  3. 安装一个红外摄像头( 例如 :大IP摄像机专业,GrandTec电子)在黑暗中的动物监测。
  4. 安装一个集成开发环境( MATLAB)实施程序的流程图图1中给出的定义。负责从相应的作者可以得到免费的版本上运行的Matlab的2007年b。
  5. 在一个隔音室安装一个扬声器上表。将扬声器TØ声音放大器。
  6. 绝缘板的顶部安装一个压电传感器( 力传感器FSG15N1A,霍尼韦尔),支持有能力,有突破箱的输入通过BNC电缆连接到地面传感器信号。
  7. 生成的测量腔的啮齿类动物的大小调整到由丙烯酸玻璃管来衡量(沙土鼠,例如 :长度为15厘米,内径4.3厘米,外径4.8厘米)。修复篦带有网眼为0.5毫米的宽度,以前面的管和软垫的门的锁定机构( 例如 ,钩)向后方。固定可以用热胶,门只的铰链和钩吊环被固定到所述管。
  8. 将发泡塑料脚,适合测量管的尺寸,绝缘传感器板。呎应该支持下管的前端部和后端,并解除管传感器级别。确保压电传感器和测量室之间有轻微的接触。 修正传感器板的测量室集中在扬声器前面和把麦克风声音控制( 例如乙&K型2669 /乙&ķ类型4190连接到测量放大器乙&ķ类型2610,所有:布乃尔和克亚尔)旁边的水平的动物的头部,以便它不会干扰与管。
  9. 请注意,您的听力资料的质量将取决于您的音响系统的质量。在任何情况下,使用麦克风和测量放大器的频率传递函数确定你的系统之前,你的第一个实验,包括您的软件程序中纠正这个频率传递函数,使您的扬声器平坦的光谱输出。
  10. 对准摄像头的设置,这样就可以监测动物的行为。

2。行为听阈的测定(听力图)

  1. 以从它的首页笼的动物,并把它头部先在管;失去了门。
  2. 把管上的泡沫的脚和传感器。关闭任何光线和关闭的大门室。分庭本身是没有空调,但有温度,湿度和其他环境变量周围的实验室。由通风器的空气的变化是不可取的,由于感应噪声,但该室的体积是支持动物许多小时的氧。等待15分钟,让动物习惯的设置。的的驯化时间是有益的动物,因为它可以冷静下来按自己的步伐和习惯管。另一方面,没有看到任何的行为差异在驯化时间在几个会议,这表明不熟悉的动物的管和室,在实验前需要额外会议。
  3. 启动程序和定义参数的刺激(亦参参考。5):刺激由不同频率纯音quencies。必须提交的惊吓刺激的声压等级够高,重复性引起的惊吓反应。在我们的实验室中,我们使用强度105分贝SPL(刺激持续时间6毫秒,2毫秒的余弦平方的上升和下降斜)引起惊吓反应在长爪沙鼠。测试刺激前惊跳刺激的呈现进行测试的范围内,通常是从下面的听力阈值的水平远高于阈值和频率覆盖整个可听范围内的物种中,在不同的频率和强度。在每次试验测试的惊吓和刺激的频率和持续时间相匹配,惊吓和测试刺激刺激间的时间间隔设置为100毫秒。使用至少15重复与随机刺激间隔为10±2.5秒,为每个测试刺激的频率和强度的组合(参见图2A中 ,左)。可以呈现在随后的测试刺激随机或非然domized订单。如果您使用的是一个非随机的方法( 例如 ,一个测试所有测试的频率固定的刺激程度)允许5分钟的恢复之间不同的刺激套。需要注意的是所确定的绝对阈值,将取决于随机的刺激,但可能相对于阈值的变化不会( 声损伤后,比照参考。5)。
  4. 在分析数据之前,删除无效的试验数据集( 例如 ,试验中的动物的惊吓刺激之前移动的比照图2B)。
  5. 一个时间窗口内的第一个50毫秒的惊吓刺激后,计算响应的振幅(峰值到峰值的响应的第一最小值之间的第一最大)和响应延迟(时间从刺激开始响应发病的)每个单个试验。
  6. 装一个功能完整的响应幅度设定一个频率的数据,对所有有效SINGL prestimulus强度排序为玻尔兹曼Ë试验。 50%的的玻尔兹曼功能7点,表明这种刺激频率的听力阈值。

3。声损伤和听力障碍的量化

  1. 准备氯胺酮 - 甲苯噻嗪麻醉,用盐酸氯胺酮的混合物:96毫克/公斤(氯胺酮Ratiopharm公司,Ratiopharm公司),甲苯噻嗪盐酸盐:4毫克/公斤(Rompun 2%,拜耳)硫酸阿托品:1毫克/千克(Atropinsulfat,贝朗Melsungen的AG)和生理的NaCl溶液(Berlin-Chemie公司的AG,柏林)的比例为9:1:2:8。
  2. 用3毫升/公斤的麻醉皮下注入动物。等待,直到动物是深度麻醉(约5分钟,检查反射, 例如 ,使用踏板撤退反射)。在测量过程中,为了维持麻醉,不断注入麻醉溶液3毫升/千克/小时,使用注射泵的速度。控制适当的设备( 通过摄像机),呼吸的生命体征和保持动物的体温placi纳克在变暖垫。
  3. 诱导的声创伤, 例如,使用一个响亮的115分贝SPL纯质的音调, 例如 :2 kHz的75分钟。
  4. 结束后的创伤,停止注射泵和在唤醒笼变暖的垫在一个安静的地方,让动物醒着。定期检查的觉醒阶段,如果生命体征稳定。将其饲养笼中的动物,只有当它是完全清醒的。让动物从麻醉(至少2天),其余在它的首页笼中恢复过来。
  5. 执行2.1至2.6。比较之前和之后的声损伤的听力阈值,通过计算对每个频率的听力损失的百分比。实验结束后,所有无痛苦地安乐死的动物。

4。试验声幻影感知(主观耳鸣)

  1. 进行这些测量,之前和之后的声损伤。
  2. 按照2.1到2.2,如果动物是不是已经在安装程序。
  3. A N红棕色的刺激范式可以用来测试啮齿动物的主观耳鸣。所有这些方法中的比率是一个沉默的间隙内的背景噪声的显着性检验。如果该间隙被认为由动物,它可以被用作测试刺激减少惊吓反应类似的步骤2中所述的。如果动物患有耳鸣(即是可能发展声创伤后的),这耳鸣将被感知沉默的间隙内,因此,使得该间隙那么突出。的惊吓反应效果上的差距,因此将减弱,耳鸣动物相比健康对照组(PPI降低,比照8)。这两个略有不同的协议知觉测试。
  4. 在这里介绍的第一个主观性耳鸣范例( 图2A,中心,比照9)使用以下参数为刺激:不惊人死不休的声音强度105分贝,频率从1到16 kHz,1个八度音阶,stimul我们长6毫秒,2毫秒余弦平方的上升和下降斜坡。出示一个白噪声背景50分贝SPL在实验过程中,带有或不带15毫秒间隙之前的惊吓刺激100毫秒;本的至少15个试验的每个频率和间隙条件。如果使用非随机的方式,允许5分钟的恢复之间的不同刺激套。使用不同的惊吓刺激频率将给出一个粗略的估计程度的耳鸣频率。
  5. 主观耳鸣作为第二范式( 图2A,右),你可以使用下面的惊吓刺激参数:声音强度105分贝SPL,双击刺激,每次点击的持续时间为0.1毫秒和0.1毫秒的点击次数之间具有倒方向,第二次点击相对于第一个。提出了一种带通滤波,噪音为50 dB SPL的背景高斯滤波器宽度0.5个八度,中心频率范围从1到16 kHz的八度音。目前这种噪声EI进一步带或不带一个15毫秒的间隙之前100毫秒的惊吓刺激;目前至少15个试验的每个频率和间隙条件。如果使用非随机的方式,允许5分钟的恢复之间的不同刺激套。使用不同的中心频率的带通的背景噪声将得到所感知的耳鸣频率的一个粗略的估计。
  6. 按照2.4〜2.5;所有获取的数据与为每个测试的频率的基准的数据集和每个创伤条件, ,之前和之后的声创伤正常化。此引用是纯音(参见2.3)没有任何prestimulus的惊吓刺激的反应幅度。的频率来确定可以由纯音或中心频率的带通滤波的噪声。计算的平均响应每个参考和规范每个计算出的响应的振幅将通过其参考。
  7. 除以归一化响应的间隙条件[振幅计算PPIn通过每个测试频率的平均值的归一化无间隙状态。
  8. 创伤后以百分比计算PPI的变化,每个测试频率。

动物的惊吓反应,很容易生成和分析。 图2B简要介绍了一个典型的结果的一种动物,与纯音105分贝SPL没有任何prestimulus 15次的刺激。大多数试验是有效的和无效的审判,很容易识别(试验标志着由红方)。响应的幅度和等待时间,只计算有效的试验。

图3A中给出一个典型的行为阈值改变。 2记载的方法,获得的听力图的一个示例性的动物之前给予(蓝色)和之后(红色)在2 kHz(黄色区域)的声创伤。特别是在2 kHz清晰的听力损失。可以是一种主观耳鸣知觉的反应可见在图3B中,示出与上述相同的动物的归一化的反应振幅示例性刺激一个八度的下方和上方的创伤,如4.5中所述。前对刺激的响应的比较的有和无间隙(蓝色)和创伤后(红色)允许一个可能的耳鸣知觉的解释。下面的创伤频率没有变化的响应模式可以发现的,而上面的创伤的影响的间隙消失后的创伤,表示在这个频率mispercept。

图1
图1。计划用于收购行为的阈值和主观耳鸣数据流图 。请注意,这仅仅是一个简化的程序代码版本。缩写:GUI - 图形用户界面,ISI - 刺激间隔间。


图2。听觉惊跳反应(ASR)的刺激。一个计划使用三种不同的刺激方案。左图:前脉冲抑制(PPI),ASR没有任何纯音测试刺激前(绿色)不惊人死不休音(红色)测量的响应时间,以蓝色表示。中心板:间隙/纯音的惊吓刺激呈现的白噪声背景的不同频率的噪音范例。右侧面板间隙/噪音范式,点击惊吓刺激呈现带通滤波的中心频率不同的背景。B听觉惊跳的反应与阈值的范例没有任何prestimulus的刺激频率在1 kHz记录的15个试验示范。三次试验都算无效(红色方块)移动之前已经在动物的刺激发病。

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图3。 ASR在一个动物的典型结果。行为阈值(红色)(蓝色)和的声损伤在2 kHz(黄色区域)。阈值的计算从对PPI调制ASR协议的Boltzmann函数作为阈值的转折点。听力损失在2千赫到66%以上,而较远的距离的创伤频率1,经常可以看到,即使提高听力阈值,B归一化响应幅值(空心圆:单独审判,实心圆手段,晶须需要注意的是:标准差)在间隙/噪音单击“ASR协议(4.5)1和4 kHz中心频率的刺激。响应排序条件进行试验,和不带间隙中的噪声之前和之后的创伤在2 kHz。只有在4千赫的间隙的效果消失的创伤后表示主观耳鸣知觉解决此频率。

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Discussion

我们提出了一个基于在啮齿类动物的听力测量声惊吓反应,可用于确定行为听阈(听力图10)和听觉的幻象知觉,如主观耳鸣11前脉冲抑制价格便宜,而且易于制造安装。特别是后者的测量是在最近的几个报告8,12,13,14的焦点,并可以看作是一个先决条件,电调查这种疾病的神经元的机制。使用这种方法可以区分的动物没有发展一个主观的耳鸣声损伤和那些没有这样做一遍后,再进一步调查这些人, 例如 ,在初级听觉皮层电生理记录。

在后的惊吓数据的分析声损伤的关键步骤是归一化的数据不惊人死不休的振幅最大限度地将前没有测试刺激引起的:这是特别重要的是要区分基础上,听力损失减少PPI耳鸣动物的惊吓反应降低声创伤的影响随时间而变化,如动物的部分恢复,但大约50 %的听力损失是永久性的。在上面提到的报告,其中的听觉阈值测试,但不用于校准相反,我们试图通过正火每个响应幅度与一参考的各频率的不同的听觉阈和效果声损伤本身的影响减到最小。此外,我们使用两种不同的协议,以评估耳鸣知觉,(4.4)的工作更好地为动物更长的时间尺度上进行了测试,从一个星期后的创伤和第二个“经典”(4.5)工作更好地为试验动物内一个星期后的创伤。

这种方法的一个局限是CLEARLY,无法评估急性声损伤的影响。麻醉后的第一次测量之间应至少两天的选择,因为动物有恢复。为了获得直接创伤后急性听力损失的估计,脑干测听(BERA)的使用。

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgements

这项工作是在大学医院的埃尔兰根 - 纽伦堡大学的跨学科研究中心临床研究(IZKF,项目E7)。

References

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