Diese Arbeit wurde durch das Interdisziplinäre Zentrum für Klinische Forschung (IZKF, Projekt E7) am Universitätsklinikum der Universität Erlangen-Nürnberg unterstützt.

Ein. Setup Montage und Software Programmierung <ol><li> Installieren Sie einen D / A-Karte in einem Personal Computer (zB: NI PCI 6229, National Instruments) und verbinden Sie es mit einer Breakout-Box (zB: BNC-2110 von National Instruments), sollten beide unterstützt mindestens einen Eingang und einen Ausgang Kanal mit einer Abtastrate von mindestens 44,1 kHz jeden. </li><li> Verbinden Sie den Ausgang des Breakout-Box via BNC-Kabel mit einem Sound-Verstärker (zB: AMP75 Breitband-Leistungsverstärker, Thomas Wulf). </li><li> Installieren Sie eine Infrarot-Webcam (zB: Grand IP Camera Pro, Grandtec Electronics) für Tier-Überwachung in der Dunkelheit. </li><li> Installieren Sie ein Integrated Development Environment (zB: Matlab) um ein Programm als durch das Flussdiagramm in Abbildung 1 dargestellt definiert umzusetzen. Eine Version, die auf Matlab 2007b kann kostenlos bezogen aus dem entsprechenden Autor werden. </li><li> Innerhalb einer schalldichten Kammer installiert einen Lautsprecher auf einem Tisch. Schließen Sie den Lautsprecher to die Sound-Verstärker. </li><li> Installieren Sie einen Piezo-Sensor (zB Kraftsensor FSG15N1A, Honeywell) auf einer Dämmplatte, unterstützen sie mit Macht und verbinden Sie es über BNC-Kabel mit dem Eingang des Breakout-Box; Boden das Sensorsignal. </li><li> Baue eine Meßkammer aus einem Acrylglas-Rohr angepasst an die Größe des Nagers zu messen (z. B. für Rennmäuse: Länge 15 cm, Innendurchmesser 4,3 cm, Aussendurchmesser 4,8 cm). Fix eine mit einer Maschenweite von 0,5 mm an der Vorderseite des Rohres und einem gepolsterten Tür mit einem Schloß-Mechanismus (zB einem Haken) an der hinteren Gitterrost. Die Fixierung kann mit Heißkleber gemacht werden, für die Tür nur das Scharnier und der Bügel für den Haken an dem Rohr befestigt ist. </li><li> Bringen Schaumstoff Füße, die Messrohr Abmessungen passen auf die isolierende Sensor Board. Die Füße sollten das Rohr unter dem vorderen und hinteren Ende unterstützt und heben das Rohr auf die Sensor-Ebene. Stellen Sie sicher, dass es leichter Kontakt zwischen dem Piezo-Sensor und der Messkammer. </li&gt; <li> Befestigen Sie den Sensor-Board mit der Messkammer vor dem Lautsprecher zentriert und legte ein Mikrofon für Sound Control daneben (zB B &amp; K Typ 2669 / B &amp; K Typ 4190 mit Messverstärker B &amp; K Typ 2610, Alle: Bruel und Kjaer) auf der Ebene der Tiere Kopf, so dass es nicht zu stören Rohres. </li><li> Beachten Sie, dass die Qualität der audiometrischen Daten hängt von der Qualität des Sound Systems abhängen. In jedem Fall, das Mikrofon und Messverstärker um die Frequenz Transfer Funktion Ihres Systems vor zu bestimmen, Ihre ersten Experimente und verfügen über eine Routine in Ihre Software für diese Frequenz Übertragungsfunktion zu korrigieren, um die spektrale Leistung des Lautsprechers flach zu machen. </li><li> Richten Sie die Webcam mit dem Setup, so dass ein Verhalten der Tiere zu überwachen. </li></ol> 2. Behavioral Bestimmung der Hörschwelle (Audiogramme) <ol><li> Nehmen Sie das Tier von seinem eigenen Käfig und legte sie mit dem Kopf zuerst in das Rohr; cverlieren die Tür. </li><li> Legen Sie den Schlauch auf den Schaum Füßen und dem Sensor. Schalten Sie kein Licht, und schließen Sie die Tür zu der Kammer. Die Kammer selbst ist nicht klimatisierten hat aber die Temperatur, Feuchtigkeit und anderer Umgebungsvariablen des umgebenden Labor. Luftwechsel durch Ventilatoren ist nicht ratsam aufgrund des induzierten Rauschens aber das Volumen der Kammer unterstützt Sauerstoff für das Tier für viele Stunden. Warten Sie 15 min, damit das Tier in das Setup zu gewöhnen. Die Eingewöhnungszeit ist vorteilhaft für das Tier, wie es beruhigen kann sich in seinem eigenen Tempo und auf das Rohr zu gewöhnen. Auf der anderen Seite, sieht man nicht alle Unterschiede im Verhalten während der Eingewöhnungszeit über mehrere Sitzung, die anzeigt, dass eine zusätzliche Sitzung für vertraut das Tier mit dem Rohr und der Kammer vor dem Experiment nicht benötigt wird. </li><li> Starten Sie das Programm und die Parameter für die Stimulation (vgl. auch Lit. 5).: Stimuli bestehen aus reinen Tönen mit unterschiedlichen FrequenzenFrequenzen. Die Schreckreaktion Stimulus muss mit einem Schalldruckpegel hoch genug, um reproduzierbar entlocken eine Schreckreaktion vorgestellt. In unserem Labor verwenden wir Intensitäten von 105 dB SPL (Reizdauer 6 ms, darunter 2 ms Cosinus-squared Aufstieg und Fall Rampen) zu erschrecken Antworten in Mongolische Rennmäuse zu entlocken. Die Teststimuli vor den Schreckreaktion Stimuli werden in unterschiedlichen Frequenzen und Intensitäten im Bereich zu testenden, in der Regel von unten Hörschwelle auf Werte deutlich oberhalb der Schwelle und mit Frequenzen über den gesamten hörbaren Bereich der Spezies präsentiert werden. Häufigkeit und Dauer der Schreckreaktion und Testreiz in jedem Versuch abgestimmt sind, wird die Interstimulus Intervall zwischen Schreckreaktion und Teststimulus auf 100 ms eingestellt. Verwenden Sie mindestens 15 Wiederholungen mit randomisierten Interstimulus Abständen von 10 ± 2,5 sec für jede Frequenz und Intensität Kombination der Teststimuli (vgl. Abbildung 2A, links). Nachfolgende Teststimuli können vorgestellt werden entweder zufällig oder nicht-ranrandomisierten Reihenfolge. Wenn Sie eine nicht-randomisierte Ansatzes werden (zB ein Test-Ebene für alle getesteten Frequenzen fest) ermöglichen 5 min der Erholung zwischen den verschiedenen Stimulus-Sets. Man beachte, dass die ermittelte absolute Schwelle wird auf der Randomisierung der Stimuli abhängt, sondern möglichen relativen Verschiebungen der Schwelle nicht (z. B. nach Lärmtrauma, cf. Ref. 5). </li><li> Vor der Analyse der Daten, entfernen ungültige Versuche von Datensatz (zB Studien, in denen das Tier vor der Schreckreaktion Stimulus bewegt;. Vgl. Abbildung 2B). </li><li> Innerhalb eines Zeitfensters des ersten 50 ms nach dem Schreckreaktion Stimulus, berechnen die Reaktion Amplitude (Spitze zwischen dem ersten Maximum zum Minimum der ersten Reaktion Peak) und Latenz (Zeit vom Beginn bis zum Ansprechen Stimulus Onset) jedes einzelnen Versuch . </li><li> Setzen Sie eine Boltzmann-Funktion auf die vollständige Antwort Amplitudendaten einer Frequenz eingestellt für prestimulus Intensität für alle gültigen singl sortierte Studien. Die 50%-Punkt der Boltzmann-Funktion 7 zeigt die Hörschwelle für diese Stimulationsfrequenz. </li></ol> 3. Acoustic Trauma und Quantifizierung von Hörbehinderungen <ol><li> Planen Ketamin-Xylazin-Narkose mit einem Gemisch aus Ketamin Hydrochlorid: 96 mg / kg (Ketamin-ratiopharm Ratiopharm); Xylazinhydrochlorid: 4 mg / kg (2% Rompun, Bayer); Atropinsulfat: 1 mg / kg (Atropinsulfat, B. Braun Melsungen AG) und physiologische NaCl-Lösung (Berlin-Chemie AG, Berlin) mit einem Verhältnis von 9:1:2:8. </li><li> Spritzen Sie das Tier mit 3 ml / kg der Anästhesie subkutan. Warten Sie, bis das Tier tief narkotisiert (ca. 5 min, überprüfen Reflexe, z. B. mit dem Pedal withdrawal reflex). Um Anästhesie während Messungen beizubehalten, kontinuierlich injizieren die Anästhetikum-Lösung bei einer Rate von 3 ml / kg / h über eine Spritzenpumpe. Kontrolle der Vitalfunktionen mit entsprechender Ausrüstung (zB Atmen via Kamera) und halten Sie das Tier warm Placing auf einer Erwärmung pad. </li><li> Induzieren eine akustische Trauma, z. B. mit einem lauten reinen Ton: zB 2 kHz bei 115dB SPL für 75 min. </li><li> Nach dem Ende des Traumas zu stoppen die Spritzenpumpe und ließ das Tier wach in einem Wake-up-Käfig auf einer Erwärmung pad an einem ruhigen Ort. Prüfen Sie regelmäßig, während der Aufwachphase, wenn die Vitalfunktionen stabil sind. Legen Sie das Tier in seinem eigenen Käfig nur, wenn es vollständig wach ist. Lassen Sie das Tier aus der Narkose (mindestens 2 Tage) und Ruhe in seinem eigenen Käfig zu erholen. </li><li> Führen 2,1 bis 2,6 wieder. Vergleichen Sie die Hörschwellen vor und nach dem akustischen Trauma durch Berechnung des Prozentsatzes von Hörverlust für jede Frequenz. Nach Beendigung aller Experimente schmerzlos euthanize das Tier. </li></ol> 4. Test für Acoustic Phantom Perception (subjektiven Tinnitus) <ol><li> Führen diese Messungen vor und nach dem akustischen Trauma. </li><li> Folgen Sie 2,1 bis 2,2, wenn das Tier nicht bereits im Setup. </li><li> A number der Stimulation Paradigmen können verwendet werden, um Nagetiere subjektiven Tinnitus getestet werden. Das Verhältnis in all diesen Ansätzen ist für die Salienz einer stillen Lücke in einem Hintergrundrauschen zu testen. Wenn der Spalt von den Tieren wahrgenommen wird, kann es als ein Teststimulus benutzt werden, einer Schreckreaktion man analog der in 2 beschrieben zu reduzieren. Wenn das Tier leidet an Tinnitus (dh wahrscheinlich nach akustischem Trauma entwickeln), wird diese Tinnitus im stillen Lücke wahrgenommen werden und macht somit die Lücke weniger hervorstechenden. Die Wirkung der Spalt an der Schreckreaktion folglich werden schwächer in Tinnitus Tieren im Vergleich zu gesunden Probanden (verringert PPI, cf. 8). Diese Wahrnehmung wird mit zwei leicht unterschiedliche Protokolle getestet. </li><li> In der ersten subjektiven Tinnitus Paradigma präsentierte hier (. 2A, Mitte, vgl. 9) die folgenden Parameter für die Stimulation: Schreckreaktion Schallintensität 105 dB SPL mit Frequenzen von 1 bis 16 kHz in 1 Oktave Schritten stimuluns Länge 6 ms, darunter 2 ms Cosinus-squared Aufstieg und Fall Rampen. Präsentieren ein weißes Rauschen Hintergrund von 50 dB SPL während des Experiments, entweder mit oder ohne 15 ms, die die Lücke vorangeht Schreckreaktion Stimulus von 100 ms; vorliegenden mindestens 15 Versuche für jede Frequenz und Spalt-Zustand. Bei Verwendung einer nicht-randomisierten Ansatz erlauben 5 min Erholung zwischen den verschiedenen Stimulus-Sets. Verwenden verschiedener Schreckreaktion Stimulusfrequenzen geben eine grobe Schätzung der wahrgenommene Tinnitus-Frequenz. </li><li> In einem zweiten subjektiven Tinnitus Paradigma (2A, rechts) können Sie die folgenden Stimulationsparameter: Schreckreaktion Schallintensität 105 dB SPL, doppelklicken Sie Stimulus mit 0,1 ms Dauer pro Klick und 0,1 ms zwischen den Klicks, der zweite Klick mit dem umgekehrter Richtung im Vergleich zum ersten. Präsentieren Sie einen Bandpass gefiltert Geräuschkulisse von 50 dB SPL mit einem Gauß-Filter Breite von 0,5 Oktaven und Mittenfrequenzen von 1 bis 16 kHz in Oktav-Schritten. Präsentieren dieses Geräusch either mit oder ohne 15 ms, die den Spalt Schreckreaktion Stimulus von 100 ms vorausgeht; vorliegenden mindestens 15 Versuche für jede Frequenz und Spalt-Zustand. Bei Verwendung einer nicht-randomisierten Ansatz erlauben 5 min Erholung zwischen den verschiedenen Stimulus-Sets. Verwendung von unterschiedlichen Mittenfrequenzen des Bandpass Hintergrundgeräusche geben eine grobe Schätzung der wahrgenommene Tinnitus-Frequenz. </li><li> Befolgen von 2,4 bis 2,5; normalisieren alle erfassten Daten mit Referenzdaten für jeden getesteten Frequenz eingestellt und jedem Trauma Zustand, dh vor und nach einer akustischen Trauma.. Diese Referenz ist die Antwort Amplitude auf den reinen Ton Schreckreaktion Stimulus ohne prestimulus (vgl. 2,3). Die Frequenz wird entweder durch den Purton oder die Mittenfrequenz des Bandpass-gefilterten Rauschens bestimmt. Berechnen Sie die mittlere Antwortzeit für jede Referenzperiode und normalisieren jede berechnete Antwort Amplitude, indem sie durch ihre Referenz. </li><li> Berechnen PPI durch Dividieren der normierten Schwingungsamplituden des Spalts condition durch den Mittelwert der normalisierten no-Spalt Zustand jedes getesteten Frequenz. </li><li> Berechnen Sie die PPI Änderung nach dem Trauma in Prozent für jede getestete Frequenz. </li></ol> Die Schreckreaktion Reaktionen der Tiere sind leicht zu erzeugen und zu analysieren. 2B gibt einen Überblick über ein typisches Ergebnis von einem Tier mit einem reinen Ton von 105 dB SPL ohne prestimulus für 15-fache stimuliert wird. Die Mehrheit der Studien sind gültige und ungültige Versuche sind leicht zu erkennen (Studien von roten Quadrat markiert). Die Antwort Amplituden und Latenzen sind nur von gültigen Studien berechnet. Ein typisches Verhalten Grenzwertveränderung ist in 3A angegeben. Das Audiogramm eines beispielhaften Tieres mit dem in 2 beschriebenen erworben wird, bevor (blau) und nach (rot) ein akustisches Trauma bei 2 kHz (gelber Bereich) gegeben. Eine klare Hörverlust ist speziell auf 2 kHz dargestellt. Die Antworten im Zusammenhang mit einer subjektiven Tinnitus Wahrnehmung sein kanngesehen in 3B werden die normierten Amplituden Reaktion desselben Tieres wie vorstehend beispielhaft für Stimulationen eine Oktave unterhalb und oberhalb des Traumas gezeigt, wie in 4.5 beschrieben. Der Vergleich der Reaktionen auf Reize mit und ohne Lücke vor (blau) und nach dem Trauma (rot) ermöglicht eine Interpretation eines möglichen Tinnitus Wahrnehmung. Unterhalb des Traumas Frequenz keine Änderung der Antwort-Muster findet während oberhalb des Traumas der Effekt der Spalt verschwunden nach dem Trauma, was auf eine mispercept bei dieser Frequenz ist. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/4433/4433fig1.jpg" /> Abbildung 1. Flussdiagramm des Programms verwendet werden, um die Verhaltensmuster Schwellen und subjektiven Tinnitus Daten zu erfassen. Beachten Sie, dass dies nur eine vereinfachte Version des Programmcodes. Abkürzungen: GUI - Graphical User Interface; ISI - inter Stimulus-Intervall. Abbildung 2. Auditory Schreckreaktion (ASR) Reize. A Schemata der drei verschiedenen Stimulationsprotokolle verwendet. Linkes Feld: Präpulsinhibierung (PPI) des ASR ohne Reintontest Stimulus vor (grün) die Schreckreaktion Ton (rot) gemessen; die Antwort Zeitraum ist in blau dargestellt. Center-Leiste: gap / Rausch-Paradigma mit reinen Tönen Schreckreaktion Stimuluspräsentation verschiedener Frequenzen auf einem weißen Rauschen Hintergrund. Rechts: Lücke / Rausch-Paradigma mit Klick Schreckreaktion Stimulus Präsentation auf bandpassgefiltert Hintergrund unterschiedlicher Mittenfrequenzen B Beispielhafte auditiven Schreckreaktion Antworten von 15 Studien mit der Schwelle Paradigma ohne prestimulus bei 1 kHz Anregungsfrequenz erfasst.. Drei Studien sind ungültig (rote Quadrate) gezählt, wie das Tier bewegt schon vor der Stimulation Beginn. &lt;img alt = &quot;Abbildung 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4433/4433fig3.jpg&quot; /&gt; Abbildung 3. Beispielhafte Ergebnisse der ASR in ein Tier. A Behavioral Schwelle vor (blau) und nach (rot) das akustische Trauma bei 2 kHz (gelber Bereich). Die Schwellen werden von den Antworten auf die PPI moduliert ASR-Protokoll mit der Boltzmann-Funktion Wendepunkt als Schwellenwert berechnet. Beachten Sie, dass der Hörverlust bei 2 kHz beträgt mehr als 66%, während weiter weg von dem Trauma Frequenz ein oft sogar Verbesserung der Hörschwelle sehen können B Normalized Schwingungsamplituden (offene Kreise:. Einzelnen Studien, gefüllte Kreise: ein Mittel, Whisker: Standardabweichung) während der Stimulation mit der Lücke / Rausch-Klick ASR-Protokoll (4,5) für 1 und 4 kHz Mittenfrequenzen. Reaktionen sind für Versuche ohne und mit Zwischenraum im Rauschen vor und nach dem Trauma bei 2 kHz sortiert. Nur bei 4 kHz die Wirkung der Spalt verschwindet nach dem Trauma, das eine subjektive Wahrnehmung Tinnitus um dieses anzeigtFrequenz.

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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversing+pathological+neural+activity+using+targeted+plasticity.">Reversing pathological neural activity using targeted plasticity.</a> Nature. 470, 101-104 (2011).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Wir präsentieren eine billige und leicht zu bauen Setup für audiometrische Messungen bei Nagetieren auf Präpulsinhibierung der akustischen Schreckreaktion Reaktionen, die verwendet werden, um Hörschwellen (= Audiogramme 10) und auditive Phantom Wahrnehmungen wie subjektiven Tinnitus 11 bestimmt werden kann basieren. Besonders die letzteren Messungen stehen im Mittelpunkt von mehreren jüngsten Berichten 8,12,13,14 und kann als eine Voraussetzung für elektrophysiologische Untersuchun...

a low cost setup for behavioral audiometry in rodents

In auditiven Tierversuchen ist es wichtig, genaue Informationen über grundlegende Anhörung Parameter der Tier-Themen, die in den Experimenten beteiligt sind, haben. Solche Parameter können physiologische Ansprechverhalten des Hörbahn über Hirnstammaudiometrie (BERA) zB sein. Aber diese Methoden erlauben nur indirekt und unsicher Hochrechnungen über die auditive Wahrnehmung, die zu diesen physiologischen Parametern entspricht. Um die wahrnehmbare Ebene des Hörens zu bewerten, müssen Verhaltensmethoden verwendet werden. Ein mögliches Problem mit der Verwendung von verhaltenstherapeutischen Methoden für die Beschreibung der Wahrnehmung in Tiermodellen ist die Tatsache, dass die meisten dieser Methoden eine Art von Lernparadigma bevor die Themen im Verhalten getestet werden können beinhalten, können zB Tiere müssen lernen, einen Hebel nach innen drücken Reaktion auf einen Klang. Da diese Lernparadigmen Änderung Wahrnehmung selbst 1,2 sie folglich beeinflussen jedes Ergebnis über die Wahrnehmung erhalten mitdiese Methoden und müssen daher mit Vorsicht interpretiert werden. Ausnahmen sind Paradigmen, die Verwendung von Reflexe zu machen, weil hier keine Lernparadigmen um sich vor der Wahrnehmungs-Tests durchgeführt haben. Ein solcher Reflex ist die akustische Schreckreaktion (ASR), die hoch reproduzierbar mit unerwarteten laute Geräusche in naiven Tieren ausgelöst werden kann. Diese ASR kann wiederum durch vorangehenden Klänge in Abhängigkeit von der Wahrnehmbarkeit dieser vorhergehenden Stimulus beeinflusst werden: Sounds deutlich über Hörschwelle vollständig hemmen die Amplitude des ASR; klingt nahe Schwellenwert nur geringfügig hemmen die ASR. Dieses Phänomen wird als Präpulsinhibierung (PPI) 3,4, und die Menge des auf dem PPI ASR allmählich abhängig von der Erkennbarkeit des Vorimpulses. PPI der ASR ist daher gut geeignet, um Verhaltensänderungen Audiogramme in naiv, nicht trainierten Tieren zu bestimmen, Hörschäden zu bestimmen oder gar zu möglichen subjektiven Tinnitus Wahrnehmungen in diesen erkennenTiere. In diesem Papier zeigen wir die Verwendung dieser Methode in einem Nagetier-Modell (vgl. auch Lit.. 5), der Mongolischen Wüstenrennmaus (Meriones unguiculatus), die ist eine bekannte Modell Arten Schreckreaktion Forschung innerhalb der normalen menschlichen Hörbereich (zB 6).

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A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

Eine schnelle und kostengünstige Methode zur Verhaltens Bestimmung hören Parameter wie Hörschwellen, Hörschäden oder Phantom Wahrnehmungen (subjektiven Tinnitus) beschrieben. Es verwendet Präpulsinhibierung des akustischen Schreckreaktion und kann leicht in einem Personal Computer unter Verwendung eines programmierbaren AD / DA-Wandler und einen Piezo-Sensor implementiert werden.

Ein Low-Cost-Setup für Verhaltensaudiometrie in Nagetiere

In auditory animal research it is crucial to have precise information about basic hearing parameters of the animal subjects that are involved in the ...

a-low-cost-setup-for-behavioral-audiometry-in-rodents

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.6K Aufrufe.  University of Erlangen-Nuremberg. Eine schnelle und kostengünstige Methode zur Verhaltens Bestimmung hören Parameter wie Hörschwellen, Hörschäden oder Phantom Wahrnehmungen (subjektiven Tinnitus) beschrieben. Es verwendet Präpulsinhibierung des akustischen Schreckreaktion und kann leicht in einem Personal Computer unter Verwendung eines programmierbaren AD / DA-Wandler und einen Piezo-Sensor implementiert werden.

Serie: A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be investigated in a single task sequence. The unique feature of this system is a custom-made, acoustically transparent chamber that eliminates many of the issues associated with auditory cue control in most commercially available chambers. The ease with which operant devices can be added or replaced makes this system quite versatile, allowing for the implementation of a variety of auditory, visual, and olfactory behavioral tasks. Automation of the system allows fine temporal (10 ms) control and precise time-stamping of each event in a predesigned behavioral sequence. When combined with a multi-channel electrophysiology recording system, multiple cognitive brain functions, such as motivation, attention, decision-making, patience, and rewards, can be examined sequentially or independently.

In this report, we present a fully automated and highly versatile system capable of simultaneously testing multi-cognitive behaviors and recording neuronal activities for rodents.

Ein vollautomatisiertes und vielseitig verwendbares System zum Testen von Multi-kognitiven Funktionen und Aufnahme neuronaler Aktivitäten bei Nagetieren

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be ...

Forschung

Neurowissenschaften

A System for Tracking the Dynamics of Social Preference Behavior in Small Rodents

Exploring the neurobiological mechanisms of social behavior requires behavioral tests that can be applied to animal models in an unbiased and observer-independent manner. Since the beginning of the millennium, the three-chamber test has been widely used as a standard paradigm to evaluate sociability (social preference) and social novelty preference in small rodents. However, this test suffers from multiple limitations, including its dependence on spatial navigation and negligence of behavioral dynamics. Presented and validated here is a novel experimental system that offers an alternative to the three-chamber test, while also solving some of its caveats. The system requires a simple and affordable experimental apparatus and publicly available open-source analysis system, which automatically measures and analyzes multiple behavioral parameters at individual and population levels. It allows detailed analysis of the behavioral dynamics of small rodents during any social discrimination test. We demonstrate the efficiency of the system in analyzing the dynamics of social behavior during the social preference and social novelty preference tests as performed by adult male mice and rats. Moreover, we validate the ability of the system to reveal modified dynamics of social behavior in rodents following manipulations such as whisker trimming. Thus, the system allows for rigorous investigation of social behavior and dynamics in small rodent models and supports more accurate comparisons between strains, conditions, and treatments.

Described here is a novel automated experimental system that offers an alternative to the three-chamber test and also solves several caveats. This system supplies multiple behavioral parameters that enable rigorous analysis of small rodent behavioral dynamics during the social preference and social novelty preference tests.

Ein System zur Verfolgung der Dynamik des Verhaltens sozialer Präferenzen bei kleinen Nagetieren

Exploring the neurobiological mechanisms of social behavior requires behavioral tests that can be applied to animal models in an unbiased and ...

Verhalten

High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network connectivity, are applicable to an expanding variety of questions in neuroscience. Performing these kinds of analyses in a rodent model requires higher electrode density than traditional screw electrodes can accomplish. While higher-density electroencephalographic montages for rodents exist, they are of limited availability to most researchers, are not robust enough for repeated experiments over an extended period of time, or are limited to use in anesthetized rodents.1-3 A proposed low-cost method for constructing a durable, high-count, transcranial electrode array, consisting of bilaterally implantable headpieces is investigated as a means to perform advanced electroencephalogram analyses in mice or rats.

Procedures for headpiece fabrication and surgical implantation necessary to produce high signal to noise, low-impedance electroencephalographic and electromyographic signals are presented. While the methodology is useful in both rats and mice, this manuscript focuses on the more challenging implementation for the smaller mouse skull. Freely moving mice are only tethered to cables via a common adapter during recording. One version of this electrode system that includes 26 electroencephalographic channels and 4 electromyographic channels is described below.

Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

Mit hoher Dichte Elektroenzephalographische Acquisition in einem Nagetiermodell unter Verwendung von Low-Cost-und Open-Source-Ressourcen

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

Operant Protocols for Assessing the Cost-benefit Analysis During Reinforced Decision Making by Rodents

Reinforcement-guided decision making is the ability to choose between competing courses of action based on the relative value of the benefits and their consequences. This process is integral to the normal human behavior and has been shown to be disrupted by neurological and psychiatric disorders such as addiction, schizophrenia, and depression. Rodents have long been used to uncover the neurobiology of human cognition. To this end, several behavioral tasks have been developed; however, most are non-automated and are labor-intensive. The recent development of the open-source microcontroller has enabled researchers to automate operant-based tasks for assessing a variety of cognitive tasks, standardizing the stimulus presentation, improving the data recording and consequently, improving the research output. Here, we describe an automated delay-based reinforcement-guided decision-making task, using an operant T-maze controlled by custom-written software programs. Using these decision-making tasks, we show the changes in the local field potential activities in the anterior cingulate cortex of a rat whilst it performs a delay-based cost-and-benefit decision-making task.

A cost-benefit analysis is a weighing-scale approach that the brain performs during the course of decision making. Here, we propose a protocol to train rats on an operant-based decision-making paradigm where rats choose higher rewards at the expense of waiting for 15 s to receive them.

Operant Protokolle für die Beurteilung der Kosten / Nutzen-Analyse während verstärkte Entscheidungsfindung durch Nagetiere

Reinforcement-guided decision making is the ability to choose between competing courses of action based on the relative value of the benefits and their ...

Simple Surgical Induction of Conductive Hearing Loss with Verification Using Otoscope Visualization and Behavioral Clap Startle Response in Rat

Conductive hearing loss (CHL) is a prevalent hearing impairment in humans. The goal of the protocol is to describe a simple surgical procedure for inducing CHL in rodents. The protocol demonstrates CHL by tympanic membrane puncture. Verification of CHL surgery was by otoscope examination and behavioral assessment by clap startle response, both replicable and reliable, and are simple methods to demonstrate hearing loss has occurred. The simple CHL procedure is advantageous due to its reproducibility and flexibility to different pursuits in hearing loss research. The limitations of inducing CHL by a surgical approach are associated with the learning curve to perform the surgical procedure and confidence in audiological examination. Inducing a hearing impairment by CHL allows one to readily study the neural manifestations and behavioral outcomes of hearing loss.

Here, we present a protocol to establish a replicable conductive hearing loss induction via surgical tympanic membrane puncture and verification by otoscope visualization and behavioral assessment by clap startle.

Einfache chirurgische Induktion von leitfähigem Hörverlust mit Verifikation mit Tooskop-Visualisierung und Verhaltens-Clap-Start-Antwort bei Ratten

Conductive hearing loss (CHL) is a prevalent hearing impairment in humans. The goal of the protocol is to describe a simple surgical procedure for ...

Cochlear Implant Surgery and Electrically-evoked Auditory Brainstem Response Recordings in C57BL/6 Mice

Cochlear implants (CIs) are neuroprosthetic devices that can provide a sense of hearing to deaf people. However, a CI cannot restore all aspects of hearing. Improvement of the implant technology is needed if CI users are to perceive music and perform in more natural environments, such as hearing out a voice with competing talkers, reflections, and other sounds. Such improvement requires experimental animals to better understand the mechanisms of electric stimulation in the cochlea and its responses in the whole auditory system. The mouse is an increasingly attractive model due to the many genetic models available. However, the limited use of this species as a CI model is mainly due to the difficulty of implanting small electrode arrays. More details about the surgical procedure are therefore of great interest to expand the use of mice in CI research.
In this report, we describe in detail the protocol for acute deafening and cochlear implantation of an electrode array in the C57BL/6 mouse strain. We demonstrate the functional efficacy of this procedure with electrically-evoked auditory brainstem response (eABR) and show examples of facial nerve stimulation. Finally, we also discuss the importance of including a deafening procedure when using a normally hearing animal. This mouse model provides a powerful opportunity to study genetic and neurobiological mechanisms that would be of relevance for CI users.

Animal models of cochlear implants can advance knowledge of the technological bases of treating permanent sensorineural hearing loss with electrical stimulation. This study presents a surgical protocol for acute deafening and cochlear implantation of an electrode array in mice as well as the functional assessment with auditory brainstem response.

Cochlea-Implantat-Chirurgie und elektrisch evozierten Auditory Brainstem Response Aufnahmen bei C57BL/6 Mäusen

Cochlear implants (CIs) are neuroprosthetic devices that can provide a sense of hearing to deaf people. However, a CI cannot restore all aspects of ...

Morphological and Functional Evaluation of Ribbon Synapses at Specific Frequency Regions of the Mouse Cochlea

Cochlear inner hair cells (IHCs) transmit acoustic signals to spiral ganglion neurons (SGNs) through ribbon synapses. Several experimental studies have indicated that hair cell synapses may be the initial targets in sensorineural hearing loss (SNHL). Such studies have proposed the concept of cochlear &#34;synaptopathy&#34;, which refers to alterations in ribbon synapse number, structure, or function that result in abnormal synaptic transmission between IHCs and SGNs. While cochlear synaptopathy is irreversible, it does not affect the hearing threshold. In noise-induced experimental models, restricted damage to IHC synapses in select frequency regions is employed to identify the environmental factors that specifically cause synaptopathy, as well as the physiological consequences of disturbing this inner ear circuit. Here, we present a protocol for analyzing cochlear synaptic morphology and function at a specific frequency region in adult mice. In this protocol, cochlear localization of specific frequency regions is performed using place-frequency maps in conjunction with cochleogram data, following which the morphological characteristics of ribbon synapses are evaluated via synaptic immunostaining. The functional status of ribbon synapses is then determined based on the amplitudes of auditory brainstem response (ABR) wave I. The present report demonstrates that this approach can be used to deepen our understanding of the pathogenesis and mechanisms of synaptic dysfunction in the cochlea, which may aid in the development of novel therapeutic interventions.

This manuscript describes an experimental protocol for evaluating the morphological characteristics and functional status of ribbon synapses in normal mice. The present model is also suitable for noise-induced and age-related cochlear synaptopathy-restricted models. The correlative results of previous mouse studies are also discussed.

Morphologische und funktionelle Bewertung von Bandsynapsen an bestimmten Frequenzregionen der Maus cochlea

Cochlear inner hair cells (IHCs) transmit acoustic signals to spiral ganglion neurons (SGNs) through ribbon synapses. Several experimental studies have ...

Data Acquisition and Analysis In Brainstem Evoked Response Audiometry In Mice

Brainstem evoked response audiometry (BERA) is of central relevance in the clinical neurophysiology. As other evoked potential (EP) techniques, such as visually evoked potentials (VEPs) or somatosensory evoked potentials (SEPs), the auditory evoked potentials (AEPs) are triggered by the repetitive presentation of identical stimuli, the electroencephalographic (EEG) response of which is subsequently averaged resulting in distinct positive (p) and negative (n) deflections. In humans, both the amplitude and the latency of individual peaks can be used to characterize alterations in synchronization and conduction velocity in the underlying neuronal circuitries. Importantly, AEPs are also applied in basic and preclinical science to identify and characterize the auditory function in pharmacological and genetic animal models. Even more, animal models in combination with pharmacological testing are utilized to investigate for potential benefits in the treatment of sensorineural hearing loss (e.g., age- or noise-induced hearing deficits). Here we provide a detailed and integrative description of how to record auditory brainstem-evoked responses (ABRs) in mice using click and tone-burst application. A specific focus of this protocol is on pre-experimental animal housing, anesthesia, ABR recording, ABR filtering processes, automated wavelet-based amplitude growth function analysis, and latency detection.

Brainstem evoked response audiometry is an important tool in clinical neurophysiology. Nowadays, brainstem evoked response audiometry is also applied in the basic science and preclinical studies involving both pharmacological and genetic animal models. Here we provide a detailed description of how auditory brainstem responses can be successfully recorded and analyzed in mice.

Datenerfassung und -analyse in Brainstem Evokierte Reaktion Audiometrie bei Mäusen

Brainstem evoked response audiometry (BERA) is of central relevance in the clinical neurophysiology. As other evoked potential (EP) techniques, such as ...

Pupillometry to Assess Auditory Sensation in Guinea Pigs

Noise exposure is a leading cause of sensorineural hearing loss. Animal models of noise-induced hearing loss have generated mechanistic insight into the underlying anatomical and physiological pathologies of hearing loss. However, relating behavioral deficits observed in humans with hearing loss to behavioral deficits in animal models remains challenging. Here, pupillometry is proposed as a method that will enable the direct comparison of animal and human behavioral data. The method is based on a modified oddball paradigm - habituating the subject to the repeated presentation of a stimulus and intermittently presenting a deviant stimulus that varies in some parametric fashion from the repeated stimulus. The fundamental premise is that if the change between the repeated and deviant stimulus is detected by the subject, it will trigger a pupil dilation response that is larger than that elicited by the repeated stimulus. This approach is demonstrated using a vocalization categorization task in guinea pigs, an animal model widely used in auditory research, including in hearing loss studies. By presenting vocalizations from one vocalization category as standard stimuli and a second category as oddball stimuli embedded in noise at various signal-to-noise ratios, it is demonstrated that the magnitude of pupil dilation in response to the oddball category varies monotonically with the signal-to-noise ratio. Growth curve analyses can then be used to characterize the time course and statistical significance of these pupil dilation responses. In this protocol, detailed procedures for acclimating guinea pigs to the setup, conducting pupillometry, and evaluating/analyzing data are described. Although this technique is demonstrated in normal-hearing guinea pigs in this protocol, the method may be used to assess the sensory effects of various forms of hearing loss within each subject. These effects may then be correlated with concurrent electrophysiological measures and post-hoc anatomical observations.

Pupillometry, a simple and non-invasive technique, is proposed as a method to determine hearing-in-noise thresholds in normal hearing animals and animal models of various auditory pathologies.

Pupillometrie zur Beurteilung des Hörempfindens bei Meerschweinchen

Noise exposure is a leading cause of sensorineural hearing loss. Animal models of noise-induced hearing loss have generated mechanistic insight into the ...

Measuring the Auditory Brainstem Response in Mice

<a href='https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/64286/modified-experimental-conditions-for-noise-induced-hearing-loss-mice'>Source: Lee, D., et. al. Modified Experimental Conditions for Noise-Induced Hearing Loss in Mice and Assessment of Hearing Function and Outer Hair Cell Damage. J. Vis. Exp. (2023)</a>This video demonstrates the measurement of auditory brainstem response (ABR) in a mouse. Electrodes are placed on the head, behind the ear, and near the tail of an anesthetized mouse. Acoustic stimuli at various intensities are delivered, and electric signals generated are recorded as waveforms.

Source: Lee, D., et. al. Modified Experimental Conditions for Noise-Induced Hearing Loss in Mice and Assessment of Hearing Function and Outer Hair Cell ...