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摘要

时间处理是一个预先注意的过程, 可能是包括注意力在内的高级认知过程中的缺陷的基础, 通常在神经认知障碍中观察到。利用预脉冲抑制作为范例范例, 我们提出了一种操纵刺激间隔 (ISI) 的协议, 以建立 ISI 函数的形状, 从而提供时间处理的评估。

摘要

时间处理缺陷被认为是高级认知过程的一个潜在的元素维度, 通常在神经认知障碍中观察到。尽管近年来流行了前脉冲抑制 (PPI), 但目前的许多协议都使用了一定比例的控制措施, 从而排除了对时间处理的评估。本研究使用交叉模态 ppi 和间隙预脉冲抑制 (gap-PPI) 来展示使用一系列刺激间隔 (Isi) 来描述感觉模式、精神刺激暴露和年龄的影响的好处。对感官形态、心理刺激暴露和年龄的评估揭示了一种改变刺激间隔 (ISI) 的方法的效用, 以确定 isi 函数的形状, 包括增加 (更清晰的曲线屈折) 或减少 (扁平化)响应振幅曲线)。此外, 峰值反应抑制的变化, 暗示了对 ISI 操作的不同敏感性, 经常被揭示出来。因此, 对 ISI 的系统操作提供了一个评估时间处理的关键机会, 这可能揭示了神经认知障碍所涉及的潜在神经机制。

引言

时间处理缺陷被认为是一种潜在的潜在神经机制, 用于改变神经认知障碍中常见的高级认知过程。前脉冲抑制 (PPI) 的听觉惊吓反应 (ASR) 是一种翻译实验范式, 通常用于检查时间处理缺陷, 揭示了神经认知障碍的深刻变化, 如精神分裂症1,注意力缺陷多动障碍2和 hiv-1 相关神经认知障碍3,4。具体而言, 对 hiv-1 临床前模型中的时间处理的评估揭示了 ppi 的通用性、相对持久性, 并表明 ppi 在大多数动物的功能寿命中的诊断效用 3,4 ,5,6。

使用不同的激励间隔 (ISI;也就是说,在反射修饰分析中, 前脉冲和惊吓刺激之间的时间) 可以追溯到1863年的塞切诺夫.反射修饰的开创性研究, 作为感官运动门控的一种测量, 采用了不同的 isi 方法来评估青蛙 7,8的屈肌反应和听觉, 以及人类的下意识反应 9.反射修饰程序的首次临床应用评估了歇斯底里失明的男性的视觉敏感性10。在第一次反射修改报告发表一个多世纪后, 不同的 isi 方法在一系列开创性的论文11、12、13 中得到了推广。尽管在关于反射修饰的开创性研究 (即物种、实验程序、反射) 方面存在固有差异, 但它们在物种之间建立了惊人相似的时间关系。

与推广百分比控制方法相比, 使用本协议中详细介绍的不同 isi 方法评估预脉冲抑制具有多重优势。首先, 该方法提供了一个机会来建立 isi 函数的形状, 包括增加 (更清晰的曲线屈折) 或减少 (平展响应振幅曲线)3,15在惊吓振幅, 以及在反应抑制的峰值的变化3,5。此外, 当使用不同的 ISI 方法时, 惊吓反应是一个相对稳定的现象1, 这表明该方法在审查神经认知缺陷进展的纵向研究中的潜在效用5,15. 最后, PPI 提供了一个重要的机会, 以了解神经认知障碍所涉及的潜在神经电路16。

在我们的研究中, 我们采用了两种实验范式 (图 1), 包括多模态 pppi 和间隙预脉冲抑制 (gap-ppi), 以评估不同 isi 方法的效用, 以描述感觉模式, 精神兴奋剂暴露的影响,和年龄。跨模性 PPI 实验范式利用了一个额外的刺激 (例如, 音调, 光, 空气吹气) 的表示作为一个离散的预紧力之前, 一个声学惊人的刺激。与之形成鲜明对比的是, 在 gap-PPI 实验范式中, 没有背景 (例如, 去除背景噪声、光线或空气吹气) 是一种离散的预紧力。在这里, 我们描述了评估时间处理的实验范式, 以及分析 ppi 和 gap-PPI 的统计方法。在讨论中, 我们比较了从可变 ISI 方法和推广值控制方法中得出的结论。

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研究方案

所有动物协议都得到了南卡罗来纳大学动物护理和使用委员会的审查和批准 (联邦保证号码: D16-00028)。

1. 定义参数和校准的起星装置

  1. 根据制造商的说明设置惊动的响应系统 (见材料表)。
    1. 将惊吓平台密封在10厘米厚的双壁隔离柜中。
  2. 使用惊吓校准系统校准响应灵敏度。
  3. 将高频扬声器连接到动物支架上方30厘米处。
    1. 使用声级计测量和校准扬声器, 方法是将麦克风放在动物支架内。
  4. 在动物支架前面的墙上贴上白色 LED 灯 (22 lux)。
    1. 使用光表测量作为视觉预脉冲呈现的 lux。
  5. 通过航空公司调节器将半刚性塑料管 (直径 0.64 mm) 连接到压缩空气罐。
    1. 将气罐设置为 16 psi, 以呈现触觉前置。
    2. 使用声级计测量管内触觉刺激发出的噪音量, 距离动物支架末端2.5 厘米。如果使用多个腔, 请确保以相同的方式校准所有腔室。
      请注意:为了防止触觉刺激被视为声学刺激, 空气吹气前脉冲的声音必须小于或等于白噪声背景。在目前的设置中, 空气吹气前脉冲在管内发出 70 db (A), 而背景白噪声也设置为 70 db (A)。

2. 实验程序的创建

  1. 打开 "星空响应系统" 软件 (请参阅材料表)。
  2. 单击 "定义", 然后选择 "定义试用版"。
  3. 定义仅脉冲 ASR 试验。
    请注意:仅脉冲 ASR 试验在习惯会议期间进行, 在每次跨模式 ppi 和跨模式 p p i 会议开始时进行6次。
    1. 键入试用名称。按回车键。
    2. 记录数据。
    3. 将模拟级别设置为720。
    4. 将等待长度定义为20毫秒。
    5. 介绍背景。
    6. 结束审判。
    7. 点击接受保存试用版。
  4. 单击 "定义", 然后选择 "定义试用版"。
  5. 为声学 PPI 创建六个单独的试用定义, 包括每个 ISI 的一个试用 (即0、30、50、100、200毫秒、4000毫秒)。
    1. 为声音 PPI 的0毫秒 isi 创建一个试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 记录数据。
      3. 将模拟级别设置为720。
      4. 将 "等待时间" 分配为20毫秒。
      5. 介绍背景。
      6. 结束审判。
      7. 点击接受保存试用版。
    2. 创建具有预定时器和刺激 (即30、50、100、200、4000毫秒) 的 isi 的剩余试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 将模拟电平设置为0毫秒为 600, 以引入预设定。
      3. 将 "等待长度" 分配给20毫秒, 以指定预开始的长度。
      4. 将模拟电平设置为 440, 在20毫秒处删除预紧层。
      5. 定义依赖于 ISI 的等待时间长度。
        请注意:将等待长度定义为:30 毫秒 isi, 30 毫秒为50毫秒 ISI, 80 毫秒为 100 ms ISI, 180 毫秒为 200 ms isi, 3980 毫秒为 4000 ms isi。每个 ISI 只包含一个等待时间长度。
      6. 记录数据。
      7. 将模拟级别设置为720。
      8. 将 "等待时间" 分配为20毫秒。
      9. 介绍背景。
      10. 结束审判。
      11. 点击接受保存试用版。
  6. 单击 "定义", 然后选择 "定义试用版"。
  7. 为视觉或触觉 p p i 创建六个单独的试验定义, 包括为每个 ISI 创建一个试验 (即0、30、50、100、200、4000毫秒)。
    1. 为视觉或触觉 ppi 的0毫秒 isi 创建试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 记录数据。
      3. 打开触觉。
      4. 将模拟级别设置为 720, 将等待长度设置为20毫秒。
      5. 关闭触觉。
      6. 介绍背景。
      7. 结束审判。
      8. 点击接受保存试用版。
    2. 创建具有预定时器和刺激 (即30、50、100、200、4000毫秒) 的 isi 的剩余试用定义。
      请注意:由于软件和硬件的限制, 视觉和触觉不能同时运行。所呈现的方式取决于硬件的输入 (即是光连接还是空气吹气连接)。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 打开触觉, 介绍预置。
        请注意:在这种情况下, 触觉是指连接到硬件的方式 (即视觉或空气吹气)。
      3. 将 "等待长度" 设置为20毫秒。
      4. 关闭触觉以卸下预紧菌。
      5. 将模拟电平设置为20毫秒时的440。
      6. 定义依赖于 ISI 的等待时间长度。
        请注意:将等待长度定义为:30 毫秒 isi, 30 毫秒为50毫秒 ISI, 80 毫秒为 100 ms ISI, 180 毫秒为 200 ms isi, 3980 毫秒为 4000 ms isi。
      7. 记录数据。
      8. 将模拟级别设置为720。
      9. 将 "等待时间" 分配为20毫秒。
      10. 介绍背景。
      11. 结束审判。
      12. 点击接受保存试用版。
  8. 单击 "定义", 然后选择 "定义试用版"。
  9. 为声学跨越-p p i 创建六个单独的试验定义, 包括每个 ISI 的一个试验 (即0、30、50、100、200、4000 ms)。
    1. 为0毫秒的 ISI 创建一个用于声学散点-p p i 的试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 记录数据。
      3. 将模拟级别设置为 720, 将等待长度设置为20毫秒。
      4. 介绍背景。
      5. 结束审判。
      6. 点击接受保存试用版。
    2. 创建具有预定时器和刺激 (即30、50、100、200、4000毫秒) 的 isi 的剩余试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 将模拟级别设置为0毫秒, 以引入预设定。
      3. 将 "等待长度" 分配给20毫秒, 以指定预开始的长度。
      4. 将模拟电平设置为 440, 在20毫秒处删除预紧层。
      5. 定义依赖于 ISI 的等待时间长度。
        请注意:将等待长度定义为:30 毫秒 isi, 30 毫秒为50毫秒 ISI, 80 毫秒为 100 ms ISI, 180 毫秒为 200 ms isi, 3980 毫秒为 4000 ms isi。
      6. 记录数据。
      7. 将模拟级别设置为720。
      8. 将 "等待时间" 分配为20毫秒。
      9. 介绍背景。
      10. 结束审判。
      11. 点击接受来保存试用版。
  10. 单击 "定义", 然后选择 "定义试用版"。
  11. 为视觉或触觉所创建六个单独的试验定义 , 包括为每个 ISI 创建一个试验 ( 即 0 、 30 、 50 、 100 、 200 、 4000 ms ) 。
    1. 为视觉或触觉加分-p p i 的0毫秒 ISI 创建试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 打开触觉。
      3. 记录数据。
      4. 将模拟级别设置为 720, 将等待长度设置为20毫秒。
      5. 介绍背景。
      6. 结束审判。
      7. 点击接受保存试用版。
    2. 创建具有预定时器和刺激 (即30、50、100、200、4000毫秒) 的 isi 的剩余试用定义。
      1. 键入试用名称。按回车键。
      2. 打开触觉。
      3. 将模拟级别设置为0毫秒。
      4. 关闭触觉。
      5. 将 "等待长度" 设置为20毫秒。
      6. 打开触觉。
      7. 将模拟电平设置为440。
      8. 定义依赖于 ISI 的等待时间长度。
        请注意:将等待长度定义为:30 毫秒 isi, 30 毫秒为50毫秒 ISI, 80 毫秒为 100 ms ISI, 180 毫秒为 200 ms isi, 3980 毫秒为 4000 ms isi。
      9. 记录数据。
      10. 将模拟级别设置为720。
      11. 将 "等待时间" 分配为20毫秒。
      12. 介绍背景。
      13. 结束审判。
      14. 点击接受来保存试用版。
  12. 选择 "定义" 和 "定义会话"。
    1. 创建一个适应会话。
      1. 将背景模拟级别设置为 440, 记录样本数设置为每秒200个样本, 到 2000年, 适应周期为 5分钟, 序列重复数到36。
      2. 在间歇期 (ITI) 列表框中键入10。
      3. 单击 "添加", 然后选择仅脉冲 ASR 试用版。
      4. 单击 "保存" 保存习惯会话。
  13. 选择 "定义" 和 "定义会话"。
  14. 定义跨模式 PPI 的会话。
    1. 将背景模拟级别设置为 440, 记录样本数设置为每秒200个样本, 到 2000年, 适应周期为 5分钟, 序列重复数到1。
    2. 定义间歇期 (ITI) 列表。
      1. 在前 5个 ITI 列表框中键入10。
      2. 在接下来的 72个 ITI 列表框中键入一个可变的 ITI (15-25秒), 表示使用预定时器的试验。
    3. 单击 "添加"。
      1. 选择仅脉冲 ASR 试验, 并为1-6 进行一次加载6次。
      2. 使用拉丁正方形设计为每个预转换模式创建6个试用块 (表 1)。
      3. 以 ABBA 平衡的呈现顺序 (例如, 声学、视觉、视觉、声学、声学等) 加载6个试验块, 以实现跨模式 PPI。
        请注意:每个试用版必须单独加载。
        请注意:每次跨模式 PPI 会议共包括78项试验。
    4. 单击 "保存" 保存会话。
  15. 选择 "定义" 和 "定义会话"。
    1. 定义 Gap-PPI 的会话。
      1. 将背景模拟级别设置为 440, 记录样本数设置为每秒200个样本, 到 2000年, 适应周期为 5分钟, 序列重复数到1。
      2. 定义间歇期 (ITI) 列表。
        1. 在前 5个 ITI 列表框中键入10。
        2. 在接下来的 36个 ITI 列表框中键入一个可变的 ITI (15-25秒), 表示使用预定时器的试验。
      3. 单击 "加载" 加载试用版。
        1. 选择仅脉冲 ASR 试验, 并为1-6 进行一次加载6次。
        2. 使用拉丁正方形设计为每个预转换模式创建6个试用块 (表 1)。
      4. 单击 "保存" 保存会话。
        请注意:每次跨页 ppi 会议共包括42项试验。每堂课评估一种感官方式。

3. 协议结构

  1. 使用最常见的自交系大鼠株 F344/N 大鼠株进行评估。
    请注意:跨模式 ppi 和 gap-PPI 可以在不同年龄的动物中进行, 包括性别, 也不考虑荷尔蒙状态 (即卵巢切除、去势、完整)。关于代表性数据中使用的动物的详细情况, 见有代表性的结果。
  2. 处理动物, 以便在开始实验之前的几天里适应。
  3. 根据研究对象之间感兴趣的因素 (如生物性别、治疗), 随机调整动物的实验顺序。
  4. 打开惊动响应系统软件。单击 "运行"。选择感兴趣的会话。
    注: 每天只进行一次会议, 会议需要按顺序进行 (即居住、跨模 ppi、gap-ppi)
  5. 输入输出文件名, 然后单击 "确定"。
  6. 输入 "主题"、"组" 和 "ID" 信息, 然后单击 "继续"。
  7. 使用最适合动物大小的动物外壳将动物放入惊吓装置中。单击"确定"开始会话。
  8. 导出用于分析的数据。
    1. 点击报告连接数据。加载数据文件, 然后单击 "添加"。单击Ascii保存数据输出。

4. 数据分析

  1. 通过从 "开始" 值减去 v. max, 为每个试验计算调整后的 V. max。
    请注意:调整后的 v. Max 创建平均峰值 ASR 振幅的度量。
  2. 以图形方式可视化习惯会话的结果。
    1. 绘图组表示每个试验的平均值和标准错误。回归分析可以进行, 并适合95% 的置信区间。
  3. 以图形方式可视化横截面跨模式 ppi 和跨模式 ppi 的结果。
    1. 通过对每只动物的6项试验分别进行平均计算每个 ISI 的平均值。
    2. 计算和图形组的手段和标准误差的平均值为每个 ISI 和感官模式。
  4. 统计分析交叉模态 ppi 和点对点 (可选)。
    注意: 虽然精确的统计方法将取决于实验设计和感兴趣的研究问题, 但混合设计的重复测量方差分析提供了一种适当的方法。

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结果

在交叉模态 PPI (图 2 a、3 a、4 a)和 Gap-ppi (图2A、3A、4A) 中观察到一个突出的非单调 isi 函数。在0毫秒和 4 000 毫秒的 Isi 上观察到基线惊吓反应, 并将其作为参考试验列入测试。4000 ms isi 的重要性怎么强调也不为过, 因为它最接近 p p i 测试试验 (即30、50、100、200毫秒的 isi), 因为受测者同时接受脉冲前和惊人的刺激。然而, 由于脉冲前和惊人刺?...

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讨论

本协议描述了不同 isi 在评估时间处理方面的能力, 用于采用横截面或纵向实验设计的研究。研究感官形态、精神刺激剂暴露或年龄对 ISI 功能形状的影响, 表明其在揭示对 ISI 操作的不同敏感性 (即最大抑制点的变化) 或对 ISI 的操作相对不敏感 (即isi 曲线的更剧烈的屈折, isi 曲线的扁平)。使用两种实验模式, 包括跨模 ppi 和跨模 ppi, 表明 ISI 的效用独立于离散预紧力的添加 (即跨...

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披露声明

提交人都没有利益冲突需要申报。

致谢

这项工作得到了国家卫生研究院 (国家药物滥用研究所 DA013137) 赠款的部分支持;国家儿童健康和人类发展研究所 HD043680;国家心理健康研究所, MH106392;国家神经系统疾病和中风研究所, NS100624) 和由南卡罗来纳大学行为-生物医学接口计划支持的跨学科研究培训计划。Landhing moran 博士目前是 NIDA 临床试验中心网络的科学官员。

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材料

NameCompanyCatalog NumberComments
SR-Lab Startle Response SystemSan Diego Instruments
Isolation CabinetIndustrial Acoustic Company
SR-Lab Startle Calibration SystemSan Diego Instruments
High-Frequency LoudspeakerRadio Shackmodel #40-1278B
Sound Level MeterBruel & Kjaermodel #2203
Perspex CylinderSan Diego InstrumentsIncluded with the SR-Lab Startle Response System
SR-Lab Startle Response System SoftwareSan Diego InstrumentsIncluded with the SR-Lab Startle Response System
Light MeterSper Scientific, Ltd.model #840006
Airline RegulatorCraftsmanmodel #16023
SPSS Statistics 24IBMUsed for Statistical Analyses (Optional)

参考文献

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