Die Pupillometrie kann verwendet werden, um komplexe Schallerkennungsschwellen abzuschätzen, und in Kombination mit anderen Methoden können die Auswirkungen verschiedener Formen von Hörverlust auf diese Schwellenwerte bestimmt werden. Diese Technik kann verwendet werden, um Daten der gleichen Modalität von Menschen und von untrainierten Tieren zu charakterisieren. Es ist relativ einfach einzurichten und minimalinvasiv.
Verhaltens- und Wahrnehmungsmaße sind in Tiermodellen für Hörverlust schwer zu erhalten. Diese Methode ist eine Möglichkeit, komplexes Lauterkennungsverhalten bei Tieren zu quantifizieren. Wie bei allen Tierverhaltensexperimenten ist Geduld der Schlüssel.
Nehmen Sie sich die Zeit, das Tier an den Versuchsaufbau zu gewöhnen. Halten Sie die Versuchssitzungen kurz und überwachen Sie das Tier genau. Montieren Sie zunächst einen kalibrierten Lautsprecher an der schallgedämpften Kammerwand in gleicher Höhe wie die Position, an der das Tier platziert werden soll.
Platzieren Sie das Tier für die Abgabe von Freifeldreizen im Gehege, um sicherzustellen, dass keine großen Körperbewegungen möglich sind, und befestigen Sie den Kopf des Tieres am starren Rahmen. Platzieren Sie einen piezoelektrischen Sensor unter dem Gehege, um Tierbewegungen zu erkennen und aufzuzeichnen. Positionieren Sie dann die Pupillenbildgebungskamera in einem Abstand von 25 Zentimetern vom Auge des Motivs.
Um den Luftstoß aufzustellen, verwenden Sie eine an der Tischplatte befestigte Halterung, um eine Pipettenspitze etwa 15 Zentimeter vor der Schnauze des Tieres zu platzieren. Verbinden Sie einen Silikonschlauch mit einem Durchmesser von etwa drei Millimetern mit der Pipettenspitze und verbinden Sie den Schlauch mit einem geregelten Luftzylinder. Halten Sie den Luftdruck des Zylinders zwischen 20 und 25 psi.
Führen Sie den Schlauch durch ein Quetschventil, um den Zeitpunkt und die Dauer des Luftstoßes mit einem computergesteuerten Relais zu steuern. Beleuchten Sie das Auge mit einem Infrarot-LED-Array, das in einem Abstand von etwa 10 Zentimetern platziert ist. Verwenden Sie weiße LED-Beleuchtung mit einer Intensität von etwa 2000 Candela pro Quadratmeter, um das abgebildete Auge zu beleuchten und den Basispupillendurchmesser auf etwa 3,5 Millimeter zu bringen.
Öffnen Sie die Pupillenerfassungssoftware und nehmen Sie das Video der Pupille mit einer Kamera mit einem 16-Millimeter-Objektiv mit einer räumlichen Auflösung von 0,15 Grad Blickwinkel und einem Infrarotfilter auf, der in einem Abstand von 25 Zentimetern vom abgebildeten Auge platziert ist. Stellen Sie sicher, dass das Auge im abgebildeten Bereich zentriert ist. Regulieren Sie die Blende und den Fokus der Kamera sowie den IR-Wert, bis der Umriss der abgebildeten Pupille scharf ist.
Definieren Sie in der Schülererfassungssoftware den interessierenden Bereich, der die Pupille enthält, indem Sie mit der Maus einen rechteckigen Bereich auswählen. Verwenden Sie dann das Bedienfeld, um die Helligkeit und den Kontrast des aufgenommenen Videos anzupassen. Stellen Sie die Scandichte auf fünf ein und stellen Sie den Schwellenwert so ein, dass die Ellipsenanpassung genau mit dem Umriss der Pupille im Video übereinstimmt.
Erfassen und speichern Sie mithilfe der neuronalen Schnittstellenprozessorsoftware das analoge Signal vom Pupillendurchmesser oder der PD-Spur, die Spannungskurve vom piezoelektrischen Sensor, der die Bewegung aufzeichnet, die Reizlieferzeiten und die Luftstoßlieferzeiten. Wählen Sie acht verschiedene Exemplare von Meerschweinchen-Lautäußerungen ähnlicher Länge aus zwei verschiedenen Kategorien von Lautäußerungen aus. Zum Beispiel Keuchrufe und Jammern.
Eine Kategorie dient als Standardreize und die andere Kategorie als seltsame oder abweichende Reize. Um eine Sekunde lange Standard- und abweichende Stimuli zu erzeugen, die in Rauschen mit unterschiedlichen Signal-Rausch-Verhältnissen oder SNR-Pegeln eingebettet sind, fügen Sie den Anrufen weißes Rauschen gleicher Länge hinzu. Der Bereich der in diesem Experiment abgetasteten SNRs liegt zwischen minus 24 und plus 40 Dezibel.
Bereiten Sie für jede Sitzung eine pseudozufällige Stimulus-Präsentationssequenz vor, die in mehr als 90 % der Fälle Standardreize enthält. Stellen Sie sicher, dass zwischen abweichenden Reizen mindestens 20 bis 40 Versuche mit Standardreizen liegen. Verwenden Sie eine feste Reizintensität für alle Reizpräsentationen.
Präsentieren Sie die Reize mit hoher zeitlicher Regelmäßigkeit. Um die Bindung des Tieres an die Reize aufrechtzuerhalten und die Gewöhnung zu minimieren, geben Sie optional nach dem abweichenden Reiz einen kurzen Luftstoß ab. Stellen Sie sicher, dass der Beginn des Luftstoßes ausreichend von der Reizdauer getrennt ist, so dass der Reiz Pupillenerweiterungsreaktionen hervorruft.
Erreichen Sie einen Höhepunkt, bevor Luftstöße durch Blinzelartefakte ausgelöst werden. Führen Sie den Code pupil_avg_JOVE_m aus, und wählen Sie die Datendatei aus einer einzelnen Sitzung im Popup-Dialogfeld aus, um die Bewegungserkennung und den Testausschluss für jede Sitzung durchzuführen. Führen Sie dann denselben Code aus und wählen Sie alle zu analysierenden Datendateien im Popup-Dialog aus.
Um Augenblinzelartefakte zu entfernen, verarbeiten Sie die Daten vor und erhalten Sie die durchschnittliche Pupillenerweiterung für jeden Stimulus über Sitzungen hinweg. Den Durchschnitt der durch den Stimulus hervorgerufenen Pupillendurchmesseränderungen für jede Reizbedingung über die Sitzungen innerhalb jedes Tieres und dann über die Tiere hinweg zu ermitteln, um die mittlere Pupillenerweiterungsreaktion auf jede Reizbedingung zu erzeugen. Verketten Sie alle Ausgaben aus dem Code-pupil_avg_JOVE vertikal.
m oder alle Sitzungen Tiere, SNRs und Dämpfungen, um eine Matrix zu konstruieren, die die Werte für Säulen, Tier-ID, SNR, Schallpegel und Pupillendurchmesser enthält. Zeichnen Sie für jedes SNR die Gewichte auf, die dem Achsenabschnitt entsprechen, um die Ergebnisse zu visualisieren. Machen Sie dasselbe für lineare und quadratische Terme.
Setzen Sie den gesamten sitzungsweisen Prozentsatz der Versuche mit signifikanten Pupillenveränderungen in jede Zelle eines Zellarrays ein, in der die Zellen von niedrigerem zu höherem SNR angeordnet sind. Schätzen Sie mithilfe des Code pupil_threshold_estimate_JOVE_m den Aufruf im Schwellenwert für die Rauschkategorisierung. Die durchschnittlichen Schülerreaktionen von drei Tieren sind in dieser Abbildung dargestellt.
Die mittleren Pupillenreaktionen auf Standard-Jammerreize werden durch die blaue Linie dargestellt und die Schattierung entspricht plus minus einem Standardfehler des Mittelwerts. Graue Linien und Schattierungen entsprechen dem Mittelwert und plus minus einem Standardfehler des Mittelwerts der Pupillenreaktionen, der durch abweichende Keuchreize hervorgerufen wird. Die Grauschattierungsintensität entspricht dem SNR.
Grüne Linie und Schattierung entsprechen der durchschnittlichen Pupillenspur am Schwellen-SNR. Die rote vertikale Linie entspricht dem Beginn des Reizes. Die orangefarbene vertikale Linie entspricht dem Beginn des Luftstoßes und die blaugrünen gestrichelten Linien entsprechen dem GCA-Fenster.
Die psychometrische Funktion, die an den Prozentsatz der Studien mit signifikanten Pupillendurchmesseränderungen angepasst ist, die durch den abweichenden Stimulus als Funktion des SNR hervorgerufen wurden, ist in dieser Abbildung dargestellt. Schnurrhaare entsprechen plus minus einem Standardfehler des Mittelwerts. Beachten Sie, dass 50% des Maximums bei etwa minus 20 Dezibel SNR erreicht werden.
Aufgrund der gewonnenen qualitativ hochwertigen Daten ist es wichtig, das Tier gut an den Versuchsaufbau zu gewöhnen und konstante Eliminierungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Halten Sie die Versuchssitzung kurz, um die Behausung des Tieres durch abweichende Reize zu minimieren. EEG oder elektrophysiologische Aufzeichnungen in Kombination mit Pupillometrie würden zusätzliche Einblicke in die neuronalen Defizite liefern, die den Kategorisierungsdefiziten bei der Kategorisierung von Call-in-Noise bei hörgeschädigten Tieren zugrunde liegen.
