Name: pupillometry to assess auditory sensation in guinea pigs
Uploaded: 2023-01-06T13:25:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Pupillometry to Assess Auditory Sensation in Guinea Pigs at JoVE.com

Bu çalışma NIH (R01DC017141), Pennsylvania Lions İşitme Araştırma Vakfı ve Pittsburgh Üniversitesi Kulak Burun Boğaz ve Nörobiyoloji Bölümlerinden gelen fonlar tarafından desteklenmiştir.

Tüm deneysel prosedürler için, Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi'nden (IACUC) onay alın ve laboratuvar hayvanlarının bakımı ve kullanımı için NIH Kılavuzlarına uyun. Amerika Birleşik Devletleri'nde, pratisyen hekimler ayrıca Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı (USDA) düzenlemelerine tabidir. Bu protokoldeki tüm prosedürler Pittsburgh Üniversitesi IACUC tarafından onaylanmış ve laboratuvar hayvanlarının bakımı ve kullanımı için NIH Kılavuzlarına bağlı kalmışt?...

Bu protokol, pasif olarak dinleyen hayvanlarda işitsel eşikleri tahmin etmek için invaziv olmayan ve güvenilir bir yöntem olarak pupillometrinin kullanımını göstermektedir. Burada açıklanan protokolü takiben, normal işitme pratisyen hekimlerinde gürültü çağrısı kategorizasyon eşikleri tahmin edilmiştir. Pupillometri kullanılarak tahmin edilen eşiklerin, operant eğitim kullanılarak elde edilenlerle tutarlı olduğu bulunmuştur62. Bununla birlikte, operant eğitimle karş?...

Göz bebeği çapı (PD) çok sayıda faktörden etkilenebilir ve zamanla değişen PD ölçümü pupillometri olarak bilinir. PD, iris sfinkter kası (daralmada rol oynar) ve iris dilatatör kası (dilatasyonda rol oynar) tarafından kontrol edilir. Daralma kası parasempatik sistem tarafından innerve edilir ve kolinerjik projeksiyonları içerirken, iris dilatatör, noradrenerjik ve kolinerjik projeksiyonları içeren sempatik sistem tarafından innerve edilir 1,2,3. PD değişikliklerini indüklemek için en iyi bilinen uyaran parlaklık-daralmadır ve göz bebeğinin genişleme tepkileri ortam ışığı yoğunluğundaki değişikliklerle üretilebilir2. PD ayrıca odak mesafesi2'nin bir fonksiyonu olarak da değişir. Bununla birlikte, PD'nin ayrıca parlaklıkla ilgili olmayan dalgalanmalargösterdiği on yıllardır bilinmektedir 4,5,6,7. Örneğin, iç zihinsel durumlardaki değişiklikler geçici PD değişikliklerine neden olabilir. Öğrenci, duygusal olarak yüklü uyaranlara yanıt olarak genişler veya uyarılmaile artar 4,5,8,9. Öğrenci genişlemesi, artan zihinsel çaba veya dikkat10,11,12,13 gibi diğer bilişsel mekanizmalarla da ilişkili olabilir. Öğrenci büyüklüğü varyasyonları ve zihinsel durumlar arasındaki bu ilişki nedeniyle, PD değişiklikleri şizofreni 14,15, anksiyete16,17,18, Parkinson hastalığı 19,20 ve Alzheimer hastalığı 21 gibi klinik bozuklukların bir belirteci olarak araştırılmıştır. , diğerleri arasında. Hayvanlarda, PD değişiklikleri iç davranış durumlarını izler ve kortikal alanlardaki nöronal aktivite seviyeleri ile ilişkilidir22,23,24,25. Göz bebeği çapının ayrıca farelerde uyku durumunun güvenilir bir göstergesi olduğu gösterilmiştir26. Uyarılma ve iç durumla ilgili bu PD değişiklikleri tipik olarak birkaç on saniyelik uzun zaman ölçeklerinde meydana gelir.
İşitme araştırmaları alanında, normal işitmede olduğu kadar işitme engelli bireylerde, dinleme çabası ve işitsel algı pupillometri kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu çalışmalar tipik olarak, çeşitli tespit veya tanıma görevlerini yerine getiren 27,28,29,30 eğitimli araştırma konularını içerir. Uyarılma ve PD arasındaki yukarıda belirtilen ilişki nedeniyle, artan görev katılımı ve dinleme çabasının, artan öğrenci dilatasyon yanıtları 30,31,32,33,34,35 ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, pupillometri, normal işiten dinleyicilerde spektral olarak bozulmuş konuşmayı tanımak için artan dinleme çabasının harcandığını göstermek için kullanılmıştır29,36. Yaşa bağlı işitme kaybı olan insanlar 27,30,37,38,39,40,41 ve koklear implant kullanıcıları 42,43 gibi işitme engelli dinleyicilerde, konuşma anlaşılabilirliğinin azalmasıyla öğrenci yanıtları da artmıştır; Bununla birlikte, işitme engelli dinleyiciler, normal işitme deneklerine kıyasla daha kolay dinleme koşullarında daha fazla öğrenci genişlemesi göstermiştir 27,30,37,38,39,40,41,42,43. Ancak, dinleyicinin bir tanıma görevini yerine getirmesini gerektiren deneyler her zaman mümkün değildir - örneğin, bebeklerde veya bazı hayvan modellerinde. Bu nedenle, akustik uyaranların uyandırdığı parlaklık ile ilişkili olmayan pupilla yanıtları, bu vakalarda işitsel tespiti değerlendirmek için uygun bir alternatif yöntem olabilir44,45. Daha önceki çalışmalar, yönlendirme refleksi46'nın bir parçası olarak geçici ve uyarana bağlı bir öğrenci genişlemesi göstermiştir. Daha sonraki çalışmalar, baykuşlarda frekans duyarlılığı eğrileri elde etmek için uyarana bağlı öğrenci dilatasyonlarının kullanıldığını göstermiştir47,48. Son zamanlarda, bu yöntemler insan bebeklerinde pupilla dilatasyon yanıtının duyarlılığını değerlendirmek için uyarlanmıştır48. Pupillometrinin, pasif olarak dinleyen kobaylarda (GP'ler) işitsel tespit ve ayrımcılık eşiklerini tahmin etmek için çok çeşitli basit (tonlar) ve karmaşık (GP seslendirmeleri) uyaranlar kullanarak güvenilir ve invaziv olmayan bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir49. Bu uyaranla ilişkili PD değişiklikleri tipik olarak birkaç saniyelik sıradaki daha hızlı zaman ölçeklerinde meydana gelir ve uyaran zamanlamasıyla bağlantılıdır. Burada, uyaranla ilişkili PD değişikliklerinin pupillometrisi, hayvan modellerinde çeşitli işitme bozukluğu türlerinin davranışsal etkilerini incelemek için bir yöntem olarak önerilmiştir. Özellikle, GP'lerde kullanılmak üzere pupillometri protokolleri, çeşitli işitsel patoloji türlerinin iyi kurulmuş bir hayvan modeli olan 50,51,52,53,54,55,56 (ayrıca kapsamlı bir inceleme için referans 57'ye bakınız) açıklanmaktadır.
Bu teknik normal işitme pratisyen hekimlerde gösterilmesine rağmen, bu yöntemler diğer hayvan modellerine ve çeşitli işitsel patolojilerin hayvan modellerine kolayca uyarlanabilir. Önemli olarak, pupillometri, olası ses algılama ve algılama eksikliklerinin altında yatan mekanizmaları incelemek için EEG gibi diğer invaziv olmayan ölçümlerle ve ayrıca invaziv elektrofizyolojik kayıtlarla birleştirilebilir. Son olarak, bu yaklaşım insan ve hayvan modelleri arasında geniş benzerlikler oluşturmak için de kullanılabilir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Analog output board</td>
			<td>Measurement Computing Corporation, Norton, MA</td>
			<td>PCI-DDA02/12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anechoic foam</td>
			<td>Sonex One, Pinta Acoustic, Minneapolis, MN</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condenser microphone</td>
			<td>Behringer, Willich, Germany</td>
			<td>C-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Free-field microphone</td>
			<td>Bruel &#38; Kjaer, Denmark)</td>
			<td>Type 4940&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>Mathworks, Inc., Natick, MA</td>
			<td></td>
			<td>2018a version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monocular remote camera and illuminator system</td>
			<td>Arrington Research, Scottsdale, AZ</td>
			<td>MCU902</td>
			<td>Infrared LED array + camera with infrared filter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multifunction I/O Device</td>
			<td>National Instruments, Austin, TX</td>
			<td>PCI-6229</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neural interface processor</td>
			<td>Ripple Neuro, Salt Lake City, UT</td>
			<td>SCOUT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Piezoelectric motion sensor</td>
			<td>SparkFun Electronics, Niwot, CO</td>
			<td>SEN-10293</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pinch valve</td>
			<td>Cole-Palmer Instrument Co., Vernon Hills, IL</td>
			<td>EW98302-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Programmable attenuator</td>
			<td>Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL</td>
			<td>PA5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td></td>
			<td>~3 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sound attenuating chamber</td>
			<td>IAC Acoustics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Speaker full-range driver</td>
			<td>Tang Band Speaker, Taipei, Taiwan</td>
			<td>W4-1879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo Amplifier</td>
			<td>Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL</td>
			<td>SA1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tabletop - CleanTop Optical</td>
			<td>TMC vibration control / Ametek, Peabody, MA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viewpoint software</td>
			<td>ViewPoint, Arrington Research, Scottsdale, AZ</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

pupillometry to assess auditory sensation in guinea pigs

Gürültüye maruz kalma, sensörinöral işitme kaybının önde gelen nedenlerinden biridir. Gürültüye bağlı işitme kaybının hayvan modelleri, işitme kaybının altında yatan anatomik ve fizyolojik patolojiler hakkında mekanik bir bakış açısı sağlamıştır. Bununla birlikte, işitme kaybı olan insanlarda gözlenen davranışsal eksiklikleri hayvan modellerindeki davranışsal eksikliklerle ilişkilendirmek zor olmaya devam etmektedir. Burada pupillometri, hayvan ve insan davranış verilerinin doğrudan karşılaştırılmasını sağlayacak bir yöntem olarak önerilmektedir. Yöntem, modifiye edilmiş bir tuhaf top paradigmasına dayanmaktadır - konuyu bir uyaranın tekrarlanan sunumuna alıştırmak ve aralıklı olarak tekrarlanan uyarandan bazı parametrik şekillerde değişen sapkın bir uyaran sunmak. Temel öncül, tekrarlanan ve sapkın uyaran arasındaki değişim denek tarafından tespit edilirse, tekrarlanan uyaranın ortaya çıkardığından daha büyük bir öğrenci genişleme tepkisini tetikleyeceğidir. Bu yaklaşım, işitme kaybı çalışmaları da dahil olmak üzere işitsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılan bir hayvan modeli olan kobaylarda bir seslendirme kategorizasyon görevi kullanılarak gösterilmiştir. Bir seslendirme kategorisindeki seslendirmeleri standart uyaranlar olarak ve ikinci bir kategorideki seslendirmeleri çeşitli sinyal-gürültü oranlarında gürültüye gömülü tuhaf uyaranlar olarak sunarak, tuhaf top kategorisine yanıt olarak öğrenci genişlemesinin büyüklüğünün sinyal-gürültü oranı ile monoton olarak değiştiği gösterilmiştir. Büyüme eğrisi analizleri daha sonra bu öğrenci dilatasyon yanıtlarının zaman seyrini ve istatistiksel önemini karakterize etmek için kullanılabilir. Bu protokolde, kobayların kuruluma alışması, pupillometrinin yapılması ve verilerin değerlendirilmesi/analiz edilmesi için ayrıntılı prosedürler açıklanmaktadır. Bu teknik, bu protokolde normal işiten kobaylarda gösterilmesine rağmen, yöntem her bir denek içindeki çeşitli işitme kaybı biçimlerinin duyusal etkilerini değerlendirmek için kullanılabilir. Bu etkiler daha sonra eşzamanlı elektrofizyolojik ölçümler ve post-hoc anatomik gözlemlerle ilişkilendirilebilir.

Pupillometri, deneyler boyunca ~ 600-1.000 g ağırlığında üç erkek pigmentli pratisyen hekimde gerçekleştirildi. Bu protokolde açıklandığı gibi, gürültü çağrısı kategorizasyon eşiklerini tahmin etmek için, uyaran sunumu için tuhaf bir paradigma kullanılmıştır. Tuhaf top paradigmasında, belirli bir SNR'de beyaz gürültüye gömülü bir kategoriye (sızlanmalar) ait çağrılar standart uyaranlar (Şekil 2A) olarak ve aynı SNR'de (Şekil 2A</...

Watch this Scientific Journal Video about Pupillometry to Assess Auditory Sensation in Guinea Pigs at JoVE.com

Pupillometry to Assess Auditory Sensation in Guinea Pigs

Basit ve invaziv olmayan bir teknik olan pupillometri, normal işiten hayvanlarda ve çeşitli işitsel patolojilerin hayvan modellerinde gürültü içinde işitme eşiklerini belirlemek için bir yöntem olarak önerilmektedir.

Gine Domuzlarında İşitsel Hissi Değerlendirmek için Pupillometri

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

Pupillometri, karmaşık ses tanıma eşiklerini tahmin etmek için kullanılabilir ve çeşitli işitme kaybı biçimlerinin bu eşikler üzerindeki etkilerini belirlemek için diğer yöntemlerle birlikte kullanılabilir. Bu teknik, insanlardan ve eğitimsiz hayvanlardan aynı yöntemin verilerini karakterize etmek için kullanılabilir. Kurulumu nispeten kolaydır ve minimal invazivdir.İşitme kaybının hayvan modellerinde davranış ve algı ölçümlerinin elde edilmesi zordur. Bu yöntem, hayvanlardaki karmaşık ses tanıma davranışlarını ölçmenin bir yoludur. Tüm hayvan davranış deneylerinde yaptığımız gibi, sabır anahtardır.Hayvanı deney düzeneğine alıştırmak için zaman ayırın. Deneysel oturumları kısa tutun ve hayvanı yakından izleyin. Kalibre edilmiş bir hoparlörü, hayvanın yerleştirileceği konuma eşit yükseklikte ses zayıflatılmış oda duvarına monte etmeye başlamak için.Serbest alan uyaranı dağıtımı için, hayvanı büyük vücut hareketlerinin mümkün olmadığından emin olmak için muhafazaya yerleştirin ve hayvanın başını sert çerçeveye sabitleyin. Hayvan hareketlerini algılamak ve kaydetmek için muhafazanın altına bir piezoelektrik sensör yerleştirin. Ardından, öğrenci görüntüleme kamerasını nesnenin gözünden 25 santimetre uzağa yerleştirin.Hava pufunu ayarlamak için, hayvanın burnunun yaklaşık 15 santimetre önüne bir pipet ucu yerleştirmek için masaya bağlı bir tutucu kullanın. Pipet ucuna yaklaşık üç milimetre çapında bir silikon tüp bağlayın ve tüpü düzenlenmiş bir hava silindirine bağlayın. Silindir hava basıncını 20 ila 25 psi arasında tutun.Bilgisayar kontrollü bir röle kullanarak hava pufunun zamanlamasını ve süresini kontrol etmek için tüpü bir sıkıştırma valfinden geçirin. Yaklaşık 10 santimetre mesafeye yerleştirilmiş bir kızılötesi LED dizisi ile gözü aydınlatın. Görüntülenen gözü aydınlatmak ve temel göz bebeği çapını yaklaşık 3,5 milimetreye getirmek için metrekare başına yaklaşık 2000 kandela yoğunluğunda beyaz LED aydınlatma kullanın.Öğrenci edinme yazılımını açın ve 0,15 derecelik görsel açı uzamsal çözünürlüğe sahip 16 milimetre lensli bir kamera ve görüntülenen gözden 25 santimetre mesafeye yerleştirilmiş bir kızılötesi filtre kullanarak öğrencinin videosunu alın. Gözün görüntülenen alanda ortalandığından emin olun. Kameranın diyafram açıklığını, odağını ve IR seviyesini, görüntülenen göz bebeğinin ana hatları keskin netliğe gelene kadar düzenleyin.Öğrenci edinme yazılımında, fare ile dikdörtgen bir alan seçerek öğrenciyi içeren ilgi alanını tanımlayın. Ardından, elde edilen videonun parlaklığını ve kontrastını ayarlamak için kontrol panelini kullanın. Tarama yoğunluğunu beşe ayarlayın ve eşiği, elips videodaki göz bebeğinin ana hatlarıyla yakından eşleşecek şekilde ayarlayın.Nöral arayüz işlemci yazılımını kullanarak, analog sinyali öğrenci çapından veya PD izinden, piezoelektrik sensörden gelen voltaj izini kayıt hareketini, uyaran teslim sürelerini ve hava puf dağıtım sürelerini alın ve kaydedin. İki farklı seslendirme kategorisinden benzer uzunluktaki Gine domuzu seslendirmelerinin sekiz farklı örneğini seçin. Örneğin, wheek çağrıları ve whine çağrıları.Bir kategori standart uyaran olarak hizmet edecek ve diğer kategori tuhaf veya sapkın uyaranlar olarak hizmet edecektir. Farklı sinyal-gürültü oranı veya SNR seviyelerinde gürültüye gömülü bir saniye uzunluğunda standart ve sapkın uyaranlar üretmek için, çağrılara eşit uzunlukta beyaz gürültü ekleyin. Bu deneyde örneklenen SNR aralığı eksi 24 ile artı 40 desibel arasındadır.Her seans için, zamanın% 90'ından daha büyük standart uyaranlar içeren bir sözde rastgele uyaran sunum dizisi hazırlayın. Sapkın uyaranlar arasında standart uyaranlarla en az 20 ila 40 deneme olduğundan emin olun. Tüm uyaran sunumları için sabit bir uyaran yoğunluğu kullanın.Uyaranları yüksek zamansal düzenlilikle sunun. Hayvanın uyaranlarla olan ilişkisini sürdürmek ve alışkanlığı en aza indirmek için, isteğe bağlı olarak, sapkın uyarandan sonra kısa bir hava pufunu verin. Hava pufunun başlangıcının uyaran süresinden yeterince ayrıldığından emin olun, böylece uyaran öğrenci genişleme tepkilerini uyandırır.Hava puf kaynaklı yanıp sönen eserlerden önce bir zirveye ulaşın. Kod pupil_avg_JOVE_m çalıştırın ve her oturum için hareket algılama ve deneme sürümü hariç tutma işlemlerini gerçekleştirmek üzere açılır iletişim kutusunda tek bir oturumdan veri dosyasını seçin. Ardından aynı kodu çalıştırın ve açılır iletişim kutusunda analiz edilecek tüm veri dosyalarını seçin.Göz kırpma artefaktlarını kaldırmak için, verileri önceden işleyin ve seanslar boyunca her uyarana ortalama öğrenci genişlemesini elde edin. Ortalama uyaran uyaran uyarıcı çapı, her bir uyaran koşulu için, her bir uyaran durumuna ortalama öğrenci genişleme tepkisini oluşturmak için her bir hayvan içindeki oturumlar boyunca ve daha sonra hayvanlar arasında değişir. Kod pupil_avg_JOVE tüm çıktıları dikey olarak birleştirin.m veya tüm seanslar hayvanlar, SNR'ler ve zayıflamalar, sütunları, hayvan kimliğini, SNR'yi, ses seviyesini ve öğrenci çapı değerlerini içeren bir matris oluşturmak için. Her SNR için, sonuçları görselleştirmek için kesişmeye karşılık gelen ağırlıkları çizin. Aynı şeyi doğrusal ve ikinci dereceden terimler için de yapın.Önemli öğrenci değişiklikleri olan denemelerin tüm seans bilge yüzdesini, hücrelerin daha düşükten yükseğe SNR'ye düzenlendiği bir hücre dizisinin her hücresine koyun. Kod pupil_threshold_estimate_JOVE_m kullanarak, gürültü kategorizasyon eşiğindeki çağrıyı tahmin edin. Üç hayvandan ortalama öğrenci tepkileri bu şekilde gösterilmiştir.Standart sızlanma uyaranlarına verilen ortalama öğrenci tepkileri mavi çizgi ile temsil edilir ve gölgelendirme artı eksi bir standart ortalama hatasına karşılık gelir. Gri çizgiler ve gölgelendirme, sapkın wheek uyaranları tarafından uyandırılan ortalama ve artı eksi bir standart öğrenci tepkisi ortalamasına karşılık gelir. Gri gölgelendirme yoğunluğu SNR'ye karşılık gelir.Yeşil çizgi ve gölgelendirme, SNR eşiğindeki ortalama öğrenci izine karşılık gelir. Kırmızı dikey çizgi, uyaran başlangıcına karşılık gelir. Turuncu dikey çizgi hava puf başlangıcına karşılık gelir ve deniz mavisi kesikli çizgiler GCA penceresine karşılık gelir.SNR'nin bir fonksiyonu olarak sapkın uyaranın neden olduğu önemli pupil çapı değişikliklerine sahip çalışmaların yüzdesine uyan psikometrik fonksiyon bu şekilde gösterilmiştir. Bıyıklar artı eksi bir standart ortalama hatasına karşılık gelir. Maksimumun% 50'sine yaklaşık eksi 20 desibel SNR'de ulaşıldığını unutmayın.Elde edilen yüksek kaliteli veriler, hayvanı deney düzeneğine iyi alıştırmak ve sürekli eliminasyon koşullarını korumak önemlidir. Hayvanın sapkın uyaranlara olan yerleşimini en aza indirmek için deney oturumunu kısa tutun. EEG veya pupillometri ile birleştirilen elektrofizyolojik kayıtlar, işitme engelli hayvanlarda gürültü çağrısı kategorizasyon eksikliklerinin altında yatan nöral eksiklikler hakkında ek bir fikir üretecektir.

pupillometry-to-assess-auditory-sensation-in-guinea-pigs

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Operant Sensation Seeking in the Mouse

Operant methods are powerful behavioral tools for the study of motivated behavior. These 'self-administration' methods have been used extensively in drug addiction research due to their high construct validity. Operant studies provide researchers a tool for preclinical investigation of several aspects of the addiction process. For example, mechanisms of acute reinforcement (both drug and non-drug) can be tested using pharmacological or genetic tools to determine the ability of a molecular target to influence self-administration behavior1-6. Additionally, drug or food seeking behaviors can be studied in the absence of the primary reinforcer, and the ability of pharmacological compounds to disrupt this process is a preclinical model for discovery of molecular targets and compounds that may be useful for the treatment of addiction3,7-9. One problem with performing intravenous drug self-administration studies in the mouse is the technical difficulty of maintaining catheter patency. Attrition rates in these experiments are high and can reach 40% or higher10-15. Another general problem with drug self-administration is discerning which pharmacologically-induced effects of the reinforcer produce specific behaviors. For example, measurement of the reinforcing and neurological effects of psychostimulants can be confounded by their psychomotor effects. Operant methods using food reinforcement can avoid these pitfalls, although their utility in studying drug addiction is limited by the fact that some manipulations that alter drug self-administration have a minimal impact on food self-administration. For example, mesolimbic dopamine lesion or knockout of the D1 dopamine receptor reduce cocaine self-administration without having a significant impact on food self-administration 12,16. 
Sensory stimuli have been described for their ability to support operant responding as primary reinforcers (i.e. not conditioned reinforcers)17-22. Auditory and visual stimuli are self-administered by several species18,21,23, although surprisingly little is known about the neural mechanisms underlying this reinforcement. The operant sensation seeking (OSS) model is a robust model for obtaining sensory self-administration in the mouse, allowing the study of neural mechanisms important in sensory reinforcement24. An additional advantage of OSS is the ability to screen mutant mice for differences in operant behavior that may be relevant to addiction. We have reported that dopamine D1 receptor knockout mice, previously shown to be deficient in psychostimulant self-administration, also fail to acquire OSS24. This is a unique finding in that these mice are capable of learning an operant task when food is used as a reinforcer. While operant studies using food reinforcement can be useful in the study of general motivated behavior and the mechanisms underlying food reinforcement, as mentioned above, these studies are limited in their application to studying molecular mechanisms of drug addiction. Thus, there may be similar neural substrates mediating sensory and psychostimulant reinforcement that are distinct from food reinforcement, which would make OSS a particularly attractive model for the study of drug addiction processes. The degree of overlap between other molecular targets of OSS and drug reinforcers is unclear, but is a topic that we are currently pursuing. While some aspects of addiction such as resistance to extinction may be observed with OSS, we have found that escalation 25 is not observed in this model24. Interestingly, escalation of intake and some other aspects of addiction are observed with self-administration of sucrose26. Thus, when non-drug operant procedures are desired to study addiction-related processes, food or sensory reinforcers can be chosen to best fit the particular question being asked. 
In conclusion, both food self-administration and OSS in the mouse have the advantage of not requiring an intravenous catheter, which allows a higher throughput means to study the effects of pharmacological or genetic manipulation of neural targets involved in motivation. While operant testing using food as a reinforcer is particularly useful in the study of the regulation of food intake, OSS is particularly apt for studying reinforcement mechanisms of sensory stimuli and may have broad applicability to novelty seeking and addiction.

In this protocol we describe a method of operant learning using sensory stimuli as a reinforcer in the mouse. It requires no prior training or food restriction, and it allows the study of motivated behavior without the use of a pharmacological or natural reinforcer such as food.

Fare Aradığınız Edimsel Sensation

Operant methods are powerful behavioral tools for the study of motivated behavior.  These 'self-administration' methods have been used extensively in drug ...

Nörobilim

Preparation and Culture of Chicken Auditory Brainstem Slices

The chicken auditory brainstem is a well-established model system that has been widely used to study the anatomy and physiology of auditory processing at discreet periods of development 1-4 as well as mechanisms for temporal coding in the central nervous system 5-7.
Here we present a method to prepare chicken auditory brainstem slices that can be used for acute experimental procedures or to culture organotypic slices for long-term experimental manipulations.
The chicken auditory brainstem is composed of nucleus angularis, magnocellularis, laminaris and superior olive. These nuclei are responsible for binaural sound processing and single coronal slice preparations preserve the entire circuitry. Ultimately, organotypic slice cultures can provide the opportunity to manipulate several developmental parameters such as synaptic activity, expression of pre and postsynaptic components, expression of aspects controlling excitability and differential gene expression
This approach can be used to broaden general knowledge about neural circuit development, refinement and maturation.

The chicken auditory brainstem is comprised of nuclei responsible for binaural sound processing. A single coronal slice preparation maintains the entire circuitry while the cultured approach provides a unique preparation to study the development of neuronal structure and auditory function at the molecular, cellular and network levels.

Tavuk İşitsel Beyin Sapı Dilimleri hazırlanması ve Kültür

The chicken auditory brainstem is a well-established model system that has been widely used to study the anatomy and physiology of auditory processing at ...

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and sensorimotor plasticity1. Consistent sensory perturbations result in compensatory changes in motor output, reflecting changes in feedforward motor control that reduce the experienced feedback error. By quantifying how different sensory feedback errors affect human behavior, prior studies have explored how visual signals are used to recalibrate arm movements2,3 and auditory feedback is used to modify speech production4-7. The strength of this approach rests on the ability to mimic naturalistic errors in behavior, allowing the experimenter to observe how experienced errors in production are used to recalibrate motor output.
Songbirds provide an excellent animal model for investigating the neural basis of sensorimotor control and plasticity8,9. The songbird brain provides a well-defined circuit in which the areas necessary for song learning are spatially separated from those required for song production, and neural recording and lesion studies have made significant advances in understanding how different brain areas contribute to vocal behavior9-12. However, the lack of a naturalistic error-correction paradigm - in which a known acoustic parameter is perturbed by the experimenter and then corrected by the songbird - has made it difficult to understand the computations underlying vocal learning or how different elements of the neural circuit contribute to the correction of vocal errors13.
The technique described here gives the experimenter precise control over auditory feedback errors in singing birds, allowing the introduction of arbitrary sensory errors that can be used to drive vocal learning. Online sound-processing equipment is used to introduce a known perturbation to the acoustics of song, and a miniaturized headphones apparatus is used to replace a songbird's natural auditory feedback with the perturbed signal in real time. We have used this paradigm to perturb the fundamental frequency (pitch) of auditory feedback in adult songbirds, providing the first demonstration that adult birds maintain vocal performance using error correction14. The present protocol can be used to implement a wide range of sensory feedback perturbations (including but not limited to pitch shifts) to investigate the computational and neurophysiological basis of vocal learning.

We describe the design and assembly of miniaturized headphones suitable for replacing a songbird&#x2019;s natural auditory feedback with a manipulated acoustic signal. Online sound processing hardware is used to manipulate song output, introduce real-time errors in auditory feedback via the headphones, and drive vocal motor learning.

Songbirds İşitsel Geribildirim kurgulama için Hafif, Kulaklıklar tabanlı Sistemi

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

Selective Tracing of Auditory Fibers in the Avian Embryonic Vestibulocochlear Nerve

The embryonic chick is a widely used model for the study of peripheral and central ganglion cell projections. In the auditory system, selective labeling of auditory axons within the VIIIth cranial nerve would enhance the study of central auditory circuit development. This approach is challenging because multiple sensory organs of the inner ear contribute to the VIIIth nerve 1. Moreover, markers that reliably distinguish auditory versus vestibular groups of axons within the avian VIIIth nerve have yet to be identified. Auditory and vestibular pathways cannot be distinguished functionally in early embryos, as sensory-evoked responses are not present before the circuits are formed. Centrally projecting VIIIth nerve axons have been traced in some studies, but auditory axon labeling was accompanied by labeling from other VIIIth nerve components 2,3. Here, we describe a method for anterograde tracing from the acoustic ganglion to selectively label auditory axons within the developing VIIIth nerve. First, after partial dissection of the anterior cephalic region of an 8-day chick embryo immersed in oxygenated artificial cerebrospinal fluid, the cochlear duct is identified by anatomical landmarks. Next, a fine pulled glass micropipette is positioned to inject a small amount of rhodamine dextran amine into the duct and adjacent deep region where the acoustic ganglion cells are located. Within thirty minutes following the injection, auditory axons are traced centrally into the hindbrain and can later be visualized following histologic preparation. This method provides a useful tool for developmental studies of peripheral to central auditory circuit formation.

Here we describe a microdissection technique followed by fluorescent dye injection into the acoustic ganglion of early chick embryos for selective tracing of auditory axon fibers in the nerve and hindbrain.

Kuş Embriyonik vestibülokoklear sinir İşitsel Elyaf seçici Aydınger

The embryonic chick is a widely used model for the study of peripheral and central ganglion cell projections. In the auditory system, selective labeling ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Yüksek alan fMRI kullanılarak Yetişkin kedilerde işitme korteksi Fonksiyonel Görüntüleme

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted deaf subjects1-6. Nonetheless, sound coding with current CIs has poor frequency and intensity resolution due to broad current spread from each electrode contact activating a large number of SGNs along the tonotopic axis of the cochlea7-9. Optical stimulation is proposed as an alternative to electrical stimulation that promises spatially more confined activation of SGNs and, hence, higher frequency resolution of coding. In recent years, direct infrared illumination of&#160;the cochlea has been used to evoke responses in the auditory nerve10. Nevertheless it requires higher energies than electrical stimulation10,11 and uncertainty remains as to the underlying mechanism12. Here we describe a method based on optogenetics to stimulate SGNs with low intensity blue light, using transgenic mice with neuronal expression of channelrhodopsin 2 (ChR2)13 or virus-mediated expression of the ChR2-variant CatCh14. We used micro-light emitting diodes (&#181;LEDs) and fiber-coupled lasers to stimulate ChR2-expressing SGNs through a small artificial opening (cochleostomy) or the round window. We assayed the responses by scalp recordings of light-evoked potentials (optogenetic auditory brainstem response: oABR) or by microelectrode recordings from the auditory pathway and compared them with acoustic and electrical stimulation.

Cochlear implants (CIs) enable hearing by direct electrical stimulation of the auditory nerve. However, poor frequency and intensity resolution limits the quality of hearing with CIs. Here we describe optogenetic stimulation of the auditory nerve in mice as an alternative strategy for auditory research and developing future CIs.

İşitsel Sinir optogenetic uyarılması

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

The Use of Trace Eyeblink Classical Conditioning to Assess Hippocampal Dysfunction in a Rat Model of Fetal Alcohol Spectrum Disorders

Neonatal rats were administered a relatively high concentration of ethyl alcohol (11.9% v/v) during postnatal days 4-9, a time when the fetal brain undergoes rapid organizational change and is similar to accelerated brain changes that occur during the third trimester in humans. This model of fetal alcohol spectrum disorders (FASDs) produces severe brain damage, mimicking the amount and pattern of binge-drinking that occurs in some pregnant alcoholic mothers. We describe the use of trace eyeblink classical conditioning (ECC), a higher-order variant of associative learning, to assess long-term hippocampal dysfunction that is typically seen in alcohol-exposed adult offspring. At 90 days of age, rodents were surgically prepared with recording and stimulating electrodes, which measured electromyographic (EMG) blink activity from the left eyelid muscle and delivered mild shock posterior to the left eye, respectively. After a 5 day recovery period, they underwent 6 sessions of trace ECC to determine associative learning differences between alcohol-exposed and control rats. Trace ECC is one of many possible ECC procedures that can be easily modified using the same equipment and software, so that different neural systems can be assessed. ECC procedures in general, can be used as diagnostic tools for detecting neural pathology in different brain systems and different conditions that insult the brain.

Trace eyeblink classical conditioning (ECC) was used to assess hippocampal-dependent associative learning in adult rats that were administered a high concentration (11.9% v/v) of alcohol during early neonatal brain development. In general, ECC procedures are sound diagnostic tools for detecting brain dysfunction across many psychological and biomedical settings.

Hipokampal disfonksiyon Fetal alkol spektrum bozuklukları, fare modeli değerlendirmek için izleme Eyeblink Klasik koşullanma kullanımı

Neonatal rats were administered a relatively high concentration of ethyl alcohol (11.9% v/v) during postnatal days 4-9, a time when the fetal brain ...

A Preclinical Model to Assess Brain Recovery After Acute Stroke in Rats

The purpose of this study was to establish and validate an animal brain ischemia model in the recovery and sequela stages. A middle cerebral artery occlusion/reperfusion (MCAO/R) model in male Sprague-Dawley rats was chosen. By changing the rat&#39;s weight (260&#8722;330 g), the thread bolt type (2636/2838/3040/3043) and the brain infarct time (2-3 h), a higher Longa&#39;s score, a larger infarct volume and a greater model success ratio were screened using the Longa&#39;s score and TTC staining. The optimum model condition (300 g, 3040 thread bolt, 3 h brain infarct time) was acquired and used in a 1-90 day observation period after reperfusion via assessment of sensorimotor functions and infarct volume. At these conditions, the bilateral asymmetry test had a significant difference from 1 to 90 days, and the grid-walking test had a significant difference from 1 to 60 days; both differences could be a suitable sensorimotor functional test. Thus, the most appropriate condition of a novel rat model in the recovery and sequela stages of brain ischemia was found: 300 g rats that underwent MCAO with a 3040 thread bolt for a 3 h brain infarct and then reperfused. The appropriate sensorimotor functional tests were a bilateral asymmetry test and a grid-walking test.

The&#160;purpose of this study is to establish and validate an animal model for research in the recovery and sequela stages of brain ischemia by testing brain infarction and sensorimotor function after middle cerebral artery occlusion/reperfusion (MCAO/R) after 1-90 days in rats.

Sıçanlarda Akut İnme Sonrası Beyin İyileşmesini Değerlendiren Bir Preklinik Model

The purpose of this study was to establish and validate an animal brain ischemia model in the recovery and sequela stages. A middle cerebral artery ...

A Revised Surgical Approach to Induce Endolymphatic Hydrops in the Guinea Pig

Endolymphatic hydrops is an enlargement of scala media that is most often associated with Meniere&#39;s disease, though the pathophysiologic mechanism(s) remain unclear. In order to adequately study the attributes of endolymphatic hydrops, such as the origins of low-frequency hearing loss, a reliable model is needed. The guinea pig is a&#160;good model because it hears in the low-frequency regions that are putatively affected by endolymphatic hydrops. Previous research has demonstrated that endolymphatic hydrops can be induced surgically via intradural or extradural approaches that involve drilling on the endolymphatic duct and sac. However, whether it was possible to create an endolymphatic hydrops model using an extradural approach that avoided dangerous drilling on the endolymphatic duct and sac was unknown. The objective of this study was to demonstrate a revised extradural approach to induce experimental endolymphatic hydrops at 30 days post-operatively by obliterating the endolymphatic sac and injuring the endolymphatic duct with a fine pick. The sample size consisted of seven guinea pigs. Functional measurements of hearing were made and temporal bones were subsequently harvested for histologic analysis. The approach had a success rate of 86% in achieving endolymphatic hydrops. The risk of cerebrospinal fluid leak was minimal. No perioperative deaths or injuries to the posterior semicircular canal occurred in the sample. The presented method demonstrates a safe and reliable way to induce endolymphatic hydrops at a relatively quick time point of 30 days. The clinical implications are that the presented method provides a reliable model to further explore the origins of low-frequency hearing loss that can be associated endolymphatic hydrops.

This article demonstrates an extradural approach to obliterate the guinea pig endolymphatic sac and injure the endolymphatic duct with a fine pick in order to induce experimental endolymphatic hydrops.

Kobayda Endolenfatik Hidrops İndüklemek için Gözden Geçirilmiş Cerrahi Yaklaşım

Endolymphatic hydrops is an enlargement of scala media that is most often associated with Meniere&#39;s disease, though the pathophysiologic mechanism(s) ...

Direct Cannula Implantation in the Cisterna Magna of Pigs

The glymphatic system is a waste clearance system in the brain that relies on the flow of cerebrospinal fluid (CSF) in astrocyte-bound perivascular spaces and has been implicated in the clearance of neurotoxic peptides such as amyloid-beta. Impaired glymphatic function exacerbates disease pathology in animal models of neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's, which highlights the importance of understanding this clearance system. The glymphatic system is often studied by cisterna magna cannulations (CMc), where tracers are delivered directly into the cerebrospinal fluid (CSF). Most studies, however, have been carried out in rodents. Here, we demonstrate an adaptation of the CMc technique in pigs. Using CMc in pigs, the glymphatic system can be studied at a high optical resolution in gyrencephalic brains and in doing so bridges the knowledge gap between rodent and human glymphatics.

This article presents a step-by-step protocol for the direct cannula implantation in the cisterna magna of pigs.

Domuzların Sarnıç Magnasında Doğrudan Kanın İmplantasyonu

The glymphatic system is a waste clearance system in the brain that relies on the flow of cerebrospinal fluid (CSF) in astrocyte-bound perivascular spaces ...