Determinazione del comportamento della discriminazione Coppia stimolo acustico stimoli uditivi e elettrica utilizzando un condizionamento classico e alla frequenza cardiaca approccio

L'obiettivo generale di questa procedura è identificare le regioni da stimolare nel nucleo cocleare e i modelli di stimolazione neurale che producono sensazioni di frequenza distinguibili dall'animale. In primo luogo, viene impiantato un dispositivo di monitoraggio della frequenza cardiaca per consentire la misurazione delle risposte fisiologiche dell'animale. Successivamente, un elettrodo neurale, attraverso il quale è possibile erogare stimolazioni al sistema uditivo, viene impiantato nel nucleo cocleare.

Successivamente, l'animale viene condizionato a rilevare le differenze di frequenza nei toni presentati e a produrre una risposta fisiologica. Infine, si verifica la capacità dell'animale di rilevare diverse posizioni e schemi di neurostimolazione del sistema uditivo. In definitiva, è possibile ottenere risultati che indicano quali aree del nucleo cocleare sono più adatte alla stimolazione per protesi uditive e schemi di stimolazione.

Particolarmente adatto per l'uso in tali dispositivi mediante l'identificazione di posizioni e schemi di stimolazione che producono in modo costante sensazioni di frequenza distinte. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come la stimolazione neurale e la registrazione in preparazioni acute, è la possibilità di identificare bersagli e tecniche di stimolazione che vengono effettivamente distinti e percepiti dall'animale. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia per il trattamento della sordità in cui gli impianti cocleari non possono essere utilizzati, sia a causa di una coclea compromessa sia per danni al nervo uditivo.

Questa tecnica aiuterà a determinare le strategie di stimolazione che meglio imitano l'elaborazione acustica normale. Da tre a cinque giorni dopo l'implantazione del dispositivo telemetrico per elettrocardiogramma, iniziare l'implantazione dell'elettrodo cerebrale somministrando prima analgesia e anestesia. Una volta confermata l'anestesia, rasare la testa dell'animale e detergere con soluzione alcolica di Betadine, quindi con Betadine.

Posizionare l'animale su una piastra termoregolata. Sollevare e posizionare l'animale tra le barre auricolari e inserire la prima barra auricolare nel condotto acustico esterno. Fissare saldamente la prima barra auricolare in posizione.

Quindi inserire il secondo supporto auricolare in posizione utilizzando pinze a denti di ratto. Aprire la mascella dell'animale e agganciare gli incisivi superiori al supporto dentale. Una volta posizionato, far scivolare il cono nasale sul naso per iniziare la somministrazione di isoflurano, che proseguirà per tutta la durata dell'intervento chirurgico.

Dopo aver esposto l'osso parietale, strofinare la superficie utilizzando una soluzione al 20% di perossido. Su un tampone di garza, praticare un foro di circa due millimetri quadrati nell'estremità laterale più esterna dell'osso interparietale. Sciacquare il foro con soluzione salina sterile per rimuovere eventuali residui ossei, polvere o frammenti ossei che potrebbero danneggiare l'elettrodo; sotto un microscopio, praticare un piccolo foro nell'osso parietale sinistro e nell'osso interparietale destro.

Successivamente, avvitare una vite in acciaio chirurgico in ciascun foro, lasciando circa 0,5 millimetri tra la testa di ciascuna vite e il cranio. Collegare l'altoparlante di accoppiamento alla barra auricolare cava sinistra. Posizionare il manipolatore dell'elettrodo sopra l'apertura con un angolo rostrale Cato di 10 gradi.

Quindi, utilizzando la punta di un ago, praticare un'incisione nella dura madre lungo il piano sagittale. Inserire manualmente l'elettrodo di circa due millimetri all'interno della superficie cerebrale. Collegare le viti ai punti dell'elettrodo di massa e di riferimento dello stadio testa ad alta impedenza.

Assicurarsi che l'amplificatore sia acceso. Quindi sigillare la camera di registrazione e iniziare la somministrazione ciclica di rumore filtrato in banda passante a frequenza media-bassa e alta, con una frequenza massima di un burst ogni 200 millisecondi. Monitorare l'attività neurale su ogni canale per rilevare le risposte al rumore. Presentazione.

Continuare l'inserimento dell'elettrodo fino a quando la distanza totale inserita non si avvicina agli otto millimetri oppure fino a quando non si osservano risposte alle presentazioni di rumore. Se è stato raggiunto il nucleo cocleare, i siti alla punta dell'elettrodo dovrebbero mostrare risposte principalmente a stimoli ad alta frequenza. Continuare a inserire l'elettrodo finché la punta non rileva.

Le risposte a stimoli a bassa frequenza o all'attività indotta dall'udito cessano di verificarsi. Se l'attività cessa, l'elettrodo potrebbe aver attraversato completamente il nucleo cocleare e potrebbe essere necessario correggere la posizione dell'elettrodo. Costruire una mappa di risposta frequenza-ampiezza dei neuroni nei siti degli elettrodi presentando toni puri in passi di frequenza lungo l'intervallo desiderato, con ampiezze comprese tra 1 e 70 decibel e 10 ripetizioni per ogni stimolo.

Per proteggere il tessuto cerebrale e l'elettrodo, applicare uno strato sottile di elastomero di silicone leggermente al di sopra dei rebbi dell'elettrodo esposti, in modo che l'elastomero scorra lungo i rebbi e ricopra sia i rebbi sia la superficie esposta del cervello. Per fissare l'elettrodo in posizione, applicare del cemento dentale, collegare il filo di massa dell'elettrodo alle viti e applicare ulteriore cemento dentale per una maggiore resistenza. Una volta che il cemento si è indurito, suturare l'incisione intorno all'elettrodo, quindi posizionare la gabbia domestica su un tappetino riscaldante per 24 ore per permettere all'animale di riprendersi.

Dopo aver attivato il dispositivo di telemetria, posizionare l'animale nella camera di prova e lasciarlo ambientare per cinque minuti prima di iniziare la procedura di condizionamento. Per eseguire il condizionamento, somministrare ripetutamente un membro scelto casualmente dalla coppia di stimoli acustici in impulsi di 250 millisecondi separati da 250 millisecondi di silenzio, per una durata compresa tra 80 e 170 secondi. Ogni presentazione dello stimolo deve avere un tempo di salita e di discesa di 10 millisecondi.

Per evitare che un clic venga percepito, iniziare ad alternare. Il secondo elemento della coppia di stimoli acustici inizia con la presentazione di ciascun tono per 250 millisecondi, seguita da un silenzio di 250 millisecondi. Dopo 9,5 secondi del periodo di dieci secondi di presentazione alternata dei toni, somministrare una scossa ai piedi della durata di 0,5 millisecondi, quindi interrompere la presentazione dei toni per 30 secondi per consentire al battito cardiaco di stabilizzarsi.

Continuare questo processo fino al completamento di 48 cicli della procedura. Per garantire un numero sufficiente di ripetizioni di ogni coppia di toni per l'analisi, assicurarsi che ogni coppia di toni venga presentata almeno quattro volte. Dopo aver collegato il cavo di stimolazione neurale e aver attivato il dispositivo di telemetria sotto anestesia da isoflurano, lasciare che l'animale si riprenda e si abitui alla camera di prova per 10 minuti prima dell'inizio del test.

Per mantenere le condizioni del giorno precedente, somministrare una coppia di stimoli acustici alternati come precedentemente descritto, seguita da una scossa ai piedi della durata di 0,5 millisecondi. Dopo aver permesso al battito cardiaco di stabilizzarsi, somministrare ripetutamente un membro scelto casualmente della coppia di stimoli elettrici in impulsi di 250 millisecondi, separati da 250 millisecondi di silenzio, per un totale di 80-170 secondi. Successivamente, iniziare ad alternare il secondo membro della coppia di stimoli elettrici con il primo, presentando ogni tono per 250 millisecondi, seguito da 250 millisecondi di silenzio, per un totale di 10 secondi.

Ripetere il ciclo con la successiva coppia di stimolazione elettrica selezionata casualmente fino a quando non sono stati somministrati almeno 20 tentativi per ogni coppia a intervalli casuali. Inserire una coppia di stimoli acustici per mantenere il condizionamento. Al termine del test, disattivare il dispositivo di telemetria, scollegare il cavo di stimolazione e restituire l'animale al suo ambiente domestico.

Qui è mostrata la risposta elettrofisiologica di un elettrodo posizionato correttamente. Ogni istogramma presenta i dati relativi a una singola frequenza in un sito elettrodico, e ogni colonna rappresenta un periodo di tempo di 25 millisecondi su entrambe le file dell'array di elettrodi. Le risposte vengono rilevate in ciascun sito elettrodico solo in risposta a una banda piuttosto stretta di frequenze, ma queste bande strette sono distribuite su un ampio intervallo di frequenze.

Una tale distribuzione è ottimale poiché molte regioni distinte del cervello associate a diverse frequenze possono essere stimolate in modo indipendente. Idealmente, il posizionamento degli elettrodi dovrebbe consentire di rilevare risposte neurali allo stimolo acustico su diversi canali con un'ampiezza del suono bassa fino a 10 decibel, come osservato in questa risposta elettrofisiologica al canale 10. Qui viene mostrata la risposta elettrofisiologica registrata con un elettrodo mal posizionato: l'attività si verifica alle estremità di ciascun shank dell'array di elettrodi, ma vi è poca variazione nella frequenza dello stimolo acustico che induce attività in ciascun sito elettrodico.

Un tale impianto non consente la stimolazione di un livello di frequenza distinto per i test di discriminazione. Qui vengono mostrati tracciati individuali e dati medi proporzionali alla frequenza cardiaca, rilevati otto secondi prima e otto secondi dopo l'inizio della presentazione dello stimolo elettrico alternato. Questi dati sono stati raccolti durante la settima sessione di test e comprendevano 12 presentazioni di stimolo elettrico.

Una significativa diminuzione della frequenza cardiaca si verifica rapidamente dopo l'introduzione del secondo stimolo neurale, seguita da un significativo aumento della frequenza cardiaca, suggerendo che l'animale ha rilevato la differenza tra il primo e il secondo stimolo. Il grado di errore e la varianza della risposta sono mostrati nel grafico della media proporzionale più errore standard, e la significatività della diminuzione e dell'aumento dopo la presentazione del secondo stimolo può essere verificata utilizzando intervalli di confidenza al 95%. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che qualsiasi stimolo esterno percepibile dall'animale può provocare variazioni della frequenza cardiaca, aumentando la variabilità dei risultati; i test e il condizionamento devono essere eseguiti in un ambiente costante e ben isolato per minimizzare questi effetti. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo della bionica per esplorare modi migliori di stimolare elettricamente il cervello in una varietà di sistemi sensoriali al fine di ottenere risposte comportamentalmente rilevanti.