げっ歯類における行動聴力検査のための低コストのセットアップ

この手順の目的は、低コストなセットアップを用いて、齧歯類における聴覚驚愕反応の行動学的プレパルス抑制データを取得し、聴力閾値および主観的な耳鳴知覚を特定することです。まず、健康な動物から一連の行動データを完全に取得します。次に、軽度の周波数特異的な音響外傷によって聴覚障害を誘発させます。

第3のステップは、聴覚障害のある動物で同様の行動データを取得することです。次に、データを解析して、聴力損失および耳鳴りの知覚の可能性を測定します。最終的に、聴覚閾値の変化だけでなく、周波数特異的な耳鳴りを明らかにすることができます。

驚愕反応の行動測定による知覚の評価について、本手順のデモンストレーションは、当研究室のSA博士研究員およびPhD学生のZ aveが担当します。まず、必要な機器を備えたPCを構築する必要があります。このセットアップの総費用は約3,500ユーロであり、15,000から20,000ユーロかかる標準的な装置と比較して低コストで構築可能です。

これには、ブレークアウトボックスおよびアンプに接続されたDAコンバータ、赤外線ウェブカメラ、および統合開発環境を実行するMATLABソフトウェアが含まれます。アンプは防音室内のスピーカーに接続されており、その室内はウェブカメラで監視され、絶縁センサーボード、ピエゾセンサー、および防音室内に齧歯類を固定するためのチャンバーが備わっています。また、音量制御用のマイクロホンも設置されています。

アンプやスピーカーの品質にかかわらず、システムの周波数伝達関数を決定するために、測定用アンプを用いてシステムを校正する必要があります。さらに、システムを被験動物の可聴範囲に合わせて調整しなければなりません。動物をホームケージから取り出し、頭から保持チューブに入れます。

ドアを閉め、チューブをフォーム製の脚付きチャンバー内に設置し、センサーで周囲の明かりを消灯します。チャンバーのドアを閉め、動物が装置に慣れるまで15分間待ちます。プログラムを開始し、刺激のパラメータを設定します。

刺激には、異なる周波数の純音が使用されます。驚愕刺激に先行するテスト刺激は、さまざまな周波数および強度で提示されます。すべてのテスト周波数に対して1つのテスト刺激レベルを固定する場合などの非ランダム化アプローチでは、刺激セットの間に5分間の回復時間を設けてください。

データを分析する前に、動物が驚愕刺激の前に動いた試行などの無効な試行をデータセットから除外します。単一試行の検証は非常に重要です。なぜなら、動物が動いた後の驚愕刺激に対する反応は、大幅に強くなる傾向があるためです。このような反応は破棄しなければなりません。

次に、驚愕刺激後の最初の50ミリ秒の時間窓内で、驚愕反応の振幅と潜時を求めます。反応振幅は、反応の最初の極大値から最初の極小値までの距離として定義されます。潜時は、刺激開始から反応開始までの時間です。聴覚閾値は、単一試行の刺激前強度でソートされた、ある周波数の全反応振幅データセットにボルツマン関数をフィッティングさせることで求められます。

ボルツマン関数の50%点は、この刺激周波数における聴覚閾値を示します。事前刺激のない純粋な驚愕刺激に対する反応は、後の計算の参照として使用できます。齧歯類の聴覚に外傷を与えるには、まず動物を麻酔し、アトロピンのボーラス投与を含む麻酔薬を1kgあたり3mL皮下注射します。

約5分間待機し、反射を確認します。測定中の麻酔状態を維持するため、シリンジポンプを用いて同量の麻酔液を連続的に注入します。チャンバー内にいる間は、1時間ごとにヒーティングパッドで動物の体温を維持させる必要があります。

動物に75分間、大音量の純音を曝露させ、音響外傷を誘発させます。動物の状態が安定するまで5日間待機した後、改めて聴力図を作成します。信頼性の高い結果を得るためには、耳鳴りの発現に最低5日間の期間を設けることが極めて重要です。最初の主観的耳鳴りパラダイムでは、刺激に以下のパラメータを使用します。

驚愕音の強度を105 decibels SPLに設定し、周波数を1から16 kilohertzまで1 octave刻みで段階的に変化させます。まず、15 millisecondの間隔を設けるか、あるいは設けずに、50 decibels SPLのホワイトノイズ背景音を提示します。非ランダム化アプローチを用いる場合は、異なる刺激セットの間に5分間の回復時間を設けてください。

異なる驚愕刺激周波数を用いることで、知覚される耳鳴り周波数の概算を得ることができます。2番目の主観的耳鳴りパラダイムでは、驚愕音強度105 decibels SPL、ダブルクリック刺激という以下の刺激パラメータを使用してください。まずはバンドパスフィルタ処理したノイズから開始します。

背景音は50 dB SPLとします。非ランダム化アプローチを用いる場合は、異なる刺激セットの間に5分間の回復時間を設けてください。データセットから無効な試行を除去した後、残りの各試行について以下の計算を行います。

まず、驚愕刺激後の最初の50ミリ秒における、反応振幅と反応潜時を測定します。次に、すべてのデータを参照データセットに対して正規化します。

参照データセットは、事前刺激を一切与えない状態での純音驚愕刺激に対する反応振幅です。テスト周波数は、純音またはバンドパスフィルタ処理されたノイズの中心周波数のいずれかによって決定されます。各参照データの平均反応を算出してください。その後、各反応振幅を参照値で除して正規化します。

次に、no gap条件の正規化平均値を用いて、各テスト条件のPPIを算出します。この時点で、各テスト周波数における外傷後のPPI変化率（%）を算出することが可能です。同様に、外傷前後のPPIを直接比較することも可能です。

記述したパラダイムを用いることで、驚愕反応を容易に誘発し、解析することができます。試行の大部分は有効であり、無効な試行も容易に識別可能です。

これらは赤色の四角でマークされており、解析からは除外されます。2 kHzでの音響外傷の前後で得られた典型的な行動閾値の変化では、2 kHzにおいて明らかな聴力損失が示されています。聴覚外傷を誘導した後、外傷周波数の1オクターブ下および1オクターブ上の刺激に対する正規化された応答振幅を、外傷周波数以下で調査しました。

トラウマ周波数以上の範囲では、応答パターンの変化は見られませんでした。刺激前のギャップによる効果が消失したことは、この周波数において知覚誤認が起きていることを示しています。このビデオを視聴することで、低コストの驚愕反応セットアップを用いて、げっ歯類の聴覚閾値に関する行動データの取得および処理方法、ならびに知覚評価の必要性について十分に理解できるはずです。