Behavioral Bepaling van de Stimulus Paar Discriminatie van Auditieve Akoestische en elektrische prikkels met behulp van een klassieke conditionering en hartslag aanpak

Het algemene doel van deze procedure is het identificeren van regio's voor stimulatie van de cochleaire kern en patronen van neurale stimulatie die frequentiesensaties produceren die door het dier kunnen worden onderscheiden. Eerst wordt een apparaat voor hartslagmonitoring geïmplanteerd om de fysiologische reacties van het dier te kunnen meten. Vervolgens wordt een neurale elektrode, waarmee stimulatie aan het auditieve systeem kan worden toegediend, in de cochleaire kern geïmplanteerd.

Vervolgens wordt het dier geconditioneerd om frequentieverschillen in gepresenteerde tonen te detecteren en een fysiologische respons te vertonen. Ten slotte wordt het dier getest op de detectie van verschillende locaties en patronen van neurostimulatie van het auditieve systeem. Uiteindelijk kunnen er resultaten worden verkregen die aantonen welke gebieden van de cochleaire kern het meest geschikt zijn voor stimulatie voor auditieve prosthesis en stimulatiepatronen.

Het is het best geschikt voor gebruik in dergelijke apparaten door locaties en stimulatiepatronen te identificeren die consistent duidelijke frequentiesensaties opwekken. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals neurale stimulatie en registratie in een acute preparatie, is dat het mogelijk is om stimulatiedoelen en technieken te identificeren die daadwerkelijk worden onderscheiden en waargenomen door het dier. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot therapie voor de behandeling van doofheid waarbij cochleaire implantaten niet kunnen worden gebruikt, hetzij als gevolg van een aangetaste cochlea, hetzij door beschadiging van de auditieve zenuw.

Deze techniek helpt bij het bepalen van stimulatiestrategieën die de normale akoestische verwerking het beste nabootsen. Drie tot vijf dagen na de implantatie van het ECG-telemetrieapparaat wordt gestart met de implantatie van de hersenelektroden, beginnend met het toedienen van analgesie en anesthetica. Zodra de anesthesie is bevestigd, wordt de kop van het dier geschoren en gereinigd met Betadine scrub-alcohol en vervolgens met Betadine.

Plaats het dier op een homeothermische plaat. Til het dier op en positioneer het tussen de oorstaven en schuif de eerste oorstaaf in de externe gehoorgang. Zet de eerste oorstaaf vast.

Schuif vervolgens de tweede oorstaaf met behulp van rattenkniptang in positie. Open de kaak van het dier en haak de bovenste snijtanden over de tandhouder. Zodra deze in positie is, schuift u de neusconus over de neus om de toediening van isofluoraan te starten, die gedurende de gehele operatie zal worden voortgezet.

Nadat het pariëtale bot is vrijgelegd, wordt het oppervlak schoongemaakt met een 20% peroxide-oplossing. Boor op een gaasje een gat van ongeveer twee vierkante millimeter in het meest laterale deel van het interpariëtale bot. Spoel het gat door met steriele zoutoplossing om botstof of botfragmenten te verwijderen die de elektrode kunnen beschadigen. Boor onder een microscoop een klein gat in het linker pariëtale bot en het rechter interpariëtale bot.

Draai vervolgens in elk gat een chirurgische stalen schroef, waarbij ongeveer 0,5 millimeter ruimte tussen de kop van elke schroef en de schedel wordt gelaten. Bevestig de koppelingsluidspreker aan de linker holle oorstang. Positioneer de elektrodemanipulator boven de opening met een caudaal-rostrale hoek van 10 graden.

Maak vervolgens met de punt van een naald een incisie in de dura in het sagittale vlak. Voer de elektrode handmatig ongeveer twee millimeter in het breinoppervlak in. Verbind de schroeven met de massa- en referentie-elektrodepunten van de headstage met hoge impedantie.

Zorg ervoor dat de versterker is ingeschakeld. Sluit vervolgens de registratiekamer en start de cyclische toediening van laag-, midden- en hoogdoorlaat gefilterde ruis met een maximale toedieningssnelheid van één burst elke 200 milliseconden. Monitor de neurale activiteit op elk kanaal om reacties op de ruis te detecteren.Presentatie.

Zet de inbrenging van de elektrode voort totdat de totale ingebrachte afstand bijna acht millimeter bedraagt of totdat er responsen worden waargenomen op ruispresentaties. Als de cochleaire nucleus is bereikt, zouden de locaties aan de punt van de elektrode primair responsen moeten vertonen op hoogfrequente stimuli. Ga door met het inbrengen van de elektrode totdat de punt detecteert.

Reacties op stimuli met een lage frequentie of door gehoor aangestuurde activiteit houden op. Als de activiteit stopt, is de elektrode mogelijk volledig door de cochleaire kern gegaan en kan het nodig zijn om de plaatsing van de elektrode te herzien. Stel een frequentie-amplitude responskaart van de neuronen op de elektrodeposities op door zuivere tonen in frequentiestappen over het gewenste frequentiebereik te presenteren bij amplitudes van 1 tot 70 decibels, met 10 herhalingen van elke stimulus.

Om het hersenweefsel en de elektrode te beschermen, brengt u een dunne laag siliconenelastomeer aan vlak boven de blootgestelde elektrode-schachten, zodat het elastomeer langs de schachten naar beneden stroomt en zowel de schachten als het blootgestelde oppervlak van de hersenen bedekt. Om de elektrode te fixeren, brengt u tandcement aan, verbindt u de aardingsdraad van de elektrode met de schroeven en brengt u vervolgens extra tandcement aan voor een grotere stevigheid. Zodra het cement is uitgehard, hecht u de incisie rond de elektrode en plaatst u de kooi op een warmtemat voor 24 uur om het dier te laten herstellen.

Plaats het dier na het activeren van het telemetrie-apparaat in de testkamer en laat het vijf minuten acclimatiseren voordat de conditionering begint. Om de conditioneringsprocedure uit te voeren, wordt één willekeurig gekozen lid van het akoestische stimuluspaar herhaaldelijk toegediend in bursts van 250 milliseconden, gescheiden door 250 milliseconden stilte, gedurende 80 tot 170 seconden. Elke stimulatiepresentatie moet een stijg- en daaltijd van 10 milliseconden hebben.

Om te voorkomen dat een klik wordt waargenomen, begin met het afwisselen. Presenteer het tweede lid van het akoestische stimuluspaar samen met het eerste, waarbij elke toon 250 milliseconden duurt, gevolgd door een stilte van 250 milliseconden. Dien na 9,5 seconden van de tien seconden durende periode van afwisselende toonpresentatie een voetshock van 0,5 milliseconden toe, en staak vervolgens de toonpresentaties voor 30 seconden om de hartslag te laten stabiliseren.

Zet dit proces voort totdat 48 cycli van de procedure zijn voltooid. Om voldoende herhalingen van elk toonpaar voor analyse te garanderen, dient elk toonpaar minimaal vier keer te worden gepresenteerd. Laat het dier, na het bevestigen van de neurale stimulatiekabel en het activeren van het telemetrieapparaat onder isofluraan-anesthesie, 10 minuten herstellen en acclimatiseren aan de testkamer vóórdat de tests beginnen.

Om de conditionering van de vorige dag te handhaven, wordt een afwisselend paar akoestische stimuli toegediend zoals eerder beschreven, gevolgd door een voetshock van 0,5 milliseconde. Nadat de hartslag is gestabiliseerd, wordt één willekeurig gekozen lid van een elektrisch stimuluspaar herhaaldelijk toegediend in bursts van 250 milliseconden, gescheiden door 250 milliseconden stilte gedurende 80 tot 170 seconden. Begin vervolgens met het afwisselen van het tweede lid van het elektrische stimuluspaar met het eerste, waarbij elke toon 250 milliseconden wordt gepresenteerd, gevolgd door een stilte van 250 milliseconden, voor een totale duur van 10 seconden.

Herhaal de cyclus met het volgende willekeurig geselecteerde paar elektrische stimulaties tot er ten minste 20 trials van elk paar met willekeurige intervallen zijn toegediend. Voeg een akoestisch stimuluspaar toe om de conditionering in stand te houden. Wanneer de tests zijn voltooid, schakel het telemetrieapparaat uit, koppel de stimulatiekabel los en plaats het dier terug in zijn kooi.

Hier wordt de elektrofysiologische respons van een correct geplaatste elektrode getoond. Elk histogram presenteert gegevens voor één frequentie op één elektrodeplaats, en elke kolom vertegenwoordigt een tijdsperiode van 25 milliseconden op beide shanks van de elektrodearray. Responsen worden op elke individuele elektrodeplaats slechts gedetecteerd als reactie op een vrij smalle band frequenties, maar deze smalle banden zijn verdeeld over een breed frequentiebereik.

Een dergelijke distributie is optimaal, aangezien veel verschillende frequentiegerelateerde hersengebieden onafhankelijk van elkaar gestimuleerd kunnen worden. Idealiter moeten de elektrodeplaatsingen leiden tot neurale responsen op akoestische stimulatie die op meerdere kanalen worden gedetecteerd met een geluidsamplitude van slechts 10 decibel, zoals te zien is in deze elektrofysiologische respons op Kanaal 10. Hier wordt de elektrofysiologische respons getoond bij een slecht geplaatste elektrode; activiteit vindt plaats aan de uiteinden van elke shank van de elektrode-array, maar er is weinig variatie in de frequentie van de akoestische stimulatie die activiteit op elke elektrodeplaats oproept.

Een dergelijke implantatie maakt geen stimulatie van een aparte frequentielaag mogelijk voor discriminatietests. Hier worden individuele traces en gegevens van de gemiddelde hartslag proportioneel weergegeven, vanaf acht seconden vóór tot acht seconden na het begin van de presentatie van afwisselende elektrische stimuli. Deze gegevens werden verzameld tijdens de zevende testsessie en omvatten 12 presentaties van elektrische stimuli.

Er treedt een significante daling van de hartslag op kort na de introductie van de tweede neurale stimulus, gevolgd door een significante stijging van de hartslag, wat suggereert dat het dier het verschil tussen de eerste en tweede stimulus heeft gedetecteerd. De mate van fout en variantie van de respons wordt weergegeven in de plot van het proportionele gemiddelde plus de standaardfout, en de significantie van de daling en stijging na presentatie van de tweede stimulus kan worden geverifieerd met behulp van 95%betrouwbaarheidsintervallen. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat elke externe stimulus die het dier kan detecteren kan leiden tot veranderingen in de hartslag, waardoor de variabiliteit in de resultaten toeneemt; het testen en conditioneren moeten worden uitgevoerd in een consistente en goed geïsoleerde omgeving om deze effecten te minimaliseren. Na de ontwikkeling baant deze techniek de weg voor onderzoekers in het veld van de bionica om betere manieren te verkennen om de hersenen elektrisch te stimuleren in diverse sensorische systemen om gedragsrelevant responsen op te wekken.