Een Low Cost Setup voor Behavioral Audiometrie in Knaagdieren

Het algemene doel van deze procedure is het verkrijgen van gedragsgegevens over de pre-pulse inhibitie van de auditieve schrikreactie om de gehoordrempel en een subjectieve tinnitusperceptie bij knaagdieren te identificeren met behulp van een kosteneffectieve opstelling. Dit wordt bereikt door eerst een volledige set gedragsgegevens van het gezonde dier te verzamelen. Vervolgens wordt een gehoorbeperking opgewekt door middel van een mild, frequentiespecifiek akoestisch trauma.

De derde stap is het verkrijgen van dezelfde gedragsgegevens bij het slechthorende dier. Vervolgens worden de gegevens geanalyseerd om eventueel gehoorverlies en een mogelijk tinnituspercept te meten. Uiteindelijk kunnen de resultaten niet alleen veranderingen in de gehoordrempel aantonen, maar ook frequentiespecifieke tinnitus.

Percepties via gedragsmatige metingen van schrikreacties worden gedemonstreerd; voor de procedure kan men terecht bij SA postdoc en Z ave, een PhD-student in mijn laboratorium. Allereerst moet een pc met de benodigde apparatuur worden samengesteld. De totale kosten voor deze opstelling bedragen ongeveer 3.500 euro, in vergelijking met standaardapparatuur die tussen de 15.000 en 20.000 euro kan kosten.

Dit omvat een DA-converter die is aangesloten op een breakout-box en een versterker, een infrarood webcam en MATLAB-software met een geïntegreerde ontwikkelomgeving. De versterker is verbonden met een luidspreker in een geluiddichte kamer, die wordt gemonitord door de webcam en is uitgerust met een geïsoleerde sensorplaat, een piëzosensor en een kamer om het knaagdier in de geluiddichte kamer te fixeren. Er is tevens een microfoon aanwezig voor geluidscontrole.

Ongeacht de kwaliteit van de versterker en de luidspreker moet het systeem worden gekalibreerd met een meetversterker om de frequentie-overdrachtsfunctie voor het systeem te bepalen. Bovendien moet het systeem worden afgestemd op het gehoorbereik van het proefdier. Haal het dier uit de thuiskooi en plaats het met de kop eerst in de klembuis.

Sluit de deur, plaats de buis op de schuimrubberen voetjes in de kamer, en de sensor schakelt alle omgevingsverlichting uit. Sluit de deur van de kamer en wacht 15 minuten zodat het dier kan wennen aan de opstelling. Start het programma en definieer de parameters voor de stimulatie.

De stimuli bestaan uit zuivere tonen met verschillende frequenties. De teststimuli die voorafgaan aan de schrikstimuli worden gepresenteerd bij variërende frequenties en intensiteiten. Houd bij een niet-gerandomiseerde aanpak, zoals wanneer één teststimulusniveau is vastgelegd voor alle geteste frequenties, vijf minuten hersteltijd tussen de stimulussets aan.

Verwijder vóór de analyse van de gegevens ongeldige trials uit de dataset, zoals trials waarin het dier bewoog vóór de schrikstimulus. De validatie van de individuele trials is zeer belangrijk, aangezien reacties op de schrikstimulus vaak veel sterker zijn nadat het dier heeft bewogen. Dergelijke reacties moeten worden verworpen.

Bepaal nu de amplitude en latentie van de schrikreactie binnen een tijdsbestek van de eerste 50 milliseconden na de schrikstimulus. De responsamplitude is de afstand tussen het eerste maximum en het eerste minimum van de respons. De latentie is de tijd vanaf het begin van de stimulus tot het begin van de respons. De gehoordrempel wordt bepaald door een Boltzmann-functie te fitten op de volledige dataset van de responsamplitude voor één frequentie, gesorteerd op de pre-stimulus intensiteit van individuele trials.

Het 50%-punt van de Boltzmann-functie geeft de gehoordrempel voor deze stimulatiefrequentie aan. De responsen op de pure schrikstimulus zonder enige voorafgaande stimulus kunnen als referentie worden gebruikt voor latere berekeningen. Om het gehoor van de knaagdieren te traumatiseren, moet het dier eerst worden geanestheseerd door drie milliliter per kilogram anestheticum subcutaan te injecteren, inclusief een bolus atropine.

Wacht ongeveer vijf minuten en controleer de reflexen. Om de anesthesie tijdens de metingen te handhaven, wordt continu hetzelfde volume anesthetische oplossing via een spuitenpomp geïnjecteerd. Gedurende elk uur in de kamer moet het dier warm worden gehouden door een warmtemat.

Stel het dier gedurende 75 minuten bloot aan een luid, zuiver geluidssignaal om een akoestisch trauma op te wekken. Wacht vijf dagen zodat het dier kan stabiliseren en maak vervolgens een nieuw audiogram; een periode van minimaal vijf dagen voor de ontwikkeling van tinnitus is cruciaal voor het verkrijgen van betrouwbare resultaten. Gebruik voor het eerste subjectieve tinnitusparadigma de volgende stimuleringsparameters.

Stel de intensiteit van het schrikgeluid in op 105 decibels, SPL, en loop de frequenties door van één tot 16 kilohertz in stappen van één octaaf. Begin met het presenteren van een achtergrond van witte ruis van 50 decibels, SPL, met of zonder een tussenpoos van 15 milliseconden. Indien er gebruik wordt gemaakt van een niet-gerandomiseerde benadering, laat dan vijf minuten hersteltijd tussen de verschillende stimulussets.

Door verschillende frequenties van de schrikstimulus te gebruiken, kan een ruwe schatting worden gemaakt van de waargenomen tinnitusfrequentie. Gebruik voor het tweede subjectieve tinnitusparadigma de volgende stimulatieparameters: een schrikgeluidsintensiteit van 105 decibels SPL met een dubbele klikstimulus. Begin met banddoorlaatgefilterde ruis.

Achtergrondgeluid van 50 decibels, SPL. Indien er een niet-gerandomiseerde aanpak wordt gehanteerd, dient er opnieuw vijf minuten hersteltijd tussen de verschillende stimulussets te worden ingelast. Verwijder alle ongeldige trials uit de dataset en voer vervolgens de volgende berekeningen uit voor elke resterende trial.

Ten eerste, meet gedurende de eerste 50 milliseconden na de schrikstimulus de responsamplitude en de responslatentie. Ten tweede, normaliseer alle gegevens ten opzichte van een referentiedataset.

De referentiedataset is de responsamplitude op de zuivere toon-schrikstimulus zonder enige prestimulus; de testfrequentie wordt bepaald door ofwel de zuivere toon of de centerfrequentie van de banddoorlaatgefilterde ruis. Bereken de gemiddelde respons van elke referentie. Normaliseer vervolgens elke responsamplitude door deze te delen door de bijbehorende referentie.

Bereken nu de PPI van elke geteste conditie met behulp van de gemiddelde waarde van de genormaliseerde conditie zonder gap. Op dit punt is het mogelijk om de procentuele verandering van de PPI na het trauma te berekenen voor elke geteste frequentie. Evenzo is het mogelijk om de PPI voor en na het trauma direct met elkaar te vergelijken.

Met behulp van het beschreven paradigma zijn schrikreacties eenvoudig te genereren en te analyseren. De meerderheid van de trials is valide. Invalide trials zijn gemakkelijk te herkennen.

Deze zijn gemarkeerd met rode vierkanten en zijn weggelaten uit de analyse. Een typische verandering in de gedragsdrempel, vastgesteld vóór en na een akoestisch trauma bij 2 kHz, vertoont een duidelijk gehoorverlies bij 2 kHz. Na het opwekken van een gehoortrauma werden de genormaliseerde responsamplitudes voor stimulaties één octaaf onder en één octaaf boven het trauma onderzocht onder de traumafrequentie.

Er werd geen verandering in het responspatroon gevonden boven de trauma-frequentie. Het effect van het interval tussen de pre-stimuli verdween, wat duidt op een misperceptie bij deze frequentie. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u de gedragsgegevens voor de gehoordrempel verkrijgt en verwerkt, en hoe u de perceptie-evaluatie bij knaagdieren uitvoert met een goedkope startle-opstelling.