Determinação do Comportamento da Discriminação do estímulo acústico Par de estímulos auditivos e elétrica usando um condicionamento clássico e da freqüência cardíaca abordagem

O objetivo geral deste procedimento é identificar regiões para estimulação do núcleo coclear e padrões de estimulação neural que produzam sensações de frequência distinguíveis pelo animal. Primeiro, um dispositivo de monitoramento da frequência cardíaca é implantado para permitir a medição das respostas fisiológicas do animal. Em seguida, um eletrodo neural, por meio do qual a estimulação pode ser aplicada ao sistema auditivo, é implantado no núcleo coclear.

Em seguida, o animal é condicionado a detectar diferenças de frequência em tons apresentados e produzir uma resposta fisiológica. Por fim, o animal é testado quanto à detecção de diferentes localizações e padrões de neuroestimulação do sistema auditivo. Em última análise, podem ser obtidos resultados que mostram quais áreas do núcleo coclear são mais adequadas para estimulação em próteses auditivas e padrões de estimulação.

Particularmente indicado para uso em dispositivos desse tipo mediante a identificação de locais e padrões de estimulação que produzem consistentemente sensações de frequência distintas. A principal vantagem dessa técnica em relação aos métodos existentes, como a estimulação neural e o registro em preparação aguda, é a possibilidade de identificar alvos e técnicas de estimulação que sejam efetivamente diferenciados e detectados pelo animal. As implicações dessa técnica estendem-se para terapias no tratamento da surdez em casos nos quais os implantes cocleares não podem ser utilizados, seja por comprometimento da cóclea ou por lesão no nervo auditivo.

Essa técnica ajudará a determinar estratégias de estimulação que melhor imitem o processamento acústico normal. Três a cinco dias após a implantação do dispositivo de telemetria eletrocardiográfica, inicie a implantação do eletrodo cerebral administrando primeiramente analgesia e anestésico. Após a confirmação da anestesia, depile a cabeça do animal e limpe com álcool de Betadine, seguido por Betadine.

Coloque o animal sobre uma placa homeotérmica. Levante e posicione o animal entre as hastes auriculares e insira a primeira haste no meato acústico externo. Fixe a primeira haste no lugar.

Em seguida, deslize o segundo suporte auricular para a posição usando pinças de dente de rato. Abra a mandíbula do animal e encaixe os incisivos superiores no suporte dentário. Uma vez na posição, deslize o cone nasal sobre o nariz para iniciar a administração de isoflurano, que continuará durante toda a cirurgia.

Após expor o osso parietal, esfregue a superfície utilizando uma solução de peróxido a 20%. Em uma compressa de gaze, faça um orifício de aproximadamente dois milímetros quadrados na extremidade mais lateral do osso interparietal. Lave o orifício com solução salina estéril para remover qualquer partícula de osso, poeira ou fragmentos ósseos que possam danificar o eletrodo; trabalhando sob um microscópio, faça um pequeno orifício no osso parietal esquerdo e no osso interparietal direito.

Em seguida, parafuse um parafuso de aço cirúrgico em cada orifício, deixando cerca de 0,5 milímetros entre a cabeça de cada parafuso e o crânio. Conecte o alto-falante acoplado à haste oca da orelha esquerda. Posicione o manipulador de eletrodos acima da abertura com um ângulo rostral de Cato de 10 graus.

Em seguida, utilizando a ponta de uma agulha, faça uma incisão na dura-máter no plano sagital. Insira manualmente o eletrodo aproximadamente dois milímetros na superfície do cérebro. Conecte os parafusos aos pontos de terra e de eletrodo de referência da etapa inicial de alta impedância.

Certifique-se de que o amplificador está ligado. Em seguida, feche a câmara de gravação e inicie a entrega cíclica de ruído com filtro passa-faixa nas frequências médias baixas e altas, com uma taxa máxima de entrega de uma rajada a cada 200 milissegundos. Monitore a atividade neural em cada canal para detectar respostas ao ruído. Apresentação.

Continue a inserção do eletrodo até que a distância total inserida esteja se aproximando de oito milímetros ou até que sejam observadas respostas às apresentações de ruído. Se o núcleo coclear tiver sido alcançado, os sítios na ponta do eletrodo deverão mostrar respostas principalmente a estímulos de alta frequência. Continue a inserção do eletrodo até que a ponta detecte.

As respostas a estímulos de baixa frequência ou à atividade induzida pelo estímulo auditivo deixam de ocorrer. Se a atividade cessar, o eletrodo pode ter atravessado completamente o núcleo coclear, sendo necessário revisar a colocação do eletrodo. Construa um mapa de resposta frequência-amplitude dos neurônios nos locais dos eletrodos apresentando tons puros em intervalos de frequência ao longo da faixa de frequência desejada, com amplitudes de 1 a 70 decibéis e 10 repetições de cada estímulo.

Para proteger o tecido cerebral e o eletrodo, aplique uma camada fina de elastômero de silicone ligeiramente acima das hastes expostas do eletrodo, de modo que o elastômero escorra pelas hastes e recubra tanto as hastes quanto a superfície exposta do cérebro. Para fixar o eletrodo no lugar, aplique cimento dental, conecte o fio de terra do eletrodo aos parafusos e aplique mais cimento dental para maior resistência. Após a cura do cimento, feche a incisão ao redor do eletrodo com pontos, e então coloque a gaiola de alojamento sobre uma placa aquecedora por 24 horas para permitir a recuperação do animal.

Após ativar o dispositivo de telemetria, coloque o animal na câmara de teste e permita que se aclimate por cinco minutos antes de iniciar o condicionamento. Para realizar o procedimento de condicionamento, aplique repetidamente um membro, selecionado aleatoriamente, do par de estímulos acústicos em pulsos de 250 milissegundos separados por 250 milissegundos de silêncio, durante 80 a 170 segundos. Cada apresentação de estímulo deve ter um tempo de subida e de descida de 10 milissegundos.

Para evitar que um clique seja percebido, comece a alternar. O segundo membro do par de estímulos acústicos com a apresentação do primeiro tom por 250 milissegundos, seguido por 250 milissegundos de silêncio. Após 9,5 segundos do período de dez segundos de apresentação alternada de tons, administre um choque nos pés de 0,5 milissegundo, em seguida interrompa as apresentações de tom por 30 segundos para permitir a estabilização da frequência cardíaca.

Continue este processo até que 48 ciclos do procedimento tenham sido concluídos. Para garantir repetições suficientes de cada par de tons para análise, assegure que cada par de tons seja apresentado pelo menos quatro vezes. Após conectar o cabo de estimulação neural e ativar o dispositivo de telemetria sob anestesia com isoflurano, permita que o animal se recupere e se aclimate à câmara de teste por 10 minutos antes do início do teste.

Para manter o condicionamento do dia anterior, apresente um par alternado de estímulos acústicos conforme descrito anteriormente, seguido por um choque nos pés de 0,5 milissegundo. Após permitir que a frequência cardíaca se estabilize, apresente repetidamente um membro aleatoriamente selecionado de um par de estímulos elétricos em rajadas de 250 milissegundos, separadas por 250 milissegundos de silêncio, durante 80 a 170 segundos. Em seguida, comece a alternar o segundo membro do par de estímulos elétricos com o primeiro, apresentando cada tom por 250 milissegundos, seguido por 250 milissegundos de silêncio, durante um total de 10 segundos.

Repita o ciclo com o próximo par de estimulação elétrica selecionado aleatoriamente até que pelo menos 20 ensaios de cada par tenham sido aplicados em intervalos aleatórios. Insira um par de estímulo acústico para manter o condicionamento. Quando o teste estiver concluído, desative o dispositivo de telemetria, desconecte o cabo de estimulação e devolva o animal ao seu ambiente de origem.

É mostrada aqui a resposta eletrofisiológica de um eletrodo corretamente posicionado. Cada histograma apresenta dados para uma frequência em um único sítio eletrodo, e cada coluna representa um período de tempo de 25 milissegundos em ambas as hastes da matriz de eletrodos. As respostas são detectadas em cada sítio eletrodo individual apenas em resposta a uma faixa bastante estreita de frequências, mas essas faixas estreitas estão distribuídas ao longo de uma ampla gama de frequências.

Essa distribuição é ideal, pois muitas regiões distintas do cérebro associadas a frequências diferentes podem ser estimuladas independentemente. Idealmente, o posicionamento dos eletrodos deve permitir a detecção de respostas neurais ao estímulo acústico em diversos canais, com amplitude sonora tão baixa quanto 10 decibéis, como observado nesta resposta eletrofisiológica no Canal 10. É mostrada aqui a resposta eletrofisiológica em um eletrodo mal posicionado: a atividade ocorre nas pontas de cada braço da matriz de eletrodos, mas há pouca variação na frequência do estímulo acústico que provoca atividade em cada sítio eletrodo.

Essa implantação não permite a estimulação de camadas de frequência distintas para testes de discriminação. Aqui, são apresentados traçados individuais e dados proporcionais da frequência cardíaca média, desde oito segundos antes até oito segundos após o início da apresentação do estímulo elétrico alternado. Esses dados foram coletados durante a sétima sessão de testes e incluíram 12 apresentações de estímulo elétrico.

Uma diminuição significativa na frequência cardíaca ocorre rapidamente após a introdução do segundo estímulo neural, seguida por um aumento significativo na frequência cardíaca, sugerindo que o animal detectou a diferença entre o primeiro e o segundo estímulo. O grau de erro e a variância da resposta são mostrados no gráfico da média proporcional mais erro padrão, e a significância da queda e da elevação após a apresentação do segundo estímulo pode ser verificada utilizando intervalos de confiança de 95%. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que quaisquer estímulos externos que o animal possa detectar podem provocar alterações na frequência cardíaca, aumentando a variabilidade dos resultados; testes e condicionamento devem ser realizados em um ambiente consistente e bem isolado para minimizar esses efeitos após seu desenvolvimento. Esta técnica abre caminho para pesquisadores na área de biónica explorarem melhores formas de estimular eletricamente o cérebro em uma variedade de sistemas sensoriais para gerar respostas comportamentalmente relevantes.