Поведенческие Определение Стимул пара дискриминации акустических и электрических слуховых стимулов с помощью классического кондиционирования и сердце курс подход

Общая цель данной процедуры заключается в определении областей стимуляции кохлеарного ядра и паттернов нейронной стимуляции, которые вызывают различаемые животным частотные ощущения. Сначала имплантируют устройства для мониторинга частоты сердечных сокращений, чтобы обеспечить возможность измерения физиологических реакций животного. Затем в кохлеарное ядро имплантируют нейронный электрод, с помощью которого можно подавать стимуляцию на слуховую систему.

Затем животное приучают определять разницу в частоте предъявляемых тонов и вырабатывать соответствующую физиологическую реакцию. В завершение проводится тестирование животного на способность распознавать различные места и паттерны нейростимуляции слуховой системы. В итоге можно получить результаты, позволяющие определить, какие области кохлеарного ядра наиболее пригодны для стимуляции при создании слуховых протезов и подборе паттернов стимуляции.

Метод наиболее эффективно использовать в подобных устройствах путем определения мест и паттернов стимуляции, которые стабильно вызывают отчетливые ощущения частоты. Основным преимуществом данной техники перед существующими методами, такими как нейростимуляция и регистрация в острых препаратах, является возможность определить такие мишени и способы стимуляции, которые действительно различаются и воспринимаются животным. Значение данного метода распространяется на терапию лечения глухоты в случаях, когда кохлеарные имплантаты не могут быть использованы из-за повреждения улитки или слухового нерва.

Данный метод поможет определить стратегии стимуляции, которые наилучшим образом имитируют нормальную акустическую обработку. Через три-пять дней после имплантации устройства телеметрического электрокардиографа приступайте к имплантации электродов в мозг, предварительно введя анальгетик и анестетик. После подтверждения действия анестезии выбрейте шерсть на голове животного, протрите кожу спиртовым раствором Бетадина, а затем нанесите Бетадин.

Поместите животное на подогреваемую платформу с поддержкой температуры. Аккуратно приподнимите и расположите животное между ушными фиксаторами, затем введите первый ушной фиксатор во внешний слуховой проход. Зафиксируйте первый ушной фиксатор.

Затем с помощью зубчатого пинцета установите вторую ушную зажимовую планку в нужное положение. Откройте челюсть животного и зафиксируйте верхние резцы в зубном держателе. Когда животное будет зафиксировано, наденьте носовой конус на нос для начала подачи изофлурана, которая будет продолжаться на протяжении всей операции.

После обнажения теменной кости очистите поверхность, используя 20% раствор перекиси водорода. Положив марлевую салфетку, просверлите отверстие размером примерно два квадратных миллиметра в наиболее латеральной части межтеменной кости. Промойте отверстие стерильным физиологическим раствором, чтобы удалить костную пыль или фрагменты кости, которые могут повредить электрод. Работая под микроскопом, просверлите небольшое отверстие в левой теменной кости и правой межтеменной кости.

Затем в каждое отверстие вкрутите винт из хирургической стали, оставляя примерно 0.5 миллиметров между головкой каждого винта и черепом. Прикрепите соединительный динамик к левому полому ушному фиксатору. Установите манипулятор для электродов над отверстием под ростральным углом 10 градусов.

Затем с помощью кончика иглы сделайте разрез твердой мозговой оболочки в сагиттальной плоскости. Вручную введите электрод примерно на два миллиметра в поверхность мозга. Подключите винты к точкам заземления и опорного электрода высокоимпедансного блока усиления (head stage).

Убедитесь, что усилитель включен. Затем герметизируйте регистрационную камеру и начните циклическую подачу полосовой фильтрованной шума в низко-, средне- и высокочастотных диапазонах с максимальной частотой подачи один всплеск каждые 200 миллисекунд. Контролируйте нейронную активность на каждом канале для обнаружения ответов на шум.Презентация.

Продолжайте вводить электрод до тех пор, пока общая глубина введения не приблизится к восьми миллиметрам или пока не появятся ответы на шумовые стимулы. Если достигнуто кохлеарное ядро, контакты на кончике электрода должны демонстрировать ответы преимущественно на высокочастотные стимулы. Продолжайте вводить электрод, пока кончик не зафиксирует ответ.

Ответы на низкочастотные стимулы или слуховая активность прекращаются. Если активность прекращается, электрод мог полностью пройти через кохлеарное ядро, и в таком случае может потребоваться корректировка положения электрода. Постройте карту частотно-амплитудных ответов нейронов в точках расположения электродов, предъявляя чистые тона с шагом по частоте в желаемом частотном диапазоне при амплитудах от 1 до 70 децибел с 10 повторениями каждого стимула.

Для защиты тканей мозга и электрода нанесите тонкий слой силиконового эластомера чуть выше открытых стержней электрода так, чтобы эластомер стек по стержням, покрывая как сами стержни, так и открытую поверхность мозга. Для фиксации электрода на месте нанесите стоматологический цемент, подключите заземляющий провод электрода к винтам и нанесите дополнительный слой стоматологического цемента для большей прочности. После затвердевания цемента зашейте разрез вокруг электрода, затем поместите клетку на грелку на 24 часа, чтобы животное могло восстановиться.

После активации телеметрического устройства поместите животное в тестовую камеру и дайте ему адаптироваться в течение пяти минут перед началом кондиционирования. Для проведения процедуры кондиционирования многократно подавайте один случайно выбранный стимул из пары акустических стимулов вспышками по 250 миллисекунд с интервалами тишины в 250 миллисекунд на протяжении от 80 до 170 секунд. Время нарастания и спада каждого стимула должно составлять 10 миллисекунд.

Чтобы избежать восприятия щелчка, начните чередование. В паре акустических стимулов каждый тон (второй член пары вместе с первым) подается в течение 250 миллисекунд, после чего следует пауза в 250 миллисекунд. Через 9,5 секунды десятисекундного периода чередования тонов подайте удар током в лапу длительностью 0,5 миллисекунд, затем прекратите подачу тонов на 30 секунд, чтобы частота сердечных сокращений стабилизировалась.

Продолжайте этот процесс до завершения 48 циклов процедуры. Чтобы обеспечить достаточное количество повторений каждой пары тонов для анализа, убедитесь, что каждая пара тонов представлена не менее четырех раз. После подключения кабеля нейростимуляции и активации телеметрического устройства под изофлурановой анестезией дайте животному восстановиться и адаптироваться к тестовой камере в течение 10 минут перед началом тестирования.

Для поддержания кондиционирования, сформированного в предыдущий день, подайте пару чередующихся акустических стимулов, как было описано ранее, после чего примените удар током в область стопы продолжительностью 0.5 millisecond. После стабилизации частоты сердечных сокращений неоднократно подавайте один случайно выбранный стимул из пары электрических стимулов вспышками по 250 millisecond, разделенными паузами (тишиной) по 250 millisecond, в течение 80–170 second. Затем начните чередовать второй стимул из пары электрических стимулов с первым, подавая каждый тон по 250 millisecond с последующей паузой (тишиной) в 250 millisecond, общим временем воздействия 10 second.

Повторяйте цикл со следующей случайно выбранной парой электрической стимуляции до тех пор, пока не будет проведено как минимум 20 проб для каждой пары с ранвальными интервалами. Вставляйте пару акустических стимулов для поддержания кондиционирования. По завершении тестирования деактивируйте устройство телеметрии, отсоедините кабель стимуляции и верните животное в клетку.

Здесь показан электрофизиологический ответ при правильно установленном электроде. Каждая гистограмма представляет данные для одной частоты в одном месте расположения электрода, а каждый столбец соответствует 25-миллисекундному временному интервалу на обоих стержнях электродной матрицы. Ответы регистрируются в каждом отдельном месте расположения электрода только в ответ на довольно узкий диапазон частот, однако эти узкие диапазоны распределены по широкому спектру частот.

Такое распределение является оптимальным, поскольку многие отдельные области мозга, связанные с разными частотами, могут стимулироваться независимо. В идеале расположение электродов должно обеспечивать детектирование нейронных ответов на акустический стимул на нескольких каналах при амплитуде звука всего 10 децибел, как видно на данном электрофизиологическом ответе в канале 10. Здесь показан электрофизиологический ответ при неправильном расположении электродов: активность наблюдается на кончиках каждого стержня электродного массива, однако вариативность частоты акустического стимула, вызывающего активность в каждом месте расположения электрода, невелика.

Такая имплантация не позволяет стимулировать отдельные частотные слои для проведения тестов на дискриминацию. Здесь представлены индивидуальные кривые и усредненные данные о частоте сердечных сокращений за восемь секунд до и восемь секунд после начала подачи чередующихся электрических стимулов. Эти данные были собраны в ходе седьмого сеанса тестирования и включали 12 подач электрических стимулов.

Сразу после введения второго нейронного стимула наблюдается значительное снижение частоты сердечных сокращений, за которым следует значительный рост частоты сердечных сокращений, что свидетельствует о том, что животное обнаружило различие между первым и вторым стимулами. Степень ошибки и вариативность ответа показаны на графике пропорционального среднего значения плюс стандартной ошибки, а значимость спада и подъема после предъявления второго стимула может быть подтверждена с помощью 95% доверительных интервалов. При выполнении данной процедуры важно помнить, что любые внешние стимулы, которые может зафиксировать животное, могут привести к изменениям частоты сердечных сокращений, увеличивая вариабельность результатов; тестирование и кондиционирование следует проводить в стабильной и хорошо изолированной среде, чтобы минимизировать эти эффекты. После своей разработки данный метод открывает исследователям в области бионики путь к поиску более эффективных способов электрической стимуляции мозга в различных сенсорных системах для получения поведенчески значимых ответов.