Bir Klasik Koşullanma ve Kalp hızı Yaklaşımı ile İşitsel Akustik ve Elektrik uyarıcı Stimulus Çifti Ayrımcılığın Davranış Belirlenmesi

Bu prosedürün genel amacı, koklear çekirdeğin stimülasyonu için bölgeleri ve hayvan tarafından ayırt edilebilen frekans duyumları üreten nöral stimülasyon modellerini belirlemektir. İlk olarak, hayvanın fizyolojik yanıtlarının ölçülmesine olanak sağlamak amacıyla bir kalp atış hızı izleme cihazı implante edilir. Ardından, işitme sistemine stimülasyon iletilebilmesini sağlayan bir nöral elektrot, koklear çekirdeğe implante edilir.

Ardından hayvan, sunulan tonlardaki frekans farklarını tespit etmesi ve fizyolojik bir yanıt vermesi için koşullandırılır. Son olarak hayvan, işitme sisteminin farklı nörostimülasyon konumlarının ve modellerinin tespiti açısından test edilir. Nihayetinde, koklear çekirdeğin hangi bölgelerinin işitme protezi ve stimülasyon modelleri için stimülasyona en uygun olduğunu gösteren sonuçlar elde edilebilir.

Tutarlı bir şekilde belirgin frekans duyumları üreten stimülasyon konumlarının ve kalıplarının belirlenmesi yoluyla, bu tür cihazlarda kullanıma en uygun yöntemdir. Bu tekniğin, akut preparatlarda nöral stimülasyon ve kayıt gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, hayvan tarafından gerçekten ayırt edilebilen ve algılanabilen stimülasyon hedeflerinin ve tekniklerinin belirlenebilmesidir. Bu tekniğin doğurduğu sonuçlar, kokleanın bozulması veya işitme sinirinin hasar görmesi nedeniyle koklear implantların kullanılamadığı sağırlık tedavilerine yönelik terapilere kadar uzanmaktadır.

Bu teknik, normal akustik işlemeyi en iyi şekilde taklit eden stimülasyon stratejilerinin belirlenmesine yardımcı olacaktır. Elektrokardiyogram telemetri cihazı implantasyonundan üç ila beş gün sonra, öncelikle analjezik ve anestezik uygulayarak beyin elektrot implantasyonuna başlayın. Anestezi onaylandıktan sonra, hayvanın başını tıraş edin, Betadine scrub alkol ile silin ve ardından Betadine uygulayın.

Hayvanı homeotermik bir plaka üzerine yerleştirin. Hayvanı kaldırıp kulak barları arasına konumlandırın ve ilk kulak barını dış akustik kanala kaydırın. İlk kulak barını yerine sabitleyin.

Ardından, sıçan diş pensi kullanarak ikinci kulak barını konumuna kaydırın. Hayvanın çenesini açın ve üst kesici dişleri diş tutucuya geçirin. Konumlandırma tamamlandıktan sonra, cerrahi boyunca devam edecek olan izofloran uygulamasına başlamak için burun konisini burnun üzerine kaydırın.

Parietal kemik açığa çıkarıldıktan sonra, yüzeyi %20'lik peroksit çözeltisi kullanarak temizleyin. Bir gazlı bez üzerinde, interparietal kemiğin en lateral kısmına yaklaşık iki milimetre karelik bir delik açın. Mikroskop altında çalışırken, elektroda zarar verebilecek kemik tozlarını veya kemik fragmanlarını temizlemek için deliği steril salin ile yıkayın; sol parietal kemikte ve sağ interparietal kemikte küçük birer delik açın.

Ardından, her bir deliğe cerrahi çelik bir vida vidalayın ve her vidanın başı ile kafatası arasında yaklaşık 0.5 milimetre boşluk bırakın. Bağlantı hoparlörünü sol içi boş kulak çubuğuna takın. Elektrot manipülatörünü, 10 derecelik bir kranial rostral açıyla açıklığın üzerine getirin.

Ardından, bir iğnenin ucuyla sagital düzlemde dura üzerinde bir insizyon yapın. Elektrodu manuel olarak beyin yüzeyine yaklaşık iki milimetre derinliğe yerleştirin. Vidaları, yüksek empedanslı kafa evresinin toprak ve referans elektrot noktalarına bağlayın.

Amplifikatörün açık olduğundan emin olun. Ardından kayıt odasını mühürleyin ve her 200 milisaniyede bir patlama şeklinde maksimum iletim hızıyla; düşük, orta ve yüksek frekans bant geçiren filtreli gürültünün döngüsel iletimine başlayın. Gürültüye verilen yanıtları tespit etmek için her kanaldaki nöral aktiviteyi izleyin.Sunum.

Toplam yerleştirme mesafesi sekiz milimetreye yaklaşana kadar veya gürültü sunumlarına yanıtlar görülene kadar elektrot yerleştirmeye devam edin. Koklear çekirdeğe ulaşıldıysa, elektrodun ucundaki bölgeler öncelikle yüksek frekanslı uyarılara yanıt vermelidir. Uç kısım tespit yapana kadar elektrodu yerleştirmeye devam edin.

Düşük frekanslı uyarılara verilen yanıtlar veya işitsel kaynaklı aktivite sona erer. Aktivite durursa, elektrot koklear çekirdeğin tamamen dışına çıkmış olabilir ve elektrot yerleşiminin revize edilmesi gerekebilir. İstenilen frekans aralığı boyunca frekans basamakları şeklinde saf tonlar sunarak, her bir uyaranın 10 tekrarı ile 1 ila 70 desibel genliklerde, elektrot bölgelerindeki nöronların bir frekans genlik yanıt haritasını oluşturun.

Beyin dokusunu ve elektrodu korumak için, elastomerin şaftlar boyunca aşağı akarak hem şaftları hem de beynin açık yüzeyini kaplayacağı şekilde, açıkta kalan elektrot şaftlarının hemen üzerine ince bir silikon elastomer tabakası uygulayın. Elektrodu sabitlemek için dental siman uygulayın, elektrot toprak telini vidalara bağlayın ve daha fazla dayanıklılık için ek dental siman uygulayın. Siman sertleştikten sonra, elektrot etrafındaki insizyonu dikin, ardından hayvanın iyileşmesine izin vermek için ev kafesini 24 saat boyunca bir ısıtma pedinin üzerine yerleştirin.

Telemetri cihazını aktive ettikten sonra, hayvanı test odasına yerleştirin ve koşullandırmaya başlamadan önce beş dakika boyunca aklimatize olmasına izin verin. Koşullandırma prosedürünü gerçekleştirmek için, akustik uyaran çiftinin rastgele seçilen bir üyesini, 250 milisaniyelik sessizliklerle ayrılmış 250 milisaniyelik patlamalar halinde 80 ila 170 saniye boyunca tekrar eden şekilde uygulayın. Her stimülasyon sunumunun 10 milisaniyelik bir yükselme ve düşme süresi olmalıdır.

Bir tık sesinin algılanmasını önlemek için ardışık sunuma başlayın. Akustik uyaran çiftinin ikinci üyesini birinci ile birlikte, her bir tonu 250 milisaniye boyunca sunarak ve ardından 250 milisaniyelik bir sessizlik bırakarak uygulayın. On saniyelik ardışık ton sunum süresinin 9,5 saniyesi dolduğunda, 0,5 milisaniyelik bir ayak şoku verin, ardından kalp hızının stabilize olmasına izin vermek için ton sunumlarını 30 saniye boyunca durdurun.

Bu işlemi, prosedürün 48 döngüsü tamamlanana kadar sürdürün. Analiz için her ton çiftinin yeterli sayıda tekrarlandığından emin olmak adına, her ton çiftinin en az dört kez sunulduğunu doğrulayın. Nöral stimülasyon kablosunu takıp telemetri cihazını izofluran anestezisi altında aktif hale getirdikten sonra, testten önce hayvanın iyileşmesi ve test haznesine alışması için 10 dakika süre tanıyın.

Önceki günün koşullanmasını sürdürmek için, daha önce açıklandığı şekilde dönüşümlü bir akustik uyaran çifti uygulayın ve ardından 0,5 milisaniyelik bir ayak şoku verin. Kalp atış hızının stabilize olmasına izin verdikten sonra, elektrikli bir uyaran çiftinin rastgele seçilmiş bir üyesini, 250 milisaniyelik sessizliklerle ayrılmış 250 milisaniyelik patlamalar halinde 80 ila 170 saniye boyunca tekrarlayarak uygulayın. Ardından, elektrikli uyaran çiftinin ikinci üyesini birincisiyle dönüşümlü olarak, her bir tonu 250 milisaniye boyunca sunup ardından 250 milisaniyelik sessizlik bırakacak şekilde toplam 10 saniye boyunca uygulamaya başlayın.

Her bir çiftten en az 20 deneme rastgele aralıklarla uygulanana kadar, döngüyü rastgele seçilen bir sonraki elektriksel stimülasyon çiftiyle tekrarlayın. Kondisyonlamayı sürdürmek için bir akustik stimülasyon çifti ekleyin. Test işlemi tamamlandığında, telemetri cihazını devre dışı bırakın, stimülasyon kablosunu ayırın ve hayvanı kafesine geri götürün.

Burada doğru yerleştirilmiş bir elektrodun elektrofizyolojik yanıtı gösterilmektedir. Her histogram, bir elektrot bölgesindeki tek bir frekansa ait verileri sunmakta ve her sütun, elektrot dizisinin her iki şaftındaki 25 milisaniyelik bir zaman dilimini temsil etmektedir. Yanıtlar, her bir bireysel elektrot bölgesinde yalnızca oldukça dar bir frekans bandına yanıt olarak tespit edilir; ancak bu dar bantlar geniş bir frekans aralığına yayılmıştır.

Beynin birçok farklı frekansla ilişkili bölgesi birbirinden bağımsız olarak uyarılabildiği için böyle bir dağılım optimaldir. İdeal olarak, elektrot yerleşimleri, Kanal 10'daki bu elektrofizyolojik yanıtta görüldüğü gibi, 10 desibel kadar düşük ses genliklerinde bile akustik uyarana verilen nöral yanıtların birkaç kanal üzerinde tespit edilmesini sağlamalıdır. Burada, hatalı yerleştirilmiş bir elektrottaki elektrofizyolojik yanıt gösterilmiştir; aktivite elektrot dizisinin her bir şaftının uçlarında gerçekleşmektedir, ancak her bir elektrot bölgesinde aktiviteyi tetikleyen akustik uyaran frekansında çok az varyasyon vardır.

Bu tür bir implantasyon, ayırım testleri için farklı frekans katmanlarının uyarılmasına olanak tanımaz. Burada, ardışık elektriksel stimülasyon sunumunun başlangıcından sekiz saniye öncesinden sekiz saniye sonrasına kadar olan bireysel izler ve ortalama kalp atım hızına orantılı veriler gösterilmektedir. Bu veriler yedinci test oturumu sırasında toplanmış olup 12 elektriksel stimülasyon sunumunu içermektedir.

İkinci nöral stimülasyonun uygulanmasının ardından kalp hızında hızla belirgin bir düşüş meydana gelir ve bunu kalp hızında belirgin bir artış izler; bu durum, hayvanın birinci ve ikinci stimülasyon arasındaki farkı tespit ettiğini göstermektedir. Yanıtın hata derecesi ve varyansı, oransal ortalama artı standart hata grafiğinde gösterilmiştir ve ikinci stimülasyon sunumunu takip eden düşüş ile yükselişin anlamlılığı %95 güven aralıkları kullanılarak doğrulanabilir. Bu prosedür uygulanırken, hayvanın tespit edebileceği her türlü dış stimülasyonun kalp hızında değişikliklere yol açarak sonuçlardaki değişkenliği artırabileceği unutulmamalıdır; bu etkileri en aza indirmek için test ve koşullandırma işlemleri tutarlı ve iyi izole edilmiş bir ortamda gerçekleştirilmelidir. Geliştirilmesinin ardından bu teknik, biyonik alanındaki araştırmacıların, davranışsal olarak ilgili yanıtlar sağlamak amacıyla çeşitli duyusal sistemlerde beyni elektriksel olarak stimüle etmenin daha iyi yollarını keşfetmelerine zemin hazırlamaktadır.