מאמר זה מתאר את המדידה החצי-אוטומטית של המשרעת וההשהיות של חמש הפסגות והשקתות הראשונות בצורת הגל של תגובת גזע המוח השמיעתית. שגרה נוספת אוספת ומבארת את הנתונים לגיליון אלקטרוני לצורך ניתוח נסיינים. שגרות מחשב חינמיות אלה מבוצעות באמצעות החבילה הסטטיסטית בקוד פתוח R.
דיווחים רבים ב-15 השנים האחרונות העריכו שינויים בצורת הגל של תגובת גזע המוח השמיעתי (ABR) לאחר עלבונות כגון חשיפה לרעש. השינויים הנפוצים כוללים הפחתות במשרעת השיא 1 ובאיחורים היחסיים של הפסגות המאוחרות יותר, וכן עלייה ברווח המרכזי, המתבטאת בעלייה יחסית באמפליטודות של הפסגות המאוחרות יותר בהשוואה לאמפליטודה של שיא 1. נסיינים רבים מזהים את הפסגות והשקתות באופן חזותי כדי להעריך את הגבהים וההשהיות היחסיים שלהן, תהליך מייגע כאשר צורות הגל נאספות במרווחים של 5 dB בכל טווח השמיעה עבור כל תדר ומצב. מאמר זה מתאר שגרות חופשיות שעשויות להתבצע בפלטפורמת הקוד הפתוח R עם ממשק RStudio כדי להפוך את המדידות של הפסגות והשקתות של צורות גל של תגובת גזע המוח השמיעתית (ABR) לאוטומטיות. הרוטינות מזהות את המשרעת וההשהיות של פסגות ושקתות, מציגות אותן על צורת גל שנוצרה לבדיקה, אוספות ומבארות את התוצאות לגיליון אלקטרוני לניתוח סטטיסטי, ומייצרות צורות גל ממוצעות למספרים. במקרים שבהם התהליך האוטומטי מזהה באופן שגוי את צורת הגל של ABR, קיים כלי נוסף המסייע בתיקון. המטרה היא להפחית את הזמן והמאמץ הדרושים לניתוח צורת הגל של ABR, כך שחוקרים נוספים יכללו ניתוחים אלה בעתיד.
תגובת גזע המוח השמיעתית (ABR) משמשת לעתים קרובות לקביעת ספי שמיעה אצל נבדקים בעלי חיים ותינוקות אנושיים. מכיוון שה-ABR הוא תיעוד אלקטרואנצפלוגרם (EEG) של התגובות הראשונות של מערכת העצבים לגירויים שמיעתיים, הוא נושא מידע נוסף המשקף את הירי המתואם של נוירוני גנגליון ספירליים שבלוליים ועיבוד אותות מוקדם בגזע המוח השמיעתי, כולל עיבוד דו-צדדי1. תגובות אלה עשויות להיות מושפעות מטראומת רעש. לדוגמה, חשיפה לרעש שמספיקה כדי לגרום לשינוי סף זמני בעכברים יכולה גם להפחית לצמיתות את המשרעת של שיא ABR 12. יתר על כן, טראומה כזו עשויה להפחית את ההשהיות הבין-פסיכיות ולהגדיל את המשרעת היחסית של הפסגות המאוחרות3, אולי בגלל אובדן של ויסות מעכב4. בנוסף לממצאים אלה, מוטציות גנטיות ספציפיות הוכחו כמשנות את צורת הגל של ABR בהיעדר טראומה 5,6,7. לפיכך, הניתוח השגרתי של צורות גל ABR יכול לספק תובנה על מערכת השמיעה במודלים ניסיוניים.
יש גם עניין בשימוש בצורות גל ABR ככלי אבחון לחולים. דוחות קודמים העריכו אם שיא ABR 1 מופחת בחולים אנושיים לאחר חשיפה לרעש או בחולי טינטון 8,9. יש לציין כי דווח כי התקפי מיגרנה מגבירים באופן זמני את העיכובים הבין-קוליים במשך מספר שבועות, ולאחר מכן צורת הגל של ABR חוזרת לקדמותה אצל אנשים מושפעים10. דווח כי COVID-19 גורם לשינויים ארוכי טווחב-ABR interpeak latencies 11,12, אם כי מחקר אחר דיווח על תוצאות שונות 13. ליקוי שמיעה הוא לעתים קרובות תחלואה משותפת עם דמנציה בהזדקנות, ואנשים עם ליקוי שמיעה גדול יותר נוטים לחוות דמנציה שמתקדמת מהר יותר14. חוקרים חקרו שינויים בצורת הגל של ABR במחלות נוירודגנרטיביות, כגון מחלת פרקינסון (נסקרה ב-Jafari et al.15) ומחלת אלצהיימר (שנסקרה ב-Swords et al.16), כמו גם בהזדקנות רגילה 17. ככל שיותר חוקרים וקלינאים חוקרים ליקויים חושיים כסמנים ביולוגיים למחלות נפוצות בהזדקנות, טכניקות כמו ABR עשויות להפוך לשגרה בתחום הבריאות.
בחינה של פרקי השיטות בספרות מגלה כי מעבדות כותבות לעתים קרובות סקריפטים מותאמים אישית ב- MatLab לניתוח צורות גל של ABR. לפלטפורמת ABR המיוצרת על ידי מערכות שמיעה חכמות יש פונקציה לניתוח צורות גל, אך היא דורשת מהמפעיל לבחור ידנית את הפסגות והשוקת. כאן, כתבנו שגרות ניתוח חצי אוטומטיות עבור הקוד הפתוח, הסביבה הסטטיסטית הזמינה באופן חופשי R וממשק RStudio. דו”ח זה משווה את הנתונים המתקבלים באמצעות השגרה שלנו לנתונים המתקבלים על ידי כך שהנסיין מזהה באופן ידני את הפסגות והשפלים ומראה כי הנתונים משתי השיטות מתואמים מאוד. חשוב לציין שהרוטינות משלבות פונקציה מסנוורת, שבה המטא-נתונים של הדגימות ממוקמים בקובץ נפרד שאינו משולב עד הסוף. פונקציות אלה ייעלו את ניתוח צורות הגל עבור המעבדה שלנו.
הפרוטוקול המתואר בפרסום זה אמור לסייע בייעול רכישת נתונים המתארים יחסי משרעת מתח ומרווחי השהיה עבור ABRs ללחיצות ופיפס טון. על-ידי שימוש בפקודות בודדות ב- RStudio, נסיינית עשויה לחלץ, לקמפל ולהציג מידע זה במסמך יחיד לצורך ניתוח סטטיסטי. על ידי הפיכת ניתוח זה לשגרה, אנו מקווים שהתחום יגלה דרכים חדשות שבהן ניתן לשנות את ה-ABR בהתפתחות, בהזדקנות או על ידי עלבון במינים שונים. מידע כזה יכול להיות בעל ערך לזיהוי מנגנונים חשובים הדומים לסינפטופתיה מרעש2. לעכברים הצעירים ששימשו לניסוי הזה היו תגובות משתנות מאוד, ככל הנראה משום שגזע המוח השמיעתי עדיין מתבגר בגיל20. עם זאת, שתי שיטות הכימות הראו קורלציות חזקות מאוד (איור 2).
הסקריפט משתמש בקובץ שנקרא “Time.csv” כדי להגדיר מרווחי זמן בתוך הנתונים לזיהוי שיא. בקצרה, משרעת מתח מקסימלית המתרחשת במרווח זמן מוגדר מסומנת “שיא 1”, מתח מינימלי המתרחש במרווח הבא מסומן “שוקת 1”, וכן הלאה. בחרנו את המרווחים כדי להקיף את ההשהיות של תגובות הקליק ופיפס הטון עבור עכברי CBA/CaJ בני חודש עד 12 חודשים באמצעות תדרים המשתרעים על פני 8 קילוהרץ עד 32 קילוהרץ. השתמשנו בכלי בהצלחה גם כדי למדוד תגובות של פיפ טון בעכברים. גם למינים אחרים, כולל בני אדם, יש תגובות ABR בתוך חלונות דומים, ואנו צופים שהכלי הזה יכול לשמש גם לנתונים ממינים אחרים. אנו ממליצים להשתמש בשיטת ABR המקבילה החדשה לבני אדם21, המייצרת צורות גל מצוינות. מגבלת מרווח הזמן מגבילה את השימוש בכלי זה להערכת תגובות ABR מיידיות. עם זאת, נציין כי המשתמשים יכולים לשנות את נתוני המרווח בקובץ זה כדי להפוך את המדידות של תגובות ABR לדיבור או של פוטנציאלים הקשורים לאירוע (ERPs) המתרחשים באופן אופייני בזמנים שונים בתגובה לצליל.
כמה תכונות של הטיפול הסטטיסטי של נתונים אלה ראויים להדגשה. למיטב ידיעתנו, בתחום אין טיפול סטנדרטי להבחנה בין התקדמות משרעת. מחקרים מוקדמים השתמשוב-ANOVA 22,23. הנתונים מסדרת הקליקים כאן (איור 2) היו לא פרמטריים, מה שהוביל לשימוש במבחן סכום הדירוג של קרוסקל-וואליס. בדומה ל- ANOVA, מבחן סכום הדירוג של קרוסקל-וואליס מעריך הבדלים בערכים המתקבלים ברמה נתונה של גירוי; כלומר, הוא משווה את הקווים המתקבלים על הגרף. עם זאת, טיפולים אחרים אפשריים גם כן. מבחינה ביולוגית, התקדמות המשרעת משקפת גיוס נוסף של נוירונים בעלי סף גבוה יותר ככל שרמת הגירוי עולה. זה מצביע על כך שהשטח שמתחת לעקומה, המייצג את האינטגרלים של הקווים, יכול להיות המדד הרלוונטי יותר. משוואות הערכה כלליות (GEE) עשויות לשמש למודל נתונים בודדים לניתוח אינטגרלי, כמו ב- Patel et al.5. יש לציין כי ניתוח GEE יכול לקחת בחשבון את תכנון המדדים החוזרים ונשנים של ניסויים אלה. ככל שיותר חוקרים דנים בשיטות ניתוח הנתונים, אנו צופים את הופעתו של קונצנזוס על שיטות עבודה מומלצות.
לסיכום, מאמר זה מציג כלים חינמיים וקלים לשימוש למדידה, הידור והדמיה של צורות גל ABR. כלים אלה יכולים לשמש תלמידים מתחילים של RStudio על ידי ביצוע פרוטוקול זה, והם משלבים צעד מסנוור לשיפור הקפדנות והשכפול. אנו צופים כי ניתוח שגרתי של צורת הגל של ABR יאפשר גילוי של עלבונות, וריאנטים גנטיים וטיפולים אחרים שיכולים להשפיע על תפקוד השמיעה.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי שני מענקים מה- NIDCD ל- PW: R01 DC018660 ופרס משלים מנהלי, R01 DC014261-05S1.
C57BL/6J mice | Jackson Labs | 664 | |
CBA/CaJ mice | Jackson Labs | 654 | |
E-series PC | Dell | n/a (this equipment was discontinued) | This runs the IHS system. |
Mini-anechoic chamber | Industrial Acoustics Company | Special order number 104306 | This enclosure reduces noise levels for auditory testing of animals. |
Optiplex 7040 | Dell | i5-6500 | Rstudio may also be run on a Mac or Linux system. |
Universal Smart Box | Intelligent Hearing Systems | n/a (this equipment was discontinued) | Both TDT and IHS can output hearing data as ASCII files. |