Summary

De kracht van Interstimulus Interval voor de beoordeling van Temporal Processing in knaagdieren

Published: April 19, 2019
doi:

Summary

Temporal processing, een preattentive proces, kan ten grondslag liggen aan tekorten in hogere cognitieve processen, met inbegrip van aandacht, vaak waargenomen in Neurocognitieve stoornissen. Met behulp van prepulse remming als een paradigma exemplar, presenteren we een protocol voor het manipuleren van interstimulus interval (ISI) om de vorm van de ISI-functie moet worden van een beoordeling van de temporele verwerking.

Abstract

Temporal processing tekorten zijn betrokken als een potentiële elemental dimensie van hogere cognitieve processen, vaak waargenomen in Neurocognitieve stoornissen. Ondanks de popularisering van prepulse inhibitie (PPI) in de afgelopen jaren bevorderen vele huidige protocollen met behulp van een percentage van controlemaatregel, waardoor zich verzet tegen de beoordeling van de temporele verwerking. De huidige studie gebruikt cross-modal PPI en gap prepulse inhibitie (kloof-PPI) om aan te tonen van de voordelen van het gebruik van een aantal interstimulus intervallen (ISIs) om af te bakenen effecten van sensorische modaliteit, psychostimulantia belichting en leeftijd. Beoordeling van sensorische modaliteit, psychostimulantia belichting en leeftijd blijkt het nut van een aanpak die variëren van het interstimulus-interval (ISI) om de vorm van de functie van ISI, met inbegrip van verhogingen (scherper kromme verbuigingen) of daalt (afvlakken van de ijkkromme amplitude) in amplitude trillen. Verschuivingen in de piek respons inhibitie, suggestief voor een differentiële gevoeligheid voor de manipulatie van ISI, worden bovendien vaak onthuld. Dus, de systematische manipulatie van ISI biedt een cruciale kans om te evalueren van de temporele verwerking, die de onderliggende neurale mechanismen die betrokken zijn bij de neurocognitieve stoornissen kan onthullen.

Introduction

Temporal processing tekorten zijn betrokken als een potentiële onderliggende neurale mechanisme voor wijzigingen in de hogere cognitieve processen vaak waargenomen in Neurocognitieve stoornissen. Prepulse inhibitie (PPI) van het antwoord van de auditieve schrikken (ASR) is een translationeel experimentele paradigma gebruikte te onderzoeken van tijdelijke verwerking tekorten, ingrijpende wijzigingen in de neurocognitieve stoornissen zoals schizofrenie1, onthullen aandacht tekort hyperactivity disorder2 en HIV-1 bijbehorende Neurocognitieve stoornissen3,4. Specifiek, hebben evaluaties van de temporele verwerking in preklinische modellen van HIV-1 geopenbaard de algemeenheid, relatieve duurzaamheid, en stelde het diagnostische hulpprogramma van PPI over de meerderheid van de dieren functionele levensduur3,4 ,5,6.

Gebruik van een benadering die variëren van interstimulus interval (ISI; dat wil zeggen, de tijd tussen de prepulse en de prikkel van schrikken) in de analyse van reflex wijzigingsdatums terug naar Sechenov in 18637. De baanbrekende studies van reflex wijziging, een maatregel van sensomotorische gating, een aanpak die variëren van ISI om te beoordelen van flexor respons en auditie in kikkers7,8, evenals overhaaste reacties in mensen9werkzaam. De eerste klinische toepassing van de reflex wijziging procedure beoordeeld visuele gevoeligheid in een man met hysterische blindheid10. Meer dan een eeuw na de eerste verslagen van reflex wijziging, werd de aanpak van verschillende ISI gepopulariseerd in een reeks van belangrijke papieren11,12,13. Ondanks de inherente verschillen in de baanbrekende studies over reflex wijziging (dat wil zeggen, soort, experimentele procedures, reflexen) stichtten ze een temporele relatie die opvallend vergelijkbaar tussen soorten was.

Beoordeling van prepulse remming met behulp van een aanpak die variëren van ISI, zoals beschreven in het huidige protocol, heeft meerdere voordelen ten opzichte van de bekend procent van de aanpak van de controle. Ten eerste de aanpak biedt de gelegenheid om de shape van de functie van ISI, met inbegrip van verhogingen (scherper kromme verbuigingen) of afneemt (afvlakking van de amplitude van de ijkkromme)3,15 in schrikken de amplitude, alsmede verschuivingen in de punt van de piek van respons inhibitie3,5. Bovendien, wanneer een aanpak die verschillende ISI is tewerkgesteld, is schrikken reactie een relatief stabiele fenomeen1, suggereert het potentiële nut van de aanpak in longitudinale studies onderzoeken de progressie van neurocognitieve tekorten5 , 15. tot slot PPI biedt een cruciale kans om te begrijpen de onderliggende neurale circuits die betrokken zijn bij de neurocognitieve stoornissen16.

In onze studie werkzaam wij twee experimentele paradigma’s (Figuur 1), met inbegrip van cross-modal PPI en kloof prepulse inhibitie (kloof-PPI), om te evalueren van het nut van een aanpak die variëren van ISI om af te bakenen effecten van sensorische modaliteit, psychostimulantia blootstelling, en leeftijd. De cross-modal PPI experimentele paradigma maakt gebruik van de presentatie van een extra prikkel (bijv, Toon, licht, lucht bladerdeeg) als een discrete prestimulus vóór een akoestische verrassende stimulans. In schril contrast, in de kloof-PPI experimentele paradigma, fungeert het ontbreken van een achtergrond (bijv., verwijdering van achtergrondgeluiden, licht of lucht bladerdeeg) als een discrete prestimulus. Hier beschrijven we beide experimentele paradigma’s voor de beoordeling van de temporele verwerking, alsook statistische methoden voor de analyse van en gap-ppi liggen. In de discussie vergeleken we de conclusies een uit de variabele ISI aanpak en de bekend procent van de aanpak van de controle trekken zou.

Protocol

Alle dierlijke protocollen werden herzien en goedgekeurd door het Animal Care en gebruik Comité aan de Universiteit van South Carolina (federale assurance nummer: D16-00028). 1. definiëren van de Parameters en de kalibratie van de apparatuur schrikken Instellen van het reactiesysteem schrikken (Zie Tabel van materialen) volgens instructies van de fabrikant. Omsluiten het schrikken-platform in het kabinet van een 10 cm dikke dubbel…

Representative Results

Een prominente niet-monotone ISI functie werd waargenomen in cross-modal (cijfers 2A, 3A, 4A) en gap-ppi liggen (cijfers 2B, 3B, 4B). Basislijn schrikken reacties werden waargenomen bij de 0 en 4000 ms ISIs, opgenomen als referentie proeven binnen een testsessie. Het belang van de 4000 ms ISI kan niet worden afgezwakt, zoals het meest lijkt op de PPI test proeven (dat wil zeggen, 30, 50, 100, 200 ms ISIs) in die zin dat het onderwerp de prepulse …

Discussion

Dit protocol beschrijft de kracht van verschillende ISI Voordebeoordeling van temporele verwerking voor studies met transversale of longitudinale experimentele designs. Onderzoek naar de effecten van sensorische modaliteit, psychostimulantia blootstelling of leeftijd op de shape van de functie van ISI aangetoond zijn nut in het onthullen van een differentiële gevoeligheid voor de manipulatie van ISI (d.w.z. verschuivingen in de punt van maximale remming) of een relatieve ongevoeligheid voor de manipulatie van I…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies van NIH (National Institute on Drug Abuse, DA013137; Nationale Instituut van kindergezondheid en menselijke ontwikkeling HD043680; Nationaal Instituut voor geestelijke gezondheid, MH106392; Nationaal Instituut voor neurologische aandoeningen en beroerte, NS100624) en het trainingsprogramma van interdisciplinair onderzoek ondersteund door de Universiteit van South Carolina Behavioral-biomedische Interface programma. Dr. Landhing Moran is momenteel een wetenschappelijke Officer bij de NIDA-centrum voor klinische Trials netwerk.

Materials

SR-Lab Startle Response System San Diego Instruments
Isolation Cabinet Industrial Acoustic Company
SR-Lab Startle Calibration System San Diego Instruments
High-Frequency Loudspeaker Radio Shack model #40-1278B
Sound Level Meter Bruel & Kjaer model #2203
Perspex Cylinder San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
SR-Lab Startle Response System Software San Diego Instruments Included with the SR-Lab Startle Response System
Light Meter Sper Scientific, Ltd. model #840006
Airline Regulator Craftsman model #16023
SPSS Statistics 24 IBM Used for Statistical Analyses (Optional)

Referências

  1. Braff, D., Stone, C., Callaway, E., Geyer, M., Glick, I., Bali, L. Prestimulus effects on human startle reflex in normals and schizophrenics. Psychophysiology. 15 (4), 339-343 (1978).
  2. Castellanos, F. X., Fine, E. J., Kaysen, D., Marsh, W. L., Rapoport, J. L., Hallett, M. Sensorimotor gating in boys with Tourette’s Syndrome and ADHD: Preliminary results. Biological Psychiatry. 39 (1), 33-41 (1996).
  3. Moran, L. M., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Time and time again: Temporal processing demands implicate perceptual and gating deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 8 (4), 988-997 (2013).
  4. McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. A gap in time: Extending our knowledge of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 12 (1), 171-179 (2017).
  5. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Progression of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Scientific Reports. 6, 32831 (2016).
  6. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Temporal processing demands in the HIV-1 transgenic rat: Amodal gating and implications for diagnostics. International Journal of Developmenta Neuroscience. 57, 12-20 (2017).
  7. Sechenov, I. M. . Reflexes of the Brain. , (1965).
  8. Yerkes, R. M. The sense of hearing in frogs. Journal of Comparative Neurology and Psychology. 15, 279-304 (1905).
  9. Bowditch, H. P., Warren, J. W. The knee-jerk and its physiological modifications. Journal of Physiology. 11, 25-64 (1890).
  10. Cohen, L. H., Hilgard, E. R., Wendt, G. R. Sensitivity to light in a case of hysterical blindness studied by reinforcement-inhibition and conditioning methods. Yale Journal of Biology and Medicine. 6, 61-67 (1933).
  11. Hoffman, H. S., Searle, J. L. Acoustic variables in the modification of startle reaction in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 60, 53-58 (1965).
  12. Hoffman, H. S., March, R. R., Stein, N. Persistence of background acoustic stimulation in controlling startle. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 68 (2), 280-283 (1969).
  13. Ison, J. R., Hammond, G. R. Modification of the startle reflex in the rat by changes in the auditory and visual environments. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 75 (3), 435-452 (1971).
  14. Moran, L. M., Hord, L. L., Booze, R. M., Harrod, S. B., Mactutus, C. F. The role of sensory modality in prepulse inhibition: An ontogenetic study. Developmental Psychobiology. 58 (2), 211-222 (2016).
  15. McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Evolution of the HIV-1 transgenic rat: Utility in assessing the progression of HIV-1-associated neurocognitive disorders. Journal of Neurovirology. 24 (2), 229-245 (2018).
  16. Hoffman, H. S., Ison, J. R. Reflex modification in the domain of startle: I. Some empirical findings and their implications for how the nervous system processes sensory input. Psychological Review. 87 (2), 175-189 (1980).
  17. Ison, J. R., Agrawal, P., Pak, J., Vaughn, W. J. Changes in temporal acuity with age and with hearing impairment in the mouse: A study of the acoustic startle reflex and its inhibition by brief decrements in noise level. The Journal of the Acoustical Society of America. 104, 1696-1704 (1998).
  18. . Startle response: Acoustic startle reflex response 101 Available from: https://mazeengineers.com/acoustic-startle-response/ (2014)
  19. Curzon, P., Zhang, M., Radek, R. J., Fox, G. B., Buccafusco, J. J. The behavioral assessment of sensorimotor processes in the mouse: Acoustic startle, sensory gating, locomotor activity, rotarod, and beam walking. Methods of behavior analysis in neuroscience. , (2009).
  20. Geyer, M. A., Swerdlow, N. R. Measurement of startle response, prepulse inhibition, and habituation. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
  21. Parisi, T., Ison, J. R. Development of the acoustic startle response in the rat: Ontogenetic changes in the magnitude of inhibition by prepulse stimulation. Developmental Psychobiology. 12 (3), 219-230 (1979).
  22. Tabachnick, B. G., Fidell, L. S. . Experimental designs using ANOVA. , (2007).
  23. Bliss, C. I. The transformation of percentage for use in the analysis of variance. Ohio Journal of Science. 38, 9-12 (1938).
  24. Bartlett, M. S. The use of transformations. Biometrics. 3, 39-52 (1947).
  25. Cochran, W. G. The analysis of variance when experimental errors follow the poisson or bimodal laws. Annals of Mathematical Sciences. 11, 335-347 (1940).
  26. Greenhouse, S. W., Geisser, S. On methods in the analysis of profile data. Psychometrika. 24, 95-112 (1959).
  27. Fendt, M., Li, L., Yeomans, J. S. Brain stem circuits mediating prepulse inhibition of the startle reflex. Psychopharmacology (Berl). 156 (2-3), 216-224 (2001).
  28. Koch, M., Schnitzler, H. U. The acoustic startle response in rats: Circuits mediating evocation, inhibition and potentiation. Behavioural Brain Research. 89 (1-2), 35-49 (1997).
check_url/pt/58659?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents. J. Vis. Exp. (146), e58659, doi:10.3791/58659 (2019).

View Video