マウスにおける脳幹誘発応答オーディオメトリーにおけるデータ獲得と分析

脳生理学の中心的な側面は、学習、記憶、感情的反応、または運動反応などの異なる固有または外因性の出力をもたらす環境情報を処理する能力です。様々な実験的および診断的アプローチを使用して、刺激関連ニューロン回路内の個々のニューロン細胞型またはクラスター/アンサンブルの電気生理学的応答性を特徴付けることができます。これらの電気生理学的手法は、マイクロ、メソ、マクロ^{スケール1}の異なる時空間寸法をカバーしています。マイクロスケールレベルには、培養または急性解離ニューロン1を使用して、異なるパッチクランプモードでの電圧および電流クランプアプローチが含まれます。これらのインビトロ技術は、個々の現在のエンティティとその薬理学的変調2、3の特徴付けを可能にする。しかし、本質的な欠点は、マイクロおよびマクロ回路の情報統合と処理に関する全身情報の欠如です。この障害は、培養ニューロンだけでなく急性脳スライス4においても同時に細胞外多電極記録を可能にする多電極アレイなどのメソスケールのインビトロ技術によって部分的に克服される。^5.マイクロ回路は、特定の程度(例えば海馬)に脳のスライスで保存することができるのに対し、長距離相互接続は通常6を失う。最終的に、神経回路内の機能的相互接続を研究するために、マクロスケール上の生体内電気生理学的手法における全身的な^選択7である。これらのアプローチには、とりわけ、ヒトおよび動物^モデル1の両方で行われる表面(硬膜外)および深部(脳内)脳波記録が含まれる。脳波シグナルは、興奮性^入力8の一般的な優位性にもかかわらず、主に阻害または興奮することができる異なる皮質層のピラミッド状ニューロン上の同期シナプス入力に主に基づいています。同期時に、細胞外電界における興奮ポストシナプス電位ベースのシフトを合計して、表面電極を用いて頭皮に記録するのに十分な強度の信号を形成する。特に、個々の電極からの検出可能な頭皮記録は、1万個のピラミッド型ニューロンの活動と、アンプ、フィルタリングプロセス(ローパスフィルタ、およびフィルタリングプロセスを含む技術的なデバイスと処理ツールの複雑な武装装置の活動を必要とします。ハイパスフィルター、ノッチフィルタ)、および特定の導体特性を有する電極。

ほとんどの実験動物種(すなわち、マウスおよびラット)では、ヒトベースの頭皮EEGアプローチは技術的には適用できない。 ^10、11.げっ歯類では、表面(頭皮)電極または皮下電極は、このように心電図によってひどく汚染され、主に高品質の脳波記録を不可能にする筋電図アーティファクト9、11、^12.自由に動くマウスとラットを無気力に使用する場合、硬膜外電極を介して皮質から直接記録するか、または深い脳内構造から直接記録し、感知先端の直接的な物理的接続を確保することが必須である。シグナル発生神経細胞クラスターへの鉛/埋め込み電極の。これらのEEGアプローチは、拘束されたテザリングシステムのセットアップまたは非拘束型埋め込み型EEG無線テレメトリアプローチ9、10、11のいずれかを使用して行うことができます。どちらのテクニックも長所と短所があり、発作感受性/発作活性、概日リズム、睡眠アーキテクチャ、振動活動、および同期の質的および定量的特性評価において貴重なアプローチとなり得る。時間周波数分析、ソース分析など9、10、13、14、15、16、17を含む。

テザリングシステムと無線テレメトリは、それぞれ拘束/半拘束または非拘束条件下での脳波記録を可能にしますが、関連する実験条件はABR録音の要件と一致しません。後者は、拡声器と実験動物の定義された位置と制御された音圧レベル(SPL)で時間をかけて繰り返し提示される定義された音響刺激に対する要求。これは、拘束条件下での頭部固定または麻酔18、19に続くことによって達成することができる。実験ストレスを軽減するために、動物は通常ABR実験中に麻酔されるが、麻酔はABR^19、20を妨げる可能性があると考えられるべきである。

一般的な特徴として、脳波は50〜100μVの電圧範囲で異なる周波数を構築し、背景周波数と振幅は実験動物の生理的状態に大きく依存します。覚醒状態では、振幅が低いβ(β)およびγ(γ)周波数が優勢である。動物が眠くなったり眠くなったりすると、α(α)、θ(θ)、デルタ(δ)周波数が発生し、EEG振^幅21の増加を示す。感覚チャネル(例えば、音響経路)が刺激されると、情報伝搬は末梢および中枢神経系を介して神経活動を介して媒介される。このような感覚(例えば、音響)刺激は、いわゆるEPまたは誘発応答を引き起こす。特に、イベント関連のポテンシャル(ERP)は、EEG(つまり、数マイクロボルトのみ)よりも振幅がはるかに低くなります。したがって、単一の刺激に基づく個々のERPは、より高い振幅EEGの背景に対して失われます。したがって、ERPの記録は、同一の刺激(例えば、ABR記録のクリック)の繰り返し適用と、その後の平均化を必要とし、EEGバックグラウンドアクティビティおよびアーティファクトを排除する。ABR記録が麻酔動物で行われる場合、ここで皮下電極を使用することは容易である。

主に、AEP には、通常は AR または BERA に関連する短遅延 PS、さらに中間待機時間の PS (中間待機応答 [MLR]) や長時間の EP²²などの後続の可能性が含まれます。重要なことは、聴覚情報の情報処理における妨害は、しばしば神経精神疾患(脱筋疾患、統合失調症等)の中心的な特徴であり、AEP改変^に関連する23,24 ^、25.行動調査は機能障害を明らかにすることができるのに対し、AEP研究は、特定の神経解剖学的構造に関連する聴覚機能障害の正確な時空間分析^{を可能にする26。}

ABRは、早期、短遅延の音響的に、通常、中程度から高い強烈なクリックアプリケーションで検出され、最大7つのABRピーク(WI-W_VII)が発生する可能性があります。最も重要な波(W I-W_V)は、次の神経解剖学的構造に関連している:W_Iは聴神経(遠位部、内耳内)に関係する。W_IIに人工内核(聴覚神経の近位部分、脳幹終端);優れたオリバリー複合体(SOC)にW III;W_IVから横レムニスカス (LL);_WVは、反対側27上の劣ったコリキュラス(IC)内の側レムニスカス(LL)の終了に対する(補足図1)。なお、WII-WVは、それらに寄与する上昇聴覚経路の複数の解剖学的構造を持つ可能性が高い。特に、聴覚管のピークと基礎構造の正確な相関関係は、まだ完全には明らかになっていない。

聴覚では、ABEはスクリーニングおよび診断ツールおよび外科監視28、29のために使用することができる。難痛、高paccusis、およびアナクシス(例えば、加齢性難聴、難聴性難聴、代謝および先天性難聴、変形による非対称難聴および難聴)の同定のために最も重要である。奇形、怪我、新生物)²⁸.ABEは、多動性、知的障害児、または従来のオーディオメトリー(例えば、ADHD、MS、自閉症などの神経・精神疾患の場合など)に応答できない他の小児のスクリーニングテストとしても関連しています^29,30)と人工内^耳28の開発と外科的フィッティングで.最後に、ARSは、抗てんかん薬31、32などの神経精神薬の潜在的なイト毒性副作用に関する貴重な洞察を提供することができる。

薬理学的またはトランスジェニックマウスモデルからヒトへの神経生理学的知識の翻訳の価値は、特にマウスおよびラット33の聴覚パラダイムにおけるERPのレベルにおいて、多くの設定で実証されている。 34、35。マウスおよびラットにおける聴覚情報処理の変化と関連するAEPに関する新しい洞察は、このようにヒトに翻訳することができ、聴覚、神経学的、および聴覚の特性とエンドフェノタイピングにおいて中心的に重要である。将来の神経精神疾患。ここでは、基本的な科学的、毒物学的、薬理学的な目的のために、ABEをマウスで正常に記録および分析する方法の詳細な説明を提供します。