Приобретение данных и анализ в Brainstem вызвал ответ аудиометрии у мышей

Центральным аспектом физиологии мозга является его способность обрабатывать экологическую информацию, в результате чего различные внутренние или экстраинсиквых выходных данных, таких как обучение, память, эмоциональные реакции, или двигательные реакции. Различные экспериментальные и диагностические подходы могут быть использованы для характеристики электрофизиологической отзывчивости отдельных типов нейрональных клеток или кластеров / ансамблей нейронов в рамках связанных с стимулом нейронных схем. Эти электрофизиологические методы охватывают различные пространственно-временные измерения намикро-, мезо- и макромасштабе 1. Микромасштабный уровень включает в себя напряжение и текущие подходы зажима в различных режимах патч-зажима, используя, например, культурные или остро разрозненные нейроны^1. Эти методы in vitro позволяют охарактеризовать отдельныетекущие объекты и их фармакологическую модуляцию 2,³. Однако существенным недостатком является отсутствие системной информации о микро- и макросхемной интеграции и обработке информации. Это нарушение частично преодолеть в пробирке методы мезошкалы, такие как мультиэлектродные массивы, которые позволяют одновременно внеклеточных многоэлектрических записей не только в культурных нейронов, но и в острых ломтиков мозга^{4, 5}. В то время как микроcircuitries могут быть сохранены в мозге ломтики в определенной степени (например, в гиппокампе), дальние взаимосвязи, как правило, потеряли⁶. В конечном счете, для изучения функциональных взаимосвязей в нейронных схемах, системные электрофизиологические методы in vivo на макромасштабе являются методом выбора⁷. Эти подходы включают, среди прочего, поверхностные (эпидуральные) и глубокие (внутримозговые)записи ЭЭГ, которые проводятся как у людей, так и у животных моделей 1. ЭЭГ сигналы в основном основаны на синхронизированных синаптический вход на пирамидальных нейронов в различных корковых слоев, которые могут быть ингибирующими или возбуждающим в основном, несмотря на общее преобладание возбуждающего ввода⁸. При синхронизации, возбуждающих postsynaptic потенциальных сдвигов в внеклеточных электрических полей суммируются, чтобы сформировать сигнал достаточной силы, чтобы быть записаны на кожу головы с помощью поверхностных электродов. Примечательно, что обнаруживаемая запись кожи головы с отдельного электрода требует активности десяти тысяч пирамидальных нейронов и сложного вооружения технических устройств и инструментов обработки, включая усилитель, процессы фильтрации (фильтр с низким проходом, высокопроходной фильтр, выемка фильтра и электроды с определенными свойствами проводника.

В большинстве экспериментальных видов животных (т.е. мышей и крыс), человека основе кожи головы ЭЭГ подход технически не применим, так как сигнал, генерируемый основной коры слишком слаб из-за ограниченного числа синхронизированных пирамидальных нейронов^{9, 10,11}. У грызунов, поверхностные (скальп) электроды или субдермальные электроды, таким образом, сильно загрязнены электрокардиограммой и преимущественно электромиограммы артефакты, которые делают высококачественные записи ЭЭГ невозможно^{9,11, 12}. При использовании безнеоснего свободно движущихся мышей и крыс, поэтому обязательным для непосредственной записи либо из коры с помощью эпидуральных электродов или от глубоких, внутримозговых структур для обеспечения прямой физической связи зондирования отзыв свинца/имплантированного электрода к генерирующих сигнал нейронные клетки кластеров. Эти эЭГ-подходы могут быть осуществлены либо в установке удерживающей привязной системы, либос использованием необуздающего имплантируемого имплантируемого эЭГ-радиотелеметрии 9,^10,11. Оба метода имеют свои плюсы и минусы и могут быть ценным подходом в качественной и количественной характеристике восприимчивости захвата/ активности захвата, циркадной ритмичности, архитектуры сна, колепийной активности и синхронизации, включая анализ времени-частоты,анализ источника, etc. 9,^{10,13,14,15,16,17}.

В то время как привязываемые системы и радиотелеметрия позволяют записывать ЭЭГ в сдерживающих/полусдерживающих или неограниченных условиях, соответственно, связанные с этим экспериментальные условия не соответствуют требованиям к записям АБР. Последний спрос на определенные акустические стимулы, которые представляются повторяющиеся с течением времени с определенными положениями громкоговорителя и экспериментальных животных и контролируемых уровней звукового давления (SPLs). Это может быть достигнуто либо путем фиксации головы в условиях ограничения или после анестезии^18,19. Чтобы уменьшить экспериментальный стресс, животные, как правило, анестезируется во время экспериментов ABR, но следует учитывать, что анестезия может помешать ABRs^19,20.

Как общая характеристика, ЭЭГ построена из различных частот в диапазоне напряжения 50-100 ЗВ. Фоновые частоты и амплитуды сильно зависят от физиологического состояния экспериментального животного. В состоянии бодрствования преобладают бета-версии (я) и гамма-частоты с более низкой амплитудой. Когда животные становятся сонливыми или засыпают, возникают альфа(я), тета (я) и дельта (я) частоты, демонстрирующие повышенную эЭГ-амплитуду²¹. После того, как сенсорный канал (например, акустический путь) стимулируется, распространение информации опосредовано через нейронную активность через периферийную и центральную нервную систему. Такая сенсорная (например, акустическая) стимуляция вызывает так называемые EPs или вызывает реакции. Примечательно, что потенциалы, связанные с событиями (ERP), гораздо ниже по амплитуде, чем ЭЭГ (т.е. только несколько микровольт). Таким образом, любой индивидуальный ERP, основанный на одном стимуле, будет потерян на фоне ЭЭГ с более высокой амплитудой. Таким образом, запись ERP требует повторного применения идентичных стимулов (например, кликов в записях ABR) и последующего усреднения для устранения любых фоновых действий ЭЭГ и артефактов. Если записи ABR сделаны в анестезированных животных, то легко использовать субдермальные электроды здесь.

В основном, AEPs включают ePs с короткой задержкой, которые обычно связаны с ABR или BERA, и далее, более поздние потенциалы, такие как ePs среднего затяжного (ответы на средние возможности (ответы на средние возможности) и долгосрочные EPs²². Важно отметить, что нарушение в обработке информации слуховой информации часто является центральной особенностью нейропсихиатрических заболеваний (демиелинизирующих заболеваний, шизофрении и т.д.) и связанных с изменениями AEP^{23,24 ,25}. В то время как поведенческие исследования способны только выявление функциональных нарушений, AEP исследования позволяют точный пространствентемпоральный анализ слуховой дисфункции, связанные с конкретными нейроанатомическими структурами²⁶.

ABRs как раньше, короткие задержки акустически EPs, как правило, обнаружены на умеренной и высокоинтенсивной нажмите приложение, и там может произойти до семи пиков ABR (W_I-W_VII). Наиболее важныеволны (W I-W_V) связаны со следующими нейроанатомическими структурами: W_I к слуховому нерву (дистальная часть, в пределах внутреннего уха); W_II к кохлеарное ядро (проксимальная часть слухового нерва, прекращение ствола мозга); W_III к превосходному комплексу оливари (SOC); W_IV к боковому лемнику (LL); W_V к прекращению бокового лемниска (LL) в нижней колликул (IC) на контралатеральной стороне²⁷ (Дополнительнаярисунок 1). Следует отметить, чтоW II-W_V, вероятно, имеют более чем одну анатомическую структуру восходящего слухового пути, способствующего им. Примечательно, что точная корреляция пиков и основных структур слухового тракта до сих пор полностью не выяснена.

В аудиологии, ABRs могут быть использованы в качестве скрининга и диагностического инструмента и для хирургического мониторинга^28,29. Это наиболее важно для выявления дисакуза, гипакузы и анакусиса (например, при возрастной потере слуха, вызванной шумом потере слуха, метаболической и врожденной потере слуха, а симметричной потере слуха и слуха из-за деформаций или пороки развития, травмы и неоплазмы)²⁸. ABRs также актуальны в качестве скрининг-теста для гиперактивных, умственно отсталых детей или для других детей, которые не смогут реагировать на обычные аудиометрии (например, при неврологических/психиатрических заболеваниях, таких как СДВГ, МС, аутизм и т.д.^{29 , 30)}и в разработке и хирургической установке кохлеарных имплантов²⁸. Наконец, ABRs может обеспечить ценную информацию о потенциальных ототоксических побочных эффектов нейропсихофармацевтических препаратов, таких как противоэпилептики^31,32.

Ценность перевода нейрофизиологических знаний, полученных от фармакологических или трансгенных моделей мыши для человека, была продемонстрирована во многих условиях, особенно на уровне ERPs в слуховых парадигму у мышей и крыс^{33, 34,35}. Новое понимание измененных ранних AEPs и связанных с ними изменений в обработке слуховой информации у мышей и крыс, таким образом, может быть переведено на людей и имеет центральное значение в характеристике и эндофенотипизации слуховых, неврологических и нейропсихиатрических заболеваний в будущем. Здесь мы предоставляем подробное описание того, как ABRs могут быть успешно записаны и проанализированы на мышах для основных научных, токсикологических и фармакологических целей.