脑干中的数据采集与分析 在小鼠中引发响应音频测量

大脑生理学的一个中心方面是处理环境信息的能力,从而产生不同的内在或外在输出,如学习、记忆、情绪反应或运动反应。各种实验和诊断方法可用于描述与刺激相关的神经元回路中单个神经元细胞类型或神经元簇/集合的电生理反应。这些电生理技术覆盖了微尺度、中尺度和宏观尺度上不同的时空尺寸。微尺度电平包括不同贴片夹模式的电压和电流钳位方法,例如,使用培养或急性分离神经元¹。这些体外技术允许表征单个当前实体及其药理调制2,3。然而,一个基本缺点是缺乏关于微和宏观电路信息集成和处理的系统信息。这种损伤部分克服了体外技术中尺度,如多电极阵列,允许同时细胞外多电极记录不仅在培养神经元,但也在急性脑切片4,^5.微电路可以在特定程度(例如,在海马区)中保存在脑切片中,而远距离互连通常损失6。最终,为了研究神经元电路中的功能互连,在宏观上进行系统体内电生理技术是首选方法7。这些方法包括,除其他外,表面(硬膜外)和深(脑内)脑电脑记录,在人类和动物^模型1中进行。脑电图信号主要基于不同皮质层中金字塔神经元的同步突触输入,尽管兴奋输入^具有普遍优势,但在主体中可以抑制或兴奋。同步时,在细胞外电场中,激发性后视位电位被求和,形成足够强度的信号,使用表面电极记录在头皮上。值得注意的是,从单个电极检测的头皮记录需要一万个金字塔神经元的活动,以及技术设备和加工工具的复杂武器库,包括放大器、过滤过程(低通滤波器、具有特定导体特性的高通滤波器、陷波滤波器和电极。

在大多数实验动物物种(即小鼠和大鼠)中,基于人的头皮 EEG 方法在技术上不适用,因为由于同步金字塔神经元^的数量有限,底层皮层产生的信号太^{弱, 10,11}.因此,在啮齿类动物中,表面(头皮)电极或皮下电极受到心电图和主要电图伪影的严重污染,使得高质量的脑电图记录不可能9、11^12.因此,当使用未经麻醉的自由移动小鼠和大鼠时,必须通过硬膜外电极或从深层的脑内结构直接从皮层进行记录,以确保传感尖端的直接物理连接铅/植入电极到信号生成神经元细胞簇。这些脑电图方法可以在约束系绳系统设置中进行,也可以使用非约束植入式EEG无线电遥测方法9、10、11。这两种技术都有其优缺点,在癫痫发作易感性/癫痫活动、昼夜节律、睡眠结构、振荡活动和同步的定性和定量表征中,都是有价值的方法,包括时间频率分析、源分析等9、10、13、14、15、16、17。

虽然系绳系统和无线电遥测允许分别在限制/半约束或非约束条件下进行 EEG 记录,但相关的实验条件不符合 ABR 录像的要求。后者对定义的声学刺激的需求,随着时间的推移,通过扬声器和实验动物的固定位置和受控声压水平 (SPL) 重复呈现。这可以通过在限制条件下的头部固定或麻醉后18,19来实现。为了减轻实验压力,动物通常在ABR实验中进行麻醉,但应考虑麻醉会干扰ADR^19,20。

作为一般特征,EEG在50-100 μV的电压范围内由不同频率组成。背景频率和振幅在很大程度上取决于实验动物的生理状态。在醒状态下,以低振幅的β(β)和伽马(+)频率占主导地位。当动物昏昏欲睡或入睡时,α (α)、ta (+) 和增量 (+) 频率出现,显示 EEG 振幅^{增加 21}。一旦感觉通道(例如,声学通路)受到刺激,信息传播通过周围和中枢神经系统的神经元活动进行中介。这种感官(例如,声学)刺激触发所谓的EP或引起反应。值得注意的是,与事件相关的电位 (ERP) 的振幅远低于 EEG(即仅几微伏)。因此,任何基于单个刺激的单个 ERP 都会在高振幅 EEG 背景下丢失。因此,ERP 的录制需要重复应用相同的刺激(例如,ABR 录音中的咔嗒声)和随后的平均值,以消除任何 EEG 后台活动和伪影。如果ABR记录是在麻醉动物中完成的,则在这里很容易使用皮下电极。

主要包括短延迟 EP,通常与 ADR 或 BERA 相关,以及进一步、后期启动的电位,如中延迟 IP(中延迟响应 [MLR])和长期延迟 EP²²。重要的是,听觉信息信息处理中的干扰通常是神经精神病(脱骨髓疾病、精神分裂症等)的核心特征,并且与AEP改变23、24有关 ^,25.而行为调查只能揭示功能障碍,AEP研究允许对与特定神经解剖学结构相关的听觉功能障碍进行精确的时空^分析26。

ABR 早期、短延迟声学 EP 通常在中度到高强度的点击应用中检测到,并且可能发生多达七个 ABR 峰值 (W_I-W_VII)。最重要的波(W I-W_V)与以下神经解剖学结构有关:W_I与听觉神经(远端部分,内耳内);W_II到耳蜗核(听觉神经的近部,脑干终止);W_III到上级寡物复合物 (SOC);W_IV到侧侧耳鸣 (LL);W_V端接在侧侧下侧 (IC) 内的侧侧乳管 (LL) 的端接(LL ) (补充图 1)。应该指出,W II-W_V可能具有多个解剖结构的上升听觉通路有助于他们。值得注意的是,听觉区域的峰值和基础结构的确切相关性尚未完全澄清。

在听力学中,ADR可用作筛查和诊断工具,以及用于外科监测28,29。它对于识别缺损、子宫内膜炎和厌食症(例如,与年龄相关的听力损失、噪音引起的听力损失、代谢和先天性听力损失,以及畸形引起的不对称听力损失和听力缺陷)至关重要。畸形、损伤和肿瘤)²⁸。ADR 也作为对过度活跃、智力受损的儿童或其他无法对常规听力测量作出反应的儿童(例如,在神经/精神疾病(如多动症、MS、自闭症等)的筛查测试。^,30)和在开发和手术安装人工耳^蜗28。最后,ADR可以提供宝贵的见解,了解神经精神药物的潜在otois副作用,如抗癫痫药31,32。

从药理学或转基因小鼠模型获得的神经生理学知识翻译给人类的价值在许多环境中得到了证明,特别是在小鼠和大鼠听觉范式中的ERPs^{水平33。 34,35}.因此,对小鼠和大鼠听觉信息处理中改变的早期AEP和相关变化的新见解可以转化为人类,在听觉、神经和听觉的表征和内切分方面具有核心重要性。未来的神经精神病。在这里,我们详细介绍了如何在小鼠中成功记录和分析ADR,以用于基本科学、毒理学和药理学目的。