この記事では、聴覚脳幹応答波形の最初の5つのピークと谷の振幅と遅延の半自動測定について説明します。追加のルーチンは、実験者分析のためにデータをコンパイルしてスプレッドシートに注釈を付けます。これらの無料のコンピュータルーチンは、オープンソースの統計パッケージRを使用して実行されます。
過去15年間の多くの報告では、騒音曝露などの侮辱後の聴脳幹反応(ABR)波形の変化を評価しています。一般的な変化には、ピーク1の振幅の減少と後のピークの相対的な待ち時間の減少、およびピーク1の振幅と比較した後のピークの振幅の相対的な増加に反映される中心ゲインの増加が含まれます。多くの実験者は、ピークと谷を視覚的に特定して相対的な高さと待ち時間を評価しますが、これは、各周波数と条件の聴力範囲全体で波形を5dB刻みで収集する場合、面倒なプロセスです。このホワイトペーパーでは、RStudioインターフェイスを備えたオープンソースプラットフォームRで実行して、聴覚脳幹応答(ABR)波形のピークと谷の測定を半自動化できる無料のルーチンについて説明します。ルーチンは、ピークとトラフの振幅と遅延を識別し、検査用に生成された波形にこれらを表示し、統計分析のために結果をスプレッドシートに照合して注釈を付け、図の平均波形を生成します。自動プロセスがABR波形を誤って識別した場合、補正を支援する追加のツールがあります。目標は、ABR波形の解析に必要な時間と労力を削減し、将来より多くの研究者がこれらの分析を含めることです。
聴覚脳幹反応(ABR)は、動物被験者およびヒト乳児の聴力閾値を決定するために頻繁に使用されます。ABRは、聴覚刺激に対する神経系の最初の反応の脳波(EEG)記録であるため、蝸牛螺旋神経節ニューロンの協調発火と、両側処理を含む聴覚脳幹における初期の信号処理を反映する追加情報を運びます1。これらの反応は、騒音外傷の影響を受ける可能性があります。例えば、マウスにおいて一時的な閾値シフトを誘発するのに十分なノイズ曝露もまた、ABRピーク12の振幅を永久に減少させることができる。さらに、そのような外傷は、おそらく抑制性調節4の喪失に起因して、ピーク間潜時を減少させ、後のピーク3の相対振幅を増加させる可能性がある。これらの所見に加えて、特定の遺伝子変異は、外傷がない場合にABR波形を変化させることが示されている5,6,7。したがって、ABR波形のルーチン分析は、実験モデルにおける聴覚系への洞察を提供することができます。
また、ABR波形を患者の診断ツールとして使用することにも関心が寄せられています。以前の報告では、ABRピーク1が騒音曝露後のヒト患者または耳鳴り患者で減少するかどうかを評価しています8,9。特に、片頭痛発作は、数週間の間ピーク潜時を一時的に増加させ、その後、影響を受けた個人ではABR波形が正常に戻ることが報告されています10。COVID-19は、ABRピーク間の潜伏時間の長期的な変化を引き起こすと報告されています11,12、別の研究では異なる結果が報告されています13。難聴は加齢に伴う認知症と併存することが多く、難聴が大きい人は認知症を経験する傾向があり、より急速に進行する傾向があります14。研究者らは、パーキンソン病(Jafari et al.15でレビュー)やアルツハイマー病(Swordsらでレビュー)などの神経変性疾患、および通常の老化17におけるABR波形の変化を調査しました。より多くの研究者や臨床医が老化の一般的な病気のバイオマーカーとして感覚障害を調査するにつれて、ABRなどの技術はヘルスケアで日常的になる可能性があります。
文献のメソッドセクションを調べると、ラボはABR波形を分析するためのカスタムスクリプトをMatLabで作成することが多いことがわかります。インテリジェント・ヒアリング・システムズのABRプラットフォームには波形解析機能がありますが、オペレーターが手動で山と谷を選択する必要があります。ここでは、オープンソースで自由に利用できる統計環境 R と RStudio インターフェイス用の半自動分析ルーチンを作成しました。本報告では、ルーチンを用いて得られたデータと、実験者に手動でピークと谷を同定して得られたデータを比較し、2つの方法のデータが強く相関していることを示している。重要なことに、ルーチンには盲検化機能が組み込まれており、サンプルのメタデータは最後まで組み込まれない別のファイルに配置されます。これらの機能により、私たちのラボの波形解析が合理化されました。
この出版物で説明されているプロトコルは、クリックおよびトーンピップに対するABRの電圧振幅比および遅延間隔を記述するデータの取得を合理化するのに役立つはずです。RStudio で 1 つのコマンドを使用することで、実験者はこの情報を抽出、コンパイルし、統計分析のために 1 つのドキュメントに表示できます。この分析をルーチン化することにより、この分野が、発達、老化、または異なる種への侮辱によってABRを変化させることができる新しい方法を発見することを願っています。このような情報は、ノイズ2からシナプトパシーに類似した重要なメカニズムを特定するために価値がある可能性があります。この実験に使用された若いマウスは、おそらく聴覚脳幹がこの20歳でまだ成熟しているため、反応が大きく変動しました。それにもかかわらず、2つの定量方法は非常に強い相関を示しました(図2)。
このスクリプトでは、「Time.csv」というファイルを使用して、ピーク識別用のデータ内の間隔を設定します。簡単に言うと、指定された時間間隔で発生する最大電圧振幅には「ピーク1」というラベルが付けられ、次の間隔で発生する最小電圧振幅には「トラフ1」というラベルが付けられます。生後1か月から12か月のCBA/CaJマウスのクリック応答とトーンピップ応答の両方の潜時を含む間隔を、8kHzから32kHzの周波数を使用して選択しました。このツールを使用して、マウスのトーンピップ応答も測定することに成功しました。ヒトを含む他の種も同様のウィンドウ内でABR応答を示しており、このツールは他の種のデータにも使用できると予想しています。優れた波形を生成するヒト21の新しい並列ABR法を使用することをお勧めします。時間間隔の制限により、このツールの使用は即時の ABR 応答の評価に制限されます。ただし、このファイルの間隔データは、音声に対するABR応答または音に応答して異なる時間に特徴的に発生するイベント関連電位(ERP)の測定を自動化するために、ユーザーによって変更される可能性があることに注意してください。
このデータの統計的処理のいくつかの特徴は強調する価値があります。私たちの知る限り、この分野には振幅進行を区別するための標準化された治療法がありません。初期の研究ではANOVA22,23を使用していました。ここでのクリック系列のデータ(図2)はノンパラメトリックであり、クラスカル-ウォリス順位和検定の使用につながりました。ANOVAと同様に、クラスカル-ウォリス順位和検定は、刺激の特定のレベルで得られた値の違いを評価します。つまり、グラフ上で得られた線を比較します。ただし、他の治療法も可能です。生物学的には、振幅の進行は、刺激レベルが増加するにつれて、より高い閾値ニューロンの追加動員を反映しています。これは、線の積分を表す曲線の下の領域がより適切な尺度である可能性があることを示唆しています。一般化推定方程式(GEE)は、Patelら5のように、積分分析のために個々のデータをモデル化するために使用することができる。特に、GEE分析では、これらの実験の繰り返し測定設計を考慮に入れることができます。より多くの研究者がデータ分析方法を議論するにつれて、ベストプラクティスに関するコンセンサスの出現が予想されます。
結論として、このホワイトペーパーでは、ABR波形を測定、コンパイル、および視覚化するための無料で使いやすいツールを紹介します。これらのツールは、このプロトコルに従うことでRStudioの初心者の学生が使用でき、厳密さと再現性を向上させるためのブラインドステップが組み込まれています。日常的なABR波形分析により、聴覚機能に影響を与える可能性のある侮辱、遺伝的変異、およびその他の治療法の発見が可能になると予測しています。
The authors have nothing to disclose.
この作業は、NIDCDからPWへの2つの助成金(R01 DC018660)と行政補足賞R01 DC014261-05S1によってサポートされました。
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. |