Bu makalede, işitsel beyin sapı tepki dalga formundaki ilk beş tepe noktasının ve oluklarının genliklerinin ve gecikmelerinin yarı otomatik ölçümü açıklanmaktadır. Ek bir rutin, deneyci analizi için verileri derler ve bir elektronik tabloya açıklama ekler. Bu ücretsiz bilgisayar rutinleri, açık kaynaklı istatistik paketi R kullanılarak yürütülür.
Son 15 yıldaki birçok rapor, gürültüye maruz kalma gibi hakaretlerden sonra işitsel beyin sapı yanıtı (ABR) dalga formundaki değişiklikleri değerlendirmiştir. Yaygın değişiklikler arasında, tepe 1 genliğindeki azalmalar ve daha sonraki zirvelerin göreceli gecikmelerinin yanı sıra, pik 1’in genliğine kıyasla daha sonraki zirvelerin genliklerinde göreceli bir artışla yansıtılan artan merkezi kazanç bulunur. Birçok deneyci, göreceli yüksekliklerini ve gecikmelerini değerlendirmek için zirveleri ve olukları görsel olarak tanımlar; bu, dalga formları her frekans ve durum için işitme aralığı boyunca 5 dB’lik artışlarla toplandığında zahmetli bir süreçtir. Bu makalede, işitsel beyin sapı yanıtı (ABR) dalga formlarının zirvelerinin ve oluklarının ölçümlerini yarı otomatik hale getirmek için RStudio arayüzü ile açık kaynaklı platform R’de yürütülebilecek ücretsiz rutinler açıklanmaktadır. Rutinler, zirvelerin ve olukların genliklerini ve gecikme sürelerini tanımlar, bunları inceleme için oluşturulan bir dalga formunda görüntüler, sonuçları istatistiksel analiz için bir elektronik tabloya harmanlar ve açıklama ekler ve rakamlar için ortalama dalga formları oluşturur. Otomatik işlemin ABR dalga formunu yanlış tanımladığı durumlarda, düzeltmeye yardımcı olacak ek bir araç vardır. Amaç, ABR dalga formunu analiz etmek için gereken zamanı ve çabayı azaltmaktır, böylece gelecekte daha fazla araştırmacı bu analizleri içerecektir.
İşitsel beyin sapı yanıtı (ABR), hayvan deneklerde ve insan bebeklerinde işitme eşiklerini belirlemek için sıklıkla kullanılır. ABR, sinir sisteminin işitsel uyaranlara ilk tepkilerinin bir elektroensefalogram (EEG) kaydı olduğundan, koklear spiral ganglion nöronlarının koordineli ateşlenmesini ve işitsel beyin sapındaki erken sinyal işlemesini yansıtan ek bilgilertaşır. Bu tepkiler gürültü travmasından etkilenebilir. Örneğin, farelerde geçici bir eşik kaymasına neden olmak için yeterli olan gürültüye maruz kalma, ABR tepe noktası 12’nin genliğini de kalıcı olarak azaltabilir. Dahası, bu tür bir travma, interpeak gecikmelerini azaltabilir ve muhtemelen inhibitör regülasyon4 kaybı nedeniyle, daha sonraki piklerin3’ün göreceli genliklerini artırabilir. Bu bulgulara ek olarak, spesifik genetik mutasyonların travma yokluğunda ABR dalga formunu değiştirdiği gösterilmiştir 5,6,7. Böylece, ABR dalga formlarının rutin analizi, deneysel modellerde işitsel sistem hakkında fikir verebilir.
ABR dalga formlarının hastalar için bir tanı aracı olarak kullanılmasına da ilgi duyulmuştur. Önceki raporlar, ABR pik 1’in gürültüye maruz kaldıktan sonra insan hastalarda mı yoksa tinnitus hastalarında mı azaldığını değerlendirmiştir 8,9. Özellikle, migren ataklarının birkaç hafta boyunca interpeak gecikmelerini geçici olarak arttırdığı bildirilmiştir, bundan sonra etkilenen bireylerde ABR dalga formu normale döner10. COVID-19’un ABR interpeak gecikme sürelerinde uzun vadeli değişikliklere yol açtığı bildirilmiştir 11,12, ancak başka bir çalışmada farklı sonuçlar bildirilmiştir13. İşitme kaybı genellikle yaşlanmada demans ile birlikte görülür ve daha büyük işitme kaybı olan bireyler daha hızlı ilerleyen demans yaşama eğilimindedir14. Araştırmacılar, Parkinson hastalığı (Jafari ve ark.15’te gözden geçirildi) ve Alzheimer hastalığı (Swords ve ark.16’da gözden geçirildi) gibi nörodejeneratif hastalıklarda ve normal yaşlanmada ABR dalga formu değişikliklerini araştırdılar 17. Daha fazla araştırmacı ve klinisyen, yaşlanmada yaygın hastalıklar için biyobelirteçler olarak duyusal eksiklikleri araştırdıkça, ABR gibi teknikler sağlık hizmetlerinde rutin hale gelebilir.
Literatürdeki yöntem bölümlerinin incelenmesi, laboratuvarların ABR dalga formlarını analiz etmek için MatLab’da genellikle özel komut dosyaları yazdığını ortaya koymaktadır. Akıllı İşitme Sistemleri tarafından üretilen ABR platformu, dalga formu analizi için bir işleve sahiptir, ancak bir operatörün tepe noktalarını ve oluklarını manuel olarak seçmesini gerektirir. Burada, açık kaynaklı, serbestçe kullanılabilen istatistiksel ortam R ve RStudio arayüzü için yarı otomatik analiz rutinleri yazdık. Bu rapor, rutinlerimiz kullanılarak elde edilen verileri, bir deneycinin zirveleri ve olukları manuel olarak tanımlamasıyla elde edilen verilerle karşılaştırır ve iki yöntemden elde edilen verilerin güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu gösterir. Önemli olarak, rutinler, örnekler için meta verilerin sonuna kadar dahil edilmeyen ayrı bir dosyaya yerleştirildiği kör edici bir işlev içerir. Bu fonksiyonlar laboratuvarımız için dalga formu analizini kolaylaştırmıştır.
Bu yayında açıklanan protokol, ABR’lerin tıklamalara ve ton pip’lerine voltaj genlik oranlarını ve gecikme aralıklarını açıklayan verilerin elde edilmesini kolaylaştırmaya yardımcı olmalıdır. RStudio’da tek komutlar kullanarak, bir deneyci istatistiksel analiz için bu bilgileri tek bir belgede ayıklayabilir, derleyebilir ve görüntüleyebilir. Bu analizi rutin hale getirerek, alanın ABR’nin gelişimde, yaşlanmada veya farklı türlerde hakaret yoluyla değiştirilebileceği yeni yollar keşfedeceğini umuyoruz. Bu tür bilgiler, gürültü2’den sinaptopatiye benzer önemli mekanizmaları tanımlamak için değerli olabilir. Bu deney için kullanılan genç farelerin oldukça değişken tepkileri vardı, çünkü işitsel beyin sapı bu20 yaşında hala olgunlaşıyor. Bununla birlikte, iki niceleme yöntemi çok güçlü korelasyonlar göstermiştir (Şekil 2).
Komut dosyası, en yüksek tanımlama için veriler içindeki aralıkları ayarlamak üzere “Zaman.csv” adlı bir dosya kullanır. Kısaca, belirli bir zaman aralığında meydana gelen maksimum voltaj genliği “tepe 1” olarak etiketlenir, aşağıdaki aralıkta meydana gelen bir voltaj minimumu “oluk 1” olarak etiketlenir, vb. 8 kHz ila 32 kHz arasındaki frekansları kullanarak 1 ay ila 12 aylık CBA / CaJ fareleri için hem tıklama hem de ton pip yanıtlarının gecikme sürelerini kapsayacak aralıkları seçtik. Aracı farelerde ton pip tepkilerini ölçmek için başarıyla kullandık. İnsanlar da dahil olmak üzere diğer türlerin de benzer pencerelerde ABR yanıtları vardır ve bu aracın diğer türlerden gelen veriler için de kullanılabileceğini tahmin ediyoruz. Mükemmel dalga formları üreten insanlar21 için yeni paralel ABR yöntemini kullanmanızı öneririz. Zaman aralığı sınırlaması, bu aracın kullanımını anında ABR yanıtlarını değerlendirmekle sınırlar. Bununla birlikte, bu dosyadaki aralık verilerinin, konuşmaya ABR yanıtlarının veya sese yanıt olarak farklı zamanlarda karakteristik olarak ortaya çıkan olayla ilgili potansiyellerin (ERP’ler) ölçümlerini otomatikleştirmek için kullanıcılar tarafından değiştirilebileceğini not ediyoruz.
Bu verilerin istatistiksel olarak işlenmesinin bazı özellikleri vurgulanmaya değer. Bildiğimiz kadarıyla, alanın genlik ilerlemelerini ayırt etmek için standartlaştırılmış bir tedavisi yoktur. Erken çalışmalarda ANOVA22,23 kullanılmıştır. Buradaki tıklama serisinden elde edilen veriler (Şekil 2) parametrik değildi ve Kruskal-Wallis rütbe toplamı testinin kullanılmasına yol açtı. ANOVA’ya benzer şekilde, Kruskal-Wallis rütbe toplamı testi, belirli bir uyaran seviyesinde elde edilen değerlerdeki farklılıkları değerlendirir; yani, grafikte elde edilen çizgileri karşılaştırır. Bununla birlikte, diğer tedaviler de mümkündür. Biyolojik olarak, genlik ilerlemeleri, uyaran seviyesi arttıkça daha yüksek eşikli nöronların ek işe alımını yansıtır. Bu, çizgilerin integrallerini temsil eden eğrinin altındaki alanın daha alakalı bir ölçü olabileceğini düşündürmektedir. Genelleştirilmiş tahmin denklemleri (GEE), Patel ve ark.5’te olduğu gibi, integral bir analiz için bireysel verileri modellemek için kullanılabilir. Özellikle, GEE analizi, bu deneylerin tekrarlanan ölçüm tasarımını dikkate alabilir. Daha fazla araştırmacı veri analizi yöntemlerini tartıştıkça, en iyi uygulamalar konusunda bir fikir birliğinin ortaya çıkmasını bekliyoruz.
Sonuç olarak, bu makale ABR dalga formlarını ölçmek, derlemek ve görselleştirmek için ücretsiz ve kullanımı kolay araçlar sunmaktadır. Bu araçlar, RStudio’nun acemi öğrencileri tarafından bu protokolü izleyerek kullanılabilir ve gelişmiş titizlik ve tekrarlanabilirlik için kör edici bir adım içerir. Rutin ABR dalga formu analizinin, hakaretlerin, genetik varyantların ve işitsel fonksiyonu etkileyebilecek diğer tedavilerin keşfedilmesini sağlayacağını öngörüyoruz.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, NIDCD’den PW’ye iki hibe ile desteklenmiştir: R01 DC018660 ve idari ek bir ödül olan R01 DC014261-05S1.
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. |