Kraften i Interstimulus Interval for vurdering af tidsmæssige forarbejdes i Rodents
Summary
Tidsmæssige behandling, en preattentive proces, kan ligge til grund for underskud i højere kognitive processer, herunder opmærksomhed, almindeligt observeret i neurokognitive lidelser. Ved hjælp af prepulse hæmning som en eksemplariske paradigme, præsenterer vi en protokol til at manipulere interstimulus interval (ISI) at etablere form af ISI funktion til at give en vurdering af den tidsmæssige behandling.
Abstract
Tidsmæssige forarbejdning underskud har været impliceret som en potentiel elementært dimension af højere kognitive processer, almindeligt observeret i neurokognitive lidelser. Trods popularization af prepulse hæmning (PPI) i de seneste år fremme mange nuværende protokoller ved hjælp af en procent af kontrolforanstaltning, derved udelukkes vurdering af tidsmæssige behandling. Den nuværende undersøgelse bruges cross-modalitet PPI og gap prepulse hæmning (gap-PPI) for at demonstrere fordelene ved at ansætte en række interstimulus intervaller (ISIs) at afgrænse virkningerne af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering og alder. Vurdering af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering og alder afslører nytten af indflyvningen varierende interstimulus intervallet (ISI) for at etablere formen af funktionen ISI, herunder stigninger (skarpere kurve bøjningsformer) eller formindsker (udfladning af amplituden responskurve) i overraske amplitude. Derudover er forskydninger i peak svar hæmning, tyder på en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI, ofte afsløret. Således, den systematiske manipulering af ISI frembyder en afgørende mulighed for at evaluere tidsmæssige behandling, der kan afsløre de underliggende neurale mekanismer involveret i neurokognitive lidelser.
Introduction
Tidsmæssige forarbejdning underskud har været impliceret som en potentiel underliggende neurale mekanisme for ændringer i højere kognitive processer almindeligt observeret i neurokognitive lidelser. Prepulse hæmning (PPI) af auditive overraske svar (ASR) er en translationel eksperimentelle paradigme bruges normalt til at undersøge tidsmæssige forarbejdning underskud, afslørende dybtgående ændringer i neurokognitive lidelser som skizofreni1, opmærksomhed underskud hyperaktivitet lidelse2 og HIV-1 associerede neurokognitive lidelser3,4. Specifikt, har vurderinger af tidsmæssige forarbejdning i prækliniske modeller af HIV-1 afsløret den almenhed, relative permanens, og foreslog den diagnostiske nytte af PPI på tværs af fleste af dyrene funktionelle levetid3,4 ,5,6.
Bruges en tilgang med varierende interstimulus interval (ISI; dvs. tid mellem en prepulse og overraske stimulus) i analysen af refleks ændring datoer tilbage til Sechenov i 18637. De skelsættende undersøgelser af refleks ændring, en foranstaltning af sensorimotor gating, ansat indflyvningen varierende ISI at vurdere flexor svar og audition i frøer7,8, samt refleksmæssigt svar i mennesker9. De første kliniske anvendelse af proceduren refleks ændring vurderes visuelle følsomhed i en mand med hysterisk blindhed10. Over et århundrede efter de første rapporter af refleks ændring blev tilgang af varierende ISI populariseret på tværs af en række skelsættende papirer11,12,13. Trods de iboende forskelle i de skelsættende undersøgelser på refleks modifikation (dvs. arter, eksperimentelle procedurer, reflekser) etablerede de et tidsmæssige forhold, der var påfaldende ens mellem arter.
Vurdering af prepulse hæmning ved hjælp af en metode variere ISI, som beskrevet i denne protokol, har flere fordele frem for de populariseret procent af kontrol tilgang. Først, tilgangen giver mulighed for at etablere formen af funktionen ISI, herunder stigninger (skarpere kurve bøjningsformer) eller formindsker (udfladning af amplitude responskurve)3,15 i overraske amplitude, samt forskydninger i peak point for svar hæmning3,5. Derudover når indflyvningen varierende ISI er ansat, er overraske svar en relativt stabil fænomen1, tyder på den potentielle nytte af tilgang i longitudinelle studier undersøger progression af neurokognitive underskud5 , 15. Endelig PPI giver en afgørende mulighed for at forstå de underliggende neurale kredsløb involveret i neurokognitive lidelser16.
I vores undersøgelse ansat vi to eksperimentelle paradigmer (figur 1), herunder cross-modalitet PPI og hul prepulse hæmning (gap-PPI), for at vurdere nytten af indflyvningen varierende ISI at afgrænse virkningerne af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering, og alder. Cross-modalitet PPI eksperimentelle paradigme udnytter præsentationen af en ekstra stimulans (f.eks.tone, lys, luft pust) som et diskret prestimulus forud for en akustisk overraskende stimulus. I skarp kontrast, i hul-PPI eksperimentelle paradigme, tjener fraværet af en baggrund (fx, fjernelse af baggrundsstøj, lys eller luft pust) som en diskret prestimulus. Her beskriver vi både eksperimentelle paradigmer for vurdering af tidsmæssige forarbejdning, samt statistiske metoder til analyse af PPI og gap-PPI. I diskussionen sammenlignede vi de konklusioner, man ville drage fra variabel ISI tilgang og populariseret procentdelen af kontrol tilgang.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol beskriver magt af varierende ISI for vurdering af tidsmæssige behandling for undersøgelser beskæftiger enten tværsnits eller langsgående eksperimentelle design. Gennemgang af virkningerne af sensoriske modalitet, psykostimulanser eksponering eller alder på formen af funktionen ISI påvist sin nytte i afslører en differentieret følsomhed over for manipulation af ISI (dvs. arbejdsskift i punkt af maksimal hæmning) eller en relative ufølsomhed over for manipulation af ISI (dvs., sk…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev delvist understøttet af tilskud fra NIH (National Institute on Drug Abuse, DA013137; National Institute for børns sundhed og udvikling af menneskelig HD043680; National Institute of Mental Health, MH106392; National Institute of neurologiske sygdomme og slagtilfælde, NS100624) og tværfaglig forskning træningsprogram understøttes af University of South Carolina adfærdsmæssige-biomedicinsk Interface Program. Dr. Landhing Moran er i øjeblikket en videnskabelig Officer på NIDA Center for kliniske forsøg netværk.
Materials
| SR-Lab Startle Response System | San Diego Instruments | ||
| Isolation Cabinet | Industrial Acoustic Company | ||
| SR-Lab Startle Calibration System | San Diego Instruments | ||
| High-Frequency Loudspeaker | Radio Shack | model #40-1278B | |
| Sound Level Meter | Bruel & Kjaer | model #2203 | |
| Perspex Cylinder | San Diego Instruments | Included with the SR-Lab Startle Response System | |
| SR-Lab Startle Response System Software | San Diego Instruments | Included with the SR-Lab Startle Response System | |
| Light Meter | Sper Scientific, Ltd. | model #840006 | |
| Airline Regulator | Craftsman | model #16023 | |
| SPSS Statistics 24 | IBM | Used for Statistical Analyses (Optional) |
References
- Braff, D., Stone, C., Callaway, E., Geyer, M., Glick, I., Bali, L. Prestimulus effects on human startle reflex in normals and schizophrenics. Psychophysiology. 15 (4), 339-343 (1978).
- Castellanos, F. X., Fine, E. J., Kaysen, D., Marsh, W. L., Rapoport, J. L., Hallett, M. Sensorimotor gating in boys with Tourette’s Syndrome and ADHD: Preliminary results. Biological Psychiatry. 39 (1), 33-41 (1996).
- Moran, L. M., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Time and time again: Temporal processing demands implicate perceptual and gating deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 8 (4), 988-997 (2013).
- McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. A gap in time: Extending our knowledge of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 12 (1), 171-179 (2017).
- McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Progression of temporal processing deficits in the HIV-1 transgenic rat. Scientific Reports. 6, 32831 (2016).
- McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Temporal processing demands in the HIV-1 transgenic rat: Amodal gating and implications for diagnostics. International Journal of Developmenta Neuroscience. 57, 12-20 (2017).
- Sechenov, I. M. . Reflexes of the Brain. , (1965).
- Yerkes, R. M. The sense of hearing in frogs. Journal of Comparative Neurology and Psychology. 15, 279-304 (1905).
- Bowditch, H. P., Warren, J. W. The knee-jerk and its physiological modifications. Journal of Physiology. 11, 25-64 (1890).
- Cohen, L. H., Hilgard, E. R., Wendt, G. R. Sensitivity to light in a case of hysterical blindness studied by reinforcement-inhibition and conditioning methods. Yale Journal of Biology and Medicine. 6, 61-67 (1933).
- Hoffman, H. S., Searle, J. L. Acoustic variables in the modification of startle reaction in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 60, 53-58 (1965).
- Hoffman, H. S., March, R. R., Stein, N. Persistence of background acoustic stimulation in controlling startle. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 68 (2), 280-283 (1969).
- Ison, J. R., Hammond, G. R. Modification of the startle reflex in the rat by changes in the auditory and visual environments. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 75 (3), 435-452 (1971).
- Moran, L. M., Hord, L. L., Booze, R. M., Harrod, S. B., Mactutus, C. F. The role of sensory modality in prepulse inhibition: An ontogenetic study. Developmental Psychobiology. 58 (2), 211-222 (2016).
- McLaurin, K. A., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Evolution of the HIV-1 transgenic rat: Utility in assessing the progression of HIV-1-associated neurocognitive disorders. Journal of Neurovirology. 24 (2), 229-245 (2018).
- Hoffman, H. S., Ison, J. R. Reflex modification in the domain of startle: I. Some empirical findings and their implications for how the nervous system processes sensory input. Psychological Review. 87 (2), 175-189 (1980).
- Ison, J. R., Agrawal, P., Pak, J., Vaughn, W. J. Changes in temporal acuity with age and with hearing impairment in the mouse: A study of the acoustic startle reflex and its inhibition by brief decrements in noise level. The Journal of the Acoustical Society of America. 104, 1696-1704 (1998).
- . Startle response: Acoustic startle reflex response 101 Available from: https://mazeengineers.com/acoustic-startle-response/ (2014)
- Curzon, P., Zhang, M., Radek, R. J., Fox, G. B., Buccafusco, J. J. The behavioral assessment of sensorimotor processes in the mouse: Acoustic startle, sensory gating, locomotor activity, rotarod, and beam walking. Methods of behavior analysis in neuroscience. , (2009).
- Geyer, M. A., Swerdlow, N. R. Measurement of startle response, prepulse inhibition, and habituation. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
- Parisi, T., Ison, J. R. Development of the acoustic startle response in the rat: Ontogenetic changes in the magnitude of inhibition by prepulse stimulation. Developmental Psychobiology. 12 (3), 219-230 (1979).
- Tabachnick, B. G., Fidell, L. S. . Experimental designs using ANOVA. , (2007).
- Bliss, C. I. The transformation of percentage for use in the analysis of variance. Ohio Journal of Science. 38, 9-12 (1938).
- Bartlett, M. S. The use of transformations. Biometrics. 3, 39-52 (1947).
- Cochran, W. G. The analysis of variance when experimental errors follow the poisson or bimodal laws. Annals of Mathematical Sciences. 11, 335-347 (1940).
- Greenhouse, S. W., Geisser, S. On methods in the analysis of profile data. Psychometrika. 24, 95-112 (1959).
- Fendt, M., Li, L., Yeomans, J. S. Brain stem circuits mediating prepulse inhibition of the startle reflex. Psychopharmacology (Berl). 156 (2-3), 216-224 (2001).
- Koch, M., Schnitzler, H. U. The acoustic startle response in rats: Circuits mediating evocation, inhibition and potentiation. Behavioural Brain Research. 89 (1-2), 35-49 (1997).
