Tillvänjning och prepulse hämning av spritta är operativa åtgärder av sensoriska gating. Sensorisk gating avbryts vid schizofreni, och några andra mentala störningar och neurodegenerativa sjukdomar. Vi beskriver här ett standardprotokoll för att bedöma kortsiktiga och långsiktiga tillvänjning samt prepulse hämning av akustiska startle reaktioner hos råttor och möss.
Den akustiska reaktion vid oväntade yttre är ett skyddande immunsvar, som framkallas av en plötslig och intensiv akustisk stimulans. Ansikts-och skelettmuskulatur aktiveras inom några millisekunder, vilket leder till en hel kropp haja på gnagare 1. Trots att skrämma svar är reflexiv reaktioner som tillförlitligt kan utlösas, de är inte stereotypa. De kan moduleras av känslor som rädsla (rädsla förstärkte spritta) och glädje (joy försvagat spritta), av icke-associativ inlärning processer som tillvänjning och sensibilisering, och av andra sensoriska stimuli genom sensoriska gating processer (prepulse hämning), vrida skrämma svar till ett utmärkt verktyg för att bedöma känslor, lärande, och sensoriska slussning för översyn se 2, 3. Den primära vägen förmedlar skrämma svar är mycket kort och väl beskriven, kvalificerade skrämma också som en utmärkt modell för att studera de bakomliggande mekanismerna för beteende-plasticitet på cellulär / molekylär nivå 3.
Vi beskriver här en metod för att bedöma kortsiktiga tillvänjning, långsiktig tillvänjning och prepulse hämning av akustiska startle reaktioner hos gnagare. Tillvänjning beskriver minskningen av reaktion vid oväntade yttre storleken vid upprepad presentationen av samma stimulans. Tillvänjning inom en test session kallas för kortsiktig tillvänjning (STH) och är reversibla efter en period på flera minuter utan stimulans. Tillvänjning mellan testsessioner kallas långsiktig tillvänjning (LTH) 4. Tillvänjning är stimulans specifik 5. Prepulse hämning är dämpningen av en reaktion på plötsliga ljud av en tidigare icke-uppseendeväckande sinnesretning 6. Intervallet mellan prepulse och skrämma stimulans kan variera från 6 till upp till 2000 ms. Den prepulse kan vara en modalitet, men akustiska prepulses är de vanligaste.
Tillvänjning är en form av icke-associativ inlärning. Det kan också ses som en form av sensorisk filtrering, eftersom det minskar organismernas svar på ett icke-hotande stimulans. Prepulse inhibition (PPI) utvecklades ursprungligen i mänskliga neuropsykiatrisk forskning som ett operationellt mått för sensorisk gating 7. PPI underskott kan representera gränssnittet för "psykos och kognition" som de verkar för att förutsäga kognitiv nedsättning 8-10. Både tillvänjning och PPI störs hos patienter som lider av schizofreni 11, och PPI störningar har visat sig vara, åtminstone i vissa fall, bli föremål för behandling med mestadels atypiska antipsykotika 12, 13. Men andra mentala och neurodegenerativa sjukdomar också åtföljas av störningar i tillvänjning och / eller PPI, som autismspektrumstörningar (långsammare tillvänjning), tvångssyndrom, Tourettes syndrom, Huntingtons sjukdom, Parkinsons sjukdom och Alzheimers sjukdom (PPI) 11, 14, 15 Dopamin orsakade PPI underskott är en ofta använd djurmodell för screening av antipsykotiska läkemedel 16, men PPI underskott kan också orsakas av många andra psychomimetic droger, miljö-ändringar och kirurgiska ingrepp.
Varianter av provningsprotokoll
Modulering av skrämma svar har studerats under många decennier i både människor och djur. En enorm mängd olika protokoll har använts i det förflutna. Den nuvarande protokollet är en relativt kort och enkel att utföra test som fungerar bra i gnagare, dock beroende på i fokus och tidigare arbete på respektive frågor, kan det vara bra att variera detta protokoll i syfte att få fram data som är jämförbara till tidigare relevanta studier. En vanlig variant inkluderar tillägg av mer prepulse intensiteter från 3 dB över bakgrundsljudet till 20 dB över bruset. Dessutom kan tillvänjning blocket delas upp i en kort block 5-10 stimuli innan PPI blocket, plus en tredje blocket på 5-10 stimuli efter PPI blocket 18-20. En grundlig studie av befintlig litteratur innan utforma ett provningsprotokoll är därför nödvändig.
Skillnader mellan arter och stammar
Reaktion på plötsliga ljud amplituder och mängden tillvänjning skiljer sig avsevärt mellan enstaka djur av samma trädslag och påfrestningar, medan PPI verkar vara ganska konsekvent. Möss flyttar generellt mer (frivilligt) under testet, vilket kan vara en anledning till att deras uppgifter i allmänhet har en högre variation än råttan data. Möss heller inte vänja liksom råttor. Skillnader mellan enskilda mus eller stammar råtta kan vara enorma 21-24, och det kan vara nödvändigt att anpassa stimulans parameter till skrämma beteendet hos en viss stam för att få optimalt resultat. Det bör undvikas att använda samma utrustning för att testa både möss och råttor. Om det är oundvikligt, bör utrustning noggrant rengöras med etanol.
Få faktorer
Ibland finns det stora skillnader i individuella skrämma svar inom en grupp. För att mäta PPI och tillvänjning, baslinje eller första skrämma Svaren bör helst som täcker större delen av det dynamiska omfånget av mätsystemet. Skjuter är skadliga, eftersom de leder till ett systematiskt fel, oftast underskattar hur mycket tillvänjning eller PPI. Om skrämma svar är för små kan dock moduleringar vara blockerad av buller. Skrämma system möjliggör justering av en vinst faktor som förstärker plattformen signalen. Få faktorer kan justeras genom att visa två eller tre skrämma stimuli under de senaste acklimatisering sessionen (vinst = 1) bör dock en ihåg att de ändrar den absoluta amplituden reaktion på plötsliga ljud och därför inte tillåter en jämförelse av absolut skrämma amplituder längre. För att undvika denna nackdel, skulle de tre skrämma svar som används för justeringar förstärkningsfaktor användas för att bestämma storleken baslinjen spritta. Alternativt kan få faktorer justeras först efter blockerar jag, så att blocket II skrämma svar täcker det mesta av det dynamiska omfånget, medan blockerar jag kan användas för att bestämma svaret baslinjen spritta.
Tillvänjning kontra allergi
Tillvänjning minskar reaktion vid oväntade yttre amplituder. Detta motsätter sig en allergi, vilket leder till en ökning av skrämma reaktioner vid upprepad presentation 25. Tillvänjning och allergi är två oberoende processer som påverkar samma beteende 26. För att mäta tillvänjning bör sensibilisering minimeras. Djur medvetandegöra om ett stimulus är aversiva, och därmed för hög skrämma stimuli bör undvikas för tillvänjning mätningar för översyn se 27. Stress, ångest och rädsla gör också öka spritta svar 28, motsätter tillvänjning och påverka PPI 18. Djur bör därför vara väl hanteras och anpassat till den skrämma provning. Även djur innehavare som är för små och fysiskt hindra djuren är kontraproduktiva, eftersom de framkalla stress hos djuren 29.
Fast kontra randomiserad ITI
Vanliga skrämma protokoll använder antingen en fast internationell studie intervallet (ITI) typiskt av 20 eller 30 sek eller en variabel intervall som pseudorandomizes på värden mellan 15 och 30 sek. Fördelen med en randomiserad ITI ligger i det faktum att djuret inte kan förutsäga tidpunkten för nästa stimulering. Det har visat sig att t.ex. uppmärksamma prepulse förstärker sin effektivitet i att undertrycka spritta svar 13, 30. Mätning PPI med fast ITI kan därför också söka efter uppmärksamhet processer. ITIS under 15 sekunder bör undvikas för att förhindra effekter orsakade av muskeltrötthet och refraktärperioder av muskel svar.
Intensitet och varaktighet prepulse
Vi använder en mycket kort prepulse av 4 ms varaktighet i detta protokoll. Många andra studier använder en 20 ms prepulse. För att kunna variera interstimulus intervals (ISIS) och att mäta även mycket korta intervaller, var detta korta prepulse införs. Effekten av prepulse verkar dämpas med dess korta varaktighet jämfört med en 20 ms prepulse av samma volym. Vi använder därför relativt högt prepulses på 75 och 85 dB. En 85 dB skrämma stimulanspaket (20 ms) kan över tröskeln, en 85 dB prepulse (4ms) normalt inte framkallar skrämma svar. Det är dock viktigt att utvärdera om det inte finns några skrämma svar som framkallades av de prepulse själv som skulle orsaka muskeltrötthet och eldfasta stater under spritta stimulans. Vissa behandlingar som stör PPI har visat sig öka prepulse känslighet 31 (anger PPI störningen inte beror på en förlust av ljudkänslighet), dock kan detta inte hittas hos schizofrena patienter 32 Utvärderingar av prepulse känslighet kan göras antingen genom att analysera plattformen uppgifter under perioden mellan prepulse eller skrämma puls eller genom att ta prepulse ensam prövningar i block II.
Olika ISI kontra olika prepulse intensitet
PPI hos människor ursprungligen mätt vid ISI på 100 ms, där dess effekt är som högst 7. Hos råttor och möss PPI är som högst på 30-50 ms ISI, förmodligen på grund av den mindre storleken på hjärnan 33. På senare år har det blivit uppenbart att olika sändare och sändare receptorer är engagerade i ett seriellt sätt för att utöva den snabbt men långvarig hämning av spritta 3, 34. Beroende på den drabbade datorn, kanske droger eller genetiska manipulationer påverkar därför PPI endast vid speciella Isis. Vi rekommenderar därför att variera ISI mellan 30 ms och 100 ms. Detta gör också att nya studier att jämföra med tidigare studier som använde 100 ms ISI bara. Den 85dB prepulse leder till en mycket robust maximalt PPI på cirka 90%. Observera att detta PPI inte nödvändigtvis kan ökas utan att köra in i ett tak effekt. PPI framkallade på detta sätt också verkar vara ganska robust, är det dock betydligt avbryts t.ex. genom att 1 mg / kg amfetamin. Vi rekommenderar att du använder en andra prepulse på 75 dB, vilket leder till 50-60% PPI bara. Detta PPI kan förstärkas (t.ex. genom 1 mg / kg sc nikotin), och verkar vara mer sårbara för genetiska och farmakologiska manipulation i allmänhet, dock verkar det också vara mer varierande och inkonsekvent även inom ett ämne. Tidigare studier har använt ett enormt utbud av prepulse intensiteter och har ofta visat effekter av behandlingar på PPI med specifika prepulse intensitet och ingen påverkan på PPI med andra prepulse intensiteter. Grundliga studier av den befintliga litteraturen är därför viktigt innan du väljer prepulse intensitet och intervall interstimulus.
Kombination med injektioner systemisk / stereotaxic
Tillvänjning och PPI testning utförs ofta i kombination med systemisk eller stereotaxic injektioner. Det är uppenbart att i dessa experiment djur i en kontrollgrupp få injektioner kontroll fordon. Injektionen själva förfarandet kan dock vara mycket stressande för ett djur, vilket leder till en högre ångest nivå och en förstärkning och / eller sensibilisering av reaktion vid oväntade yttre (se ovan). Det rekommenderas därför att kontrollera för effekten av injektionsbehandling själva också. Om tillvänjning studeras, kanske tidigare injektioner vara ett stort hinder. För att lindra djurets ångest bör djuren tillbaka till sina hem bur så länge som möjligt innan testade (utan drogen avta). Injektionerna bör också ges av en erfaren person för att minimera effekterna av förfarandet på djuret. Om stereotaxic injektionerna sker via kroniskt implanterade kanyler bör kirurg som implantat på kanyler undvika spricker råttornas trumhinnor med spetsiga öron barer. Detta kan leda till hörsel underskott. Blunt örat barer eller manschetter öra som inte spricker trumhinnor är tillgängliga för alla stereotaxic enheter. När råttor hanteras efter operationen bör dammskydd eller dummies manipuleras varje gång, så att djuren vänjer sig.
Akustisk spritta som en hörseltest
Slutligen bör det noteras att I / O-funktioner av akustiska spritta och PPI kan fungera som ett enkelt hörseltest för råttor och möss 35-37. Hearing underskott skifte en I / O-funktionen till höger. När PPI fastställs för en råtta eller mus stam kan djuren också testas med variabel prepulse intensitet. Om ett djur är döv eller inte kan höra prepulse lika högt som en kontroll djur, visas ingen eller lägre PPI än kontroll djur. Å andra sidan kan en observerad PPI underskott alltid orsakas av en hörselnedsättning, alltså en I / O skrämma test eller jämförelser av svaren baslinjen spritta är avgörande kontroller.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete har finansierats av Ontario Mental Health Foundation, naturvetenskap och teknik Forskningsrådet Kanada, och Med Associates Inc.
Name of the equipment | Company | Catalogue number | Comments |
Startle box package | Med Associates (http://www.med-associates.com/) | MED-ASR-PRO1-ADD (http://www.med-associates.com/startle/startle.htm) | Includes hardware & software |
Animal Holder | Med Associates (http://www.med-associates.com/) | ENV-264A (http://www.med-associates.com/startle/startle.htm#animal) | Other sizes and types also available |
USB Sound Pressure Level Measurement Package | Med Associates (http://www.med-associates.com/) | ANL-929A-PC (http://www.med-associates.com/behavior/audio/generator.htm#anl929a) | For calibration |