गिनी सूअरों में श्रवण संवेदना का आकलन करने के लिए प्यूपिलोमेट्री
Summary
प्यूपिलोमेट्री, एक सरल और गैर-इनवेसिव तकनीक, सामान्य श्रवण जानवरों और विभिन्न श्रवण विकृति के पशु मॉडल में श्रवण-इन-शोर थ्रेसहोल्ड निर्धारित करने के लिए एक विधि के रूप में प्रस्तावित है।
Abstract
शोर जोखिम सेंसरिन्यूरल सुनवाई हानि का एक प्रमुख कारण है। शोर-प्रेरित श्रवण हानि के पशु मॉडल ने श्रवण हानि के अंतर्निहित शारीरिक और शारीरिक विकृति में यंत्रवत अंतर्दृष्टि उत्पन्न की है। हालांकि, पशु मॉडल में व्यवहार की कमी के लिए श्रवण हानि के साथ मनुष्यों में देखे गए व्यवहार घाटे से संबंधित व्यवहार संबंधी कमी चुनौतीपूर्ण बनी हुई है। यहां, प्यूपिलोमेट्री को एक विधि के रूप में प्रस्तावित किया गया है जो पशु और मानव व्यवहार डेटा की सीधी तुलना को सक्षम करेगा। विधि एक संशोधित ऑडबॉल प्रतिमान पर आधारित है – एक उत्तेजना की बार-बार प्रस्तुति के विषय को अभ्यस्त करना और रुक-रुक कर एक विचलित उत्तेजना प्रस्तुत करना जो बार-बार उत्तेजना से कुछ पैरामीट्रिक फैशन में भिन्न होता है। मौलिक आधार यह है कि यदि विषय द्वारा बार-बार और विचलित उत्तेजना के बीच परिवर्तन का पता लगाया जाता है, तो यह एक छात्र फैलाव प्रतिक्रिया को ट्रिगर करेगा जो बार-बार उत्तेजना द्वारा प्राप्त होने वाली तुलना में बड़ा है। यह दृष्टिकोण गिनी सूअरों में एक मुखर वर्गीकरण कार्य का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है, श्रवण अनुसंधान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एक पशु मॉडल, जिसमें श्रवण हानि अध्ययन भी शामिल है। एक स्वर श्रेणी से स्वर को मानक उत्तेजनाओं के रूप में और दूसरी श्रेणी को विभिन्न सिग्नल-टू-शोर अनुपातों पर शोर में एम्बेडेड ऑडबॉल उत्तेजनाओं के रूप में प्रस्तुत करके, यह प्रदर्शित किया जाता है कि ऑडबॉल श्रेणी के जवाब में पुतली फैलाव का परिमाण सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ एक स्वरात्मक रूप से भिन्न होता है। विकास वक्र विश्लेषण का उपयोग तब इन छात्र फैलाव प्रतिक्रियाओं के समय पाठ्यक्रम और सांख्यिकीय महत्व को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है। इस प्रोटोकॉल में, गिनी सूअरों को सेटअप में समायोजित करने, प्यूपिलोमेट्री का संचालन करने और डेटा का मूल्यांकन / विश्लेषण करने के लिए विस्तृत प्रक्रियाओं का वर्णन किया गया है। यद्यपि इस तकनीक को इस प्रोटोकॉल में सामान्य-श्रवण गिनी सूअरों में प्रदर्शित किया गया है, विधि का उपयोग प्रत्येक विषय के भीतर सुनवाई हानि के विभिन्न रूपों के संवेदी प्रभावों का आकलन करने के लिए किया जा सकता है। इन प्रभावों को समवर्ती इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल उपायों और पोस्ट-हॉक शारीरिक टिप्पणियों के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है।
Introduction
छात्र व्यास (पीडी) कई कारकों से प्रभावित हो सकता है और पीडी का माप जो समय के साथ बदलता है उसे प्यूपिलोमेट्री के रूप में जाना जाता है। पीडी को आईरिस स्फिंक्टर मांसपेशी (कसना में शामिल) और आईरिस डायलेटर मांसपेशी (फैलाव में शामिल) द्वारा नियंत्रित किया जाता है। कसना मांसपेशी पैरासिम्पेथेटिक सिस्टम द्वारा आंतरिक होती है और इसमें कोलीनर्जिक अनुमान शामिल होते हैं, जबकि आईरिस डायलेटर को नॉरएड्रेनर्जिक और कोलीनर्जिकअनुमानों 1,2,3 से जुड़े सहानुभूति प्रणाली द्वारा आंतरिक किया जाता है। पीडी परिवर्तनों को प्रेरित करने के लिए सबसे प्रसिद्ध उत्तेजना ल्यूमिनेंस-कसना है और पुतली की फैलाव प्रतिक्रियाएं परिवेश प्रकाश तीव्रता2 में भिन्नता से उत्पन्न हो सकती हैं। पीडी फोकल दूरी 2 के कार्य के रूप में भीबदलता है। यह दशकों से जाना जाता है, हालांकि, पीडी गैर-ल्यूमिनेंस से संबंधित उतार-चढ़ाव 4,5,6,7 भी दिखाता है। उदाहरण के लिए, आंतरिक मानसिक अवस्थाओं में परिवर्तन क्षणिक पीडी परिवर्तन प्राप्त कर सकते हैं। छात्र भावनात्मक रूप से आवेशित उत्तेजनाओं के जवाब में फैलता है या उत्तेजना 4,5,8,9 के साथ बढ़ता है। पुतली फैलाव अन्य संज्ञानात्मक तंत्रों से भी संबंधित हो सकता है, जैसे कि मानसिक प्रयास या ध्यान में वृद्धि 10,11,12,13। छात्र के आकार में भिन्नता और मानसिक अवस्थाओं के बीच इस संबंध के कारण, पीडी परिवर्तनों को नैदानिक विकारों जैसे स्किज़ोफ्रेनिया14,15, चिंता 16,17,18, पार्किंसंस रोग 19,20 और अल्जाइमर रोग 21 के मार्कर के रूप में खोजा गया है , दूसरों के बीच। जानवरों में, पीडी परिवर्तन आंतरिक व्यवहार स्थितियों को ट्रैक करते हैं और कॉर्टिकल क्षेत्रों22,23,24,25 में न्यूरोनल गतिविधि के स्तर के साथ सहसंबद्ध होते हैं। पुतली व्यास को चूहों में नींद की स्थिति का एक विश्वसनीय संकेतक भी दिखाया गयाहै। उत्तेजना और आंतरिक स्थिति से संबंधित ये पीडी परिवर्तन आमतौर पर कई दसियों सेकंड के क्रम के लंबे समय के पैमाने पर होते हैं।
श्रवण अनुसंधान के क्षेत्र में, सामान्य सुनवाई के साथ-साथ श्रवण बाधित विषयों में, सुनने के प्रयास और श्रवण धारणा का मूल्यांकन प्यूपिलोमेट्री का उपयोग करके किया गया है। इन अध्ययनों में आम तौर पर प्रशिक्षित शोध विषय 27,28,29,30 शामिल होते हैं जो विभिन्न प्रकार के पहचान या मान्यता कार्य करते हैं। उत्तेजना और पीडी के बीच उपरोक्त संबंधों के कारण, कार्य सगाई और सुनने के प्रयास में वृद्धि को छात्र फैलाव प्रतिक्रियाओं में वृद्धि के साथ सहसंबद्ध दिखाया गया है 30,31,32,33,34,35। इस प्रकार, प्यूपिलोमेट्री का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए किया गया है कि सामान्य-श्रवणश्रोताओं में वर्णक्रमीय रूप से अवक्रमित भाषण को पहचानने के लिए सुनने के प्रयास में वृद्धि हुई है। श्रवण बाधित श्रोताओं में, जैसे कि उम्र से संबंधित श्रवण हानिवाले मनुष्यों में 27,30,37,38,39,40,41 और कॉक्लियर इम्प्लांट उपयोगकर्ता 42,43, भाषण बोधगम्यता में कमी के साथ छात्र प्रतिक्रियाओं में भी वृद्धि हुई; हालांकि, श्रवण बाधित श्रोताओं ने सामान्य श्रवण विषयों 27,30,37,38,39,40,41,42,43 की तुलना में आसान सुनने की स्थितियों में अधिक छात्र फैलाव दिखाया। लेकिन जिन प्रयोगों के लिए श्रोता को एक मान्यता कार्य करने की आवश्यकता होती है, वे हमेशा संभव नहीं होते हैं – उदाहरण के लिए, शिशुओं में, या कुछ पशु मॉडल में। इस प्रकार, ध्वनिक उत्तेजनाओं द्वारा उत्पन्न गैर-ल्यूमिनेंस से संबंधित पुतली प्रतिक्रियाएंइन मामलों में श्रवण का पता लगाने का आकलन करने के लिए एक व्यवहार्य वैकल्पिक विधि हो सकती हैं। पहले के अध्ययनों ने ओरिएंटिंग रिफ्लेक्स46 के हिस्से के रूप में एक क्षणिक और उत्तेजना से जुड़े छात्र फैलाव का प्रदर्शन किया। बाद के अध्ययनों ने उल्लुओं में आवृत्ति संवेदनशीलता वक्रों को प्राप्त करने के लिए उत्तेजना से जुड़े छात्र फैलावके उपयोग का प्रदर्शन किया है। हाल ही में, इन विधियों को मानव शिशुओं में छात्र फैलाव प्रतिक्रिया की संवेदनशीलता का आकलन करने के लिए अनुकूलितकिया गया है। पुपिलोमेट्री को सरल (टोन) और जटिल (जीपी स्वर) उत्तेजनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग करके निष्क्रिय रूप से सुनने वाले गिनी सूअरों (जीपी) में श्रवण का पता लगाने और भेदभाव सीमा का अनुमान लगाने के लिए एक विश्वसनीय और गैर-इनवेसिव दृष्टिकोण के रूप मेंदिखाया गया है। ये उत्तेजना से संबंधित पीडी परिवर्तन आमतौर पर कई सेकंड के क्रम के तेज समय पैमाने पर होते हैं और उत्तेजना के समय से जुड़े होते हैं। यहां, उत्तेजना से संबंधित पीडी परिवर्तनों की प्यूपिलोमेट्री को पशु मॉडल में विभिन्न प्रकार की श्रवण हानि के व्यवहार संबंधी प्रभावों का अध्ययन करने के लिए एक विधि के रूप में प्रस्तावित किया गया है। विशेष रूप से, जीपी में उपयोग के लिए प्यूपिलोमेट्री प्रोटोकॉल, विभिन्न प्रकार के श्रवण विकृति का एक अच्छी तरह से स्थापित पशु मॉडल 50,51,52,53,54,55,56 (एक संपूर्ण समीक्षा के लिए संदर्भ57 भी देखें) का वर्णन किया गया है।
यद्यपि यह तकनीक सामान्य-श्रवण जीपी में प्रदर्शित की जाती है, इन विधियों को आसानी से अन्य पशु मॉडल और विभिन्न श्रवण विकृति के पशु मॉडल के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। महत्वपूर्ण रूप से, प्यूपिलोमेट्री को ईईजी जैसे अन्य गैर-इनवेसिव मापों के साथ जोड़ा जा सकता है, साथ ही संभावित ध्वनि पहचान और धारणा घाटे के अंतर्निहित तंत्र का अध्ययन करने के लिए इनवेसिव इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग के साथ भी जोड़ा जा सकता है। अंत में, इस दृष्टिकोण का उपयोग मानव और पशु मॉडल के बीच व्यापक समानता स्थापित करने के लिए भी किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह प्रोटोकॉल निष्क्रिय रूप से सुनने वाले जानवरों में श्रवण थ्रेसहोल्ड का अनुमान लगाने के लिए एक गैर-इनवेसिव और विश्वसनीय विधि के रूप में प्यूपिलोमेट्री के उपयोग को प्रदर्शित करता है। यहां वर्णित प्र…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को एनआईएच (आर01डीसी017141), पेंसिल्वेनिया लायंस हियरिंग रिसर्च फाउंडेशन और ओटोलरींगोलॉजी और न्यूरोबायोलॉजी विभागों, पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय से धन द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| Analog output board | Measurement Computing Corporation, Norton, MA | PCI-DDA02/12 | |
| Anechoic foam | Sonex One, Pinta Acoustic, Minneapolis, MN | ||
| Condenser microphone | Behringer, Willich, Germany | C-2 | |
| Free-field microphone | Bruel & Kjaer, Denmark) | Type 4940 | |
| Matlab | Mathworks, Inc., Natick, MA | 2018a version | |
| Monocular remote camera and illuminator system | Arrington Research, Scottsdale, AZ | MCU902 | Infrared LED array + camera with infrared filter |
| Multifunction I/O Device | National Instruments, Austin, TX | PCI-6229 | |
| Neural interface processor | Ripple Neuro, Salt Lake City, UT | SCOUT | |
| Piezoelectric motion sensor | SparkFun Electronics, Niwot, CO | SEN-10293 | |
| Pinch valve | Cole-Palmer Instrument Co., Vernon Hills, IL | EW98302-02 | |
| Programmable attenuator | Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL | PA5 | |
| Silicon Tubing | Cole-Parmer | ~3 mm | |
| Sound attenuating chamber | IAC Acoustics | ||
| Speaker full-range driver | Tang Band Speaker, Taipei, Taiwan | W4-1879 | |
| Stereo Amplifier | Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL | SA1 | |
| Tabletop – CleanTop Optical | TMC vibration control / Ametek, Peabody, MA | ||
| Viewpoint software | ViewPoint, Arrington Research, Scottsdale, AZ |
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