神经环路应用（41）丨啮齿动物听觉刺激引发反应

听觉刺激引发反应通常涉及到使用特定的声音或噪声作为刺激，以引发实验对象（如人类或动物）的特定反应。这些反应可以是行为上的，也可以是生理上的，例如脑电波的变化、肌肉的收缩或是身体动作等。

动物固定与适应：将小鼠妥善固定在实验装置上，使其头部保持稳定，便于进行钙成像监测。在正式给予听觉刺激前，先让小鼠在实验环境中适应一段时间，使其状态稳定。

给予听觉刺激：按照设定好的参数，通过音响设备向实验箱内播放相应的声音刺激，同时通过在体双光子钙成像系统实时监测小鼠初级体感皮层桶状区神经元的钙信号变化，记录神经元的活动情况，包括神经元的放电频率、活动强度等指标 。

多次重复刺激：为了确保实验结果的可靠性和稳定性，通常会对同一小鼠进行多次听觉刺激实验，每次刺激之间保持一定的时间间隔，让小鼠有足够的时间恢复，同时在不同的小鼠身上重复该实验过程，以获取更具普遍性的实验数据。

脑声常谈建立了多个《动物模型构建与行为评估》交流群，群内分享各种经典和前沿的行为范式，共同交流解决动物实验中遇到的棘手问题，避坑少走弯路！有需要的老师可以扫码添加微信进入讨论群！

刺激配对范式具体步骤：

小鼠在双光子显微镜下固定头部，并呈现包括触觉刺激、听觉刺激或联合视听刺激的试验。触觉刺激由步进电机通过移动杆穿过胡须，步进电机旋转一个完整的360度。电机以每秒1800度的角速度偏转胡须。听觉刺激包括300毫秒的带限噪声爆发，频率范围有两种：较低频率范围8.5-10.5 kHz（N1）和较高频率范围16.5-18.5 kHz（N2）。听觉刺激由数据采集板随机生成，输出采样率为100kHz，并通过一个0.25W、8U扬声器播放，扬声器位于距离小鼠耳朵4.5厘米的位置。使用SilentStepStick TMC 2100步进电机驱动器控制步进电机，以最小化声噪。联合视听刺激包括先是一个听觉刺激，然后大约30毫秒后是一个触觉刺激接触胡须。在一些额外的试验中，既不呈现听觉刺激也不呈现触觉刺激。所有刺激都由Arduino微控制器触发，它向步进电机驱动器和音频信号发生器发出共同的TTL信号，以确保触觉和听觉刺激之间的一致性延迟。在没有胡须刺激的试验中（仅声音和无刺激试验），杆从小鼠脸部移开。总共呈现了6种不同的刺激条件：单独的胡须刺激（W）、单独的噪声1（N1）、单独的噪声2（N2）、胡须刺激加声音1（W+N1）、胡须刺激加声音2（W+N2）和无刺激（NS）。

小鼠在成像前一周适应头部固定。在适应期间，扫描仪在目标就位的情况下运行，以使小鼠适应双光子设置的环境噪音。然后，在配对开始的前一天，小鼠在预配对探针测试中接受所有刺激条件的随机交错试验（每个条件100次试验）。在配对阶段，未奖励范式中的小鼠接受了连续三天的配对试验，每个测试包括800次随机交错的W+N1和N2试验（每个条件400次试验）。配对后，小鼠被呈现额外的随机交错试验的后配对探针测试。

在奖励范式中，小鼠在配对前一周被限制饮水。除了适应头部固定外，通过每次小鼠舔舐时从舔口提供水来观察行为。在所有条件的未奖励刺激的初始预配对之后，小鼠每天接受包括随机交错的W+N1和W+N2试验的配对（每个条件400次试验）。使用连接到舔口的电容触摸传感器测量舔舐，配对期间的预期舔舐被量化为在追踪间隔期间至少发生一次舔舐的概率。小鼠每天至少接受两周的配对。如果小鼠在两周结束时连续两次测试的预期舔舐概率至少为0.7，则停止配对，并给予包括所有条件的随机试验的后配对探针测试，不给予奖励。如果小鼠在两周结束时过去两天的预期舔舐概率低于0.7，则再给予一周的配对测试，之后给予后配对探针测试。

听觉脑干反应记录：

为了验证两种听觉刺激在耳蜗和脑干水平上引起相似的反应，配对完成后对每只小鼠进行听觉脑干反应记录。麻醉小鼠，体温维持在37.0°C。小鼠颅骨被削薄，以便将银线电极直接植入大脑。参考电极插入左耳基部，尾巴接地。信号被一个20倍增益的电池供电前置放大器放大，然后通过一个Lynx放大器放大，增益设置为3004倍，低频和高频截止频率分别为300 Hz和3000 Hz。每个刺激被呈现1000次，每个条件的数据在试验中平均。

记录小鼠的行为，特别是胡须的运动。在听觉刺激过程中，持续记录小鼠初级体感皮层桶状区神经元的钙成像数据，以及与听觉刺激相关的各种参数信息，如声音类型、强度、频率、刺激时间等。

文献引用：

• Kato DD, Bruno RM. Stability of cross-sensory input to primary somatosensory cortex across experience. bioRxiv [Preprint]. 2024 Aug 9:2024.08.07.607026.

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。