文摘

一生中,感官系统适应的感官环境提供最佳反应相关的任务。在开发系统的情况下,感觉输入引起变化是永久性的和可检测到成年。以前,我们已经表明,饲养老鼠幼崽在复杂声学环境(可怕地和暂时调制声音)在断奶后14天(好)P28永久改善下丘神经元的响应特性和听觉皮层,影响tonotopical安排,响应阈值和强度和频率选择性和特性转化和神经元飙升的再现性模式。在这项研究中,我们使用的一组行为测试基于声惊吓反应的记录(ASR)及其前脉冲抑制(PPI),目的是延长的证据持续发展声学富集的有利影响。丰富的动物通常不是惊人的声音更敏感,而且,ASR的PPI,噪音或纯音脉冲引起的,与控制。然而,他们表现出更明显的PPI代表前脉冲刺激时通过改变背景音的频率或沉默的空白背景噪音。之间的差异的PPI ASR丰富和控制动物显著较低(55分贝),但不高(65 - 75分贝),背景声音的强度。因此,抚养幼崽在听觉上丰富的环境导致了提高频率分辨率和检测能力差距在更困难的测试条件下,即刺激清晰,恶化。我们证实,使用行为测试,一个听觉上丰富的环境中发展的关键时期影响听觉系统的频率和时间处理,这些变化持续下去,直到成年。

1。介绍

少年感官系统经过一个关键的发展时期(CP),增加感官感受性和可塑性,在一个特定的经验可能有终生的影响。在听证会上,适当的声音刺激建立和维护正常的听力功能至关重要。因此,在CP听觉体验的发展中起着重要的作用的看法行为重要的声音和在不同哺乳动物包括人类特有的通信。

老鼠幼崽显示出现听力P11-P12左右,与CP扩展到产后生活的第一个月(1,2]。在此期间,听觉皮层神经元(AC)证明光谱选择性差、音质组织薄弱,和广泛的优化曲线,与幽灵似地广泛而暂时延长边带抑制接受字段与成年动物相比,但是他们似乎更适合光谱和时间集成在一个非常广泛的声波输入(3]。由于这些原因,幼鼠的合适模型研究听觉系统的声学环境的影响在其成熟。绝对声学不足或不适当的刺激这个敏感发育期间可能会扰乱正确的听觉系统的发展和造成永久性改变其结构和响应性的听觉脑干听觉皮层的(1,3- - - - - -8]。相反,一个设计良好的声环境的浓缩会改善响应强度,阈值,选择性,和延迟的下丘(IC) [9)和听觉皮层神经元(10,11),刺激听觉皮层(生理可塑性12),提高声音的解码性能A1神经元(嵌入在噪音13]。此外,接触一个听觉上丰富的环境生长发育的关键时期可以引起永久性改变神经元在中枢听觉系统的结构,如树突长度,体积和密度的变化刺(14]。

以往的经验显示,一个浓缩的复杂安排,包括声学和额外的听觉刺激,正确的数量可以提高成绩,减少反应时间和方位偏差在sound-azimuth歧视测试(15],和恢复声音频率歧视破坏了早期的噪声暴露后老鼠接近正常(16]。然而,在这些情况下,实现了改进的来源并不完全是一个声学浓缩。

很少有研究描述的行为后果的接触仅仅在关键时期听觉上丰富的环境。徐et al。17)表明,在不同的声音duration-discrimination任务,music-exposed老鼠收购行为比控制老鼠,支持假设早期听觉浓缩与音乐增强了学习能力在听觉信号侦测任务和一个声音duration-discrimination任务。另一方面,大鼠饲养在产后发展从9 (P9),直到天38 (P38) pulsed-noise刺激或语音,没有表现出明显的优势辅音,元音或由摩擦产生的检测、控制老鼠(相比18]。最近,丑行et al。13)发现,成年老鼠经历适度大声调制噪声在听觉显示一种改进的关键时期检测行为信号中噪声的能力。

在先前的研究中,我们描述的变化反应集成电路(9)和AC神经元(19,20.]在听觉上丰富的应用程序环境(爱意)发展的关键时期。我们已经表明,大鼠饲养在一个复杂的声学环境(可怕地和暂时调制声音强化了一个活跃的行为范式与正反馈)展出永久改善响应特性;特别是,丰富动物的神经元兴奋性阈值较低,尖锐的频率选择性和低比例的非单调rate-intensity函数(9,19]。重复的刺激,神经元表现出更低的峰值计算方差,表明一个更稳定的速率编码在刺激重复更高程度的相似性。此外,神经元跟着时间的刺激更精确。重要的是,这些AEE-induced变化,发达国家在听觉系统的成熟是永久性的和可检测在成年后。这些发现表明一个听觉上丰富的环境在产后发展的关键时期影响神经元接受的基本属性字段在集成电路和交流,这可能影响检测和辨别声音的能力,也影响特性转化,重现性和神经飙升的精细结构模式(20.]。

在这项研究中,我们应用相同的爱意范式发展接触是否听觉系统的可塑性,我们以前观察到下丘神经元反应的初级听觉皮层也体现在对声音刺激的行为反应。实验范式是基于记录和评估声惊吓反应(ASR)反射性动作反应意想不到的听觉刺激。为了实现我们的目标我们利用人造硅视网膜和前脉冲抑制ASR (PPI),即,the inhibition of the ASR induced by the presentation of an acoustical stimulus shortly preceding the startling sound. It was shown previously that PPI of ASR, with proper modifications, provides an efficient and accurate method to assess acoustic discrimination in experimental animals [21]。前脉冲信号,我们使用以下几点:(i)短暂的噪音或纯音脉冲来估计这些动物的敏感性的声音不同的强度,(ii)沉默的间隙嵌入背景噪音评估差距检测能力(22- - - - - -24),或(3)短期变化的背景音频率评估频率歧视的能力(21,25- - - - - -27]。人造硅视网膜反应性测量和ASR的PPI在成年大鼠饲养在听觉上丰富的环境,在常规条件下。

2。方法

2.1。实验小组

雌性老鼠的Long-Evans应变(从当地获得繁殖设施)被用于这项研究。一组大鼠(丰富, )被暴露在一个听觉上丰富的环境(爱意)强化积极行为反馈两周在产后第一天好(更详细的爱意,请参阅[9,19])。给出了爱意活动晚上期间为12个小时。刺激了宽带调幅噪声(见图1),暂时变量正弦包络谱(983 - 48461赫兹频率范围,深度谱涟漪30 dB,调幅的截止频率的低通指数噪声包络2赫兹)。波及背景噪音是在55分贝。目的是吸引动物的听觉刺激,噪声背景补充了几种类型的嵌入式目标声音出现随机时间(60分贝,500毫秒时间每个;光谱内容集中附近6千赫):纯质的音调,锯齿波信号,调制深度为1.5赫兹的调频音,调制频率10赫兹,和1/3-octave噪音。调频音触发释放下降奖赏一甜蜜的糖浆。奖励输出相对于触发声音被推迟到2 s,给动物足够的时间参加交付壶嘴。可用的下降总是大约2 s,然后掉了的动物。一群年龄大鼠(控制, )在标准的住房条件(35 - 40分贝的环境噪音,噪音与最小波动)稳定没有声学浓缩。

老鼠被安置在12 h光明/黑暗的时间表,可以免费获得水和一个标准的饮食。的护理和使用动物伦理委员会批准的实验医学研究所的,捷克共和国科学院,跟着欧盟指令2010/63 /欧盟的指导方针的动物实验。

2.2。行为测试

行为测试的动物是在成年后3到6个月时(图1)。行为进行了测试在sound-attenuated实验箱(Coulbourn习惯,模型E10-21)。在测试期间,每个老鼠被放置在一个钢丝笼( 毫米)动作传感平台在盒子里面。对声音刺激老鼠的反射动作检测和转换为电压信号的测压元件响应遥感平台。放大电压信号采用一个TDT)进行收购和加工系统3实时处理器RP 2(塔克戴维斯技术、Alachua Fl)和定制的软件在Matlab环境中。100 ms windows的惊吓反应进行了评估,开始爆发的惊人的刺激。ASR的大小测量瞬态电压的振幅最大峰出现在窗口的响应。声刺激被TDT生成系统(实时处理器RP 2),放大,通过扬声器(海洋、29 af / W),并放置在室上方的动物。刺激表示和数据采集由一个定制的应用程序控制在Matlab环境中。执行器的校准频率4 kHz和32 kHz之间由一个1/4英寸Bruel &·卡亚尔:4939麦克风连接到一个Bruel &·卡亚尔:佐0020前置放大器和声级计2231 b和k。在校准,校准麦克风是定位在动物的头的位置在测试笼子。

2.2.1。测量声惊跳反应

丰富的惊跳反应和控制老鼠被一个amplitude-intensity函数特征,测量了三种类型的惊吓刺激在安静(宽带噪声(BBN)脉冲,6单音脉冲kHz,单音脉冲和16赫兹)。每个测试会话包含六个相同的模块,包括惊人的实验组成的50毫秒时间惊吓刺激不同的强度(55岁,60岁,65,70,75,80,85,90,100,110,115,和120分贝)和nonstartling试验(基线评估的活动),提出了在随机顺序与intertrial间隔15到30年代的不同。

2.2.2。前脉冲抑制ASR的测量

PPI的ASR的评估,不同前脉冲刺激被用于我们的研究按照实验任务。PPI测量的每个测试会话包含八个相同的模块包括三个试验类型:独自惊吓刺激(110分贝BBN破裂的50毫秒时间为0.5 ms上升/下降时间),惊吓刺激前脉冲之前,和审判没有任何刺激(基线评估活动);试验给出了在随机顺序间隔15到30年代的不同。(1)灵敏度阈上的声音(BBN、6 kHz的语气和语调16千赫)被测量的PPI ASR引起评估给定的声音在安静的。50毫秒的影响声音前脉冲持续时间不同的强度(10年,20年,30、40、50、60和70分贝)进行测试的每一块测试会话;惊吓和前脉冲刺激之间的间隔是50 ms(2)差距检测能力的评估是由测量的PPI ASR引起的各种期限缺口BBN嵌入在一个背景。五个差距前脉冲的持续时间(5、10、15、30、50 ms)是用于每个测试块;缺口前脉冲之间的间隔和惊吓脉冲(上)是70 ms。差距的影响前脉冲测试的三个层次背景BBN(55分贝,65分贝和75分贝)(3)频率歧视能力的评估是由测量ASR的PPI,引起短期(50 ms)增加的背景音频率( )的价值 (25]。惊吓和前脉冲刺激之间的时间间隔设置为50毫秒。五个频率差异的影响( ,10、15、30、50%的 )背景音( kHz或16 kHz)测试每一块测试会话。PPI的测量进行了三个层次的背景音(55分贝,65分贝和75分贝)

PPI的功效被表示为一个百分比的惊吓没有前脉冲的振幅: ;因此,ASR比率反映了强劲的PPI值较小。

2.3。统计分析

RM双向方差分析和Bonferroni多重比较的测试被用来确定ASR和PPI曲线之间的差异,与个人的点,鉴于实验组之间是显著的。所有统计测试被执行在GraphPad棱镜(GraphPad软件,拉霍亚,CA)。

3所示。结果

3.1。惊跳反应的评估噪音和基调

amplitude-intensity的比较依赖ASR的三个测试声音(BBN 6赫兹的语气,和16赫兹的语气)丰富和控制老鼠之间没有差异,无论是整个曲线之间还是在单独的强度点(图2)。在两组中,与BBN脉冲刺激惊吓引出最高的功效。语气脉冲作为惊人的刺激时,ASR的大小随刺激频率的增加而表现出减少的趋势在丰富和控制老鼠:16赫兹音调诱发比6 kHz弱ASR音调,特别是在100年和120年之间分贝;这些频率的amplitude-intensity曲线在每个实验组(图明显不同2 (b)与图2 (c), 和 为丰富和对照组,分别)。

3.2。听觉功能评估的PPI范例

3.2.1之上。对噪声的敏感性和基调

对宽带噪声和音调的估计6 kHz和16 kHz使用前脉冲抑制ASR执行。惊吓的比较PPI BBN或色调前脉冲引起的各种强度没有差异PPI函数依赖(PPI的前脉冲强度)之间的丰富和控制动物(图3)。这些结果表明类似的敏感性测试声音在整个调查范围的强度在两组动物。

3.2.2。差距检测能力

检查的可能影响发展声暴露在成年大鼠检测性能的差距,我们研究了PPI ASR的差距引起的各种期限在三个背景BBN强度水平(55、65和75分贝)。在这两个实验小组在所有测试条件下,ASR的gap-PPI增加而延长的差距。丰富和控制之间的显著差异只老鼠出现的最低水平背景BBN-55分贝(图4),特别是30 ms差距持续时间(47.42%比31.76%控制在丰富的老鼠, , ,RM双向方差分析Bonferroni多重比较检验)。随着背景BBN强度的增加从55分贝到65和75分贝,丰富和对照组之间的差异成为边际。

3.2.3。频率歧视能力

确定和听觉上丰富的饲养如何影响频率歧视能力,我们使用PPI过程的前脉冲由短期增长的背景(增加单音频率来 持久的50毫秒)。ASR测量几个频率差异的质子泵抑制剂( ,10、15、30、50%的 ),6 kHz和16赫兹的音调在三个强度水平(55分贝,65分贝和75分贝)。图5描述了PPI的ASR作为频率的函数变化 。ASR发展壮大的质子泵抑制剂水平增加频率差异在所有测试的背景音,为丰富和控制老鼠。明显大前脉冲抑制ASR的发现丰富了老鼠的最低强度(55分贝)6 kHz和16赫兹的背景色调。随着背景强度,频率变化的检测条件变得更容易。因此,在65分贝,改进的 - - - - - -检测能力的丰富老鼠很小,在75分贝,两组的性能成为背景音调可比。

4所示。讨论

在这项研究中,我们审查的影响听觉上丰富的环境中应用的关键时期成年老鼠的产后发展听到功能。一套基于ASR的记录及其行为测试前脉冲抑制。我们发现差异的丰富和控制动物PPI ASR当前脉冲刺激沉默的缝隙噪音或背景音的频率的变化。这些差异都显著较低(55分贝)但不高(65 - 75分贝)强度的背景声音,即。测试条件下更加困难。

4.1。方法

影响听证制度的发展,我们饲养老鼠幼崽在合成波及噪声从听力开始2周。听觉上的构成丰富的环境应该非常仔细地考虑,从内容的角度和强度。环境声音的强度不应太高了:我们之前的实验表明,大鼠暴露于噪音的听觉显示显著变化的ASR阈值和ASR振幅在接下来两周的生活;严重依赖于曝光时间的影响(28]。在成年后,这些动物体现声强(感觉的改变29日)和受损频率差距歧视和检测能力,即使在正常的听力阈值的情况下(25,30.]。然而,即使是在适度的情况下的环境声音,影响可能是负面的。一些先前的研究已经表明,暴露在中等强度连续白噪声(3),脉冲噪声(8,18,31日,32),音调(1,2,33- - - - - -35),或调频清洁工36,37tonotopicity]在开发过程中导致退化,频率优化,或光谱和时间处理皮质和脑干神经元的特性。甚至成年动物适度的长期接触噪音约65分贝导致消极的皮质颞和光谱的变化声音处理时间的重要行为障碍歧视(38在安静的[],以及频率歧视39]。因此,为了避免声暴露的病理效应,我们将动物暴露在低水平的声音(则高达55 - dB SPL)彻底选择刺激(宽带,跨越大多数动物的听力范围,调制频率和振幅,在许多方面)和随机设计与自然的声音。我们没有看到任何负面听觉通路的变化在任何阶段我们学习9,19,20.]。我们的研究结果是一致的研究使用作为一个丰富的环境非常复杂的浓缩(10,11,15,17)或不同spectrotemporally调制背景噪音(13)或演讲(18较低的强度)。

4.2。行为测试

在行为测试中,我们应用三种类型的刺激比较丰富和对照组的动物:BBN(足够的强烈刺激,覆盖宽频率范围(从0.5至25 kHz),在产后6千赫纯音频率使用接触吸引动物的注意爱意)和16赫兹纯质的音调(选择最低的听觉范围阈值的老鼠和足够远从以前的刺激)。

实验范式的使用是基于声惊吓反应(ASR),这是一个反射性的反应表示后一个意想不到的强烈刺激。电路调停ASR相对比较简单,只包含几个突触(21,40,41]。人造硅视网膜的结构基础包括耳蜗根神经元,神经元的耳蜗神经核,核的外侧丘系,尾桥的网状核、脊髓中间神经元和脊髓运动神经元21,42- - - - - -44]。惊吓反射显示一些形式的行为可塑性包括习惯化、敏感化,抑制中枢听觉处理提供重要的信息。在目前的研究中,我们利用抑制ASR振幅诱导通过与几种类型的前脉冲抑制nonstartling刺激。这允许前脉冲刺激的知觉显著待定。重要的是,PPI是反射性的,它不需要动物训练,因此它基本上消除了动机和注意力的影响。惊吓的电路调停前脉冲电路包括耳蜗核、下丘,上丘,和pedunculopontine盖的核,尾桥的网状核项目。的神经元结构调节PPI-mediating电路,由空白嵌入背景声音和背景音的频率的变化,包括边缘皮层,前额叶皮层、纹状体和苍白球和其他中央结构包括听觉皮层(21,24,44- - - - - -48]。因此,特别是不同的PPI功效的丰富老鼠可以反映双向可塑性在中枢听觉系统,由一个在产后早期听觉上丰富的环境了。

4.2.1。准备爱意在对声音刺激敏感性的影响

接触老鼠幼崽的爱意并没有导致任何重要的ASR振幅的变化诱发BBN和两个音调,以及ASR的PPI与语气,BBN-burst前脉冲。因此,我们没有观察到任何处理的信号强度变化的迹象,响度感知,这主要是由于早期发生声创伤(25,28- - - - - -30.]。

4.2.2。爱意差距检测能力的影响

抑制ASR的一个简短的背景差距BBN (gap-PPI)被广泛用于评估的能力检测(空白49,50)评估听觉时间分辨率(22- - - - - -24),也是作为筛查工具申请耳鸣的存在(51]。对于人类来说,时间分辨率对语音识别很重要,因此检测试验的差距代表一个临床可行的衡量言语知觉(52,53),和赤字缺口检测也显示与年龄相关性恶化言语理解(54- - - - - -56]。

披露可能影响发展声学浓缩的间隙检测能力,我们使用gap-prepulse范例。我们评估了大量的ASR抑制,引起不同持续时间的空白背景BBN不同级别(55分贝,65分贝和75分贝),大鼠在常规条件下饲养的爱意或。我们的研究结果显示,在所有的三个测试强度条件ASR抑制丰富动物更明显。然而,大幅升值gap-PPI丰富观察老鼠的最低强度测试的背景BBN(55分贝),即条件下的间隙检测更加困难的任务。以前,它已经表明,背景BBN强度下降增加了额外的复杂性任务,通常会导致识别差距的恶化57- - - - - -60]。人们普遍认为惊吓的强度反映了知觉显著的前脉冲抑制24,61年- - - - - -63年]。因此,我们可以得出这样的结论:相同的检测能力差距是高纯度大鼠与对照组相比,特别是在减少的情况下可听到的声波刺激。同样与先前的研究24,30.,63年),我们有经验的增加抑制效果的持续时间延长差距在两个动物组。弱抑制ASR引起两组5 ms差距表明,几乎没有人注意到这种刺激的老鼠。更长时间的差距(10 ~ 30 ms)生产更坚固、可靠的ASR抑制所有的老鼠;然而,改善gap-PPI丰富老鼠身上更加明显。30 ms的性能差距在55分贝背景BBN更好的丰富的老鼠。进一步增加持续时间的差距高达50毫秒的任务更容易和减少gap-PPI性能之间的差异丰富和对照组,表明类似的时间知觉的显著差距。增加背景BBN强度65分贝和75分贝导致两组gap-PPI性能的改善和减少gap-PPI差异之间的丰富和控制动物。我们可以得出这样的结论,爱意的饲养动物提高了间隙检测能力。的改善最为明显,尤其是在更困难的条件下检测任务的差距(差距中间嵌入低强度BBN持续时间)。这些发现可以作为听觉即时处理的积极变化的证据,由于发展声学浓缩,而不是缺陷检测能力的差距在成年老鼠被暴露于噪音的听力(7,30.]。

4.2.3。爱意在频率歧视的影响

在我们之前的研究中,我们表明,爱意范式应用导致改善集成电路的频率选择性和AC神经元(9,19]。我们因此推测,爱意可以提高频率歧视能力暴露动物来衡量行为的技术。我们使用PPI的ASR的改性方法来评估听觉频率歧视通过检测短期变化的能力背景音的频率作为前脉冲刺激(21,25- - - - - -27]。丰富的老鼠表现出整体提高检测频率的变化。前脉冲抑制ASR的大幅升值,这反映了一种更有效的检测频率的变化,发现了丰富的老鼠在最低强度测试(55分贝)6 kHz和16赫兹的背景色调。丰富和控制老鼠之间的显著差异进行测量时,并未观察到高强度(65或75分贝)的背景色调。背景声音强度的增加提高了感知清晰的频率变化,测试变得更容易,和丰富的优越性动物减少,同样的结果差距检测测试。重要的是,提高频率歧视能力出现在测试频率,所以接触的影响不是特定于补充的频率听起来用于浓缩作为警示标志,但更广义。类似地,丑行et al。13)表明,在适度饲养大鼠后大声spectrotemporally调制背景噪音,噪声暴露行为的好处并不只局限在接触噪声的统计数据。

频率歧视是听觉系统的基本特性之一。检测和编码的能力快速变化的光谱特征声音是必不可少的沟通(26]。人类的研究表明,患有先天性或早期开发轻度或中度感音神经性听力损失经常出现损伤的能力感知声音(光谱差异64年,65年),这可能导致标志着语言的发展,赤字言语知觉和素养。另一方面,非盟et al。66年描述,经常接触外国语言在幼儿期,即使没有使用其活性,结果在一个更本土一样的口音当受试者作为成年人学习语言。

它一直知道妊娠晚期妊娠的,人类胎儿不仅应对纯色调(67年)或噪音(68年刺激但是也能够区分不同的纯色调或不同的语音69年]。这一发现证实了早期听觉环境,即使在怀孕后期,特别是婴儿早产,是至关重要的。因此,早期经历复杂和结构良好的声环境对听觉知觉和知觉行为产生重大影响,可能防止语音感知和语言习得的发展问题,特别是在获得语言的语音和语法模式(70年- - - - - -72年]。

5。结论

我们的研究结果表明,妥善安排,听觉上丰富和刺激的环境应用在听觉系统发展的关键时期有权提高频率歧视能力和时间分辨率。因此,他们代表行为的证据听觉系统发育双向可塑性,有长期的影响,是保存到成年。结果也可能影响人类新生儿护理,歧视和时间频率处理声刺激的听觉系统对言语知觉和理解是必不可少的,尤其是在具有挑战性的听力状况。

数据可用性

在研究过程中使用的所有数据都可以从相应的作者的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

JS, ZB,杰和NR设计研究;NR、KP和JL进行实验;NG、KP和ZB执行数据处理和统计分析;KP和NR解释数据和写的手稿;ZB, DS和JS手稿实验指导和监督执行。

确认

这项研究是来自捷克科学基金会赠款支持(批准号18 - 09692)和LTAIN19201由项目交互。