Informasi

Apakah ada artefak penembakan saraf yang dihasilkan oleh gerakan kepala?

Apakah ada artefak penembakan saraf yang dihasilkan oleh gerakan kepala?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya bereksperimen dengan sensor ElectroEncephaloGram (EEG) tingkat konsumen dan telah membuat gambar di bawah menggunakan perangkat. Karena sensor pada perangkat tidak menggunakan suction cup, ada banyak artefak gerakan saat kontak ikat kepala buruk (selama gerakan).

Ini membuat saya berpikir - neuron memiliki massa dan dengan demikian inersia, dan mereka tidak terpaku satu sama lain. Ketika orang tersebut menggerakkan (benar-benar memutar) kepalanya, gaya inersia diterapkan pada neuron/akson. Saya tertarik jika gerakan seperti itu menghasilkan segala jenis artefak penembakan di dalam otak atau bagaimana otak menyaring tembakan seperti itu?

Ini mengingatkan saya pada artikel ini: (5-HT dan kontrol motor: hipotesis). Mungkinkah beberapa neuron berhenti menembak sebagai respons terhadap gerakan?


Tentu saja ada sel-sel orientasi kepala (misalnya di hipokampus). Tapi neuron cukup kebal terhadap jenis tekanan fisik ringan yang datang dari memutar kepala; orientasi kepala komputasi memerlukan analisis input yang kompleks dari mis. sistem visual (aliran optik) dan sistem vestibular.

Namun, aktivitas listrik otot cenderung membanjiri neuron (di dekatnya), sehingga berbagai artefak yang berhubungan dengan otot sering terlihat dalam EEG jika tidak disaring dengan hati-hati. Dan, tentu saja, jika kontaknya buruk, Anda akan mendapatkan artefak dari itu: Anda hanya mengukur variabilitas resistensi antara sensor dan kulit Anda, bukan sesuatu yang menarik tentang perubahan potensial samar apa yang terlihat pada kulit Anda sebagai hasilnya. dari aktivitas saraf.


Apakah ada artefak penembakan saraf yang dihasilkan oleh gerakan kepala? - Biologi

Untuk memindahkan suatu objek, yang disebut sebagai beban, sarkomer dalam serat otot otot rangka harus memendek. Gaya yang dihasilkan oleh kontraksi otot (atau pemendekan sarkomer) disebut ketegangan otot. Namun, ketegangan otot juga dihasilkan ketika otot berkontraksi melawan beban yang tidak bergerak, menghasilkan dua jenis utama kontraksi otot rangka: kontraksi isotonik dan kontraksi isometrik.

Di dalam kontraksi isotonik, di mana ketegangan otot tetap konstan, beban dipindahkan saat panjang otot berubah (memendek). Ada dua jenis kontraksi isotonik: konsentris dan eksentrik. A kontraksi konsentris melibatkan pemendekan otot untuk memindahkan beban. Contohnya adalah otot bisep brachii berkontraksi ketika beban tangan dibawa ke atas dengan meningkatnya ketegangan otot. Saat otot bisep brachii berkontraksi, sudut sendi siku menurun saat lengan bawah dibawa ke arah tubuh. Di sini, otot bisep brachii berkontraksi karena sarkomer dalam serat ototnya memendek dan jembatan silang membentuk kepala miosin menarik aktin. NS kontraksi eksentrik terjadi ketika ketegangan otot berkurang dan otot memanjang. Dalam hal ini, berat tangan diturunkan secara perlahan dan terkontrol karena jumlah jembatan silang yang diaktifkan oleh stimulasi sistem saraf berkurang. Dalam hal ini, saat ketegangan dilepaskan dari bisep brachii, sudut sendi siku meningkat. Kontraksi eksentrik juga digunakan untuk gerakan dan keseimbangan tubuh.

NS kontraksi isometrik terjadi ketika otot menghasilkan ketegangan tanpa mengubah sudut sendi rangka. Kontraksi isometrik melibatkan pemendekan sarkomer dan peningkatan ketegangan otot, tetapi tidak memindahkan beban, karena gaya yang dihasilkan tidak dapat mengatasi resistensi yang diberikan oleh beban. Misalnya, jika seseorang mencoba mengangkat beban tangan yang terlalu berat, akan terjadi aktivasi sarkomer dan pemendekan sampai titik tertentu, dan ketegangan otot yang terus meningkat, tetapi tidak ada perubahan sudut sendi siku. Dalam kehidupan sehari-hari, kontraksi isometrik aktif dalam menjaga postur dan menjaga stabilitas tulang dan sendi. Namun, menahan kepala dalam posisi tegak terjadi bukan karena otot tidak bisa menggerakkan kepala, melainkan karena tujuannya agar tetap diam dan tidak menghasilkan gerakan. Sebagian besar tindakan tubuh adalah hasil dari kombinasi kontraksi isotonik dan isometrik yang bekerja bersama untuk menghasilkan berbagai hasil (Gambar 1).

Gambar 1. Jenis-Jenis Kontraksi Otot. Selama kontraksi isotonik, panjang otot berubah untuk memindahkan beban. Selama kontraksi isometrik, panjang otot tidak berubah karena beban melebihi tegangan yang dapat dihasilkan otot.

Semua aktivitas otot ini berada di bawah kendali sistem saraf yang sangat baik. Kontrol saraf mengatur kontraksi konsentris, eksentrik dan isometrik, perekrutan serat otot, dan tonus otot. Aspek penting dari kontrol sistem saraf otot rangka adalah peran unit motorik.


Pengantar

Stimulasi otak dalam (>100 Hz) frekuensi tinggi kronis (>100 Hz) adalah pengobatan medis yang mapan untuk gangguan gerakan seperti penyakit Parkinson (PD) dan sedang dieksplorasi untuk pengobatan banyak indikasi neurologis dan psikiatri lainnya 1,2,3 . Namun, terlepas dari penggunaan klinis selama beberapa dekade, mekanisme terapeutik yang mendasarinya masih belum jelas 1,2 . Secara khusus, ada pengetahuan terbatas mengenai modulasi osilasi saraf yang diinduksi dengan stimulasi frekuensi tinggi terapeutik (HFS). Jika tanda tangan saraf yang kuat dan spesifik target yang terkait dengan HFS dapat ditemukan, keduanya dapat membantu mengungkap mekanisme terapi DBS dan membuka jalan untuk pembangunan terapi adaptif yang dapat menyesuaikan parameter stimulasi untuk masing-masing pasien PD.

Studi mencari dasar elektrofisiologi untuk mekanisme DBS telah difokuskan pada penyelidikan spiking neuron dan aktivitas osilasi dari ganglia basal. Hipotesis awal menunjukkan bahwa DBS frekuensi tinggi meniru lesi dengan menghambat penembakan neuronal dari struktur yang distimulasi 4,5,6,7,8 . Yang lain mengusulkan bahwa terapi DBS mengesampingkan penembakan tipe ledakan patologis dengan pola reguler (tonik) yang diinduksi stimulus dan dengan demikian memperbaiki gejala parkinson 9,10,11. Efek ini tidak hanya dalam struktur yang dirangsang tetapi juga berjalan ke hilir ke sirkuit ganglia-talamo-kortikal basal 10,12 dan menciptakan "lesi informasi" yang mencegah relai penembakan dan osilasi patologis 13 . Namun, penelitian lain menunjukkan bahwa DBS, dengan mengatur aktivitas spiking ganglia basal, meningkatkan pemrosesan informasi dan mengembalikan respons sel talamokortikal terhadap informasi sensorimotor yang masuk 14,15,16 , menunjukkan bahwa daripada menyebabkan "lesi", DBS mungkin mengerahkan kemampuannya efek terapeutik melalui promosi aktivitas saraf mirip dengan keadaan "sehat" 17,18 .

Potensi medan lokal (LFP) dari ganglia basal telah lama menarik minat karena kegunaannya sebagai modalitas umpan balik untuk DBS loop tertutup. Khususnya di nukleus subthalamic (STN), salah satu struktur yang sering ditargetkan pada pasien PD 19,20 , osilasi pita beta (12-30 Hz) yang berlebihan dianggap sebagai ciri khas 21,22 dan telah terbukti berkurang dengan DBS 12,23 ,24 dan obat dopaminergik 23,25,26 . Baru-baru ini, osilasi frekuensi tinggi broadband (200-450 Hz, HFO) dari LFP dan kopling frekuensi silang antara pita beta dan HFO 27,28,29,30 telah diidentifikasi sebagai penanda penting dalam elektrofisiologi PD. Meskipun modulasi farmasi dari pita LFP (misalnya, penekanan beta dan peningkatan pada pita HFO) telah didokumentasikan dengan baik, 29,30,31,32,33, artefak stimulus besar yang diamati selama DBS telah menghambat penyelidikan lebih lanjut dari biomarker ini. , terutama dalam rentang HFO, untuk aplikasi neuromodulasi loop tertutup 34 . Akibatnya, kontribusi LFP dalam mengungkap mekanisme DBS terbatas karena ketidakmampuan untuk merekam osilasi ini selama stimulasi.

Dengan motivasi ini, kami membuat sistem intraoperatif untuk merekam LFP selama stimulasi akut STN pada pasien PD yang menjalani operasi DBS. Kami berhipotesis bahwa HFS memberikan efek terapeutiknya dengan memodulasi aktivitas saraf berosilasi di STN, mirip dengan efek perawatan farmasi. Untuk menguji hipotesis ini, kami merekam LFP dari mikroelektroda secara intraoperatif dan mempelajari modulasinya selama beberapa paradigma rendah dan HFS, baik di luar maupun di dalam STN. Kami mengamati bahwa DBS terapeutik frekuensi tinggi (& gt100 Hz) menginduksi aktivitas HFO serupa dengan laporan pada pasien yang diobati secara farmakologis dan hewan sehat. Dalam hubungannya, kami mencatat aktivitas yang ditimbulkan setelah setiap pulsa stimulus, yang lebih beresonansi dengan HFS. Lebih menarik lagi, kekuatan HFO yang diinduksi terkait dengan interaksi pulsa stimulasi dengan fase bentuk gelombang yang dibangkitkan, menunjukkan bahwa kedua ukuran dan karakteristiknya dapat digunakan secara fungsional untuk mengoptimalkan terapi elektroseutikal.


Bahan dan metode

Percobaan dilakukan pada dua monyet rhesus (Macaca mulatta R7160 dan R370 dengan berat masing-masing 5,2 dan 6,9 kg). Studi dilakukan sesuai dengan The National Institutes of Health Guide for Care and Use of Laboratory Animals (1996 .)) dan dengan pedoman Emory University untuk penggunaan dan perawatan hewan laboratorium dalam penelitian.

pengobatan MPTP. Monyet-monyet tersebut diobati dengan MPTP melalui suntikan tunggal melalui arteri karotis interna (sisi kiri pada R7160, sisi kanan pada R370). Jumlah total MPTP masing-masing adalah 3,2 mg (0,6 mg/kg) dan 4,1 mg (0,6 mg/kg). Kedua monyet mengembangkan keadaan parkinson yang stabil yang ditandai dengan kekakuan kontralateral dan bradikinesia. Tremor tidak hadir saat istirahat atau dengan tindakan di salah satu monyet.

Prosedur operasi. Sebuah ruang logam berlabuh di belahan otak kiri di monyet R7160 dan belahan otak kanan di monyet R370. Kamar ditempatkan secara aseptik di bawah anestesi isofluoran. Elektroda perangsang kronis ditanamkan melalui ruang perekaman yang menargetkan STN (Gbr.1), yang sebelumnya diidentifikasi dengan pemetaan mikroelektroda. Ujung elektroda perangsang kronis dihubungkan ke generator pulsa yang dapat diprogram (Itrel II, Medtronic Inc.) yang ditanamkan secara subkutan di punggung monyet. Timbal perangsang adalah versi yang diperkecil dari elektroda stimulasi kronis yang digunakan pada manusia (Model 3387, Medtronic Inc.) dan terdiri dari empat kontak logam (impedansi 100–150 MΩ) masing-masing dengan diameter 0,76 mm, ketebalan 0,50 mm, dan pemisahan antara kontak 0,50 mm.

Lokasi kontak elektroda dan neuron direkam selama 136 Hz pada 1,8 V pada monyet R7160 dan pada 3,0 V pada monyet R370, dan perubahan laju pembakaran. Katoda elektroda stimulasi terletak di bagian posteromedial STN pada monyet R7160 dan pada bagian posterior STN pada monyet R370, 1 mm lateral dari monyet R7160. Batang timbangan, 5 mm. Lembur, Saluran optik Membasahi, nukleus retikuler talamusSN, substansia nigra STR, striatumTH, talamus.

Penilaian perilaku. Jumlah gerakan spontan dinilai menggunakan metode penilaian perilaku yang dibantu komputer untuk mengukur jumlah gerakan (Bergman et al., 1990) saat monyet berada di kandang Plexiglas. Setiap sesi direkam untuk penilaian berikutnya oleh pemeriksa yang dibutakan dengan kondisi eksperimental. Selama pemeringkatan videotape, urutan kondisi stimulasi diacak, dan dua pencetak skor (dibutakan oleh kondisi eksperimental) menghitung total waktu gerakan per 10 menit untuk lengan dan kaki di sisi kanan dan kiri tubuh dari video. A pasca hocanalisis (perbedaan nyata Tukey yang signifikan) digunakan untuk menentukan signifikansi perbedaan jumlah waktu gerakan anggota badan. Tonus otot otot bisep brachii yang ditimbulkan oleh ekstensi siku manual kontralateral terhadap HFS dinilai menggunakan elektromiografi (EMG). Pasangan yang paling efektif dari kontak elektroda stimulasi dipilih untuk stimulasi bipolar pada setiap hewan setelah evaluasi efek klinis dan efek samping. Ambang batas untuk efek samping ditentukan dengan inspeksi hewan untuk respon kapsuler dengan timbulnya stimulasi. Pengaruh stimulasi STN pada gerakan spontan dan tonus otot dibandingkan di bawah kondisi eksperimen yang berbeda. Kondisi stimulasi adalah lebar pulsa 210 sec, 20 dan 136 Hz, dan 1,4, 2,4, dan 3,0 V pada R7160, dan lebar pulsa 90 sec, 2, 136, dan 185 Hz, serta 2,0 dan 3,5 V pada R370. Tegangan maksimal untuk penilaian perilaku diatur tepat di bawah ambang batas untuk kontraksi kortikospinal pada 136 atau 185 Hz di setiap monyet.

Prosedur perekaman dan pengumpulan data. Aktivitas neuron dicatat secara ekstraseluler dari globus pallidus (GPe) dan GPi eksternal. Sebuah mikroelektroda platina-iridium berlapis kaca (impedansi 0,4-0,8 MΩ pada 2 kHz) ditempatkan di dalam ruangan dengan menggunakan xkamu mengkoordinasikan microdrive (MO-95-lp, Instrumen Ilmiah Nanishige). Penetrasi rekaman dilakukan pada bidang parasagittal yang bergerak dari rostral ke caudal pada sudut 70° terhadap garis orbitomeatal. Neuron di GPi diperiksa untuk respon mereka terhadap manipulasi pasif dari anggota badan dan struktur orofasial. Aktivitas saraf spontan (dengan hewan duduk diam dengan kepala tetap) dicatat dalam kondisi berikut: prastimulasi, on-stimulasi, dan pascastimulasi. Durasi periode prastimulasi dan pascastimulasi ditetapkan pada 15-25 detik, dan durasi periode pada stimulasi ditetapkan pada 25-35 detik untuk 136 Hz dan pada 100-110 detik untuk stimulasi 2 Hz. Perubahan aktivitas saraf dievaluasi pada stimulasi 2 Hz dengan 2,4 V pada R7160 dan 3,0 V pada R370, dan pada 136 Hz dengan 1,4 dan 1,8 V pada R7160, dan dengan 2,0 dan 3,0 V pada R370. Stimulasi 136 Hz pada 1,4 V pada R7160 dan 2,0 V pada R370 tidak menghasilkan efek yang nyata, tetapi stimulasi 1,8 V pada R7160 dan 3,0 V pada R370 menghasilkan peningkatan kekakuan dan bradikinesia yang konsisten, berdasarkan pemeriksaan klinis hewan di kursi primata. Efek dari 5 menit diperpanjang 136 Hz, 3,0 V stimulasi dipelajari di sembilan neuron GP di R370. Sinyal saraf analog diperkuat, bandpass disaring pada 300-10.000 Hz, didigitalkan, dan diambil sampelnya pada 50 kHz dengan resolusi vertikal 4096 titik untuk analisis off-line.

Analisis data. Perangkat lunak untuk analisis sinyal saraf selama stimulasi dikembangkan menggunakan compiler C yang berjalan pada DOS untuk analisis off-line (Hashimoto et al., 2002). Template artefak stimulus dibangun dengan rata-rata di semua segmen peristimulus. Selama stimulasi, template artefak stimulus dikurangi dari jejak individu, dan lonjakan saraf terdeteksi. Sebuah histogram waktu peristimulus (PSTH) dibangun, dan tingkat debit rata-rata ditentukan. Untuk perbandingan frekuensi rata-rata pada periode pra-stimulasi, pada-stimulasi, dan pasca-stimulasi, Student's T tes (dua sisi P < 0,05) digunakan. Peningkatan atau penurunan yang signifikan dalam probabilitas penembakan diterima jika satu bin di PSTH lebih tinggi atau lebih rendah dari probabilitas penembakan prastimulasi rata-rata ± 3,3 SD (P = 0,001), atau ketika P nilai dua sampai empat tempat sampah berturut-turut oleh uji peringkat bertanda Wilcoxon adalah <0.01.

Analisis histologis. Setelah penelitian selesai, monyet-monyet itu dibunuh dengan overdosis pentobarbital (100 mg/kg), dan otaknya diproses secara histologis. Otak dipotong di bidang frontal di R7160 dan di bidang sagital di R370. Tempat perekaman di GPe dan GPi direkonstruksi dengan identifikasi gliosis di sepanjang jalur mikroelektroda dan elektroda HFS serta penanda elektrofisiologis (DeLong, 1971). Timbal perangsang diposisikan di STN 6 mm dari garis tengah pada monyet R7160 dan 7 mm dari garis tengah pada monyet R370 (Gbr. 1). Pada kedua monyet, pewarnaan tirosin hidroksilase mengungkapkan hilangnya sel dopaminergik yang hampir lengkap di substansia nigra pars compacta.


Mengantuk dan Tidur

Selama mengantuk, perubahan pertama yang terlihat adalah hilangnya otot dan artifak gerakan yang sering terjadi secara bertahap dan pengurangan kedipan serta gerakan mata lateral yang cepat. Sebaliknya, frekuensi yang sangat lambat dari 0,25 hingga 1,0 Hz di saluran frontal frontal dan lateral muncul. Ini adalah gerakan mata berputar lambat, atau SEMS (slow eye movement of sleep), yang dimulai dengan kantuk dan bertahan melalui tidur tahap 1, hingga secara bertahap hilang dengan tahap tidur non-rapid eye movement (NREM) yang lebih dalam. EEG selama mengantuk mengandung frekuensi teta dan delta yang lebih lambat dan sinkron di seluruh latar belakang (lihat Gambar 14).

Gambar 14.

Contoh kantuk dari rekaman EEG dewasa normal. Perhatikan aktivitas theta dan delta yang menonjol, kurangnya gerakan mata atau kedipan, kurangnya otot atau artefak gerakan, dan sugesti awal gerakan mata berguling ke lateral yang lambat paling baik terlihat pada F7 (lebih lanjut.)

Mendefinisikan fitur tahap tidur tercantum dalam Tabel 1. Tidur NREM diklasifikasikan sebagai NREM ringan (tahap 1𠄲 sekarang disebut N1𠄲) dan tidur gelombang lambat yang lebih dalam (SWS, sebelumnya dikenal sebagai tahap 3𠄴 N3𠄴), sebagai serta tidur REM. Biasanya, sekitar 75% dari malam dihabiskan dalam tidur NREM dan hingga 25% dalam tidur REM. Tahap 1 (N1) tidur bersebelahan dengan kantuk dan ditandai dengan SEMS dan frekuensi theta dan delta EEG yang lebih lambat dari 1 hingga 7 Hz, dengan aktivitas frekuensi alfa kurang dari 50% dalam waktu 30 detik. Hal ini mudah ditandai dengan munculnya gelombang vertex (gelombang V) berkontur tajam, gelombang dominan fronto-central (Gambar 15). Selama tahap 2 (N2) tidur, lebih banyak latar belakang frekuensi delta mulai muncul, dan ciri-ciri yang menentukan dari spindel tidur, kompleks-K, dan transien tajam oksipital posterior tidur (POSTS) terlihat (Gambar 16, 17). Spindel tidur dianggap mencerminkan aktivitas sinkron yang dimediasi oleh jaringan saraf talamo-kortikal. SWS (N3) memiliki fitur serupa, tetapi lebih sedikit spindel, kompleks K, dan POSTS yang terlihat dan bahkan lebih banyak aktivitas frekuensi delta yang muncul (Gambar 18).

TABEL 1.

Mendefinisikan Fitur Tahapan Tidur pada EEG

Gambar 15.

Tahap 1 (N1) tidur. Ditandai dengan artefak gerakan mata berputar lambat, dan frekuensi theta dan delta yang lebih lambat di latar belakang EEG. Gelombang V (V) juga biasanya terjadi. Hak Cipta 2013. Mayo Foundation untuk Pendidikan dan Penelitian Kedokteran. Semua hak (lebih. )

Gambar 16.

Tahap 2 (N2) tidur. Theta lebih lambat dan beberapa delta (menurut definisi, kurang dari 20% dari latar belakang rentang delta melambat) frekuensi di latar belakang EEG. K-kompleks dan spindel tidur adalah ciri khas arsitektur N2. Hak Cipta 2013. Mayo Foundation (selengkapnya )

Gambar 17.

Tidur gelombang lambat (N3) mengandung lebih dari 20% frekuensi delta tegangan tinggi (㹵 μV puncak ke puncak) dan lebih sedikit K-kompleks dan spindel.Gambar di bawah ini diambil dari rekaman EEG penuh selama polisomnogram, karena N3 tidur biasanya (lebih.)

Gambar 18.

Tidur REM dicirikan oleh latar belakang frekuensi campuran yang lebih sering muncul, tidak sinkron, yang mungkin berisi frekuensi alfa, karakteristik gelombang gigi gergaji berkontur tajam yang dominan di pusat, dan artefak gerakan mata cepat di lateral (lebih banyak).

Tidur REM sebelumnya dikenal sebagai tidur paradoks, karena REM sebenarnya lebih menyerupai EEG saat bangun daripada tidur NREM, memiliki latar belakang tegangan rendah yang tidak sinkron. Ada juga fronto-central, frekuensi theta berkontur tajam yang disebut gelombang gigi gergaji, serta artefak REM yang terlihat di situs frontal lateral (Gambar 18). Kriteria pementasan tidur yang tepat juga memerlukan fitur elektromiografi dagu (EMG) tegangan sangat rendah dan gerakan mata yang direkam oleh saluran elektrookulogram (EOG), tetapi saluran polisomnografis ini tidak secara rutin direkam selama EEG rawat jalan.

Kecuali jika diindikasikan, publikasi ini dilisensikan di bawah Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International Public License (BY-NC-SA: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/legalcode).

Tidak ada izin yang diperlukan dari editor, penulis, atau penerbit untuk menggunakan kembali atau menggunakan kembali konten, asalkan karya asli dikutip dengan benar. Gambar, tabel, dan gambar yang disertakan dalam karya ini juga diterbitkan di bawah lisensi CC BY-NC-SA dan harus dikutip dengan benar saat digunakan kembali atau digunakan kembali.

Untuk setiap penggunaan kembali atau pendistribusian ulang suatu karya, Anda juga harus memperjelas persyaratan lisensi di mana karya tersebut diterbitkan. Anda tidak boleh menerapkan tindakan hukum atau teknologi yang secara hukum membatasi orang lain untuk melakukan apa pun yang diizinkan oleh lisensi.


Bahan dan metode

Mata pelajaran

Eksperimen fisiologis dilakukan di Universitas Modena dan Reggio Emilia pada dua (MK1 dan MK2) kera betina dewasa (Macaca fascicularis, 3-4 kg, 4-5 tahun). Asupan air subjek dikontrol setiap hari untuk meningkatkan motivasi, dan mereka dilatih untuk duduk di kursi primata dan berinteraksi dengan para peneliti. Dua (MK3 dan MK4) monyet naif (Macaca fascicularis dan Macaca mulatta, 3-4 kg, 4-5 tahun) digunakan untuk injeksi pelacak saraf. Eksperimen anatomi dilakukan di Universitas Parma. Semua protokol eksperimental mematuhi hukum Eropa tentang perawatan manusiawi dan penggunaan hewan laboratorium (arahan 86/609/EEC, 2003/65/CE, dan 2010/63/EU), disahkan oleh Kementerian Kesehatan Italia (n. 65/2010-B e n.66/2010-C dirilis pada 29/03/2010 n.155/2013-C dirilis pada 25/06/2013 n.294/2012-C dirilis pada 12/11/2012 n. 48/2016-PR dirilis pada 20/01/2016), dan disetujui oleh Komite Etik lokal Universitas Modena dan Reggio Emilia dan Universitas Parma.

Rekaman

Monyet (MK1 dan MK2) duduk di kursi primata di depan panel pada jarak 114 cm, di mana 49 dioda pemancar cahaya (LED) dua warna dengan diameter 0,05° ditempatkan. Posisi mata dipantau dengan menggunakan kumparan pencarian magnetik yang ditanamkan secara pembedahan di bawah konjungtiva satu mata dan diambil sampelnya pada 1 KHz 75 . Posisi kepala dipertahankan dengan prostesis baja tahan karat yang ditanamkan melalui pembedahan, dan kepala monyet dibatasi tanpa rasa sakit oleh MUPRO 23 , robot leher serbaguna buatan sendiri. MUPRO dirancang untuk merekam gaya leher isometrik dan memungkinkan rotasi kepala pada bidang horizontal. Ini terdiri dari perangkat mekanis, yang terdiri dari sambungan cardan, potensiometer, rem elektromagnetik, dan empat sel beban fleksi (FLC), yang mengidentifikasi gaya isometrik yang diterapkan dalam empat arah ruang (yaitu, maju, mundur, kanan, dan ke kiri), ditambah sistem oleodinamik yang memungkinkan rotasi kepala pada bidang horizontal antara +/− 20°. Komponen-komponen ini dirakit pada kolom yang dibaut ke kursi primata. Perangkat listrik menyediakan daya DC untuk potensiometer dan rem. Untuk memungkinkan perekaman elektrofisiologi, kera juga ditanamkan dengan ruang perekaman baja tahan karat (Thomas Recording) menggunakan koordinat stereotaxic. Diameter dalam ruang perekam adalah 19 mm, dan diorientasikan secara vertikal untuk memungkinkan pendekatan tegak lurus ke wilayah yang diinginkan. Semua prosedur bedah dilakukan dengan menggunakan teknik aseptik dan di bawah anestesi umum (Zoletil 10 mg/kg i.m.), dan setelah setiap intervensi bedah, pengobatan dengan antibiotik, kortison, dan analgesik diberikan hingga satu minggu. Sebelum setiap sesi, ruang dibuka secara aseptik dan dibilas secara menyeluruh dengan saline steril, dan melalui sistem microdrive (Mini Matrix Thomas Recording) elektroda kaca kuarsa (0,5-1,0 MΩ) melewati dura. Sinyal biologis telah diperkuat sebelumnya (PreAmplifier DPA-4), diperkuat, dan disaring (Penguat Utama/Sistem Filter MAF-05) untuk menghilangkan artefak dari 5 hingga 75 KHz dan driver koil. Sistem Diskriminator Bentuk Gelombang SPS 8701E memilih aktivitas unit yang diperkuat, yang dipantau menggunakan osiloskop dan juga dipantau secara audio. Posisi mata, level LED, aktivitas unit, penanda pendengaran, kekuatan kepala, dan sinyal rotasi kepala diambil sampelnya secara terus menerus selama sesi eksperimen pada 1 KHz, disimpan oleh perangkat lunak SuperScope II (GWI), dan diimpor ke Matlab untuk analisis lebih lanjut dengan skrip khusus .

Tugas Perilaku

Setelah neuron diisolasi, subjek kera melakukan a tugas rotasi kepala (HRe) (Gbr. 1a). Kepala monyet sebagian tidak terkendali (yaitu, kekuatan diukur melalui sistem MUPRO, dan rotasi kepala +/− 20° diperbolehkan), dan subjek menerima sepotong buah (1 × 1 cm), diposisikan ke kanan atau kiri mereka. , sebagai imbalan. Untuk mencapai makanan, mereka harus memutar kepala dan mencapai 20° ke kanan atau ke kiri. Gaya kepala dan posisi ditandai oleh sinyal analog yang dinyatakan dalam volt. Setelah subjek melakukan HRe, neuron juga diuji selama a tugas saccade yang dipandu secara visual (ST) (Tambahan Gambar. S1a) di mana mereka pertama kali difiksasi, untuk periode tetap 1 s, LED merah pusat (periode merah) dalam jendela elektronik mulai dari 3 hingga 5 derajat. Ketika target merah pusat tiba-tiba dimatikan, target merah perifer (20 ° atas, bawah, kiri, atau kanan) secara bersamaan muncul. Subjek mengalihkan pandangan mereka dari fiksasi ke target perifer ini secepat mungkin (dalam 0,7 detik), mempertahankan fiksasi baru selama 1 detik untuk menerima hadiah jus. Sebuah periode intertrial 2-s mengikuti setiap percobaan. Rangsangan visual disajikan oleh perangkat lunak buatan sendiri yang berjalan di komputer pribadi, dan isyarat akustik, dengan intensitas 40-50 dB, dinyalakan pada awal setiap sesi percobaan dan dimatikan di akhir, sehingga memberi sinyal kepada monyet. awal dan akhir masa kerja. Onset dan offset setiap epoch di ST ditandai dengan level LED analog. Akhirnya, subset neuron yang direkam dalam BA 9/46dr juga diuji selama tugas observasi rotasi kepala (HRo Gambar 1b). Kepala monyet dibatasi di posisi tengah (yaitu, kekuatan diukur melalui sistem MUPRO, tetapi rotasi kepala tidak diperbolehkan), dan eksperimen, menghadap monyet pada jarak 60 cm, memutar kepalanya dengan dua urutan tetap: pertama, ke kanan (sehubungan dengan monyet), dari 0 ° hingga 90 ° dari wajah monyet (Dihindari Kanan epoch) dan kemudian, tanpa penundaan yang relevan, ke kiri, dari 90° ke 0° menuju wajah monyet (Disutradarai Kiri epoch) detik, ke kiri, dari 0 ° hingga 90 ° dari wajah monyet (Dihindari Kiri epoch) dan kemudian, tanpa penundaan yang relevan, ke kanan, dari 90° ke 0° ke arah wajah monyet (Disutradarai Kanan masa). Periode intertrial antara dua sekuens selama HRo setidaknya 2 detik dan digunakan sebagai baseline. Permulaan dan offset zaman HRo ditandai oleh penanda pendengaran analog yang dihasilkan oleh para peneliti. Selama HRo, monyet diberi hadiah secara acak, tanpa hubungan temporal hingga akhir uji coba. Posisi mata dan kepala serta kekuatan leher secara terus menerus dicatat selama HRe, ST, dan HRo. Aktivitas setiap neuron dicatat dalam setidaknya 10 percobaan untuk setiap kondisi dasar. Neuron diklasifikasikan sebagai terkait tugas jika mereka memiliki respons yang signifikan (tes post hoc Bonferroni, p & lt 0,05) terhadap HRe dan/atau HRo.

Analisis

Aktivitas neuron tunggal dianalisis dalam kaitannya dengan sinyal analog yang terkait dengan peristiwa perilaku utama. Paku direkam terus menerus dan dililitkan dengan jendela pemulusan Gaussian 20 ms. Rotasi kepala yang dimulai sendiri dianalisis, menyinkronkan respons saraf terhadap permulaan gerakan rotasi kepala dengan mempertimbangkan zaman berikut: (1) baseline, dari 1,5 hingga 1 detik sebelum onset rotasi kepala, selama periode intertrial (2) premovement, 0,5 s sebelum onset rotasi kepala (3) gerakan, 1,5 s setelah onset rotasi kepala. Kemungkinan tanggapan terhadap rotasi kepala sendiri relatif terhadap garis dasar, yang dinyatakan sebagai laju penembakan rata-rata (paku/dtk), dinilai dengan mempertimbangkan kedua arah (ke kanan dan ke kiri) dengan menggunakan pengukuran berulang 2 × 3 ANOVA (faktor: Arah, Zaman) dengan kriteria signifikansi p & lt 0,05. Hanya neuron yang menunjukkan setidaknya efek signifikan dari faktor Epoch, sendiri atau dalam interaksi dengan faktor lain, yang diklasifikasikan sebagai neuron rotasi kepala (uji post hoc Bonferroni, p & lt 0,05).

Subset dari neuron tunggal diuji selama HRo. Respon saraf dianalisis, menyinkronkan aktivitas saraf dengan permulaan rotasi kepala eksperimen dengan mempertimbangkan zaman berikut: (1) baseline, 0,5 detik sebelum onset gerakan, selama periode intertrial (2) zaman yang dihindari (Dihindari Kanan, Dihindari Kiri), dari awal gerakan ke gerakan offset (durasi variabel, dihitung berdasarkan percobaan-per-percobaan) (3) zaman terarah (Disutradarai Kiri, Disutradarai Kanan), 1,5 s setelah offset epoch yang dihindari. Kemungkinan tanggapan terhadap rotasi kepala eksperimen relatif terhadap garis dasar, dinyatakan sebagai laju pembakaran rata-rata (paku/dtk), dinilai dengan mempertimbangkan kedua hemifield (hemifield kanan dan hemifield kiri) dengan menggunakan ANOVA ukuran berulang 2 × 3 (faktor: Hemifield, Epoch ) dengan kriteria signifikansi p & lt 0,05. Hanya neuron yang menunjukkan setidaknya efek signifikan dari faktor Epoch, sendiri atau dalam interaksi dengan faktor lain, yang diklasifikasikan sebagai dipicu secara visual (uji post hoc Bonferroni, p & lt 0,05).

Akhirnya, gerakan mata saccadic dianalisis, menyinkronkan respons saraf terhadap onset dan offset saccades yang dihasilkan selama ST dengan mempertimbangkan zaman minat berikut: (1) baseline, dari 0,7 hingga 0,9 detik setelah onset target sentral merah, sementara monyet terpaku di posisi sentral (2) premovement, 0.2 s sebelum saccade onset (3) gerakan, dari saccade onset ke saccade offset (durasi variabel, dihitung berdasarkan percobaan-percobaan) (4) mencapai posisi, 0.2 s setelah saccade offset . Onset dan offset mata didefinisikan sebagai titik terakhir di kedua sisi kecepatan puncak sebelum kecepatan tangensial turun di bawah 30°/s 17, 30 . Kemungkinan tanggapan terhadap gerakan mata saccadic relatif terhadap garis dasar, dinyatakan sebagai laju penembakan rata-rata (paku/dtk), dinilai dengan mempertimbangkan semua arah (20 ° atas, bawah, kiri, kanan) dengan menggunakan ukuran berulang 4 × 4 ANOVA (faktor : Direction, Epoch) dengan kriteria signifikansi p < 0,05. Hanya neuron yang menunjukkan setidaknya efek signifikan dari faktor Epoch, sendiri atau dalam interaksi dengan faktor lain, yang diklasifikasikan sebagai neuron motorik mata (uji post hoc Bonferroni, p & lt 0,05).

Analisis populasi dilakukan, dengan mempertimbangkan respons neuron tunggal yang dinyatakan dalam aktivitas rata-rata yang dinormalisasi menggunakan celah bergerak 200 ms ke depan dalam langkah 20 ms dan dianalisis dengan ANOVA ukuran berulang yang berbeda tergantung pada kondisi yang akan dibandingkan, seperti yang dijelaskan sebelumnya untuk neuron tunggal. Analisis populasi untuk Gambar 4b dan c dilakukan dengan cara 2 × 2 ukuran berulang ANOVA (faktor: Arah, Zaman) dengan kriteria signifikansi p & lt 0,05, diikuti oleh koreksi uji post hoc Bonferroni (p & lt 0,05). Akhirnya, respons neuron tunggal pada Gambar 3c dan 4c dinyatakan sebagai aktivitas yang dinormalisasi (plot peta warna) dilakukan menggunakan jendela bergerak celah 100 ms ke depan dalam langkah 20 ms. Selanjutnya, relatif terhadap setiap puncak aktivitas neuron (sama dengan 1), kami juga menghitung durasi ledakan (Gambar 3d dan 4d) sebagai interval waktu antara wadah pertama sebelum dan sesudah puncak aktivitas yang nilainya lebih tinggi dan lebih rendah dari ( 1 B) × 0,25 + B, masing-masing, di mana B adalah aktivitas dasar rata-rata. Perbedaan antara durasi ledakan disorot melalui uji-t dengan kriteria signifikansi p & lt 0,05. Setelah kami memperoleh bin pertama sebelum puncak aktivitas yang nilainya lebih tinggi dari rumus yang disebutkan sebelumnya, kami menghitung latensi neuron sebagai interval waktu antara bin pertama dan permulaan peristiwa perilaku yang menarik. Kemudian, kami memplot distribusi kumulatif latensi relatif terhadap peristiwa perilaku yang menarik (Gambar 3d dan 4d). Melalui uji 2 dilakukan bin per bin (bin = 100 ms) antara distribusi kumulatif, kami menetapkan interval waktu di mana perbedaan yang signifikan dalam proporsi neuron ditemukan (χ 2 , p & lt 0,05).

Analisis populasi pada Gambar Tambahan. S2c dilakukan membandingkan uji coba di mana monyet menghasilkan gerakan mata pengejaran yang mulus dan yang menghasilkan gerakan mata saccadic selama HRo. Saccades dan pengejaran halus dikelompokkan dengan mempertimbangkan untuk setiap percobaan pola kecepatan okular seperti yang ditunjukkan pada Gambar Tambahan. S2a.


Isi

Suntingan Internal

Ketidakseimbangan homeostatis Sunting

Ketidakseimbangan homeostatik adalah kekuatan pendorong utama untuk perubahan tubuh. Rangsangan ini dipantau secara ketat oleh reseptor dan sensor di berbagai bagian tubuh. Sensor-sensor ini adalah mekanoreseptor, kemoreseptor, dan termoreseptor yang, masing-masing, merespons tekanan atau peregangan, perubahan kimia, atau perubahan suhu. Contoh mekanoreseptor termasuk baroreseptor yang mendeteksi perubahan tekanan darah, cakram Merkel yang dapat mendeteksi sentuhan dan tekanan yang berkelanjutan, dan sel rambut yang mendeteksi rangsangan suara. Ketidakseimbangan homeostatik yang dapat berfungsi sebagai rangsangan internal termasuk tingkat nutrisi dan ion dalam darah, kadar oksigen, dan kadar air. Penyimpangan dari ideal homeostatik dapat menghasilkan emosi homeostatis, seperti rasa sakit, haus atau kelelahan, yang memotivasi perilaku yang akan mengembalikan tubuh ke stasis (seperti penarikan, minum atau istirahat). [2]

Tekanan darah Sunting

Tekanan darah, denyut jantung, dan curah jantung diukur oleh reseptor regangan yang ditemukan di arteri karotis. Saraf melekatkan diri di dalam reseptor ini dan ketika mereka mendeteksi peregangan, mereka dirangsang dan potensial aksi api ke sistem saraf pusat. Impuls ini menghambat penyempitan pembuluh darah dan menurunkan denyut jantung. Jika saraf ini tidak mendeteksi peregangan, tubuh menentukan merasakan tekanan darah rendah sebagai stimulus berbahaya dan sinyal tidak dikirim, mencegah penghambatan tindakan SSP, pembuluh darah menyempit dan detak jantung meningkat, menyebabkan peningkatan tekanan darah dalam tubuh. [3]

Sunting Eksternal

Sentuh dan sakit Sunting

Perasaan sensorik, terutama rasa sakit, merupakan rangsangan yang dapat menimbulkan respons yang besar dan menyebabkan perubahan neurologis dalam tubuh. Nyeri juga menyebabkan perubahan perilaku dalam tubuh, yang sebanding dengan intensitas nyeri. Perasaan dicatat oleh reseptor sensorik pada kulit dan berjalan ke sistem saraf pusat, di mana ia terintegrasi dan keputusan tentang bagaimana merespons dibuat jika diputuskan bahwa respons harus dibuat, sinyal dikirim kembali ke otot, yang berperilaku sesuai dengan stimulus. [2] Gyrus postcentral adalah lokasi area somatosensori primer, area reseptif sensorik utama untuk indera peraba. [4]

Reseptor nyeri disebut nosiseptor. Ada dua jenis nosiseptor utama, nosiseptor serat-A dan nosiseptor serat-C. Reseptor serat-A bermielin dan menghantarkan arus dengan cepat. Mereka terutama digunakan untuk melakukan jenis rasa sakit yang cepat dan tajam. Sebaliknya, reseptor serat-C tidak bermielin dan mentransmisikan secara perlahan. Reseptor-reseptor ini menghantarkan nyeri yang lambat, terbakar, dan menyebar. [5]

Ambang mutlak untuk sentuhan adalah jumlah minimum sensasi yang diperlukan untuk memperoleh respons dari reseptor sentuhan. Jumlah sensasi ini memiliki nilai yang dapat ditentukan dan sering dianggap sebagai kekuatan yang diberikan dengan menjatuhkan sayap lebah ke pipi seseorang dari jarak satu sentimeter. Nilai ini akan berubah berdasarkan bagian tubuh yang disentuh. [6]

Pengeditan Penglihatan

Penglihatan memberikan kesempatan bagi otak untuk merasakan dan merespon perubahan yang terjadi di sekitar tubuh. Informasi, atau rangsangan, dalam bentuk cahaya memasuki retina, di mana ia merangsang jenis neuron khusus yang disebut sel fotoreseptor. Potensial bertingkat lokal dimulai di fotoreseptor, di mana ia cukup menggairahkan sel sehingga impuls dapat diteruskan melalui jalur neuron ke sistem saraf pusat. Saat sinyal bergerak dari fotoreseptor ke neuron yang lebih besar, potensial aksi harus dibuat agar sinyal memiliki kekuatan yang cukup untuk mencapai SSP. [3] Jika stimulus tidak menjamin respons yang cukup kuat, dikatakan tidak mencapai ambang batas absolut, dan tubuh tidak bereaksi. Namun, jika stimulus cukup kuat untuk menciptakan potensial aksi di neuron yang menjauh dari fotoreseptor, tubuh akan mengintegrasikan informasi dan bereaksi dengan tepat. Informasi visual diproses di lobus oksipital SSP, khususnya di korteks visual primer. [3]

Ambang absolut untuk penglihatan adalah jumlah minimum sensasi yang diperlukan untuk mendapatkan respons dari fotoreseptor di mata. Jumlah sensasi ini memiliki nilai yang dapat ditentukan dan sering dianggap sebagai jumlah cahaya yang hadir dari seseorang yang memegang satu lilin sejauh 30 mil, jika mata seseorang disesuaikan dengan kegelapan. [6]

Pengeditan Bau

Bau memungkinkan tubuh untuk mengenali molekul kimia di udara melalui inhalasi. Organ penciuman yang terletak di kedua sisi septum hidung terdiri dari epitel penciuman dan lamina propria. Epitel olfaktorius, yang mengandung sel-sel reseptor olfaktorius, menutupi permukaan inferior lempeng cribiformis, bagian superior dari lempeng tegak lurus, concha nasalis superior. Hanya sekitar dua persen dari senyawa udara yang dihirup dibawa ke organ penciuman sebagai sampel kecil dari udara yang dihirup. Reseptor penciuman meluas melewati permukaan epitel menyediakan dasar bagi banyak silia yang terletak di sekitar lendir. Protein pengikat bau berinteraksi dengan silia ini merangsang reseptor. Odorants umumnya molekul organik kecil. Kelarutan air dan lipid yang lebih besar berhubungan langsung dengan bau yang lebih kuat. Pengikatan bau pada reseptor berpasangan protein G mengaktifkan adenilat siklase, yang mengubah ATP menjadi kamp.cAMP, pada gilirannya, mendorong pembukaan saluran natrium yang menghasilkan potensi lokal. [7]

Ambang batas mutlak untuk penciuman adalah jumlah minimum sensasi yang diperlukan untuk memperoleh respons dari reseptor di hidung. Jumlah sensasi ini memiliki nilai yang dapat ditentukan dan sering dianggap sebagai setetes parfum di rumah enam kamar. Nilai ini akan berubah tergantung pada zat apa yang dicium. [6]

Pengeditan Rasa

Rasa mencatat rasa makanan dan bahan lain yang melewati lidah dan melalui mulut. Sel-sel gustatorik terletak di permukaan lidah dan bagian faring dan laring yang berdekatan. Sel-sel gustatorik terbentuk pada kuncup pengecap, sel epitel khusus, dan umumnya dibalik setiap sepuluh hari. Dari setiap sel, mikrovili menonjol, kadang-kadang disebut rambut pengecap, melalui juga pori pengecap dan masuk ke rongga mulut. Bahan kimia terlarut berinteraksi dengan sel-sel reseptor rasa yang berbeda mengikat reseptor tertentu. Reseptor garam dan asam adalah saluran ion bergerbang kimia, yang mendepolarisasi sel. Reseptor manis, pahit, dan umami disebut gustducins, reseptor berpasangan protein G khusus. Kedua divisi sel reseptor melepaskan neurotransmiter ke serat aferen yang menyebabkan pelepasan potensial aksi. [7]

Ambang mutlak untuk rasa adalah jumlah minimum sensasi yang diperlukan untuk memperoleh respons dari reseptor di mulut. Jumlah sensasi ini memiliki nilai yang dapat ditentukan dan sering dianggap sebagai setetes kina sulfat dalam 250 galon air. [6]

Pengeditan Suara

Perubahan tekanan yang disebabkan oleh suara yang mencapai telinga luar beresonansi di membran timpani, yang berartikulasi dengan tulang-tulang pendengaran, atau tulang-tulang telinga tengah. Tulang-tulang kecil ini melipatgandakan fluktuasi tekanan ini saat melewati gangguan ke dalam koklea, struktur tulang berbentuk spiral di dalam telinga bagian dalam. Sel-sel rambut di duktus koklea, khususnya organ Corti, dibelokkan saat gelombang cairan dan gerakan membran melewati bilik koklea. Neuron sensorik bipolar yang terletak di tengah koklea memantau informasi dari sel-sel reseptor ini dan meneruskannya ke batang otak melalui cabang koklea saraf kranial VIII. Informasi suara diproses di lobus temporal SSP, khususnya di korteks pendengaran primer. [7]

Ambang mutlak untuk suara adalah jumlah minimum sensasi yang diperlukan untuk memperoleh respons dari reseptor di telinga. Jumlah sensasi ini memiliki nilai yang dapat ditentukan dan sering dianggap sebagai arloji yang berdetak di lingkungan yang tidak bersuara sejauh 20 kaki. [6]

Ekuilibrium Sunting

Saluran setengah lingkaran, yang terhubung langsung ke koklea, dapat menafsirkan dan menyampaikan informasi ke otak tentang keseimbangan dengan metode yang sama seperti yang digunakan untuk pendengaran. Sel-sel rambut di bagian telinga ini menonjolkan kinocilia dan stereocilia menjadi bahan agar-agar yang melapisi saluran kanal ini. Di bagian saluran setengah lingkaran ini, khususnya makula, kristal kalsium karbonat yang dikenal sebagai statoconia terletak di permukaan bahan agar-agar ini. Ketika memiringkan kepala atau ketika tubuh mengalami percepatan linier, kristal-kristal ini bergerak mengganggu silia sel-sel rambut dan, akibatnya, mempengaruhi pelepasan neurotransmitter yang akan diambil oleh saraf sensorik di sekitarnya. Di area lain dari kanalis semisirkularis, khususnya ampula, struktur yang dikenal sebagai kupula—analog dengan bahan agar-agar di makula—mendistorsi sel-sel rambut dengan cara yang sama ketika media cairan yang mengelilinginya menyebabkan kupula itu sendiri bergerak. Ampula menyampaikan informasi ke otak tentang rotasi horizontal kepala. Neuron ganglia vestibular yang berdekatan memantau sel-sel rambut di saluran ini. Serabut sensorik ini membentuk cabang vestibular dari saraf kranial VIII. [7]

Secara umum, respons seluler terhadap rangsangan didefinisikan sebagai perubahan keadaan atau aktivitas sel dalam hal pergerakan, sekresi, produksi enzim, atau ekspresi gen. [8] Reseptor pada permukaan sel adalah komponen penginderaan yang memantau rangsangan dan merespons perubahan lingkungan dengan menyampaikan sinyal ke pusat kendali untuk pemrosesan dan respons lebih lanjut. Stimulus selalu diubah menjadi sinyal listrik melalui transduksi. Sinyal listrik ini, atau potensial reseptor, mengambil jalur tertentu melalui sistem saraf untuk memulai respon sistematis. Setiap jenis reseptor dikhususkan untuk merespon secara istimewa hanya satu jenis energi stimulus, yang disebut stimulus yang memadai. Reseptor sensorik memiliki rentang rangsangan yang terdefinisi dengan baik yang mereka tanggapi, dan masing-masing disesuaikan dengan kebutuhan khusus organisme. Rangsangan diteruskan ke seluruh tubuh melalui mekanotransduksi atau kemotransduksi, tergantung pada sifat rangsangan. [3]

Sunting Mekanik

Menanggapi stimulus mekanis, sensor gaya seluler diusulkan menjadi molekul matriks ekstraseluler, sitoskeleton, protein transmembran, protein pada antarmuka membran-fosfolipid, elemen matriks nuklir, kromatin, dan lapisan ganda lipid. Respons dapat dua kali lipat: matriks ekstraseluler, misalnya, adalah konduktor gaya mekanik tetapi struktur dan komposisinya juga dipengaruhi oleh respons seluler terhadap gaya yang diterapkan atau dihasilkan secara endogen. [9] Saluran ion peka mekanis ditemukan di banyak jenis sel dan telah ditunjukkan bahwa permeabilitas saluran ini terhadap kation dipengaruhi oleh reseptor regangan dan rangsangan mekanis. [10] Permeabilitas saluran ion ini adalah dasar untuk konversi stimulus mekanik menjadi sinyal listrik..

Sunting Kimia

Rangsangan kimia, seperti bau, diterima oleh reseptor seluler yang sering digabungkan ke saluran ion yang bertanggung jawab untuk kemotransduksi. Seperti yang terjadi pada sel-sel penciuman. [11] Depolarisasi dalam sel-sel ini dihasilkan dari pembukaan saluran kation non-selektif pada pengikatan bau ke reseptor spesifik. Reseptor berpasangan protein G di membran plasma sel-sel ini dapat memulai jalur pembawa pesan kedua yang menyebabkan saluran kation terbuka.

Sebagai respons terhadap rangsangan, reseptor sensorik memulai transduksi sensorik dengan menciptakan potensial bertingkat atau potensial aksi dalam sel yang sama atau dalam sel yang berdekatan. Sensitivitas terhadap rangsangan diperoleh dengan amplifikasi kimia melalui jalur utusan kedua di mana kaskade enzimatik menghasilkan sejumlah besar produk antara, meningkatkan efek dari satu molekul reseptor. [3]

Respons sistem saraf Sunting

Meskipun reseptor dan rangsangan bervariasi, sebagian besar rangsangan ekstrinsik pertama-tama menghasilkan potensi bertingkat lokal di neuron yang terkait dengan organ atau jaringan sensorik tertentu. [7] Dalam sistem saraf, rangsangan internal dan eksternal dapat menimbulkan dua kategori respons yang berbeda: respons rangsang, biasanya dalam bentuk potensial aksi, dan respons penghambatan. [12] Ketika neuron dirangsang oleh impuls rangsang, dendrit neuron terikat oleh neurotransmiter yang menyebabkan sel menjadi permeabel untuk jenis ion tertentu jenis neurotransmitter menentukan ion neurotransmitter yang akan menjadi permeabel. Dalam potensi postsinaptik rangsang, respons rangsang dihasilkan. Hal ini disebabkan oleh neurotransmitter rangsang, biasanya glutamat mengikat dendrit neuron, menyebabkan masuknya ion natrium melalui saluran yang terletak di dekat tempat pengikatan.

Perubahan permeabilitas membran dalam dendrit ini dikenal sebagai potensial bertingkat lokal dan menyebabkan tegangan membran berubah dari potensial istirahat negatif ke tegangan yang lebih positif, suatu proses yang dikenal sebagai depolarisasi. Pembukaan saluran natrium memungkinkan saluran natrium di dekatnya terbuka, memungkinkan perubahan permeabilitas menyebar dari dendrit ke badan sel. Jika potensial bertingkat cukup kuat, atau jika beberapa potensial bertingkat terjadi dalam frekuensi yang cukup cepat, depolarisasi dapat menyebar ke seluruh badan sel ke bukit akson. Dari bukit akson, potensial aksi dapat dihasilkan dan disebarkan ke bawah akson neuron, menyebabkan saluran ion natrium di akson terbuka saat impuls berjalan. Begitu sinyal mulai berjalan menuruni akson, potensial membran telah melewati ambang batas, yang berarti tidak dapat dihentikan. Fenomena ini dikenal sebagai respons semua atau tidak sama sekali. Kelompok saluran natrium yang dibuka oleh perubahan potensial membran memperkuat sinyal saat bergerak menjauh dari bukit akson, memungkinkannya untuk menggerakkan panjang akson. Saat depolarisasi mencapai ujung akson, atau terminal akson, ujung neuron menjadi permeabel terhadap ion kalsium, yang memasuki sel melalui saluran ion kalsium. Kalsium menyebabkan pelepasan neurotransmitter yang disimpan dalam vesikel sinaptik, yang masuk ke sinaps antara dua neuron yang dikenal sebagai neuron presinaptik dan postsinaptik jika sinyal dari neuron presinaptik bersifat rangsang, maka akan menyebabkan pelepasan neurotransmitter rangsang, sehingga menyebabkan respon serupa pada neuron pascasinaps. [3] Neuron ini dapat berkomunikasi dengan ribuan reseptor lain dan sel target melalui jaringan dendritik yang luas dan kompleks. Komunikasi antara reseptor dengan cara ini memungkinkan diskriminasi dan interpretasi yang lebih eksplisit dari rangsangan eksternal. Secara efektif, potensi bertingkat lokal ini memicu potensi aksi yang berkomunikasi, dalam frekuensinya, di sepanjang akson saraf yang akhirnya tiba di korteks tertentu di otak. Di bagian otak yang juga sangat terspesialisasi ini, sinyal-sinyal ini dikoordinasikan dengan yang lain untuk kemungkinan memicu respons baru. [7]

Jika sinyal dari neuron presinaptik bersifat penghambatan, neurotransmiter penghambat, biasanya GABA akan dilepaskan ke sinaps. [3] Neurotransmiter ini menyebabkan potensi penghambatan postsinaptik di neuron postsinaptik. Respon ini akan menyebabkan neuron pascasinaps menjadi permeabel terhadap ion klorida, membuat potensial membran sel negatif menjadi potensial membran negatif membuat lebih sulit bagi sel untuk menembakkan potensial aksi dan mencegah sinyal apa pun diteruskan melalui neuron. Tergantung pada jenis stimulus, neuron dapat berupa rangsang atau penghambatan. [13]

Respons sistem otot Sunting

Saraf pada sistem saraf tepi menyebar ke berbagai bagian tubuh, termasuk serat otot. Sebuah serat otot dan neuron motorik yang terhubung. [14] Tempat di mana neuron motorik menempel pada serat otot dikenal sebagai sambungan neuromuskular. Ketika otot menerima informasi dari rangsangan internal atau eksternal, serat otot dirangsang oleh neuron motorik masing-masing. Impuls dilewatkan dari sistem saraf pusat ke neuron sampai mereka mencapai neuron motorik, yang melepaskan neurotransmitter asetilkolin (ACh) ke sambungan neuromuskular. ACh mengikat reseptor asetilkolin nikotinat pada permukaan sel otot dan membuka saluran ion, memungkinkan ion natrium mengalir ke dalam sel dan ion kalium mengalir keluar. Gerakan ion ini menyebabkan depolarisasi, yang memungkinkan pelepasan ion kalsium di dalam sel. . Ion kalsium mengikat protein di dalam sel otot untuk memungkinkan kontraksi otot sebagai konsekuensi akhir dari suatu stimulus. [3]

Respons sistem endokrin Sunting

Vasopresin Sunting

Sistem endokrin sebagian besar dipengaruhi oleh banyak rangsangan internal dan eksternal. Salah satu stimulus internal yang menyebabkan pelepasan hormon adalah tekanan darah. Hipotensi, atau tekanan darah rendah, adalah kekuatan pendorong besar untuk pelepasan vasopresin, hormon yang menyebabkan retensi air di ginjal. Proses ini juga meningkatkan rasa haus individu. Dengan retensi cairan atau dengan mengonsumsi cairan, jika tekanan darah seseorang kembali normal, pelepasan vasopresin melambat dan lebih sedikit cairan yang ditahan oleh ginjal. Hipovolemia, atau kadar cairan yang rendah dalam tubuh, juga dapat bertindak sebagai stimulus untuk menyebabkan respons ini. [15]

Edit Epinefrin

Epinefrin, juga dikenal sebagai adrenalin, juga digunakan secara umum untuk merespons perubahan internal dan eksternal. Salah satu penyebab umum pelepasan hormon ini adalah respons Fight-or-flight. Ketika tubuh menghadapi stimulus eksternal yang berpotensi berbahaya, epinefrin dilepaskan dari kelenjar adrenal. Epinefrin menyebabkan perubahan fisiologis dalam tubuh, seperti penyempitan pembuluh darah, pelebaran pupil, peningkatan denyut jantung dan pernapasan, serta metabolisme glukosa. Semua tanggapan ini terhadap bantuan rangsangan tunggal dalam melindungi individu, apakah keputusan dibuat untuk tinggal dan melawan, atau melarikan diri dan menghindari bahaya. [16] [17]

Respons sistem pencernaan Sunting

Fase sefalik Sunting

Sistem pencernaan dapat merespons rangsangan eksternal, seperti melihat atau mencium makanan, dan menyebabkan perubahan fisiologis sebelum makanan masuk ke dalam tubuh. Refleks ini dikenal sebagai fase sefalik pencernaan. Penglihatan dan penciuman makanan merupakan rangsang yang cukup kuat untuk menimbulkan salivasi, sekresi enzim lambung dan pankreas, serta sekresi endokrin sebagai persiapan nutrisi yang masuk dengan memulai proses pencernaan sebelum makanan mencapai lambung, tubuh mampu melakukan metabolisme secara lebih efektif dan efisien. makanan menjadi nutrisi yang diperlukan. [18] Begitu makanan masuk ke mulut, rasa dan informasi dari reseptor di mulut menambah respons pencernaan. Kemoreseptor dan mekanorseptor, yang diaktifkan dengan mengunyah dan menelan, selanjutnya meningkatkan pelepasan enzim di lambung dan usus. [19]

Sistem saraf enterik Sunting

Sistem pencernaan juga mampu merespon rangsangan internal. Saluran pencernaan, atau sistem saraf enterik saja mengandung jutaan neuron. Neuron ini bertindak sebagai reseptor sensorik yang dapat mendeteksi perubahan, seperti makanan yang masuk ke usus halus, di saluran pencernaan. Bergantung pada apa yang dideteksi reseptor sensorik ini, enzim tertentu dan cairan pencernaan dari pankreas dan hati dapat disekresikan untuk membantu metabolisme dan pemecahan makanan. [3]

Teknik penjepitan Sunting

Pengukuran intraseluler potensial listrik melintasi membran dapat diperoleh dengan perekaman mikroelektroda. Teknik patch clamp memungkinkan manipulasi konsentrasi ionik atau lipid intraseluler atau ekstraseluler sambil tetap merekam potensi. Dengan cara ini, pengaruh berbagai kondisi pada ambang batas dan propagasi dapat dinilai. [3]

Pemindaian neuron noninvasif Sunting

Positron emission tomography (PET) dan magnetic resonance imaging (MRI) memungkinkan visualisasi noninvasif dari daerah otak yang diaktifkan sementara subjek uji terpapar pada rangsangan yang berbeda. Aktivitas dipantau dalam kaitannya dengan aliran darah ke wilayah tertentu di otak. [3]

Metode lain Sunting

Waktu penarikan hindlimb adalah metode lain. Sorin Barac dkk. dalam sebuah makalah baru-baru ini yang diterbitkan dalam Journal of Reconstructive Microsurgery memantau respons tikus uji terhadap rangsangan rasa sakit dengan menginduksi rangsangan panas eksternal yang akut dan mengukur waktu penarikan kaki belakang (HLWT). [20]


Pengantar

Hasil terbaru menunjukkan bahwa stimulasi arus bolak-balik transkranial (tACS) dapat secara noninvasif mengubah aktivitas otak [1-4], tetapi mekanisme fisiologis di balik temuan menarik ini masih kurang dipahami. Secara tradisional, tACS diperkirakan menghasilkan medan listrik berosilasi di dalam otak yang hiperpolarisasi dan depolarisasi neuron, sehingga mereka menyala secara serempak dengan stimulasi. Eksperimen hewan kecil menunjukkan bahwa medan yang dihasilkan dengan menerapkan arus ke tengkorak telanjang dapat menarik neuron [1, 4, 5], konsisten dengan gagasan bahwa medan listrik intrakranial memiliki efek langsung pada aktivitas otak. Namun, pada manusia, elektroda tACS ditempatkan di kulit kepala peserta yang utuh, bukan di dalam tengkorak. Karena kulit sangat konduktif, tetapi tengkorak di bawahnya tidak, sebagian besar arus itu dijauhkan dari otak dan malah merangsang neuron di kulit [6]. Aktivasi ritmik dari serat somatosensori dengan demikian secara tidak langsung dapat menarik neuron pusat dengan menyediakan mereka dengan input sensorik yang terstruktur secara temporal. Sejak shunting juga melemahkan medan listrik di otak, mekanisme tidak langsung ini telah sering diusulkan untuk menjadi cara kerja yang dominan pada manusia [5, 7-10]. Jika ini benar, itu akan memiliki implikasi dramatis untuk bagaimana tACS digunakan dan dipelajari: area otak perlu ditargetkan berdasarkan konektivitas somatosensori, daripada lokasi fisik, dan wilayah otak yang menerima sedikit atau tanpa input somatosensori tidak akan terjangkau. .

Hipotesis yang bersaing ini dapat dibedakan melalui penggunaan anestesi topikal. Perawatan kulit di bawah dan di sekitar elektroda tACS dengan anestesi topikal memblokir aferen kulit [11] dan mencegahnya menghasilkan persepsi somatosensori [12]. Jika tACS bekerja secara tidak langsung melalui input somatosensori, anestesi topikal harus mengurangi atau menghilangkan efeknya dengan menghalangi transmisi dari perifer. Sebaliknya, jika medan listrik secara langsung mempengaruhi neuron, penerapan anestesi topikal akan menghasilkan sedikit atau tidak ada perubahan pada efek tACS, karena medan listrik yang dihasilkan di dalam otak tetap sama. Upaya sebelumnya untuk menguji hipotesis tidak langsung telah menggunakan pengukuran proksi untuk aktivitas saraf, dengan hasil yang beragam: anestesi topikal tampaknya mencegah tACS mempengaruhi nosiseptif [10] dan tremor [5], tetapi efek pada potensi yang dibangkitkan motorik [13] dan pemrosesan bahasa [14, 15] bertahan ketika input somatosensori diblokir. Menafsirkan hasil ini menantang, karena mekanisme saraf di balik pembacaan ini tidak dipahami dengan baik dan masing-masing mungkin melibatkan banyak wilayah otak, hanya beberapa di antaranya yang mungkin dipengaruhi oleh tACS yang digunakan dalam setiap penelitian.

Tes jelas peran input somatosensori adalah untuk secara langsung mengukur entrainment saraf selama tACS, dengan dan tanpa anestesi topikal. Di sini, kami melakukan eksperimen yang menentukan pada primata bukan manusia, model yang sangat realistis untuk neurostimulasi manusia. Menggunakan rekaman unit tunggal neuron di hipokampus dan korteks visual, kami menemukan bahwa memblokir input somatosensori memiliki sedikit efek pada entrainment saraf oleh tACS. Sebaliknya, data kami mendukung klaim tentang efek langsung pada neuron di daerah yang distimulasi.


Bahan dan metode

Peserta.

Delapan sukarelawan sehat (3 perempuan, 7 usia rata-rata kidal, rentang usia 30 ± 4 tahun, 22-32 tahun) mengambil bagian dalam penelitian setelah memberikan persetujuan tertulis. Mereka semua memiliki pengalaman bermusik, baik dalam pertunjukan (3 peserta dengan 15-25 tahun latihan) atau sebagai pendengar atau penari amatir (5 peserta). Mereka tidak memiliki riwayat gangguan pendengaran, neurologis, atau psikiatris, dan tidak mengonsumsi obat apa pun pada saat percobaan. Studi ini disetujui oleh komite etika lokal.

Stimulasi pendengaran.

Setiap stimulus pendengaran berlangsung selama 33 detik.Stimulus terdiri dari nada murni 333,3 Hz di mana ketukan pendengaran 2,4 Hz diperkenalkan dengan memodulasi amplitudo nada dengan periodisitas 2,4 Hz (yaitu, 144 ketukan/menit), menggunakan amplop Hanning asimetris (22 ms waktu naik dan 394 ms waktu jatuh, modulasi amplitudo antara 0 dan 1). Sebuah periodisitas 2,4 Hz dipilih karena (1) peserta percontohan merasa nyaman dalam membayangkan ritme biner (1,2 Hz) dan terner (0,8 Hz) menggunakan tempo 2,4 Hz ini dan (2) tempo ini terletak pada kisaran ekologi persepsi tempo dan produksi ( Drake dan Botte, 1993). Suara kemudian dimodulasi amplitudonya menggunakan fungsi sinusoidal 11 Hz yang berosilasi antara 0,3 dan 1. Karena frekuensi 2,4 Hz bukan merupakan rasio bilangan bulat dari frekuensi 11 Hz, konvolusi kedua frekuensi menghasilkan ketidakteraturan halus dalam hal amplitudo dan terjadinya ketukan, sehingga menghasilkan struktur ketukan pseudo-periodik (Gbr. 1A). Yang penting, kandungan frekuensi dari selubung suara yang diperoleh dengan menggabungkan dua frekuensi modulasi amplitudo yang berbeda (2,4 dan 11 Hz) mengandung puncak pada frekuensi ketukan (2,4 Hz) tetapi tidak mengandung frekuensi sideband yang sesuai dengan frekuensi gelombang. meter biner atau terner (yaitu, 1,2 dan 0,8 Hz, masing-masing) (Gbr. 1C). Ketidakteraturan halus dari ketukan dirasakan oleh semua subjek dan sengaja dibuat untuk menghindari induksi pengukur subjektif biner yang tidak disengaja dalam kondisi kontrol (Bolton, 1894 Vos, 1973). Lebih lanjut, periodisitas semu dari struktur ketukan, yang dihasilkan dari ketidakteraturan ini, lebih dekat ke situasi yang lebih ekologis di mana persepsi ketukan mengacu pada persepsi periodisitas dari kerangka periodik non-ketat (Large, 2008).

Rangsangan pendengaran dihasilkan menggunakan ekstensi PsychToolbox (Brainard, 1997) yang berjalan di bawah Matlab 6.5 (The MathWork), dan disajikan secara binaural melalui earphone pada tingkat pendengaran yang nyaman (BeyerDynamic DT 990 PRO).

Pengukur citra mental dan kondisi kontrol.

Peserta diminta untuk melakukan tiga tugas yang berbeda: tugas kontrol, tugas citra meteran biner, dan tugas citra meteran terner, dalam kondisi terpisah (Gbr. 1). Setiap kondisi terdiri dari 10 percobaan di mana stimulus pendengaran 33 detik disajikan setelah 3 detik. Presentasi stimulus berjalan dengan sendirinya. Selama kondisi pertama, peserta melakukan tugas kontrol. Mereka diminta untuk mendeteksi gangguan suara yang sangat singkat (4 ms) yang dimasukkan pada posisi acak dalam dua percobaan tambahan yang diselingi dalam blok. Tugas kontrol ini membutuhkan tingkat perhatian yang berkelanjutan karena stimulus memiliki struktur yang kompleks. Dua percobaan yang mengandung interupsi singkat dikeluarkan dari analisis lebih lanjut. Pada kondisi kedua, peserta melakukan tugas citra biner meter. Mereka diminta untuk membayangkan struktur metrik biner ke ketukan yang dirasakan (F/2 = 1,2Hz). Selama kondisi ketiga, mereka melakukan tugas pencitraan meteran terner, dengan membayangkan struktur metrik terner ke ketukan (F/3 = 0,8Hz). Sebelum kondisi pengukur biner dan terner, untuk memastikan bahwa peserta memahami tugas, mereka diminta untuk melakukan gerakan terbuka (misalnya, mengetuk tangan, menghitung dengan suara keras) yang disesuaikan dengan struktur metrik yang ditentukan, pertama dengan bantuan eksperimen, dan kemudian sendirian . Evaluasi subyektif oleh peneliti tentang sinkronisasi gerakan-gerakan itu dengan meteran menunjukkan bahwa semua peserta melakukan tugas tanpa kesulitan. Para peserta kemudian diminta untuk memulai citra meteran mereka segera setelah mereka mendengar ketukan pendengaran pertama dari stimulus, dan untuk mempertahankan citra ini sekonsisten mungkin sepanjang seluruh percobaan. Selama tanya jawab, peserta melaporkan bahwa mereka telah melakukan tugas pencitraan mental tanpa kesulitan, meskipun itu membutuhkan tingkat perhatian yang relatif tinggi.

Perekaman EEG.

Subyek duduk dengan nyaman di kursi dengan kepala bersandar pada penyangga. Mereka diinstruksikan untuk rileks, menghindari gerakan kepala atau tubuh apa pun selama perekaman, dan menjaga mata mereka terpaku pada satu titik yang ditampilkan di layar komputer di depan mereka. Eksperimen tetap berada di ruang rekaman untuk memantau kepatuhan terhadap instruksi ini. EEG direkam menggunakan 64 elektroda Ag-AgCl yang ditempatkan pada kulit kepala menurut sistem 10/10 Internasional (tutup Waveguard64, Cephalon A/S). Gerakan mata vertikal dan horizontal dipantau menggunakan empat elektroda tambahan yang ditempatkan pada kantus luar setiap mata dan di daerah inferior dan superior orbit kanan. Impedansi elektroda dijaga pada <10 kΩ. Sinyal diperkuat, filter low-pass pada 500 Hz, didigitalkan menggunakan laju sampling 1000 Hz, dan dirujuk ke referensi rata-rata (penguat kecepatan tinggi 64 saluran, Advanced Neuro Technology).

Analisis EEG.

Rekaman EEG berkelanjutan difilter menggunakan filter fase nol Butterworth high-pass 0,1 Hz untuk menghilangkan penyimpangan yang sangat lambat dalam sinyal yang direkam. Zaman EEG yang berlangsung selama 32 detik kemudian diperoleh dengan mengelompokkan rekaman dari +1 hingga +33 detik relatif terhadap permulaan stimulus pendengaran pada awal setiap percobaan, sehingga menghasilkan 10 zaman untuk setiap subjek dan kondisi. EEG yang direkam selama detik pertama setiap zaman telah dihapus (1) untuk membuang potensi yang ditimbulkan oleh pendengaran sementara yang terkait dengan permulaan stimulus (Saupe et al., 2009), (2) karena penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa keadaan tunak EP memerlukan beberapa siklus stimulasi untuk terus dirangsang (Regan, 1989), dan (3) karena penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa beberapa pengulangan ketukan diperlukan untuk memperoleh persepsi ketukan dan meteran yang mantap (Repp, 2005). Langkah-langkah pemrosesan EEG ini dilakukan dengan menggunakan Analyzer 1.05 (Brain Products).

Langkah-langkah pemrosesan EEG berikut dilakukan dengan menggunakan Letswave (Mouraux dan Iannetti, 2008), Matlab (The MathWorks), dan EEGLAB (http://sccn.ucsd.edu).

Artefak yang dihasilkan oleh kedipan mata atau gerakan mata dihilangkan menggunakan metode yang divalidasi berdasarkan analisis komponen independen (Jung et al., 2000), menggunakan algoritma runica (Bell dan Sejnowski, 1995 Makeig et al., 1996), seperti yang diimplementasikan dalam EEGLAB. Untuk setiap subjek dan kondisi, zaman EEG dirata-ratakan di seluruh uji coba untuk mengurangi kontribusi aktivitas non-fase yang dikunci ke rangkaian stimulasi. Prosedur rata-rata domain waktu digunakan untuk meningkatkan rasio signal-to-noise dengan melemahkan kontribusi aktivitas yang tidak secara ketat dikunci fase di seluruh uji coba (yaitu, aktivitas yang tidak dikunci fase ke stimulus suara). Bentuk gelombang rata-rata yang diperoleh kemudian ditransformasikan dalam domain frekuensi menggunakan transformasi Fourier diskrit (Frigo dan Johnson, 1998), menghasilkan spektrum frekuensi amplitudo sinyal (μV) mulai dari 0 hingga 500 Hz dengan resolusi frekuensi 0,031 Hz (Bach dan Meigen, 1999).

Dalam spektrum frekuensi yang diperoleh, amplitudo sinyal dapat diharapkan sesuai dengan jumlah (1) aktivitas EEG yang diinduksi oleh ketukan pendengaran dan/atau tugas citra meteran (yaitu, EP kondisi mapan terkait ketukan dan meter) dan ( 2) kebisingan latar belakang residual yang tidak terkait karena, misalnya, aktivitas EEG spontan, aktivitas otot, atau gerakan mata. Oleh karena itu, untuk mendapatkan perkiraan yang valid dari EP kondisi mapan terkait ketukan dan meter, kontribusi kebisingan ini dihilangkan dengan mengurangkan, pada setiap bin dari spektrum frekuensi, amplitudo rata-rata yang diukur pada frekuensi yang berdekatan (dua frekuensi bin mulai dari 0,15 hingga 0,09 Hz dan dari +0,09 hingga +0,15 Hz relatif terhadap setiap nampan frekuensi). Validitas prosedur pengurangan ini bergantung pada asumsi bahwa, dengan tidak adanya EP kondisi tunak, amplitudo sinyal pada frekuensi tertentu harus serupa dengan amplitudo sinyal rata-rata dari frekuensi nampan sekitarnya.

Akhirnya, besarnya EP kondisi mapan terkait ketukan dan meter diperkirakan dengan rata-rata amplitudo sinyal yang diukur pada tiga frekuensi yang berpusat pada frekuensi target dari setiap EP kondisi mapan (yaitu, 2,4 Hz: nampan mulai dari 2,356 hingga 2,418 Hz 1,2 Hz: bin mulai dari 1,178 hingga 1,240 Hz 0,8 Hz: bin mulai dari 0,775 hingga 0,837 Hz 1,6 Hz: bin mulai dari 1,581 hingga 1,643 Hz), sehingga memperhitungkan kemungkinan kebocoran spektral karena fakta bahwa transformasi Fourier diskrit tidak memperkirakan amplitudo sinyal pada frekuensi yang tepat dari setiap EP kondisi tunak.

Analisis statistik.

Untuk setiap peserta, kondisi, dan frekuensi target, besarnya EP kondisi mapan dirata-ratakan di semua elektroda kulit kepala, sehingga tidak termasuk bias pemilihan elektroda (lihat Gambar 2, 3). Pendekatan ini digunakan karena tidak ada asumsi apriori pada topografi kulit kepala dari respons yang diinduksi ketukan dan meteran. Hasil tingkat kelompok diekspresikan dengan menggunakan median dan rentang interkuartil (lihat Gambar 4). Untuk memeriksa apakah ketukan dan meteran menginduksi respons kondisi tunak yang signifikan, satu sampel T tes digunakan untuk menentukan apakah amplitudo pengurangan kebisingan yang diukur pada frekuensi target berbeda secara signifikan dari nol. Memang, dengan tidak adanya respons kondisi tunak, rata-rata amplitudo sinyal yang dikurangi mungkin diharapkan cenderung menuju nol.

Untuk membandingkan respons kondisi tunak yang diinduksi ketukan dan meteran di seluruh kondisi eksperimental, untuk setiap frekuensi target, ANOVA ukuran berulang satu arah digunakan untuk membandingkan amplitudo pengurangan kebisingan yang diperoleh dalam kondisi kontrol, pengukur biner, dan meteran terner. . Derajat kebebasan dikoreksi menggunakan koreksi Greenhouse-Geisser untuk pelanggaran sphericity. Efek ukuran diekspresikan dengan menggunakan parsial 2 . Ketika signifikan, pasca hoc perbandingan berpasangan dilakukan menggunakan sampel berpasangan T tes. Tingkat signifikansi ditetapkan pada P < 0,05.

Potensi terkait peristiwa pendengaran sementara.

Untuk memeriksa apakah ketukan dan meteran menimbulkan potensi terkait peristiwa pendengaran sementara yang dapat diidentifikasi dalam domain waktu, bentuk gelombang rata-rata dihitung setelah penyaringan bandpass (0,3 Hz hingga 30 Hz) dan segmentasi epoch dari +1 s hingga +33 s relatif terhadap timbulnya stimulus suara (lihat Gambar 5).


Bahan dan metode

Jenis reagen
(spesies) atau sumber daya
PenamaanSumber atau referensipengenalInformasi tambahan
Sampel biologis (Macaca fuscata)Macaca fuscataProyek Sumber Daya Bio Nasional MEXT, Jepang
Perangkat lunak, algoritmaMATLABMathWorksRRID:SCR_001622

Hewan

Dua monyet kera dewasa (Macaca fuscata monyet H, betina, 6,6 kg, monyet P 8 tahun, betina, 6,8 kg, 7 tahun) digunakan untuk percobaan. Semua prosedur untuk perawatan dan eksperimen hewan telah disetujui oleh Komite Eksperimen Hewan Universitas Tsukuba (nomor izin 14–137), dan dilakukan sesuai dengan pedoman yang dijelaskan dalam Panduan Perawatan dan Penggunaan Hewan Laboratorium diterbitkan oleh Institut Penelitian Hewan Laboratorium.

Tugas perilaku

Tugas perilaku dikendalikan menggunakan MATLAB (Mathworks, MA) dengan Psychtoolbox, kotak peralatan yang tersedia secara bebas untuk MATLAB. Monyet-monyet itu duduk di kursi primata menghadap monitor komputer di ruangan yang kedap suara dan terlindung dari listrik. Gerakan mata dipantau menggunakan sistem pelacakan mata inframerah (EYE-TRAC 6 Applied Science Laboratories, MA) dengan pengambilan sampel pada 240 Hz. Hadiah cair dikirim melalui cerat yang diposisikan di depan mulut monyet. Menjilati monyet dipantau selama perekaman 68 dari 99 neuron dopamin yang tercatat. Untuk memantau jilatan, pengukur regangan dipasang pada cerat dan mengukur regangan cerat yang disebabkan oleh jilatan.

Kami merancang prosedur Pavlov dengan tiga kondisi berbeda (Gambar 1A–C) dan menerapkannya pada dua monyet. Dalam setiap kondisi, percobaan dimulai dengan penyajian titik fiksasi sentral (0,8°×0,8°). Monyet itu diminta untuk memfiksasi titik ini. Setelah periode fiksasi 400 ms, stimulus batang (2,9 ° × 9,4 °) dengan area merah dan hijau disajikan sebagai CS. Ukuran area hijau menunjukkan jumlah (yaitu, nilai) dari hadiah cair yang akan diterima monyet. Semakin besar area hijau, semakin besar nilai hadiah yang terkait. Pada kondisi pertama (kondisi peningkatan nilai, Gambar 1A), area hijau minimal di awal dan meningkat secara bertahap (3,8°/dtk), yaitu, nilai hadiah meningkat secara bertahap (0,082 ml/dtk) (Video 1) . Peningkatan bertahap secara acak berhenti dalam 2450 ms setelah permulaan stimulus batang (distribusi seragam dari 0 hingga 2450 ms) sehingga monyet tidak dapat secara tepat memprediksi nilai hadiah sampai area hijau berhenti meningkat. Pada kondisi kedua (kondisi penurunan nilai, Gambar 1B), area hijau maksimal di awal dan berangsur-angsur berkurang (3,8°/dtk), yaitu nilai hadiah berkurang secara bertahap (0,082 ml/dt) (Video 2) . Penurunan bertahap secara acak berhenti dalam 2450 ms setelah onset bar (distribusi seragam dari 0 hingga 2450 ms). Pada kondisi ketiga (kondisi nilai tetap, Gambar 1C), ukuran area hijau tidak berubah dan malah ditetapkan pada minimum, setengah, atau maksimum yang masing-masing memperkirakan hadiah 0,1, 0,2, atau 0,3 ml (ini jumlah hadiah sama dengan yang ditunjukkan oleh area hijau dalam kondisi peningkatan nilai dan penurunan nilai). Selain CS ini, CS yang terdiri dari batang merah dan hijau vertikal dimasukkan, dan ini diikuti secara acak oleh hadiah 0,1-0,3 ml (yaitu, nilai hadiah tidak pasti). Keempat CS ini disajikan dengan probabilitas yang sama (masing-masing 25%). Dalam setiap kondisi, total waktu selama CS disajikan adalah tetap pada 2850 ms, dan monyet diminta untuk mempertahankan fiksasi sentral selama periode ini. Segera setelah offset stimulus batang, hadiah yang ditunjukkan oleh area hijau disampaikan secara bersamaan dengan nada (1000 Hz). Penundaan antara onset CS dan pengiriman hadiah tidak berubah di seluruh uji coba. Setiap kondisi terdiri dari blok 50 percobaan, dan kami mengumpulkan data dengan mengulangi tiga kondisi sekali atau lebih untuk setiap neuron (Gambar 1D). Urutan dari tiga kondisi, (1) kondisi nilai tetap, (2) peningkatan nilai, dan (3) kondisi penurunan nilai, telah diperbaiki di seluruh sesi perekaman. Jumlah total hadiah adalah sama (10 ml) di antara blok. Percobaan dibatalkan segera jika monyet (1) tidak memulai fiksasi sentral dalam 4000 ms setelah permulaan titik fiksasi atau (2) mematahkan fiksasi sentral selama periode fiksasi 400 ms awal atau periode CS 2850 ms (yaitu, fiksasi 3250 ms terus menerus diperlukan). Percobaan kesalahan ini ditandai dengan nada bip (100 Hz) dan dikeluarkan dari analisis.

Kami juga menggunakan tugas pilihan (Gambar 1E). Setiap percobaan dimulai dengan presentasi titik fiksasi sentral (0,8°x0,8°), dan monyet diminta untuk memfiksasi titik ini. Setelah periode fiksasi 400 ms, dua rangsangan batang dengan area merah dan hijau (2,9 ° × 9,4 °) disajikan di sisi kanan dan kiri titik fiksasi (eksentrisitas: 8,8 °). Monyet diminta untuk memilih salah satu bar stimuli dengan membuat saccade segera setelah presentasi bar stimuli. Stimulus batang ini identik dengan yang digunakan dalam prosedur Pavlov kecuali bahwa area hijau tidak bertambah atau berkurang seiring waktu. Ukuran area hijau menunjukkan nilai hadiah yang akan diperoleh monyet dengan memilih stimulus batang itu dan secara acak diberikan ke setiap stimulus batang (distribusi seragam dari 0,1 hingga 0,3 ml). Segera setelah monyet memilih stimulus batang, stimulus batang lainnya menghilang. Kemudian, hadiah yang ditunjukkan oleh area hijau dari stimulus batang yang dipilih disampaikan secara bersamaan dengan nada (1000 Hz). Percobaan dibatalkan segera jika monyet (1) tidak memulai fiksasi sentral dalam 4000 ms setelah timbulnya titik fiksasi atau (2) mematahkan fiksasi sentral selama periode fiksasi 400 ms. Percobaan kesalahan ini ditandai dengan nada bip (100 Hz) dan dikeluarkan dari analisis.

Perekaman unit tunggal

Pemegang kepala plastik dan ruang perekam dipasang ke tengkorak di bawah anestesi umum dan kondisi bedah steril. Ruang perekam ditempatkan di atas garis tengah lobus frontoparietal, dan ditujukan pada SNc dan VTA di kedua belahan otak. Penahan kepala dan ruang perekam tertanam dalam akrilik gigi yang menutupi bagian atas tengkorak dan ditambatkan dengan kuat ke tengkorak dengan sekrup plastik.

Perekaman unit tunggal dilakukan menggunakan elektroda tungsten dengan impedansi sekitar 3,0 MΩ (Frederick Haer, ME) yang dimasukkan ke dalam otak melalui tabung pemandu stainless steel menggunakan mikromanipulator yang digerakkan oleh minyak (MO-97-S Narishige, Tokyo, Jepang ). Lokasi perekaman ditentukan menggunakan sistem grid, yang memungkinkan perekaman pada setiap 1 mm antara penetrasi. Untuk pemetaan neuron yang lebih baik, kami juga menggunakan kisi pelengkap yang memungkinkan penetrasi elektroda di antara lubang kisi asli.

Sinyal elektrofisiologis diperkuat, band-pass disaring (200 Hz hingga 3 kHz RZ5D, Tucker-Davis Technologies, FL), dan disimpan di komputer pada laju pengambilan sampel 24,4 kHz. Potensi unit tunggal diisolasi menggunakan perangkat lunak diskriminasi jendela (OpenEx, Tucker-Davis Technologies, FL).

Lokalisasi dan identifikasi neuron dopamin

Kami mencatat aktivitas unit tunggal dari neuron dopamin diduga di SNc dan VTA. Untuk melokalisasi daerah perekaman, monyet menjalani pemindaian MRI untuk menentukan posisi SNc dan VTA (Gambar 2—gambar suplemen 1). Neuron dopamin diduga diidentifikasi berdasarkan tanda tangan elektrofisiologisnya yang mapan: tingkat pembakaran latar belakang yang rendah sekitar 5 Hz, potensi lonjakan yang luas dalam kontras yang jelas dengan neuron tetangga dengan tingkat pembakaran latar belakang yang tinggi di substansia nigra pars reticulata (Gambar 2— angka suplemen 2), dan eksitasi phasic dalam menanggapi hadiah gratis.

Analisis data

Untuk pengujian hipotesis nol, interval kepercayaan 95% (p<0.05) digunakan untuk menentukan signifikansi statistik dalam semua analisis.

Untuk memeriksa apakah monyet secara akurat memprediksi nilai hadiah sesuai dengan ukuran area hijau (Gambar 1F), tingkat pilihan stimulus batang kanan dilengkapi dengan fungsi logistik berikut:

di mana P menunjukkan tingkat pilihan stimulus batang kanan, VBaik dan Vkiri menunjukkan nilai hadiah yang diperoleh dengan memilih rangsangan batang kanan dan kiri, masing-masing, dan β0 dan β1 menunjukkan koefisien ditentukan oleh regresi logistik.

Untuk menghitung fungsi kepadatan lonjakan (SDF), setiap lonjakan digantikan oleh kurva Gaussian (σ = 15 ms).

Untuk menghitung SDF yang disejajarkan dengan onset CS dalam kondisi peningkatan atau penurunan nilai (Gambar 2A,B,E,F dan Gambar 5A), lonjakan yang terjadi sebelum nilai hadiah berhenti meningkat atau menurun digunakan.

Untuk menghitung SDF rata-rata di seluruh neuron (Gambar 2E, F, Gambar 3C, dan Gambar 5A, B), laju pembakaran dasar setiap neuron diukur menggunakan jendela dari 500 hingga 0 ms sebelum titik fiksasi mulai dan dikurangi dari aslinya laju pembakaran setiap neuron.

Untuk mengukur perubahan aktivitas tonik dalam kondisi peningkatan nilai dan penurunan nilai (Gambar 2C,D), kemiringan garis regresi antara laju pembakaran dan waktu dihitung untuk setiap neuron. Pertama, jendela dari 650 hingga 2450 ms setelah onset CS dibagi menjadi 200 ms bin, dan laju pembakaran di setiap bin diukur. Kemudian, garis regresi antara laju pembakaran di setiap nampan dan waktu di tengah setiap nampan dihitung. Jendela perhitungan dari 650 hingga 2450 ms setelah onset CS ditentukan untuk mengecualikan efek respons fasik yang ditimbulkan segera setelah onset CS.

Untuk menguji modulasi aktivitas phasic yang ditimbulkan oleh nilai reward dalam kondisi nilai tetap, koefisien regresi antara laju pembakaran dan nilai reward dihitung untuk setiap neuron. Laju pembakaran diukur menggunakan jendela dari 100 hingga 400 ms setelah onset CS. Jendela perhitungan ditentukan sedemikian rupa sehingga jendela tersebut mencakup bagian utama dari modulasi saraf dalam aktivitas rata-rata.

Untuk menghitung SDF yang disejajarkan dengan permulaan setiap saccade (Gambar 2—suplemen gambar 7B, F), permulaan ditentukan sebagai waktu ketika kecepatan sudut mata melebihi 40 °/s.

Untuk menguji modulasi aktivitas phasic yang ditimbulkan ketika nilai reward berhenti meningkat atau menurun dalam kondisi nilai-kenaikan dan penurunan nilai (Gambar 3B,D), koefisien regresi antara laju pembakaran dan nilai reward dihitung untuk setiap neuron. Pertama, semua percobaan dibagi menjadi tiga kelompok berdasarkan nilai hadiah (besar 0,23-0,3 ml, sedang 0,16-0,23 ml, kecil 0,1-0,16 ml), dan laju pembakaran diukur menggunakan jendela dari 150 hingga 500 ms setelah hentikan onset untuk setiap kelompok percobaan. Kemudian, koefisien regresi antara tingkat penembakan dan nilai hadiah rata-rata di setiap kelompok percobaan dihitung. Jendela perhitungan ditentukan sedemikian rupa sehingga jendela tersebut mencakup bagian utama dari modulasi saraf dalam aktivitas rata-rata.

Untuk menguji secara statistik perbedaan dalam laju penyalaan (laju penyalaan awal – laju penyalaan dasar) antara penyalaan lonjakan meledak dan non-meledak (kiri pada Gambar 5A), prosedur bootstrap diterapkan. Kami pertama-tama membagi jendela waktu perhitungan (650-2450 ms setelah onset CS), yang kami gunakan untuk mendeteksi kemiringan regresi positif yang signifikan dari 19 neuron dopamin (bilah abu-abu horizontal di kolom kiri Gambar 2E), menjadi awal (650 -1250 md), periode tengah (1250-1850 md), dan akhir (1850-2450 md). 19 neuron dopamin secara acak disampel ulang dengan penggantian untuk membentuk dataset bootstrap baru yang memiliki jumlah neuron yang sama dengan dataset asli. Dengan menggunakan dataset baru, kami membandingkan laju pembakaran (laju penyalaan asli – laju penyalaan dasar) antara penyalaan spike burst dan non-burst untuk periode awal, tengah, dan akhir. Resampling acak dan proses perbandingan ini diulang 1000 kali. Jika laju penyalaan lebih besar untuk penyalaan lonjakan semburan daripada penyalaan spike tanpa ledakan atau sebaliknya dalam lebih dari 975 repetisi, perbedaan laju penyalaan dianggap signifikan (p<0.05 uji bootstrap dengan 1000 repetisi).


Tonton videonya: Tega! Polisi Tembak Rekannya Hingga Tewas, Motif Penembakan Masih Diselidiki (Oktober 2022).