Open Ephys 采集软件在麻醉和有意识的小鼠中对多个物理偏差的经典和受控的听觉不匹配反应

人不匹配的负性（MMN）在啮齿动物和其他非人类物种中建模，以检查其潜在的神经系统机制，主要用偏差检测和适应性来描述。使用鼠标模型，我们旨在阐明不匹配响应（MMR）和声音的不同物理特性之间的微妙依赖性。在奇数球期间，从尿电烷 - 奈斯赛和有意识的小鼠中记录硬膜外场电位，并且多个标准控制范围，刺激的持续时间，频率，强度和刺激间隔变化。产生的听觉引起的电势，经典的MMR（奇数 - 标准）和受控的MMR（奇数 - 控制）波形。刺激持续时间与刺激响应峰值潜伏期相关，而频率，强度和刺激间隔与刺激N1和P1（仅有意识）峰值幅度相关。这些关系在麻醉和有意识的动物中塑造经典的MMR形态有助于，这表明这些波形反映了通过声音的不同物理特性对正常听觉处理的修饰。随着时间的流逝，受控的MMR波形似乎表现出听觉刺激的习惯，这是响应于奇数和标准刺激的响应。这些发现与被认为是人类MMN的机制不一致，该机制目前由于声音的特定物理特征而无法解决差异。因此，没有发现与麻醉或有意识的小鼠相关的MMN的偏差检测或适应假设的证据。这些发现突出了错误示例差异波形成分的潜在风险，这些风险主要受到身体敏感性和听觉系统习惯的影响。

️ 一、介绍

不匹配负性（MMN）是一种衍生的电生理信号，被认为反映了听觉系统的潜在偏差检测和/或适应机制。当将诱发对奇数刺激的反应与对相同标准刺激的重复列车的诱发响应进行比较时，该信号是观察到的差异度量。据报道，在声音的任何可区分特征中偏离标准的奇数刺激足以引起MMN响应。从标准的听觉诱发电势（AEP）通常从奇数球中减去，从而产生构成MMN的差异波形。这可以称为经典方法。有趣的是，在麻醉和昏迷状态下患者观察到MMN，这表明负责其产生的机制不需要意识。流行的理论是，新的听觉输入与最近经历的听觉输入的记忆代表或预测模型之间的不匹配触发了该模型的更新，从而下意识地引起了人们的注意。这表现在头皮录制的脑电图中是MMN成分。由于首次提出的理由，这种解释在很大程度上保持不变，并在预测性编码理论中舒适地对齐。一些研究人员认为缺乏这种解释的细胞神经生理学证据。取而代之的是指感觉神经元的已知特性，例如刺激特异性适应（SSA），作为MMN生成的可能机制。正如一些研究人员所指出的那样，这两个命题被称为MMN的记忆和适应假设，不一定是相互排斥的;尽管其相对贡献的程度尚不清楚，并且对MMN产生的机制的描述仍然不完整。

提议说明MMN的机制不能充分解决由声音特定物理特征变化引起的差异。响应奇数刺激的不匹配性波形在持续时间，频率，强度和其他参数的响应中被认为显示出独特的特征。潜在地提供了测量相关神经生理功能的临床实用性。例如，持续时间MMN缺陷在精神分裂症的早期阶段更为突出，而频率缺陷（如果存在）更可能在疾病后期出现（来源定位研究表明，持续时间的神经发生器频率和强度MMN波形位于听觉皮层的单独隔室。综上所述，这些证据表明，至少部分不同的网络可能负责产生持续时间和频率MMN。从逻辑上讲，这可以扩展到听觉偏差的其他维度。还应注意的是，SSA几乎是针对音调频率变化的响应，据我们所知，证明持续时间或强度特定的适应性很少。研究结果实际上表明，SSA不会响应音调强度变化。因此，我们认为，MMN的两个最突出的假设可能过度概括，因此不足以完全描述报告的观察结果。

MMN的概念最初是开发的，后来又有来自听觉奇数范式的数据，并且研究了MMN的研究文章的优势与这种方式有关。但是，通常认为更改检测是一个基本的感官过程，导致构成视觉的奇数范式，嗅觉和触觉刺激。从广义上讲，这些研究倾向于证实，通过减去对偏差标准的神经反应来观察到变化检测。尽管提出的发现并非完全是整体的。最近，一项对视觉MMN的控制良好的研究没有发现真正的偏差检测的证据，而先前的许多研究也显示出不一致之处。试图验证每种方式中MMN的存在时，面临着巨大的挑战；例如，视觉关注的要求以及精确控制嗅觉和触觉刺激的技术要求。因此，大多数MMN研究继续关注听觉领域。尽管提出的发现可能与在其他感觉系统中考虑MMN有关，但本文的其余部分与试听有关。

该小鼠是一种越来越多地使用的模型物种，用于侵入性检查该潜在的临床生物标志物，尽管有几个问题要解决有关它们的翻译。神经解剖学和电生理记录技术的差异可以在不同特征峰的延迟，极性和振幅方面产生大幅不同的AEP波形。因此，在参考动物研究时，已经采用了不匹配反应（MMR），反对MMN，反映出对潜伏期和极性的重视减少。文献在小鼠MMR方面有些矛盾。一项最初的研究强调了小鼠的持续时间MMR，但可能类似于人类持续时间MMN，尽管一项最初的研究得出结论强调了小鼠的持续时间MMR可能类似于人类持续时间MMN，即频率MMR不能代表人类频率MMN。然而，研究人员通常继续赞成对小鼠中频率奇数范式的研究，从人类MMN的现有理论框架来解释发现。一些研究表明，菌株在AEP形态中起重要作用，这可能解释了使用不同小鼠菌株的研究结果之间的一些差异。此外，电生理记录方案，奇数范式和控制波形的解释的差异也可能掩盖了小鼠MMR研究中发现的直接比较。总体而言，当前与类似于人类MMN的小鼠MMR的证据可以描述为有前途但尚无定论的证据。

啮齿动物MMR研究已采用了几种不同的控制序列。最广泛接受的是多个标准的控制范式，其中在伪造范式上以伪随机顺序显示了多个物理上不同的刺激，包括奇数范式的刺激，与奇数范式相同的速度 。这旨在控制不规则的感觉记忆痕迹内的奇数表现率。因此，可以使用相同刺激在奇数和多个标准范式中产生的AEP波形之间的比较来区分基于内存和适应的MMR。在触发器控制中，标准和奇数刺激的分配在奇数范式的两个连续演示中交替出现。平衡的奇数球范式包括两个在标准之间散布的物理尺寸（一个增加而减小）的偏差（一个增加，一个减小）。通过从两个不同的奇数球中减去标准AEP，可以比较两个单独的MMR波形。相比之下，触发器控制将需要四个范式来检查相对于同一标准的两个差异波形。鉴于所检查的物理参数的范围，本研究中使用了平衡的奇数范式和多个标准控制，这与先前的研究一致。

考虑到控制范例的包含，可以在临床前文献中使用经典（奇数 - 标准）和更严格控制的MMR计算方法进行区分。对这两种差异波形的分析旨在分离记忆和适应对MMR产生的贡献，并控制不同的物理刺激水平。但是，大多数临床文献仍然采用经典方法这引发了关于啮齿动物MMR代表人类MMN的转化可靠性的问题，激发了对提取MMR波形的常规和更严格控制的方法的仔细检查。我们假设声音偏差的不同物理方面可能会以特定于功能的方式影响从鼠标听觉皮层记录的MMR波形。这项研究旨在使用持续时间，频率，强度和刺激间间隔（ISI）奇数范式在氨基甲酸酯 - 纳阿纳治疗和有意识的小鼠中检验这一假设。结合了多个标准控制范式，评估了任何基于内存或适应的发电机的存在，同时表征了这些物理参数对所得的小鼠AEP和MMR波形的影响。

️ 二、结论

如材料和方法中所述，使用声音的每个特征依次呈现奇数球和多个标准范式。听觉系统响应持续刺激的习惯，其特征是AEP振幅逐渐下降，是听觉神经科学的一个公认的发现。连续范式引起的诱发电位似乎证明了这一现象。因此，评估了三个波形比较，如图1所示。经典MMR是通过从Oddball AEP（DEV）中减去标准AEP（STD）生成的。这些刺激在物理上是不同的，但在同一范式中，在10分钟的时间间隔内呈现。因此，该波形可能反映了听觉系统的感官症状破坏，差异适应和/或物理敏感性。通过从各自的奇数球（DEV）中减去物理相同的对照AEP（DEV）来评估受控的MMR；而受控的标准波形是通过从奇数球和多个标准控制范式（STD）中减去AEP来计算的。在这两种情况下，刺激在物理上都是相同的，但分别以两个不同的范式呈现，由于范式的顺序排序，连续10分钟的时间间隔占据了10分钟的时间间隔。受控的MMR波形可以反映奇怪的感觉记忆违规和/或听觉响应随着时间的流逝的习惯；而受控的标准波形可能包含差异适应和听觉习惯。请注意，此受控标准与以前的研究不同，后者从控制AEP中减去标准AEP的意图是从较不适应的响应中减去更适应的响应，假设奇数球范式中的标准比相同的刺激更适合在控制条件下发表。听觉习惯本研究对在异常刺激（oddball）和多标准（many - standards）控制范式之间观察到的听觉诱发电位（AEP）幅度变化提出了一种更合理的解释；因此，我们选择从习惯化程度较低的波形中减去习惯化程度较高的波形。颠倒减法的顺序只会使所得差异波形的极性反转，这可能对它们的解释有重要影响。为解释异常刺激范式中的物理差异以及异常刺激和控制范式之间的习惯化差异，可以对控制下的失匹配负波（MMR）和控制下的标准波形进行比较。这应该能揭示是否存在一种与物理敏感性和听觉习惯化相分离的由异常刺激诱导的记忆反应；从理论上讲，这也可能反映出差异性适应，尽管我们的分析并不支持这一点。

图 1.差值波形计算的概述。a）异常范式和多种标准控制序列以连续区块的形式呈现。b）对听觉诱发电位观察到的影响的简化示意图。c）差值波形计算，总结关键观察结果。这些分析旨在识别标准、异常和控制条件之间的任何差异；然而，结果被解释为反映了听觉反应对物理刺激的敏感性和适应性。

️ 三、材料和方法

️3.1 动物

本研究使用实验室小鼠（C57BL/6J品系，纯度>99.999%）。麻醉组（n = 14）由9只雄性和5只雌性小鼠组成，年龄为14 - 17周（平均15.4周）。清醒组（n = 20）由9只雄性和11只雌性小鼠组成，年龄为29 - 37周（平均32.4周）。这两个独立的组群可分别被视为年轻成年和中年成年小鼠，被认为具有足够的听力能力以纳入本实验（伊森等人，2007年）。组间定性比较可能是合适的；然而，鉴于年龄差异可能影响听力，对于麻醉和清醒小鼠的听觉诱发电位（AEP）之间的差异无法得出确切结论。动物饲养遵循实验室小鼠的标准指南。所有程序均经斯特拉斯克莱德大学动物福利和伦理审查委员会批准，并按照1986年英国《动物（科学实验）法》执行。

️3.2 手术

按照其他文献所述进行氨基甲酸乙酯麻醉，在整个实验过程中通过观察正常反射（尾和脚趾捏掐、眨眼反射）的缺失来确认麻醉深度。清醒实验组在无菌手术期间使用异氟烷和氧气进行麻醉。采用颅骨螺丝电极（直径1毫米；英国卢顿罗耶姆科学有限公司）记录硬膜外场电位。在双侧初级听觉皮层上方（相对于前囟后2.2毫米、外侧3.8毫米）植入记录电极，在小脑上方植入接地电极；如先前所述。清醒组安装一个连接器，用牙科丙烯酸固定在颅骨上，与电极连线，为放大器提供传导通路；手术后小鼠恢复5天再开始电生理记录。

️3.3 电生理学

将小鼠置于改良的听觉惊跳反射室中进行电生理记录。该反射室由一个位于声学控制小室内的法拉第笼组成；内壁额外覆盖有50毫米厚的波纹状吸音泡沫。背景噪声水平维持在低于55分贝声压级（SPL）。麻醉动物面向扬声器（频率响应高达20千赫兹，HK19.5）放置，使用声级计（A加权，33 - 2055型）将扬声器校准到接近小鼠头部的位置；关于声音校准的讨论请参见补充信息。清醒小鼠被置于前后扬声器之间的有孔隔离管（长100毫米/直径44毫米）中；在这种情况下，以声级计面向两个方向进行两次校准并取平均值。小鼠倾向于在管内纵向朝向其中一个扬声器。这对相对声源位置提供了一定的控制，这也被认为会诱发失匹配负波（MMR）反应（佩兰等人，2018年），同时也减少了与运动相关的伪迹。隔离管顶部有一个狭窄的切口，以便放大器连接线进入。在开始记录之前，清醒小鼠在不同的训练日分别进行时长为5、15和30分钟的逐渐熟悉训练，以逐渐适应测试设备。使用系留放大器板（美国加利福尼亚州Intan Technologies公司）以1千赫兹的采样率采集硬膜外场电位，并进行0.1 - 500赫兹的带通滤波，然后存储用于事后分析（open - ephys.org）。刺激和同步信号在Matlab中生成，并通过USB输入/输出设备（USB - 6255；美国得克萨斯州国家仪器公司）输出。

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️3.4 刺激

向麻醉组呈现三种包含递增和递减变异刺激的平衡异常刺激范式，分别针对时长、频率和强度变化的刺激各有一种。此外，向清醒组呈现一种刺激间隔（ISI）变化的异常刺激范式。刺激间隔定义为刺激结束到开始的时间。每种异常刺激范式包含800个标准刺激、100个递增异常刺激和100个递减异常刺激；刺激间隔为450毫秒（尽管在刺激间隔变化范式中有所改变）。将物理特征差异分到不同范式中，能够单独检查声音的每个特性；减轻多种变异的潜在混杂效应（注意：关于非线性音调频率响度感知和声音测量加权在补充信息中有阐述）。初始的20个标准刺激序列之后是递增或递减异常刺激的伪随机呈现，中间至少间隔3个标准刺激。标准刺激为100毫秒、10千赫兹正弦波、80分贝（A）单声道音调。时长异常刺激变化幅度为±50毫秒；频率异常刺激在麻醉组变化幅度为±2.5千赫兹，在清醒组为±2千赫兹；强度异常刺激变化幅度为±10分贝（A）；刺激间隔异常刺激变化幅度为±50毫秒。所有刺激的上升和下降时间都是瞬时的；这不会对电记录造成失真。

向麻醉组呈现三种多标准控制范式；清醒组接受四种，增加了一种刺激间隔变化的控制范式。这些范式由10种不同刺激组成，包括来自各自异常刺激范式的标准刺激和两种异常刺激，每种刺激伪随机（无重复）呈现100次，刺激间隔为450毫秒（尽管在刺激间隔变化范式中有所改变）。对于每种多标准范式，刺激的其他两个物理参数是恒定的（例如，在时长变化范式中，刺激频率和强度是恒定的），与异常刺激范式中的标准刺激保持一致。时长多标准范式采用的刺激时长从50到275毫秒，以25毫秒为增量变化。在麻醉组，多标准刺激的频率从1.25到12.5千赫兹，以1.25千赫兹为增量变化；在清醒组，从8到12.5千赫兹，以500赫兹为增量变化。在麻醉组，多标准刺激的强度从60到105分贝（A），以5分贝（A）为增量变化；在清醒组，从70到92.5分贝（A），以2.5分贝（A）为间隔变化。两组之间刺激频率和强度范围的调整是基于观察到麻醉组中对这些范围低端刺激的听觉诱发电位幅度非常低。刺激间隔多标准控制范式包含10个不同的刺激间隔水平，从275到500毫秒，以25毫秒为增量变化。本实验中呈现的所有刺激都设计在所用小鼠的正常听力范围内（伊森等人，2007年）。

麻醉组在手术后立即接受听觉范式刺激，按照结构化方案进行，时长约90分钟。时长、频率和强度范式依次呈现，以便检查麻醉加深和重复听觉刺激对诱发的听觉反应的影响（该分析在补充信息中提供）。通过确保睑反射和角膜反射正常消失来间歇性监测麻醉水平；未观察到意识恢复情况。清醒组在不同的测试日接受平衡的时长、频率、强度和刺激间隔变化范式，每次测试之间间隔一个非测试日；每次测试时长约30分钟。在两组中，每种特定特征的异常刺激范式之后都跟着各自的控制范式；例如，时长异常刺激范式之后是时长多标准控制范式，便于检查不同范式间的听觉习惯化。

️3.5 数据分析

数据采用零相移低通滤波器进行处理，截止频率为100赫兹。从刺激起始时间戳前后 - 100到 + 400毫秒提取片段。从每个片段中减去刺激前的平均值以进行基线校正，并去除包含超过±500微伏电压的试验。初步分析表明，听觉诱发电位之间没有显著的半球差异，这与先前的研究结果相似。因此，计算每只动物的通道平均听觉诱发电位，将左右电极数据合并。在计算中只包括紧挨着异常刺激之前的标准刺激，以保持对平均值有贡献的标准刺激和异常刺激扫描次数的相对平衡。

通过对每个时间点进行统计评估来量化差异波形中的显著非零振幅。在刺激起始后0到350毫秒的每个时间点进行配对双尾t检验；对多个相关比较应用本贾米尼 - 耶库蒂利错误发现率（FDR）校正（本贾米尼和耶库蒂利，2001年），并且通常将α值设定为0.05。超过统计显著性阈值的区域在相关图中有所标注。

从多标准控制波形量化的听觉诱发电位特征包括刺激起始成分、N1和P1（仅清醒动物）以及刺激结束反应Poff。它们分别在起始后0 - 30毫秒、起始后20 - 50毫秒和结束后0 - 50毫秒的测量窗口中被检测到。在清醒组中，如先前所述（奥赖利，2019a），通过从每个单独的听觉诱发电位中减去平均听觉诱发电位来分离时长多标准范式刺激的刺激结束电位。使用多标准范式数据，通过单因素、被试内、重复测量方差分析来测试刺激时长、频率、强度或刺激间隔对这些听觉诱发电位特征的任何影响。在每种情况下，球形假设均被违反（莫奇利检验中p < 0.05），因此应用格林豪斯 - 盖泽尔校正相应地调整p值；报告相关的ε值。将0.05的α值用作统计显著性的阈值。阴影波形误差棒代表均值的标准误差（SEM）。这些分析使用MNE - Python和R - studio进行。

️ 四、结果

️4.1 麻醉组

在乌拉坦麻醉的小鼠中，从时长、频率和强度多种标准范式中得到的听觉诱发电位（AEP）波形绘制在图2a-c中，相关峰值幅度和潜伏期测量结果提供在图3a-c中。这些物理参数的影响十分显著。刺激时长直接影响Poff峰值潜伏期。刺激频率与N1和Poff峰值幅度有显著的直接关系。刺激强度也显著影响N1和Poff峰值幅度。有趣的是，低频率（<3.75 kHz）的刺激似乎在N1峰值之后立即引起一个小的正幅度偏转。这些刺激可能接近这些动物的听觉阈下频率范围。相比之下，低强度的10 kHz刺激产生了一个小幅度的N1峰值，但没有随后的正幅度偏转。这些观察结果促使我们在清醒小鼠的实验中调整了刺激频率范围。

图 2. 多种标准控制范式的AEP波形。左侧为乌拉坦麻醉小鼠在时长（a）、频率（b）和强度（c）变化范式中的平均波形。右侧为清醒小鼠在时长（d）、频率（e）、强度（f）和刺激间隔（g）范式中的平均波形。识别出三个AEP成分：负幅度起始反应（N1）、正幅度起始反应（P1；仅清醒组有）和正幅度偏移反应（Poff）。注意左右两组的y轴刻度不同，以及时长变化范式（a）和（d）的x轴刻度不同。

图 3. 多种标准控制范式的AEP测量结果。麻醉组（左侧）的数据包括刺激时长对N1峰值幅度和Poff峰值潜伏期的影响（a），以及频率（b）和强度（c）对N1和Poff峰值幅度的影响。清醒组（右侧）的数据包括刺激频率（d）、强度（e）和刺激间隔（f）对N1和P1峰值幅度的影响。除刺激时长与N1峰值幅度的关系外，所有这些关系均被发现具有统计学显著性。图中以黑色和灰色水平条表示均值 ± SEM。

在乌拉坦麻醉的小鼠中，从时长、频率和强度异常范式中得到的经典失匹配负波（MMR）差值波形绘制在图4的左半部分。从这些波形中可以明显看出，声音的物理属性在决定MMR形态方面起着重要作用。时长MMR波形是由在不同潜伏期发生的Poff电位引起的；正负峰值幅度分别对应于异常和标准刺激的偏移反应。这些产生了在差值波形图中标注的显著差异区域。频率MMR波形主要受刺激频率对N1幅度调制的影响；因此，增加频率和降低频率的异常刺激在N1潜伏期范围内产生相反极性的偏转。同样，强度MMR波形由N1和Poff幅度调制产生，增加强度和降低强度的异常刺激在N1和Poff潜伏期范围内观察到产生相反极性的偏转。频率和强度异常范式在该测量窗口内没有产生任何统计学上显著的差异区域；通过应用双时期减法方法观察到频率和增加强度异常刺激的长潜伏期电位。控制MMR波形绘制在图4的右半部分。由物理上相同的刺激诱发的异常和多种标准范式AEP之间存在微小差异；这些差异在异常和标准减去控制的差值波形中都有所体现。这些微小差异主要集中在N1峰值潜伏期，表明起始反应随时间的适应。异常和控制范式AEP的峰值幅度测量结果绘制在图5a-c中。

图 4. 乌拉坦麻醉小鼠对时长（a）、频率（b）和强度（c）偏差的AEP、经典MMR和控制MMR波形。标准（STDOD）、异常（DEVOD）和控制（DEVCTR和STDCTR）刺激在每个图的图例中被识别。显著高于或低于零的差值波形幅度（p < 0.05；FDR校正）在MMR图中用与相应OD波形颜色匹配的实线条表示；这仅能在经典时长MMR波形中观察到。注意（a）中时长变化波形使用了不同的时间刻度；阴影区域表示标准误（SEM）。

图 5. 异常和多种标准控制范式的AEP峰值测量数据。麻醉组（左侧）的数据包括来自不同时长（a）、频率（b）和强度（c）刺激的N1和Poff峰值幅度，这些刺激在异常（OD）和多种标准控制（CTR）范式中分别作为标准（STD）和异常（DEV）呈现。清醒组（右侧）的数据包括来自时长（d）、频率（e）、强度（f）和刺激间隔（g）的N1和P1峰值幅度。图中以黑色和灰色水平条表示均值 ± SEM。

️4.2 清醒组

在清醒小鼠中，从时长、频率、强度和刺激间隔多种标准范式中得到的听觉诱发电位（AEP）波形绘制在图2d-g中，相关峰值幅度数据提供在图3d-f中。观察到听觉诱发电位的N1、P1和Poff峰值，每个物理参数都有明显的影响。刺激时长决定了Poff峰值潜伏期，这是从分离的偏移反应波形中量化的。刺激频率与N1和P1峰值幅度有显著的直接关系。同样，刺激强度与N1和P1峰值幅度有统计学上显著的关系。刺激间隔也与N1和P1峰值幅度有统计学上显著的直接关系。这些控制范式AEP的峰值幅度测量结果绘制在图3的右侧。

在清醒小鼠中，从时长、频率、强度和刺激间隔异常范式中得到的经典失匹配负波（MMR）波形绘制在图6的左半部分。在125毫秒处出现明显的负峰值幅度的时长MMR波形是由标准刺激偏移反应的减法引起的，而在75毫秒和175毫秒处出现的正峰值是由每个相应异常刺激的Poff引起的；尽管这些没有达到统计学显著性的标准。较长时长的异常刺激在MMR中产生更大的正峰值幅度，这可能表明为什么较长时长的异常刺激被报告为引起更大的MMR。查看时长多种标准AEP波形（图2d），可以注意到较短时长刺激的偏移反应很难与较大振幅的偏转区分开来。此外，图6a中的偏移电位和差值波形似乎显示出最短时长刺激的较低振幅峰值。这可能是由于在此潜伏期范围内发生的较大振幅的N1和P2偏转。尽管如此，偏移反应峰值振幅与刺激时长之间的关系在这里并没有被发现是显著的。来自频率、强度和刺激间隔异常的失匹配反应显示出类似的波形形态。这些声音的属性与N1-P1峰值幅度有直接关系（图2e-g），因此，增加和减少的异常刺激倾向于在其各自的差值波形中产生相反极性的偏转。然而，值得注意的是，在清醒小鼠中，来自时长、频率、强度或刺激间隔异常范式的异常和标准AEP波形之间没有统计学上的显著差异。可以认为所应用的测试过于保守，尽管选择这种方法是为了避免偏见。异常和多种标准控制范式波形并排绘制在图6的右侧。控制MMR波形突出了同样影响异常和标准波形的变化，这些变化以交替的极性轨迹在刺激起始后100毫秒内稳定下来。这些变化可以被解释为听觉适应，或者是伴随后续听觉范式呈现过程中发生的状态变化的非刺激特异性适应（如图1所示）。然而，这些差异没有超过经过FDR校正后的统计学显著性阈值。控制MMR和控制标准波形之间缺乏显著差异表明，异常条件没有引发基于记忆或适应的成分。清醒小鼠在异常和控制范式中的峰值幅度测量结果报告在图5d-g中。

图 6.清醒小鼠对时长（a）、频率（b）、强度（c）和刺激间隔（d）偏差的听觉诱发电位（AEP）、经典失匹配负波（MMR）和控制MMR波形。标准刺激（STDOD）、异常刺激（DEVOD）和控制刺激（DEVCTR和STDCTR）在每个图的相应图例中标记。这些差值波形均未达到经过FDR校正后的统计学显著性阈值。注意AEP和MMR波形使用了不同的x轴刻度；（a）中时长变化波形使用了不同的y轴刻度；阴影区域表示标准误（SEM）。

️ 五、讨论

️5.1 麻醉与清醒状态

讨论从对清醒和麻醉组的听觉诱发电位（AEPs）进行定性比较开始。刺激开始（N1）和刺激结束（Poff）的峰值在氨基甲酸乙酯麻醉和清醒状态下均常见，而P1及后续的偏转仅在清醒动物中观察到。这与先前的研究一致，即麻醉的啮齿动物往往表现出较不动态的诱发电位。一种解释是，负责产生P1和后续偏转的神经生理机制被麻醉剂阻断。这些成分可能代表被氨基甲酸乙酯扰乱的神经递质系统所支撑的意识层面，例如GABA、甘氨酸、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）、α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）或乙酰胆碱（ACh）受体介导的信号传导。基于此，具有不同作用机制的替代麻醉剂可能会产生不同的AEP形态。氨基甲酸乙酯麻醉和清醒小鼠的AEP差异影响它们各自的失匹配反应（MMR）波形。尽管如此，它们也有一些相似之处。在两种状态下的动物中，对频率、强度和刺激间隔（ISI）的异常刺激，在N1潜伏期范围内都有显著的偏转。此外，两组的经典时长MMR波形主要由偏移反应形成。可以认为这些对应关系与人类的失匹配负波（MMN）一致，MMN在清醒和无意识状态下均能被观察到。

️5.2 时长MMR

听觉刺激时长决定偏移反应峰值潜伏期。这似乎对塑造经典时长MMR差异波形有重要作用，正峰值潜伏期由异常刺激偏移反应决定，负峰值潜伏期由标准偏移反应决定。这可以解释先前在清醒小鼠中的发现，即MMR随标准和异常刺激的时长而变化。这也与人类时长MMN的研究结果相似。在先前对大鼠时长和频率偏差的研究中，麻醉动物对时长变化的刺激有刺激结束反应，而清醒动物则没有。在本研究中，偏移电位比先前研究更明显，例如高信噪比可能增强了麻醉和清醒动物的偏移反应。刺激时长、声压级和衰减时间也影响声音停止时的皮质活动。偏移反应在麻醉动物的脑干、下丘、丘脑和听觉皮层等听觉系统各层面均会发生，在清醒人类的脑电图记录中也能观察到，尽管与时长MMN的联系较弱。

关于听觉系统中的偏移反应，有观点认为它反映了听觉刺激后的抑制后反弹，即抑制性神经元的集体活动，以抑制听觉皮层中对丘脑传来的听觉刺激产生反应的兴奋性神经元。然而，也有研究表明听觉皮层中的起始和偏移反应涉及不同的传入通路，是独立驱动的过程。动物研究还发现听觉系统中的神经元对特定时长刺激进行精细调节，有短、长和波段时长调谐的神经元，以及在声音偏移时放电的神经元。在小鼠下丘和猫的初级听觉皮层中也有类似的时长调谐特性和偏移触发神经元的报道。但由于刺激偏移必然先有起始，所以这些效应难以区分。本研究的发现表明刺激偏移反应是小鼠经典时长MMR的关键决定因素。进一步理解这一神经生理过程可能有助于解释精神分裂症患者和遗传易感个体的AEP缺陷。对控制时长MMR波形的检查仅显示出听觉习惯化，没有证据支持麻醉或清醒小鼠时长MMR背后存在其他机制。

️5.3 频率、强度和ISI MMR

刺激频率、强度和ISI的操作对小鼠AEP中观察到的N1、P1和Poff特征有类似影响，这与人类的N100和P200反应类似，表明这些特征可能反映了跨物种保守的相似神经生理基础。这些敏感性在各自的经典MMR差异波形中，在这些AEP峰值的潜伏期范围内引起偏转，尤其在增减偏差时表现出相反极性的偏转。MMR波形的幅度随异常刺激与标准刺激的距离而变化，这与人类MMN相同。然而，小鼠MMR偏转可能完全归因于刺激本身的物理特性，即听觉皮层中测量到的电生理活动差异，这与人类MMN背后的感觉记忆或适应机制不同，而是表明了强制性AEP成分的物理调制。

对控制标准和控制MMR波形的检查显示出均匀的听觉反应习惯化，没有证据表明异常刺激条件引发了记忆或适应成分。大鼠的数据也表明刺激的物理特性对形成频率MMR有重要作用，这可能质疑啮齿动物对人类MMN建模的有效性。相反，人类MMN对声音不同物理特性的潜在机制尚未完全理解，需要进一步澄清以排除这种可能性，未来人类研究中应纳入适当的控制范式。

在清醒小鼠中，上升频率的异常刺激在P2潜伏期范围内产生较大幅度的经典MMR，这可能反映了小鼠听觉系统的非线性，即对特定频率的音调偏好。本研究中使用的异常刺激频率与标准频率的偏差程度在小鼠听力范围的±2% - 2.5%左右，与先前人类研究中使用的相对频率偏差相似，且这种偏差程度会影响MMN幅度。

刺激强度对AEP的影响在人类和动物中都有广泛研究，AEP的响度依赖性（LDAEP）被认为反映了初级听觉皮层中的神经递质传递，与多种神经精神疾病相关，强度MMR缺陷可能是由于强制性AEP成分的强度调制改变。刺激间隔对AEP幅度的调制与NMDA受体信号传导有关，而频率调制与神经递质系统的联系尚未明确。目前关于啮齿动物强度或ISI MMR的研究相对较少，但本研究数据表明它们是由于听觉系统的物理敏感性，而非记忆或适应机制。在啮齿动物研究中使用物理上相同的控制波形的方法在人类MMN研究中并不常见，大多数研究采用传统的从异常刺激AEP中减去标准AEP来生成MMN/MMR波形的方法，考虑到AEP幅度随物理参数的调制是听觉神经科学中的既定发现，这种传统方法存在一定问题。

️5.4 听觉习惯化

范式的顺序排列展示了听觉习惯化对AEP波形的影响，即幅度在不同范式中逐渐减小。如果这完全是由于特定刺激属性（SSA），那么控制MMR和控制标准反应应该有不同影响，但实际观察到两者的幅度降低相似，这表明没有明显的SSA影响，也说明异常刺激没有引发基于记忆的成分。这种方法比平衡实验设计更稳健，因为平衡设计可能导致听觉习惯化在不同受试者和范式间分布不均，影响数据结果。通过比较经典和控制MMR差异波形，可能分离出物理敏感性、听觉习惯化、感觉记忆和适应机制，但目前的检查没有提供有力证据支持MMR产生的两种主流假设。

️5.5 注意事项

本研究结果存在一些局限性。例如缺乏翻转控制，这通常用于比较在异常刺激范式中作为异常和标准呈现的相同刺激。虽然当前采用的平衡异常刺激范式和多标准控制的方法被认为同样有效，但多标准控制范式中刺激间的增量差异小于异常刺激范式中刺激间的偏差。在频率方面，可能存在对多标准控制中刺激的神经反应适应问题，但对相关波形的分析不支持这一担忧。因此，这些注意事项不会显著改变对结果的解释。

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