Acoustic startle reflex of Wistar rats. Methodical elaboration and validation in experiment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The natural fear reflex, characteristic of both animals and humans, is a short and intense defensive reaction in response to a strong and unexpected external stimulus. In experiments, this reflex is often triggered by a strong and short sound stimulus (acoustic flinch reflex – ASR). The amplitude of the ASR and the degree of its dependence on modulating factors, such as a previous weak stimulus (prepulse), serve as markers of the state of sensorimotor gating and are widely used in neuropsychiatry and neurophysiology to assess disorders of mental functions. The magnitude of the ASR amplitude is a critical evaluation factor, and the accuracy of its determination depends on taking into account many technical conditions: the design of the experimental installation, the type and location of the mechanical-electrical sensor, the method of digitization and presentation of primary data, the protocol of the experiment, etc. This issue presents a methodological development for measuring ASR and its prepulse inhibition (PPI), which includes an original working camera, hardware and software, as well as an optimal testing protocol. During validation the technique on a group of outbred rats (Wistar), it was found that (1) the technique allows us to assess the heterogeneity of the group by the amplitude of ASR and conduct appropriate phenotypic clustering, and (2) repeated, after 7 days, testing of ASR and PPI in the same animals does not violate their initial clustering and does not significantly changes the measured parameters. These observations allow us to consider the methodology applicable for sequential testing of one group of animals before and after any experimental exposure, taking into account the dependence of the result on the cluster membership of the subgroups determined during the first test.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. G. Semenov

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: dsem50@rambler.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. V. Belyakov

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: dsem50@rambler.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. N. Chikhman

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: dsem50@rambler.ru
Russian Federation, St. Petersburg

S. D. Solnushkin

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: dsem50@rambler.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Koch M (1999) The neurobiology of startle. Progress Neurobiol 59(2): 107–128. https://doi.org/10.1016/s0301-0082(98)00098-7
  2. Gómez-Nieto R, Hormigo S, López DE (2020) Prepulse Inhibition of the Auditory Startle Reflex Assessment as a Hallmark of Brainstem Sensorimotor Gating Mechanisms. Brain Sci 10(9): 639. https://doi.org/10.3390/brainsci10090639
  3. Graham FK (1975) Presidential Address, 1974. The more or less startling effects of weak prestimulation. Psychophysiology 12(3): 238–248. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1975.tb01284.x
  4. Zheng A, Mann RS, Solaja D, Allman BL, Schmid S (2024) Properties of the Caudal Pontine Reticular Nucleus Neurons Determine the Acoustic Startle Response in Cntnap2 KO Rats. J Integrat Neurosci 23(3): 63. https://doi.org/10.31083/j.jin2303063
  5. Braff DL, Light GA, Ellwanger J, Sprock J, Swerdlow NR (2005) Female schizophrenia patients have prepulse inhibition deficits. Biol Psychiatry 57: 817–820. https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2004.12.030
  6. Ahmari SE, Risbrough VB, Geyer MA, Simpson HB (2012) Impaired sensorimotor gating in unmedicated adults with obsessive compulsive disorder. Neuropsychopharmacology 37: 1216–1223. https://doi.org/10.1038/npp.2011.308
  7. Cheng CH, Chan PS, Hsu SC, Liu CY (2018) Meta-analysis of sensorimotor gating in patients with autism spectrum disorders. Psychiatry Res 262: 413–419. https://doi.org/10.1016/j.psychres.2017.09.016
  8. Pineles SL, Blumenthal TD, Curreri AJ, Nillni YI, Putnam KM, Resick PA, Rasmusson AM, Orr SP (2016) Prepulse inhibition deficits in women with PTSD. Psychophysiology 53: 1377–1385. https://doi.org/10.1111/psyp.12679
  9. Jafari Z, Kolb BE, Mohajerani MH (2020) Prepulse inhibition of the acoustic startle reflex and P50 gating in aging and Alzheimer's disease. Ageing Res Rev 59: 101028. https://doi.org/10.1016/j.arr.2020.101028
  10. Swerdlow NR, Light GA (2016) Animal models of deficient sensorimotor gating in schizophrenia: are they still relevant? Curr Topics Behav Neurosci 28: 305–325. https://doi.org/10.1007/7854_2015_5012
  11. Miller EA, Kastner DB, Grzybowski MN, Dwinell MR, Geurts AM, Frank LM (2021) Robust and Replicable Measurement for Prepulse Inhibition of the Acoustic Startle Response. Mol Psychiatry 26: 1909–1927. https://doi.org/10.1038/s41380-020-0703-y
  12. Hormigo S, López DE (2019) Adjustment of the data acquisition window for the assessment of sensorimotor gating mechanisms in rodents. MethodsX 6: 2046–2051. https://doi.org/10.1016/j.mex.2019.09.007
  13. Pelevin A, Kurzina N, Zavialov V, Volnova A (2023) A Custom Solution for Acoustic Startle Response Setup with Spike2-Based Data Acquisition Interface. Methods and Protocols 6(3): 57. https://doi.org/10.3390/mps6030057
  14. Чихман ВН, Солнушкин СД, Смирнов ВЮ, Молодцов ВО (2024) Измерение параметров рефлекторного вздрагивания Биомед радиоэлектрон 27(1): 64–70. [Chikhman VN, Solnushkin SD, Smirnov VYu, Molodtsov VO (2024) Measurement of startle reflex. Biomed Radioengineer 27(1): 64–70. (In Russ)]. https://doi.org/10.18127/j15604136-202401-08

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Installation diagram for registering the ASR. 1 – Working chamber (detachable pipe), 1a – upper half, 1b – lower half, 1c – transparent plugs fixed to the upper half, 1d – opening line. 2 – Chamber base. 3 – Spring. 4 – Accelerometer sensor. 5 – Controller board. 6 – USB connector. 7 – Double bearing block. 8 – Upper (removable) part of the outer box. 9 – Lower part of the outer box. 10 – Video camera. 11 – Speakers. 12 – Fan. 13 – LED backlight. 14 – Connection to a PC and power supplies.

Download (214KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Graphical representation of the reactions of one rat to a series of double stimuli on the monitor screen. The horizontal axis shows the latent period values ​​of the muscle response peaks in “counts” from the onset of the weak stimulus (in this graphic derivation, 1 count = 6 ms), the leading edge of the strong stimulus is marked with an arrow. The vertical axis shows the amplitude of the responses in relative units. The right column shows the interactive selection of recording the reactions to the entire series of stimuli (a) or the reaction to a specific stimulus in the series (b). In the scan (b), the cursor moved to the peak shows its amplitude and latency. In the latency area “15”, a wave of response to a weak prepulse is noticeable, in the latency area “30”, the peaks of the earliest responses to a strong stimulus are located.

Download (216KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Clustering of the group of naive Wistar rats by the values ​​of ASR amplitudes and PPT strength. (a) – LR subgroup – on the left, HR subgroup – on the right. The lines connect the mean values ​​of ASR amplitudes for each animal, obtained for single strong stimuli (base) and for double stimuli (double). The gray dotted line connects the median values ​​for the subgroups with the indication of the values. (b) – clustering into LR and HR subgroups, obtained taking into account the mean ASR amplitudes for each of the successive strong stimuli (LR, n = 15; HR, n = 8; mean ± SEM; p < 0.001). (c) – comparison of the mean PPT values ​​of the two clusters (LR, n = 15; HR, n = 8; med ± SEM; p = 0.03).

Download (214KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Comparison of the values ​​of the ASR amplitudes during the first and repeated (after 7 days) testing. (a) – LR cluster, (b) – HR cluster. The designations are the same as in Fig. 3, a.

Download (155KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».