Acoustically Enriched Environment during the Critical Period of Postnatal Development Positively Modulates Gap Detection and Frequency Discrimination Abilities in Adult Rats

Abstract

Throughout life, sensory systems adapt to the sensory environment to provide optimal responses to relevant tasks. In the case of a developing system, sensory inputs induce changes that are permanent and detectable up to adulthood. Previously, we have shown that rearing rat pups in a complex acoustic environment (spectrally and temporally modulated sound) from postnatal day 14 (P14) to P28 permanently improves the response characteristics of neurons in the inferior colliculus and auditory cortex, influencing tonotopical arrangement, response thresholds and strength, and frequency selectivity, along with stochasticity and the reproducibility of neuronal spiking patterns. In this study, we used a set of behavioral tests based on a recording of the acoustic startle response (ASR) and its prepulse inhibition (PPI), with the aim to extend the evidence of the persistent beneficial effects of the developmental acoustical enrichment. The enriched animals were generally not more sensitive to startling sounds, and also, their PPI of ASR, induced by noise or pure tone pulses, was comparable to the controls. They did, however, exhibit a more pronounced PPI when the prepulse stimulus was represented either by a change in the frequency of a background tone or by a silent gap in background noise. The differences in the PPI of ASR between the enriched and control animals were significant at lower (55 dB SPL), but not at higher (65-75 dB SPL), intensities of background sound. Thus, rearing pups in the acoustically enriched environment led to an improvement of the frequency resolution and gap detection ability under more difficult testing conditions, i.e., with a worsened stimulus clarity. We confirmed, using behavioral tests, that an acoustically enriched environment during the critical period of development influences the frequency and temporal processing in the auditory system, and these changes persist until adulthood.

Binaural advantages in sound temporal information processing by neurons in the rat inferior colliculus

“…However, there are few studies on the binaural advantages in sound temporal information processing. Gap detection threshold (GDT), which measures the ability to detect the shortest silent interval in a sound, is widely used to assess the auditory temporal resolution and evaluate the ability of auditory system in sound temporal processing ( Werner et al, 1992 ; Pysanenko et al, 2021 ; Land and Kral, 2022 ). Shorter GDTs indicate higher temporal acuity in decoding of the sound stream, such as speech stream of human and communication sounds of animals.…”

Modulation der akustisch evozierten Schreckreaktion durch Präpulse und deren Anwendung zur Bestimmung reflexbasierter Unterscheidungsschwellen

“…In der Untersuchung der Frequenzsprung-Präpulsinhibition wurde deutlich, dass die Inhibitionswerte mit zunehmender Sprunghöhe anstiegen. In Ratten wurde dies bisher in vergleichbarer Weise nur von Śuta et al (2015) und Pysanenko et al (2021) untersucht, die allerdings lediglich Aufwärtssprünge erforschten. Dabei wurde, wie in der vorliegenden Arbeit, ein starker Einfluss der Hintergrundfrequenz gefunden, mit einer schwächeren Inhibition bei 16 kHz als bei niedrigeren Hintergrundfrequenzen.…”

“…In der vorliegenden Arbeit wurde die FC-PPI bei einer BNS-Intensität von 75 dB SPL gemessen. Śuta et al (2015) und Pysanenko et al (2021) testeten verschiedene BNS-Intensitäten bei der Messung der FC-PPI und zeigten erhöhte Inhibitionswerte mit steigender BNS-Intensität. Obwohl in der vorliegenden Arbeit durch die Messung der Präpulsinhibition die Verarbeitung akustischer Reize auf subkortikaler Ebene untersucht wurde (Lingenhöhl und Friauf, 1994;Koch, 1999;Abb.…”

“…Auch in weiteren Untersuchungen von PPI und Gap-PPI konnte kein Einfluss der BNS-Intensität auf die Inhibitionswerte beobachtet werden Rybalko et al, 2019). Vergleichbar zu den Daten der vorliegenden Arbeit fanden sich leicht verbesserte Inhibitionswerte bei Gap-PPI-Messungen mit steigender BNS-Intensität in Ratten (Pysanenko et al, 2021). Auch in Mäusen zeigte sich eine verbesserte Intensitätsdiskriminierung mit steigender BNS-Intensität (Behrens und Klump, 2015) und in Untersuchungen des Glabellareflexes bei Menschen wurde ebenfalls eine Zunahme der Inhibitionswerte mit einem Anstieg der BNS-Intensität beschrieben (Cranney und Cohen, 1985).…”

“…Dies steht im Einklang mit der Studie von Steube et al (2016), in der ebenfalls ein solcher Einfluss der Gap-Dauer beschrieben wurde. Dass die Inhibition mit steigender Gap-Dauer zunimmt, wurde bereits von zahlreichen Forschungsgruppen beschrie-ben (Hoffman und Wible, 1969;Stitt et al, 1973;Ison, 1982;Dean et al, 1990;Leitner et al, 1993;Clark et al, 2000;Threlkeld et al, 2008;Swetter et al, 2010;Steube et al, 2016;Rybalko et al, 2019;Pysanenko et al, 2021). Im Allgemeinen bewirken Gaps bereits ab einer Dauer von ≥10 ms signifikante Inhibitionen (Ison, 1982;Clark et al, 2000).…”