Name: Ocena wokalizacji ultradźwiękowych podczas samodzielnego podawania leku u szczurów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-07-22T17:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Poznaj metodę oceny wokalizacji ultradźwiękowych u szczurów podczas samodzielnego podawania kokainy. Technika ta pozwala rejestrować emocjonalne reakcje zwierząt w czasie rzeczywistym i analizować je spektrograficznie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Niniejsza praca została sfinansowana z grantów NIH RO1DA014640 i 3R01DA014640-05S1, Biura Wiceprezesa ds. Badań Uniwersytetu Teksańskiego (C.L.D), Programu Dostaw Leków NIDA oraz stypendium doktoranckiego Bruce-Jones w Centrum Badań nad Alkoholem i Uzależnieniami Waggoner na Uniwersytecie Teksańskim (E.Y.M). Dziękujemy Leah McAleer, Mohamedowi Abdallie, Neha Thakore, Byronowi Barksdale'owi, Tiffany Nguyen, Tian Tian, Hunterowi Owenowi, Proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Lindzie Ju i Rosie Maddox za pomoc w analizie danych USV.

*= ważne punkty <ol> <li>Oswojone samce szczurów Sprague-Dawley są trenowane do naciskania dźwigni w celu otrzymania nagrody pokarmowej (granulki sacharozy 45 mg; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).</li> <li>*Cewniki dożylne konstruuje się z kaniul ze stali nierdzewnej (Plastics One, VA) oraz rurek silastowych. Szczury zostają poddane chirurgicznemu zabiegowi kaniulacji żyły szyjnej, aby umożliwić samopodawanie leku. Po operacji drożność cewnika utrzymuje się poprzez codzienne przemywanie 0,1 ml roztworu soli fizjologicznej 0,9%, heparyny i Timentinu.</li> <li>Kokaina (NIDA Drug Inventory and Supply and Control Program; RTI International, Research Triangle Park, NC) użyta w tym doświadczeniu została rozpuszczona w izotonicznym roztworze soli fizjologicznej (0,9%) w odpowiednich stężeniach dawek dostosowanych do masy zwierząt (0,75 mg/kg/iniekcja), tak aby każda iniekcja wynosiła 0,1 ml. Zwierzęta kontrolne otrzymywały roztwór soli fizjologicznej w tej samej objętości na iniekcję.</li> <li>*Aparat wykorzystywany do samopodawania leku składa się z komory operantowej z jedną dźwignią (28 x 22 x 21 cm), wyposażonej w oświetlenie pomieszczenia i światła stymulujące oraz 3 zestawy fotokomórek. Komora operantowa znajduje się wewnątrz większej komory dźwiękochłonnej (Med Associated, St. Albans, VT), aby ograniczyć hałas i światło z zewnątrz. Podczas sesji podawania leku zwierzęta są połączone dożylnie za pomocą rurek ze strzykawką zamontowaną na pompie zmotoryzowanej (Razel Scientific Instruments, Model A, St. Albans, VT), zawierającą roztwór kokainy (0,75 mg/kg/iniekcja) lub sterylną sól fizjologiczną. Po każdym naciśnięciu dźwigni zapala się światło stymulujące nad dźwignią, a kokaina lub sól fizjologiczna jest podawana w czasie infuzji wynoszącym 6 s. Aktywność lokomotoryczną ocenia się jako liczbę przerwań wiązki fotokomórek. Program samopodawania leku jest kontrolowany, a reakcje behawioralne (np. reakcje na dźwignię i aktywność lokomotoryczna) są rejestrowane przy użyciu komputera Med Pentium wyposażonego w oprogramowanie Med PC (Med Associates).</li> <li>*Do detekcji i rejestracji USV niezbędne są mikrofony ultradźwiękowe, sprzęt do akwizycji danych, oprogramowanie do rejestracji (Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany) oraz systemy komputerowe PC. W obecnym doświadczeniu mikrofony ultradźwiękowe (zakres odpowiedzi częstotliwościowej = 10-100 kHz) są bezpiecznie zamontowane w centrum komór operantowych. Mikrofony są podłączone do sprzętu do akwizycji danych (Avisoft-Ultrasoundgate) znajdującego się poza komorą operantową, a nagrania są zbierane na systemie komputerowym PC (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel(R) Pentium(R) 4 CPU, 2,60 GHz, 1 GB RAM) przy użyciu wielokanałowego oprogramowania do rejestracji RECORDER (Avisoft Bioacoustics).</li> <li>*Każda sesja samopodawania leku/rejestracji USV przebiega następująco: <ol class="lalpha"> <li>Zwierzęta są delikatnie wyjmowane z klatki domowej, a ich wszczepiony cewnik dożylny jest przemywany 0,05 ml heparynowanego roztworu soli fizjologicznej w celu wykrycia ewentualnych awarii cewnika.</li> <li>*Szczury są podłączone do obrotowego złącza zamontowanego na komorze operantowej, które umożliwia podawanie leku lub nośnika podczas sesji samopodawania. Zwierzęta są delikatnie umieszczane w komorze operantowej, a drzwi są cicho zamykane. Program samopodawania leku (Med PC) i oprogramowanie do rejestracji USV (RECORDER) znajdują się na dwóch oddzielnych systemach komputerowych. Dlatego, aby móc powiązać zachowania w komorze operantowej z detekcją USV, oba programy muszą zostać uruchomione jednocześnie (np. może być potrzebne dwie osoby, w zależności od rozmieszczenia komputerów).</li> <li>*Poszczególne USV są rejestrowane i znaczone czasem w sposób ciągły przez całą sesję. Program MedPC sterujący i rejestrujący zdarzenia w komorze operantowej może być napisany zgodnie z dowolną specyfikacją. Program MedPC zamyka się automatycznie na koniec sesji. Rejestrację USV należy zatrzymać ręcznie na systemie komputerowym dedykowanym do rejestracji USV.</li> <li>Na koniec sesji zwierzęta są delikatnie wyjmowane z komory operantowej, odłączane od złącza obrotowego i przemywane 0,05 ml heparynowanej soli fizjologicznej, aby oczyścić cewnik z pozostałości leku.</li> </ol> </li> <li>*Ze względów logistycznych do analizy USV wykorzystaliśmy oddzielny system komputerowy (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel(R) Core(TM), 2 CPU, 2,40 GHz, 2 GB RAM), jednak oprogramowanie analityczne może być zainstalowane na tym samym systemie co oprogramowanie do rejestracji. Analizy USV muszą być przeprowadzane starannie, aby zapewnić dokładność: <ol class="lalpha"> <li>*Oprogramowanie analityczne SASLab Pro (Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany) sprawia, że zarejestrowane USV są widoczne i słyszalne dla badaczy, wyświetlane w formie spektrogramu.</li> <li>*Korzystając z dostępnych ustawień konfiguracji, wynikowy spektrogram można zmodyfikować zgodnie z indywidualnymi preferencjami. Ponadto szumy tła o niskich częstotliwościach (np. generowane przez wentylator komór operantowych) mogą zostać odcięte, aby oprogramowanie mogło automatycznie wykrywać dźwięki powyżej tej częstotliwości w spektrogramie. Funkcje te wspomagają analizę danych, czyniąc pliki dźwiękowe krótszymi i szybszymi do oceny.</li> <li>W spektrogramie czasami wykrywane są szumy tła o częstotliwościach identycznych z USV. Ponieważ pliki dźwiękowe są rejestrowane w formacie .wav, badacz musi odsłuchać pliki dźwiękowe podczas oceny, aby potwierdzić i odróżnić USV od szumu tła.</li> <li>*Oprogramowanie analityczne może tworzyć pliki Excel z parametrami takimi jak częstotliwości sygnałów, szerokość pasma, czas trwania i dokładny czas emisji USV. To ostatnie pozwala na korelację USV z dokładnym czasem przed lub po samopodaniu leku. Umożliwia to wykorzystanie USV jako pomiarów w czasie rzeczywistym odpowiedzi emocjonalnej szczura w konkretnych momentach procedury eksperymentalnej.</li> </ol> </li> </ol> Reprezentatywne wyniki: <img src="/files/ftp_upload/2041/2041fig1.jpg" alt="Spektrogram sygnału audio, częstotliwość w funkcji czasu, decybele oznaczone kolorami, wykres analizy dźwięku." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> Rycina 1: Wyświetlenie spektrogramu USV w zakresie 22 kHz. Długie wołania w zakresie 22 kHz są wywoływane w połączeniu z bodźcami awersyjnymi i uważa się, że odzwierciedlają negatywny stan emocjonalny. <img src="/files/ftp_upload/2041/2041fig2.jpg" alt="Spektrogram, kHz względem czasu, analiza danych, wynik eksperymentu, pomiar częstotliwości, skala dB." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> Rycina 2: Wyświetlenie spektrogramu USV o częstotliwości 50 kHz. Krótkie „płaskie” i „modulowane częstotliwościowo” USV o częstotliwości 50 kHz są wywoływane w oczekiwaniu na samopodanie kokainy oraz w jego trakcie. Są one powiązane z afektem pozytywnym. <img src="/files/ftp_upload/2041/2041fig3.jpg" alt="Wpływ infuzji kokainy na USV o częstotliwości 5 kHz; wykres odpowiedzi behawioralnej w czasie, wyniki badania z dnia 5." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 3"> Rysunek 3: USV w zakresie 50 kHz indukowane kokainą. Wykres przedstawia USV (interwały 10-sekundowe) wywołane przed i po samopodanych iniekcjach kokainy (0.75 mg/kg/inj) u reprezentatywnego szczura w dniu 5. sesji samopodawania kokainy. Natychmiast po umieszczeniu w komorze operantowej i przed udostępnieniem kokainy wystąpiły USV antycypacyjne względem kokainy, a podczas samopodawania emitowane były USV indukowane kokainą.

<ol><li>Brudzynski, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Communication+of+adult+rats+by+ultrasonic+vocalization%3A+biological%2C+sociobiological%2C+and+neuroscience+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22ILAR+J%22%5BJournal%5D)">Communication of adult rats by ultrasonic vocalization: biological, sociobiological, and neuroscience approaches.</a> ILAR J. 50 (1), 43-43 (2009).</li>
<li>Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+vocalizations+as+indices+of+affective+states+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol+Bull%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats.</a> Psychol Bull. 128 (6), 961-961 (2002).</li>
<li>Wohr, M., Schwarting, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maternal+care%2C+isolation-induced+infant+ultrasonic+calling%2C+and+their+relations+to+adult+anxiety-related+behavior+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Maternal care, isolation-induced infant ultrasonic calling, and their relations to adult anxiety-related behavior in the rat.</a> Behav Neurosci. 122 (2), 310-310 (2008).</li>
<li>Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anticipation+of+play+elicits+high-frequency+ultrasonic+vocalizations+in+young+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Psychol%22%5BJournal%5D)">Anticipation of play elicits high-frequency ultrasonic vocalizations in young rats.</a> J Comp Psychol. 112 (1), 65-65 (1998).</li>
<li>Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+neurobiology+of+positive+emotions%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">The neurobiology of positive emotions.</a> Neurosci Biobehav Rev. 30 (2), 173-173 (2006).</li>
<li>Mu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeated+cocaine+exposure+induces+sensitization+of+ultrasonic+vocalization+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Lett%22%5BJournal%5D)">Repeated cocaine exposure induces sensitization of ultrasonic vocalization in rats.</a> Neurosci Lett. 453 (1), 31-31 (2009).</li>
<li>Ahrens, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeated+intravenous+amphetamine+exposure%3A+rapid+and+persistent+sensitization+of+50-kHz+ultrasonic+trill+calls+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Repeated intravenous amphetamine exposure: rapid and persistent sensitization of 50-kHz ultrasonic trill calls in rats.</a> Behav Brain Res. 197, 205-205 (2009).</li>
<li>Burgdorf, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurobiology+of+50-kHz+ultrasonic+vocalizations+in+rats%3A+electrode+mapping%2C+lesion%2C+and+pharmacology+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Neurobiology of 50-kHz ultrasonic vocalizations in rats: electrode mapping, lesion, and pharmacology studies.</a> Behav Brain Res. 182 (2), 274-274 (2007).</li>
<li>Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-frequency+ultrasonic+vocalizations+index+conditioned+pharmacological+reward+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">High-frequency ultrasonic vocalizations index conditioned pharmacological reward in rats.</a> Physiol Behav. 66 (4), 639-639 (1999).</li>
<li>Anagnostaras, S. G., Schallert, T., Robinson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Memory+processes+governing+amphetamine-induced+psychomotor+sensitization%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychopharmacology%22%5BJournal%5D)">Memory processes governing amphetamine-induced psychomotor sensitization.</a> Neuropsychopharmacology. 26 (6), 703-703 (2002).</li>
<li>Ferrario, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+and+behavioral+plasticity+associated+with+the+transition+from+controlled+to+escalated+cocaine+use%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Neural and behavioral plasticity associated with the transition from controlled to escalated cocaine use.</a> Biol Psychiatry. 58 (9), 751-751 (2005).</li>
<li>Flagel, S. B., Robinson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+psychomotor+activating+effects+of+cocaine+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Quantifying the psychomotor activating effects of cocaine in the rat.</a> Behav Pharmacol. 18 (4), 297-297 (2007).</li>
<li>Pierce, R. C., Kalivas, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotor+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Locomotor behavior.</a> Curr Protoc Neurosci. Chapter 8 (Unit 8), 1-1 (2007).</li>
</ol>

Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.

Szczury wydają wokalizacje w częstotliwościach ultradźwiękowych, które pełnią funkcje społecznościowe i komunikacyjne oraz wyrażają subiektywne stany emocjonalne 1,2. USV o częstotliwości 22 kHz są wyzwalane przez zdarzenia powodujące lęk i stres, takie jak sygnały poprzedzające wstrząsy stóp, obecność drapieżników, leki awersyjne oraz porażki społeczne 2,3. W związku z tym uważa się, że te zazwyczaj długie USV (&gt;0.3s) reprezentują stan negatywnego afektu zwierzęcia. Przeciwnie, krótsze USV o częstotliwości 50 kHz (&gt;0.3s) są emitowane podczas i w oczekiwaniu na pozytywne interakcje, takie jak karmienie, kopulacja i zabawy społeczne, a zatem zostały powiązane z pozytywnym stanem emocjonalnym zwierzęcia 2,4. Wołania te kojarzono również z wydarzeniami wzmacniającymi związanymi z aktywacją systemu dopaminergicznego 5. Na przykład zwiększoną liczbę USV o częstotliwości 50 kHz wywołano poprzez systemowe wstrzyknięcia kokainy 6 lub d-amfetaminy 7 oraz przebywanie w środowiskach wcześniej parowanych z narkotykami 8-10.
Zasugerowano, że wzrost aktywności lokomotorycznej u gryzoni wiąże się ze zwiększoną motywacją i zachowaniem apetytywnym 11-14. Relacja ta jest jednak w najlepszym razie pośrednia. Badając pojawianie się i trwałość USVs o określonych częstotliwościach, możliwe jest uzyskanie wglądu w efekty emocjonalne różnych aspektów doświadczeń związanych z przyjmowaniem leków.
W tej konfiguracji eksperymentalnej rejestrowano USV bezpośrednio przed oraz w trakcie sesji samopodawania leku. Pozwoliło to na zbadanie rozwoju oczekiwania na lek w okresie bezlekowym bezpośrednio przed rozpoczęciem sesji oraz ocenę bezpośredniego wpływu kokainy na USV. Metoda samopodawania leku umożliwia szczurom bezpośrednią kontrolę poziomu przyjmowanego leku, co pozwala zwierzętom wykształcić dokładne oczekiwania co do czasu i częstotliwości podawania substancji. W rezultacie USV wykryte podczas tych sesji odzwierciedlają precyzyjne oczekiwania dotyczące podania leku. Ponadto USV mogą być oceniane w odstępach czasu poprzedzających dostępność leku (np. antycypacyjne USV), u szczurów otrzymujących leki podawane przez eksperymentatora oraz podczas prób wygaszania reakcji na lek. Dzięki temu można również określić zmiany w stanie afektywnym związane z antycypacją leku, podawaniem leku niezależnym od zachowania zwierzęcia oraz abstynencją od leku. Analizy zmian USV w przebiegu krótkotrwałej i długotrwałej ekspozycji na lek mogłyby dostarczyć bardziej szczegółowej interpretacji wpływu ekspozycji na lek na funkcjonowanie afektywne.
Oprócz eksperymentów z samopodawaniem leków, rejestracje USV w komorach operantowych mogą być również wykorzystywane w różnych innych manipulacjach behawioralnych związanych z nagrodą lub awersją, takich jak spożywanie alkoholu, wzmocnienie pokarmowe oraz procedury warunkowania i wygaszania lęku.
Ważne szczegóły metodologiczne
Ponieważ oprogramowanie MedPC pozwala na precyzyjne manipulowanie warunkami eksperymentalnymi, takimi jak dostępność dźwigni i warunki oświetlenia, jego zastosowanie w połączeniu z rejestracją i analizą USV umożliwia określenie efektów emocjonalnych wywołanych prezentacją sygnałów związanych z lekiem (np. błyskami światła lub innymi bodźcami sensorycznymi) oraz bezpośrednich skutków przyjęcia leku. Aby zapewnić pokrywanie się ram czasowych procedur samopodawania i rejestracji USV, kluczowe jest, aby oba programy (np. MedPC i RECORDER) zostały aktywowane jednocześnie na początku każdej sesji.
Ze względu na ogromną ilość miejsca cyfrowego wymaganego do przechowywania danych USV (np. 10-minutowy plik dźwiękowy zajmuje ok. 250 MB), należy zachować ostrożność w przypadku badania wielu zwierząt jednocześnie na jednym systemie komputerowym. Aby uniknąć błędów podczas rejestracji, komputer rejestrujący musi posiadać znaczną ilość pamięci RAM (1-2 GB). Inne sposoby ograniczania błędów rejestracji obejmują obniżenie rozdzielczości USV podczas nagrywania i/lub zmniejszenie liczby zwierząt badanych w jednym czasie. Ponadto ważne jest, aby badacz zachował czujność wobec wszystkich aspektów gromadzenia danych podczas całej procedury eksperymentalnej. Na przykład nagromadzenie dużej ilości danych rejestracyjnych na dysku twardym może spowodować zatrzymanie programu do rejestracji USV. W takim przypadku program nagrywający musi zostać natychmiast zrestartowany, aby uniknąć utraty danych USV oraz desynchronizacji USV z innymi miarami behawioralnymi.
Warunki środowiskowe mogą wpływać na emitowanie USV. Na przykład dotyk przez nieznanego człowieka może spowodować, że zwierzę zacznie emitować negatywne wołania o częstotliwości 22 kHz, co mogłoby zostać błędnie zinterpretowane jako awersja wobec warunków eksperymentalnych. Dlatego intensywna habituacja poprzez częste obchodzenie się ze zwierzętami przed manipulacjami eksperymentalnymi jest istotnym elementem eksperymentów behawioralnych. Ponadto, ponieważ nowe środowisko może również wywoływać niespecyficzne wołania USV, zwierzęta powinny, jeśli to możliwe, zostać przyzwyczajone do środowiska testowego.

<table><tbody><tr><td>Pakiet testowy do badania warunkowania instrumentalnego (samopodawania leku) u szczurów</td><td><a href="http://www.med-associates.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Med Associates, Inc.</a></td><td>MED-008-CT-B1</td><td></td></tr><tr><td>Źródło i detektor podczerwieni (fotowiązki)</td><td><a href="http://www.med-associates.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Med Associates, Inc.</a></td><td>ENV-253SD ENV-253</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Med PC</td><td><a href="http://www.med-associates.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Med Associates, Inc.</a></td><td>SOF-735</td><td></td></tr><tr><td>Jednoprzepływowa pompa strzykawkowa</td><td>Razel Scientific Instruments</td><td>Model R-E</td><td></td></tr><tr><td>pelety sacharozowe 45 mg</td><td>Bio-Serv</td><td>F0042</td><td></td></tr><tr><td>Kaniula cewnikowa</td><td>Tworzywa sztuczne 1</td><td>C313G-5UP</td><td></td></tr><tr><td>Avisoft-UltraSoundGate 416H</td><td>Avisoft BioAcoustics</td><td>Część nr 34163</td><td></td></tr><tr><td>Mikrofony ultradźwiękowe</td><td>Avisoft BioAcoustics</td><td>Część nr 40011</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Avisoft-RECORDER</td><td>Avisoft BioAcoustics</td><td>Część nr 10302</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Avisoft-SASLab</td><td>Avisoft BioAcoustics</td><td>Część nr 10101</td><td></td></tr><tr><td>Komputer PC do rejestracji USV</td><td>Dell</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Komputer PC do analiz danych z USV</td><td>Dell</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kokaina</td><td>RTI International</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ocena wokalizacji ultradźwiękowych podczas samopodawania leku u szczurów

Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

Procedury samopodawania narkotyków są powszechnie stosowane do badania zmian behawioralnych i neurochemicznych związanych z nadużywaniem substancji psychoaktywnych, uzależnieniem i nawrotami u ludzi. Do pomiaru motywacji do przyjmowania narkotyków u zwierząt często wykorzystuje się różne rodzaje aktywności behawioralnej. Jednak kluczowym elementem nawrotów nadużywania narkotyków u osób w stanie abstynencji od kokainy jest „głód narkotykowy” (drug craving), który jest trudny do zamodelowania u zwierząt, ponieważ często występuje on wyłącznie bez jawnych zachowań. Niemniej jednak możliwe jest, że klasa wokalizacji ultradźwiękowych (USVs) u szczurów może stanowić przydatny marker reakcji afektywnych na podanie narkotyku, oczekiwanie na narkotyk, a nawet głód narkotykowy. Szczury wokalizują na częstotliwościach ultradźwiękowych, które pełnią funkcję komunikacyjną i wyrażają subiektywne stany emocjonalne. Kilka badań wykazało, że różne zakresy częstotliwości sygnałów są związane z negatywnymi i pozytywnymi stanami emocjonalnymi. Na przykład sygnały o wysokiej częstotliwości („50 kHz”) wiążą się z afektem pozytywnym, natomiast sygnały o niskiej częstotliwości („22 kHz”) reprezentują negatywny stan emocjonalny. Niniejszy artykuł opisuje procedurę oceny USVs u szczurów związanych z codziennym samopodawaniem kokainy. W tej procedurze wykorzystano standardowe jednoważykowe komory operacyjne umieszczone w boksach dźwiękochłonnych do sesji samopodawania kokainy, a także mikrofony ultradźwiękowe, wielokanałowy sprzęt rejestrujący oraz specjalistyczne programy komputerowe do detekcji i analizy USVs. Pomiary USVs odzwierciedlają emocjonalność szczurów przed, w trakcie i po dostępności narkotyku i mogą być korelowane z powszechnie ocenianymi danymi behawioralnymi dotyczącymi samopodawania narkotyków, takimi jak reakcje na dźwignię, odstępy między reakcjami oraz aktywność lokomotoryczna. Ponieważ USVs mogą być oceniane w odstępach czasu przed dostępnością narkotyku (np. antycypacyjne USVs) oraz podczas prób wygaszania reakcji na narkotyk, można również określić zmiany w afekcie związane z oczekiwaniem na narkotyk i abstynencją. Dodatkowo określenie zmian USVs w przebiegu krótkotrwałej i długotrwałej ekspozycji na narkotyk może dostarczyć bardziej szczegółowej interpretacji wpływu ekspozycji na narkotyk na funkcjonowanie afektywne.

Samopodawanie leku oraz wokalizacje ultradźwiękowe (USV) są wykorzystywane jako oceny behawioralne w badaniach na zwierzętach, lecz rzadko w połączeniu. Celem niniejszego artykułu jest opisanie zalet rejestrowania USV podczas procedur samopodawania leków w celu oceny odpowiedzi afektywnych na doświadczenie związane z przyjmowaniem substancji.

Ocena wokalizacji ultradźwiękowych podczas samopodawania leku u szczurów

Procedury samopodawania leków są powszechnie stosowane do badania zmian behawioralnych i neurochemicznych związanych z nadużywaniem substancji, uzależnieniem i...

Niniejszy film prezentuje procedurę oceny wpływu kokainy na ultradźwiękowe wokalizacje (USB). W badaniach nad samopodawaniem substancji u szczurów, przeszkolone zwierzęta są umieszczane w komorze do samopodawania, gdzie naciskają dźwignię w celu otrzymania nagrody w postaci kokainy, a wokalizacje USB są rejestrowane w czasie rzeczywistym. Utworzony plik dźwiękowy jest konwertowany na spektrogram, który sprawia, że zarejestrowane USB stają się widoczne i słyszalne dla eksperymentatorów.Następnie sygnały USB szczura są oddzielane od szumu tła, a poszczególne parametry potwierdzonych sygnałów USB są eksportowane do pliku Excel. W ten sposób sygnały USB mogą służyć jako pomiary w czasie rzeczywistym reakcji emocjonalnej szczura podczas samopodawania leku. Cześć, nazywam się Esta Meyer i pochodzę z laboratorium dr Christine Hel z wydziału farmakologii lub toksykologii w College of Pharmacy na University of Texas w Austin.Dzisiaj przedstawimy procedurę oceny ultradźwiękowych wokalizacji szczurów podczas samopodawania leku. Stosujemy tę procedurę w laboratorium w celu zbadania wpływu kokainy na wokalizacje szczurów. Zapraszamy do oglądania.Pierwszym krokiem przygotowawczym w przeprowadzaniu eksperymentów łączących samopodawanie leków z analizą wokalizacji ultradźwiękowych (USV) jest nauczenie szczurów naciskania dźwigni w celu otrzymania nagrody pokarmowej. Po przeszkoleniu szczury poddawane są zabiegowi chirurgicznemu cewnikowania żyły szyjnej, aby umożliwić samopodawanie leków. Aparatura wykorzystywana do samopodawania leków składa się z komory operantowej z jedną dźwignią, wyposażonej w lampki sygnalizacyjne i domowe oraz trzy zestawy wiązek fotoelektrycznych.Komora operacyjna znajduje się wewnątrz większej komory wygłuszającej, aby ograniczyć zewnętrzny hałas i światło. W celu detekcji i rejestracji sygnałów, mikrofony ultradźwiękowe USPS są stabilnie zamontowane w centrum komór operacyjnych. Mikrofony są podłączone do sprzętu do akwizycji danych znajdującego się poza komorą operacyjną, a nagrania są gromadzone na systemie komputerowym PC przy użyciu wielokanałowego oprogramowania do rejestracji. Reakcje behawioralne zwierząt są rejestrowane za pomocą komputera Med Pentium wyposażonego w oprogramowanie med PC; programy med PC oraz rejestrator AVA soft muszą być załadowane i gotowe do pracy przed umieszczeniem zwierząt w komorach operacyjnych.W menu komputera Med PC należy wczytać procedurę eksperymentalną dla szczurów przypisanych do odpowiednich komór operantowych, aby uruchomić program. Równocześnie z rejestracją USV polecenie start musi być przygotowane do wydania. Następnie należy dopasować mikrofony do szczurów w przypisanych komorach operantowych na komputerze do rejestracji dźwięku; w ustawieniach konfiguracji oprogramowania AVA soft recorder należy nazwać kanały zgodnie z przypisanymi zwierzętami, ustawić powiązania interwałów rejestracji oraz zdefiniować klawisz klawiatury do uruchamiania lub zatrzymywania nagrywania dla poszczególnych kanałów.Po zakończeniu przygotowań przejdźmy do opisu przeprowadzania sesji rejestracyjnej. Aby rozpocząć sesję, delikatnie wyjmij zwierzę z klatki domowej i przepłucz wszczepiony cewnik dożylny 0,05 milliliters heparynowanego roztworu soli fizjologicznej w celu wykrycia ewentualnych dysfunkcji cewnika. Następnie podłącz zwierzę do obrotowego złącza (swivel) zamontowanego w komorze operantowej, co umożliwia podawanie leku lub nośnika podczas sesji samopodawania.Teraz delikatnie umieść zwierzę w komorze operacyjnej i cicho zamknij drzwiczki. Po zamknięciu drzwiczek rozpocznij nagrywanie. Ponieważ program samopodawania leku oraz oprogramowanie do nagrywania przez USB znajdują się na dwóch osobnych systemach komputerowych, należy je uruchomić jednocześnie.Jeśli systemy komputerowe są ze sobą połączone, czynność tę może wykonać jeden eksperymentator. Poszczególne USPS są rejestrowane i znakowane znacznikami czasu w sposób ciągły przez całą sesję. Program Med PC sterujący i rejestrujący zdarzenia w komorze operantowej może zostać skonfigurowany zgodnie z dowolną specyfikacją dla pierwszych 10 minut każdej sesji.Szczury przebywają w zaciemnionej komorze bez dostępu do dźwigni. Po dokładnie 10 minutach zapala się światło w pomieszczeniu, a dźwignia zostaje wysunięta do komory, co sygnalizuje dostępność kokainy lub roztworu kontrolnego. Po każdej reakcji na dźwignię zostaje ona wciągnięta, podczas gdy podawany jest lek lub roztwór kontrolny, a lampka stymulująca nad dźwignią świeci przez cały czas trwania infuzji leku.Po 20 sekundach dźwignia cofa się do komory, sygnalizując dostępność leku. Sesja jest kontynuowana w ten sposób przez pożądany czas trwania. W tym eksperymencie samopodawanie leku zaprogramowano na 60 minut.Pod koniec sesji światła w komorze gasną. Dźwignia zostaje cofnięta, a lek przestaje być dostępny po zakończeniu sesji samopodawania leku. Program rejestrujący USB musi zostać ręcznie zatrzymany na komputerze dedykowanym do rejestracji USB.Po zakończeniu sesji samopodawania leku i rejestracji przez USB, ostrożnie wyjmij zwierzę z komory operantowej, odłącz je od obrotowego złącza (swivela) i przepłucz cewnik podający 0,05 milliliters soli fizjologicznej z heparyną, aby usunąć z cewnika wszelkie pozostałości leku. Kolejnym krokiem jest rozpoczęcie analizy danych. Analiza zapisów USB musi być przeprowadzona starannie, aby zapewnić dokładność wyników.Oprogramowanie analityczne SaaS lab pro konwertuje plik dot wave na spektrogram, który sprawia, że zarejestrowane US VS stają się widoczne i słyszalne dla badaczy. Powstały spektrogram można zmodyfikować zgodnie z indywidualnymi preferencjami, korzystając z dostępnych ustawień konfiguracji. Zarejestrowane dźwięki są wyświetlane w zakresie od 0 do 100 kHz, w tym US vs szczura.Oraz szum tła generowany przez wentylator w komorze wygłuszającej. Aby odfiltrować ten szum tła, ustaw filtr górnoprzepustowy spektrogramu na 10 kilohertz lub więcej, ponieważ większość szumu mieści się w zakresie od zera do 10 kilohertz; teraz włącz automatyczne pomiary i wszystkie dźwięki powyżej. Częstotliwość odcięcia zostanie automatycznie wykryta przez oprogramowanie AVA Soft.Za pomocą narzędzia należy usunąć przerwy między wykrytymi elementami z pliku dźwiękowego. Wszystkie części oryginalnego pliku .wav pozbawione dźwięku mogą zostać usunięte. Skrócony plik .wav może zostać teraz zapisany, a nowo utworzony, krótszy spektrogram może zostać wykorzystany do szybszej analizy.Ponieważ oprogramowanie wykrywa zarówno szum tła, jak i USB szczura, podczas oceny konieczne jest odsłuchanie wykrytych dźwięków. Aby zweryfikować i odróżnić USPS szczura od szumu tła, zidentyfikowany szum tła musi zostać ręcznie usunięty ze spektrogramu. Okno automatycznych pomiarów parametrów oferuje wybór dostępnych pomiarów.Na przykład czas trwania, szerokość pasma, częstotliwość i amplituda. Aby w przypadku poszczególnych USV móc przenieść do pliku Excel po analizie tylko potwierdzone USB szczura, należy zaktualizować listę wykrytych dźwięków utworzoną w oknie automatycznych pomiarów parametrów. Po dokonaniu oceny utworzoną listę można wyeksportować do pliku Excel za pomocą narzędzia export, wybierając opcje copy parameter measurement headings oraz copy parameter measurement values for entire file.Utworzony plik Excel zawiera informacje o właściwościach USB oraz, co najważniejsze dla tego eksperymentu, dokładne czasy emisji USB. Pozwala to na korelację USB z precyzyjnym czasem przed i po samopodaniu leku. W ten sposób USB mogą być wykorzystywane jako pomiary w czasie rzeczywistym reakcji emocjonalnej szczura w określonych momentach procedury eksperymentalnej.Przedstawiony tutaj spektrogram obrazuje USV o częstotliwości 22 kHz. Długie wołania o częstotliwości 22 kHz są wywoływane w odpowiedzi na nieprzyjemne bodźce i uważa się, że odzwierciedlają one negatywny stan emocjonalny. Ten spektrogram pokazuje USB o częstotliwości 50 kHz w formie krótkich, płaskich i modulowanych częstotliwościowo USB, wywoływanych w oczekiwaniu na samopodawanie kokainy oraz w jego trakcie.Są one powiązane z efektem pozytywnym. Przedstawiono tutaj ultradźwięki (USB) o częstotliwości 50 kHz w czasie rzeczywistym. Wykres przedstawia USB wywołane przed i po samopodawaniu iniekcji kokainy u reprezentatywnego szczura.Piątego dnia sesji samopodawania kokainy, przed udostępnieniem substancji, wywołano USB antycypacyjne. Natomiast podczas samopodawania występowały USB indukowane kokainą. Właśnie pokazaliśmy Państwu sposób rejestracji i oceny USB.Wywołane podczas sesji samopodawania kokainy. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby poprawnie skonfigurować programy, tak aby można było je uruchomić jednocześnie i aby działały bezbłędnie. To wszystko.Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w prowadzeniu eksperymentów.

assessment-ultrasonic-vocalizations-during-drug-self-administration

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Ocena ultradźwiękowych wokalizacji podczas samopodawania leków u szczurów

Procedury operacyjnego samopodawania leków oraz uwarunkowanej preferencji miejsca (CPP) są szeroko stosowane w badaniach do modelowania różnych komponentów wzmocnienia narkotykowego, konsumpcji i uzależnienia u ludzi. W niniejszym raporcie połączyliśmy tradycyjne metody CPP i samopodawania jako nowatorskie podejście do badania wzmocnienia i uzależnienia od leków u szczurów.

Nowoczesne urządzenie i metoda wzmacniania działania leku

Zaburzenia głosu są uciążliwe w procesie starzenia się oraz w chorobie Parkinsona. Ultradźwiękowe wokalizacje szczurów, które również są dotknięte tymi schorzeniami, mogą być wykorzystane do badania tych zaburzeń głosu, ich podłoży neuronalnych oraz charakteru powrotu do sprawności funkcjonalnej w wyniku interwencji behawioralnej.

Celowany trening wokalizacji ultradźwiękowych u starszych szczurów oraz szczurów z chorobą Parkinsona

Opisano metodę określania przebiegu czasowego stężenia etanolu w mózgach szczurów podczas operantowej samopodaży etanolu. Do ilościowego oznaczenia etanolu w próbkach dialyzatu zastosowano chromatografię gazową z detekcją płomieniowo-jonizacyjną, ponieważ charakteryzuje się ona czułością wymaganą dla generowanych małych objętości.

Mikrodializa etanolu podczas operacyjnego samopodawania etanolu oraz oznaczanie etanolu metodą chromatografii gazowej

Obecne badanie ocenia nowatorską procedurę oceny wzmacniających efektów smacznych roztworów u szczurów laboratoryjnych: samodzielne podawanie wewnątrzustne. W tym celu mierzono reakcję instrumentalną (tj. naciskanie dźwignią) na wewnątrzustne wlewy słodkich roztworów o różnych stężeniach na podstawie ciągłych i progresywnych harmonogramów współczynników wzmocnienia.

Nowatorska procedura oceny wzmacniających właściwości degustatorów u szczurów laboratoryjnych: instrumentalne samodzielne podawanie wewnątrzustne

Ultradźwiękowe wokalizacje (USV) u myszy różnią się w zależności od wieku, płci, stanu i tła genetycznego. Wykorzystując dwa emitery ultradźwiękowe nadające jednocześnie w różnych lokalizacjach, ten test dwukrotnego wyboru może ocenić rozpoznawanie myszy i reakcje preferencji na różne cechy USV.

Określanie preferencji wokalizacji ultradźwiękowej u myszy za pomocą testu odtwarzania dwóch wyborów

Ten artykuł opisuje dostarczanie wewnątrzczaszkowej stymulacji elektrycznej, która jest czasowo i przestrzennie oddzielona od środowiska używania narkotyków w leczeniu uzależnienia od metamfetaminy dożylnie.

Ogólna metoda oceny wpływu głębokiej stymulacji mózgu na samodzielne podawanie metamfetaminy dożylnie

Ten protokół opisuje nowatorską i efektywną metodę szybkiego inicjowania reakcji instrumentalnej na etanol u szczurów, która, w przeciwieństwie do standardowych metod, nie wymaga pozbawienia wody ani zaniku sacharyny/sacharozy, aby zainicjować odpowiedź.

Metoda oceny wzmacniających właściwości etanolu u szczurów bez niedoboru wody, blaknięcia sacharyny lub szkolenia o przedłużonym dostępie

Mysie ultradźwiękowe wokalizacje są używane jako proxy do modelowania genetycznych podstaw deficytów komunikacji głosowej w mysich modelach zaburzeń neuropsychiatrycznych. Niniejszy protokół opisuje trzy konteksty eksperymentalne, które niezawodnie wywołują ultradźwiękowe wokalizacje od szczeniąt (w trakcie rozwoju) i dorosłych myszy (interakcje tej samej płci, interakcje samca-samicy w rui).

Nagrywanie wokalizacji ultradźwiękowych myszy w celu oceny komunikacji społecznej

Reaktywność wskazówek jest rozumiana jako wrażliwość na sygnały związane z doświadczeniami związanymi z zażywaniem narkotyków, które przyczyniają się do głodu i nawrotów u abstynentów. Reaktywność sygnału jest modelowana u szczurów poprzez pomiar orientacji uwagi na sygnały związane z narkotykami, co skutkuje zachowaniem podejścia apetytywnego w teście reaktywności sygnału po samodzielnym podaniu i wymuszonej abstynencji.

Protokół pomiaru reaktywności sygnałów w szczurzym modelu zaburzeń związanych z używaniem kokainy

Reagowanie na sygnały powiązane z pokarmem lub lekiem nasila się w czasie okresu abstynencji, co może wiązać się ze zwiększoną podatnością na zachowania nawrotowe. W niniejszym materiale szczegółowo opisujemy procedurę oceny tej „inkubacji głodu” (ang. incubation of craving) u szczurów, które podawały sobie samodzielnie sacharozę.

Ogólna metoda oceny inkubacji głodu sacharozy u szczurów

Poznaj metodę oceny wokalizacji ultradźwiękowych u szczurów podczas samodzielnego podawania kokainy. Technika ta pozwala rejestrować emocjonalne reakcje zwierząt w czasie rzeczywistym i analizować je spektrograficznie.

Ocena wokalizacji ultradźwiękowych podczas samopodawania leku u szczurów

Przeglądaj więcej filmów