Summary
Наркотиками самоуправления и ультразвуковые вокализации (USV) используются в качестве поведенческой оценки в исследованиях животных, но редко в комбинации. Цель этой статьи заключается в описании преимуществ регистрации в течение USVs наркотиков самоуправления процедур для оценки аффективные реакции на препарат опыт.
Abstract
Наркотиками самоуправления процедуры обычно используется для изучения поведенческих и нейрохимических изменений, связанных с человеческим наркомании, зависимости и рецидивов. Различные типы поведенческой активности, как правило, использовались в качестве меры наркотиков мотивации у животных. Тем не менее, важнейшим компонентом рецидива наркомании в абстинентный пользователей кокаина "наркотиков тяга", который трудно смоделировать на животных, как это часто происходит в отсутствие явного поведения. Тем не менее, не исключено, что класс ультразвуковые вокализации (USVs) у крыс может быть полезным маркером аффективные реакции на препарат, лекарство ожидании и даже наркотиков тягу. Крысы вокализ в ультразвуковых частотах, которые служат информационный функции и выражают субъективные эмоциональные состояния. Несколько исследований показали, что различные частотные диапазоны вызов связан с отрицательными и положительными эмоциональными состояниями. Например, высокая частота вызовов ("50-кГц") связаны с положительных эмоций, тогда как низкие частоты вызовов ("22-кГц") представляют собой отрицательные эмоциональные состояния. В этой статье описывается процедура оценки крысы USVs связанные с ежедневными кокаина самоуправления. Для этой процедуры, мы использовали стандартные однорычажный оперантного камеры размещается в звуковой ослабления коробки для кокаина самоуправления сессий и использовать ультразвуковые микрофоны, многоканальной записи оборудования и специализированных программ для обнаружения и анализа USVs. USVs измерения отражают эмоциональность крыс до, во время и после наличия лекарств и может быть связано с наркотиками обычно оценка самоуправления данные о поведении таких ответов рычаг, в том-ответ интервалы и двигательной активности. С USVs может быть оценен в перерывах до наличия лекарств (например, упреждающий USVs) и во время испытаний лекарств исчезновения, изменения затрагивают связанные с ожиданием наркотиков и воздержания может быть определена. Кроме того, определение USV изменения в течение краткосрочного и долгосрочного воздействия препарата может предоставить более подробную интерпретацию воздействия наркотиков влияние на аффективные функционирования.
Protocol
*= Важные моменты
- Хорошо обрабатывается мужской Sprague-Dawley крыс обучаются нажмите рычаг с пищей награды (45 мг сахарозы гранул; Био-Serv, Френчтаун, Нью-Джерси).
- * Внутривенные катетеры изготовлены из нержавеющей стали канюли (пластмассы Один из них, В. А.) и Silastic труб. Крысы пройти яремная катетеризация хирургическая процедура, чтобы препарат самоуправления. После операции катетера ведется ежедневная промывка 0,1 мл 0,9% раствора, гепарин и Timentin решение.
- Кокаин (NIDA инвентаризации и предложение наркотиков и борьбы с ними; RTI International, Research Triangle Park, Северная Каролина), используемых в этом эксперименте, растворяют в изотоническом солевом растворе (0,9%) в соответствующей концентрации дозу в зависимости от веса животного (0,75 мг / кг / инъекций ), так что каждой инъекции составляет 0,1 мл. Контрольные животные получали физиологический раствор в том же объеме / инъекций.
- * В качестве прибора для наркотиков самоуправления состоит из одного рычага оперантного камеры (28 х 22 х 21 см), оснащенный дом и стимул огни и 3 комплекта photobeams. Оперантного камера размещается в больших звуковых смягчающих камеры (Med Ассошиэйтед Сент-Олбанс, VT) для ограничения внешнего шума и света. Во время заседания администрации, животные были внутривенно подключен через трубку, чтобы шприц установлен на моторизованных насоса (Razel Scientific Instruments, модель, Сент-Олбанс, VT), содержащие либо кокаин решение (0,75 мг / кг / инъекций) или стерильным физиологическим раствором . После каждого нажмите рычаг, стимул света над рычагом освещает и кокаин или физиологический раствор вводят в течение 6-сек инфузии времени. Двигательной активности оценивается как число photobeam перерывов. Наркотиков самоуправления программа находится под контролем, а также поведенческие реакции (например, рычаг ответы и двигательной активности) записываются с использованием компьютера Pentium Med оснащен Med программное обеспечение для ПК (Med Associates).
- * Чтобы обнаруживать и регистрировать USVs, ультразвуковые микрофоны, сбора данных оборудования, программное обеспечение для записи (Avisoft биоакустики, Берлин, Германия) и системы ПК компьютер не требуется. Для текущего эксперимента, ультразвуковые микрофоны (частотного диапазона = 10-100-кГц), надежно закреплены в центре оперантного камер. Микрофоны подключаются к получению данных оборудования (Avisoft-Ultrasoundgate), расположенных за пределами оперантного камеры и записи собираются на системе компьютер (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2,60 ГГц, 1 Гб оперативной памяти), используя РЕГИСТРАТОР многоканальной записи программного обеспечения (Avisoft биоакустики).
- * Каждый препарат self-administration/USV сессии записи происходит следующим образом:
- Животные мягко, вырванных из своего дома клетку и их пребывание внутривенный катетер промывается 0,05 мл физиологического раствора гепарина для выявления возможных неисправностей катетер.
- * Крысы связан с поворотным установлен на оперантное камеры, который позволяет либо наркотиков или транспортного средства во время администрации самоуправления сессий. Животные осторожно помещали в камеру и оперантного двери тихо закрыто. Наркотиков самоуправления программы (Med ПК) и программного обеспечения USV записи (диктофон) находятся на два отдельных компьютерных систем. Поэтому для того, чтобы быть в состоянии связать поведения в оперантного камеры с обнаружением USV, обе программы должны быть запущены одновременно (например, может потребоваться два человека, в зависимости от расположения компьютеров).
- * Индивидуальный USVs записываются и с отметкой времени непрерывно в течение сессии. MedPC программы контроля и записи событий в течение оперантного камере могут быть записаны на любой спецификации. MedPC программа автоматически закрывается в конце сессии. Запись USV должна быть остановлена вручную на запись-USV посвященный компьютерной системы.
- В конце сессии, животные осторожно вынимают из оперантного камеры, отключить от поворота и промыть 0,05 мл гепаринизированной солевой очистить катетер от наркотической остатка.
- * Для логистических целей мы использовали отдельный компьютерной системы для анализа USV (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM), 2 процессора, 2,40 ГГц, 2 Гб оперативной памяти), но анализ программного обеспечения также может быть установлены на одной компьютерной системе, как программное обеспечение для записи. USV анализы должны проводиться осторожно, чтобы обеспечить точность:
- * SASLab Pro анализа программного обеспечения (Avisoft биоакустики, Берлин, Германия) позволяет записал USVs быть видны и слышны для человека экспериментаторов отображается в spectogram.
- * Используя доступные параметры конфигурации, в результате spectogram может быть модифицирован для индивидуальных предпочтений. Кроме того, фоновые шумы на низких частотах (например, порожденных поклонник оперантного камеры) можно вырезать, чтобы программное обеспечение для автоматического обнаружения звуков выше, что частоты в spectogram. Эти функции оказания помощи в анализе данныхкак, делая звуковые файлы короче и быстрее оценить.
- Фоновые шумы в тех же частотах, USVs иногда обнаруживается в спектрограммы. Так как звуковые файлы, записанные как. WAV файлы, исследователь потребности слушать звуковые файлы в процессе оценки, чтобы подтвердить и дифференцировать USVs от фонового шума.
- * Анализ программного обеспечения могут создавать файлы Excel с параметрами, такими как вызов частоты, ширины полосы, продолжительности и точного времени излучается USV. Последний позволяет соотношение USVs на точное время до или после Препарат самоуправляемыми. Это позволяет USVs, которые будут использоваться в режиме реального времени измерения эмоциональной реакции крыс в определенных случаях во время эксперимента.
Представитель Результаты:
Рисунок 1:. Spectogram отображение 22-кГц USV звонки в 22-кГц выявляются в сочетании со стимулами отвращение и, как считается, отражают негативные эмоциональные состояния.
Рисунок 2: Spectogram отображение 50-кГц USVs Короткие "плоским" и "частота модулированного" 50-кГц USVs выявляются в преддверии и во время кокаин самоуправления.. Они связаны с положительных эмоций.
Рисунок 3:. Кокаин-индуцированные 50-кГц USVs График изображает USVs (10-секундный бункеров) вызывали до и после самоуправляемых инъекции кокаина (0,75 мг / кг / инж) в представителя крыс на 5 день кокаина самоуправления сессий. Сразу после размещения в оперантного камеры и до кокаина доступности кокаина упреждающий USVs Были выявлены и в ходе самоуправления, кокаин вызванных USVs было выброшено.
Discussion
Крысы вокализ в ультразвуковых частотах, которые служат социально-коммуникативный функции и выражают субъективное эмоциональное 1,2 государств. 22-кГц USVs вызываются события, которые вызывают тревогу и страдания, такие как footshock киев, наличие хищников, отвращение наркотиков и социального поражения 2,3. Поэтому они, как правило долго USVs (> 0,3 с), как считается, представляют состояние негативное влияние этого животного. И наоборот, короче 50-кГц USVs (> 0,3 с) испускаются во время и в ожидании положительных встреч, таких как кормление, спаривания и социальные игры, и таким образом были связаны с положительным эмоциональным состоянием животного 2,4. Эти призывы были также связаны с укреплением события, связанные с активацией системы дофаминергических 5. Например, увеличилось в 50 кГц USVs были вызваны системной инъекции кокаина 6 или D-амфетамина 7 и среды ранее в паре с наркотики 8-10.
Было высказано предположение, что увеличение двигательной активности у грызунов относятся к повышению мотивации и поведения аппетит 11-14. Тем не менее, эта связь носит косвенный характер, как лучше всего. Изучая возникновение и сохранение USVs из определенных частотах, можно получить представление к эмоциональному воздействию различных аспектов наркотиков опыт.
В этой экспериментальной установки, мы собрали USV записи непосредственно перед и во время наркотиков самоуправления сессий. Это позволило нам изучить развитие лекарственной ожидания во время немедикаментозных интервал незадолго до начала сессии, а также для оценки непосредственного воздействия кокаина на USVs. Наркотиков самоуправления метод позволяет крыс напрямую управлять своими собственными приемом препарата уровни животных и разработать точные ожидания времени и частоте приема препарата. В результате, USVs обнаружены в ходе этих сессий отражают точные ожидания доставки лекарств. Кроме того, USVs может быть оценен в перерывах до наличия лекарств (например, упреждающий USVs), у крыс, получавших экспериментатор препаратов в сыворотке крови, а во время испытаний лекарств исчезновения. Таким образом, изменения в аффекте связанных с наркотиками ожидании, не контингент администрации наркотиков и воздержания может быть определена. Анализы USV изменения в течение краткосрочного и долгосрочного воздействия наркотиков может дать более подробную интерпретацию воздействия наркотиков влияние на аффективные функционирования.
Кроме наркотиков самоуправления эксперименты, USV записей в оперантного камеры могут также использоваться для множества других поведенческих манипуляций связанных с вознаграждением или отвращение, таких как употребление алкоголя, пищевое подкрепление, и кондиционирования страха и исчезновение процедур.
Важные методологические Подробнее
С MedPC программное обеспечение может использоваться для точного управления экспериментальных условиях, таких как наличие рычага и условий освещения, его использование в сочетании с USV записи и анализа позволяет эмоциональное воздействие с наркотиками связано презентаций кия (например, светло-презентаций и других сенсорных стимулов) и прямые последствия приема лекарств, которые будут определены. Поэтому, чтобы обеспечить перекрытие сроки самоуправления процедур и USV записи, чрезвычайно важно, что обе программы (например, MedPC и рекордер) активируются одновременно в начале каждой сессии.
Из-за огромного количества цифровое пространство, необходимое для хранения USV данных (например, 10-минутный звуковой файл, требуется около 250 МБ), предостережение должно быть принято, если несколько животных работать на одной компьютерной системе, в то же время. Чтобы избежать записи ошибок, объем оперативной памяти компьютерной системы записи потребности быть значительными (1-2 ГБ). Другие способы уменьшения записи ошибки включают снижение разрешение USV во время записи и / или сокращению численности животных работать в одно время. Кроме того, важно, чтобы исследователь бдительными ко всем аспектам сбора данных по всему экспериментальной методики. Например, накопление большого количества записи данных на жесткий диск может привести к программе USV записи на паузу. В этом случае запись программы должны быть перезапущен немедленно, чтобы избежать потери данных и USV десинхронизации USVs с другими поведенческими мерам.
Условия окружающей среды могут влиять на USV призвание. Например, прикосновения незнакомых человека может привести к животным излучать отрицательные 22-кГц звонков, которые могут быть ошибочно, как отвращение к условиям эксперимента. Таким образом, интенсивные обработки до экспериментальных манипуляций является важным аспектом поведенческих экспериментов. Кроме того, среди поскольку роман может вызвать также неспецифическую USV звонки, животные должны быть привыкли к тестовой среде, если это возможно.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Эта работа была осуществлена за счет грантов NIH RO1DA014640 и 3R01DA014640-05S1, Техасского университета В. П. Research Office (CLD), NIDA лекарственного обеспечения Программы, и Техасского университета Ваггонер центр алкогольной и зависимость исследований Брюс-Джонс стипендий (EYM) . Мы благодарим Лия McAleer, Мохамед Абдалла, Neha Thakore, Байрон Барксдейл, Тиффани Нгуен, Тянь-Тянь, Хантер Оуэн, Proy Phongsawad, Хелен Рид, Рэйчел Chavana, Линда Ю и Рози Мэддокс за помощь в USV анализа данных.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Operant Conditioning Behavior (Drug Self-administration) Test Package for Rat |  Med Associates, Inc. |
MED-008-CT-B1 | |
| Infrared Source and Detector (Photobeams) | Med Associates, Inc. |
ENV-253SD ENV-253 | |
| Med PC Software | Med Associates, Inc. |
SOF-735 | |
| Single speed syringe pump | Razel Scientific Instruments | Model R-E | |
| 45 mg sucrose pellets | Bio-Serv | F0042 | |
| Catheter cannula | Plastics One | C313G-5UP | |
| Avisoft-UltraSoundGate 416H | Avisoft BioAcoustics | Part #34163 | |
| Ultrasonic microphones | Avisoft BioAcoustics | Part #40011 | |
| Avisoft-RECORDER Software | Avisoft BioAcoustics | Part #10302 | |
| Avisoft-SASLab Software | Avisoft BioAcoustics | Part #10101 | |
| PC Computer for USV recording | Dell | ||
| PC Computer for USV data analyses | Dell | ||
| Cocaine | RTI International |
References
- Brudzynski, S. M. Communication of adult rats by ultrasonic vocalization: biological, sociobiological, and neuroscience approaches. ILAR J. 50 (1), 43-43 (2009).
- Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats. Psychol Bull. 128 (6), 961-961 (2002).
- Wohr, M., Schwarting, R. K. Maternal care, isolation-induced infant ultrasonic calling, and their relations to adult anxiety-related behavior in the rat. Behav Neurosci. 122 (2), 310-310 (2008).
- Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. Anticipation of play elicits high-frequency ultrasonic vocalizations in young rats. J Comp Psychol. 112 (1), 65-65 (1998).
- Burgdorf, J., Panksepp, J. The neurobiology of positive emotions. Neurosci Biobehav Rev. 30 (2), 173-173 (2006).
- Mu, P. Repeated cocaine exposure induces sensitization of ultrasonic vocalization in rats. Neurosci Lett. 453 (1), 31-31 (2009).
- Ahrens, A. M. Repeated intravenous amphetamine exposure: rapid and persistent sensitization of 50-kHz ultrasonic trill calls in rats. Behav Brain Res. 197, 205-205 (2009).
- Burgdorf, J. Neurobiology of 50-kHz ultrasonic vocalizations in rats: electrode mapping, lesion, and pharmacology studies. Behav Brain Res. 182 (2), 274-274 (2007).
- Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. High-frequency ultrasonic vocalizations index conditioned pharmacological reward in rats. Physiol Behav. 66 (4), 639-639 (1999).
- Anagnostaras, S. G., Schallert, T., Robinson, T. E. Memory processes governing amphetamine-induced psychomotor sensitization. Neuropsychopharmacology. 26 (6), 703-703 (2002).
- Ferrario, C. R. Neural and behavioral plasticity associated with the transition from controlled to escalated cocaine use. Biol Psychiatry. 58 (9), 751-751 (2005).
- Flagel, S. B., Robinson, T. E. Quantifying the psychomotor activating effects of cocaine in the rat. Behav Pharmacol. 18 (4), 297-297 (2007).
- Pierce, R. C., Kalivas, P. W. Locomotor behavior. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8 (Unit 8), 1-1 (2007).
