Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

הערכת קולות Ultrasonic במהלך והתרופות עצמית הממשל חולדות

Published: July 22, 2010 doi: 10.3791/2041

Summary

תרופות עצמית הממשל קולות קולי (USV) משמשים הערכות התנהגותיות במחקר בבעלי חיים, אך לעתים רחוקות בשילוב. מטרת מאמר זה היא לתאר את היתרונות של USVs ההקלטה במהלך מינהל עצמי נהלים סמים כדי להעריך את התגובה הרגשית לחוות סמים.

Abstract

מינהל עצמי ההליכים והתרופות משמשים בדרך כלל כדי לחקור שינויים התנהגותיים והעצבית הקשורים להתעללות האדם התמכרות, סמים הישנות. סוגים שונים של פעילות התנהגותית מנוצלים בכינויו מדדים של מוטיבציה התרופה בחיות. עם זאת, מרכיב חיוני של הישנות בסמים בקרב משתמשי קוקאין מתנזר הוא "תשוקה סמים", אשר קשה מודל בבעלי חיים, כפי שהיא מתרחשת לעתים קרובות בהעדר התנהגות גלויה. עם זאת, יתכן כי קבוצה של קולות קולי (USVs) בחולדות עשוי להיות סמן שימושי עבור תגובות רגשיות לממשל סמים, סמים ואפילו ציפייה תשוקה סמים. החולדות להשמיע בתדרים קוליים המשמשים כפונקציה communicatory ולהביע מצבים רגשיים סובייקטיביים. מספר מחקרים הראו כי תדר שונה טווחי לקרוא המשויכים מצבים רגשיים שליליים וחיוביים. למשל, שיחות תדירות גבוהה ("50-kHz") המשויכים אפקט חיובי, בעוד שיחות תדירות נמוכה ("22-kHz") לייצג מצב רגשי שלילי. מאמר זה מתאר את הליך להעריך USVs עכברוש הקשורים קוקאין יומי מינהל עצמי. עבור הליך זה, השתמשנו תקן יחיד מנוף לתאי אופרנטית שוכן בתוך קול הפחתת תיבות עצמית הממשל הפעלות קוקאין מיקרופונים קולי מנוצל, הרב ערוצית חומרה הקלטה ותוכנות מיוחדות כדי לזהות ולנתח USVs. מדידות USVs לשקף רגשנות של חולדות לפני, במהלך ואחרי זמינות התרופה ניתן להעריך בדרך כלל מתואמים עם מינהל עצמי בסמים נתונים התנהגותיים התגובות מנוף כזה, בין התגובה במרווחים של תנועה ופעילות. מאז USVs ניתן להעריך בהפסקות לפני זמינות התרופה (למשל, USVs מקדימה) ובמהלך הניסויים הכחדה סמים, השינויים משפיעים הקשורים ציפייה סמים התנזרות התרופה יכולה גם להיות נחושה. בנוסף, קביעת שינויים USV במהלך קצר חשיפה ארוכת טווח התרופה יכולה לספק פרשנות מפורטת יותר של חשיפה השפעות התרופה על התפקוד הרגשי.

Protocol

*= נקודות חשובות

  1. ובכן ידיות זכר ספרג-Dawley חולדות מאומנים מנוף העיתונות עם לתגמל מזון (45 סוכרוז מ"ג כדורי; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
  2. * צנתרים תוך ורידי בנויים מתוך נירוסטה צינורית (פלסטיקה אחת, VA) צינורות Silastic. חולדות לעבור הליך צנתור הצוואר כירורגית לאפשר התרופה עצמית הממשל. לאחר הניתוח, patency קטטר מתוחזק על ידי שטיפה היומית עם 0.1 מ"ל של תמיסת מלח 0.9%, הפרין פתרון Timentin.
  3. קוקאין (Inventory בסמים NIDA היצע תוכנית הפיקוח; RTI International, Research Triangle Park, NC) השתמשו בניסוי הזה היה מומס תמיסת מלח איזוטונית (0.9%) בריכוזים המינון המתאים על פי משקלים בעלי חיים (0.75 מ"ג / ק"ג / הזרקה ), כך כל הזרקה היה 0.1 מ"ל. חיות בקרת קיבלו תמיסת מלח באותו נפח / הזרקה.
  4. * המנגנון המשמש הממשל העצמי התרופה מורכב תא בודד מנוף-אופרנטית (28 x 22 x 21 ס"מ) מצויד אורות הבית הגירוי 3 סטים של photobeams. החדר אופרנטית שוכן בתוך קול גדול יותר, הפחתת קאמרית (מד מעריב, סנט אלבנס, VT) כדי להגביל את הרעש בחוץ ואור. במהלך המפגשים הממשל, החיות היו מחוברים לווריד דרך צינורות אל מזרק רכוב על המשאבה ממונע (מכשירים רזאל מדעי, דגם, סנט אלבנס, VT) המכיל גם פתרון קוקאין (0.75 מ"ג / ק"ג / זריקה) או תמיסת מלח סטרילית . אחרי כל מנוף לחץ, אור גירוי מעל הידית מאירה קוקאין או מלוחים מנוהל לאורך זמן של 6 שניות עירוי. פעילות של תנועה מוערך כמספר הפרעות photobeam. התוכנית עצמית והתרופות נשלטת, ותגובות התנהגותיות (למשל, התגובות מנוף לפעילות של תנועה) נרשמות באמצעות מחשב פנטיום מד מצויד מד תוכנת מחשב (מד Associates).
  5. * כדי לזהות שיא USVs, מיקרופונים קולי, נתונים רכישת חומרה, תוכנות הקלטה (Bioacoustics Avisoft, ברלין, גרמניה) מערכות מחשב PC נדרשים. עבור הניסוי הנוכחי, מיקרופונים קולי (בתגובה טווח תדרים = 10-100-kHz) מורכבים מאובטח במרכז לתאי אופרנטית. מיקרופונים מחוברים חומרה רכישת נתונים (Avisoft-Ultrasoundgate) הממוקם מחוץ לתא אופרנטית והקלטות נאספים על מערכת מחשב PC (Dell OptiPlex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2.60 GHz, 1 GB זיכרון RAM) באמצעות מקליט רב ערוצי תוכנת הצריבה (Bioacoustics Avisoft).
  6. * כל self-administration/USV מושב התרופה הקלטה התמורה כדלקמן:
    1. החיות לקוחים בעדינות מחוץ לכלוב ביתם קטטר תוך ורידי שכינת שלהם סמוקות עם 0.05 מ"ל של תמיסת מלח heparinized לזהות תקלות קטטר אפשרי.
    2. חולדות * מחוברים מסתובב רכוב על החדר אופרנטית המאפשר ממשל או סמים או כלי רכב במהלך מינהל עצמי מפגשים. בעלי חיים ממוקמות בעדינות לתוך תא אופרנטית והדלתות סגורות בשקט. העצמי והתרופות התוכנית (מד PC) ואת תוכנת הצריבה USV (מקליט) הן שתי מערכות מחשב נפרדות. לכן, כדי להיות מסוגל לקשר התנהגויות בתוך החדר אופרנטית עם זיהוי USV, שתי התוכניות צריך להתחיל בו זמנית (למשל, ייתכן שתצטרך שני אנשים בהתאם למיקום של מחשבים).
    3. * USVs הפרט מוקלטים חותמת זמן ברציפות לאורך כל הפגישה. התוכנית MedPC שליטה והקלטה אירועים בתוך התא אופרנטית ניתן לכתוב מפרט כלשהו. התוכנית MedPC אוטומטית סוגר בסוף הפגישה. ההקלטה USV צריכה להיות הפסיקה באופן ידני על מערכת הקלטה ייעודי USV המחשב.
    4. בתום הפגישה, בעלי חיים נלקחים בעדינות מתוך החדר אופרנטית, מנותקים המסתובב וסמוק 0.05 מ"ל heparinized מלוחים כדי לנקות את שאריות התרופה קטטר מ.
  7. * למטרות לוגיסטיות, השתמשנו מערכת מחשב נפרד עבור ניתוחים USV (Dell OptiPlex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM) 2 CPU, 2.40 GHz, 2 GB זיכרון RAM), אבל את התוכנה ניתן גם לנתח מותקנת על מערכת המחשב כמו בתוכנת הצריבה. מנתח USV חייב להתבצע בזהירות כדי להבטיח דיוק:
    1. * ניתוח SASLab Pro תוכנה (Bioacoustics Avisoft, ברלין, גרמניה) מאפשר USVs נרשם להיות גלוי נשמע על נסיינים אנושיים המוצגים spectogram.
    2. * שימוש בהגדרות תצורה זמין, spectogram שהתקבל ניתן לשנות את העדפותיו. בנוסף, קולות רקע בתדרים נמוכים (למשל, שנוצר על ידי אוהד של בתאי אופרנטית) ניתן לגזור על מנת לאפשר לתוכנה לזהות באופן אוטומטי נשמע מעל תדר כי spectogram. פונקציות אלה לסייע ומנתח נתוניםלפי מה שהופך את קבצי קול קצרים ומהירים יותר להעריך.
    3. רעשי רקע באותו תדר כמו USVs מזוהים לעתים ספקטרוגרמה. מאז קבצי הצליל נרשמות. Wav קבצים, החוקר צריך לשמוע את קבצי הקול במהלך הערכת כדי לאשר להבדיל USVs מרעש הרקע.
    4. * תוכנת ניתוח יכולים ליצור קבצי Excel עם פרמטרים כגון תדרים שיחה, רוחב פס, משך הזמן המדויק של USV הנפלט. זו האחרונה מאפשרת המתאם של USVs הזמן המדויק לפני או אחרי התרופה למילוי עצמי. זה מאפשר USVs לשמש בזמן אמת מדידות של התגובה הרגשית של החולדה על מקרים ספציפיים במהלך ההליך הניסיוני.

נציג תוצאות:

איור 1
איור 1:. התצוגה Spectogram של USV 22-kHz טווח שיחות ארוכות טווח 22-kHz הם עוררו בשיתוף עם גירויים מרתיעים והם חשבו משקפים מצב רגשי שלילי.

איור 2
איור 2: תצוגה Spectogram של 50 קילוהרץ USVs קצר "שטוח" ו "מאופנן תדר" 50-kHz USVs הם עוררו לקראת ובמהלך קוקאין מינהל עצמי.. הם קשורים עם אפקט חיובי.

איור 3
איור 3:. קוקאין-induced 50-kHz USVs מגוון גרף המתאר USVs (10-sec פחי) עורר לפני ואחרי למילוי עצמי זריקות קוקאין (0.75 מ"ג / ק"ג / inj) ב עכברוש נציג ביום 5 של קוקאין מינהל עצמי הפעלות. מיד לאחר מיקום בתוך תא אופרנטית ולפני זמינות קוקאין, קוקאין, ציפייה USVs היו שהושרו ובמהלך ניהול עצמית, קוקאין-Induced USVs נפלטו.

Discussion

החולדות להשמיע בתדרים קוליים המשמשים פונקציה חברתית communicatory ולהביע 1,2 מדינות סובייקטיבית רגשית. 22-kHz USVs מופעלות על ידי אירועים שגורמים חרדה ומצוקה, כגון רמזים footshock, נוכחות של טורפים, סמים מרתיעה ותבוסה חברתי 2,3. לכן, USVs אלה ארוך בדרך כלל (> 0.3s) נחשבים מייצגים מצב של אפקט שלילי של החיה. לעומת זאת, קצרה יותר של 50 קילוהרץ USVs (> 0.3s) נפלטים במהלך לקראת מפגשים חיוביים, כגון הזדווגות האכלה, משחק חברתי, יש בכך נקשר במצב רגשי חיובי של החיה 2,4. שיחות אלה גם היה קשור חיזוק אירועים הקשורים ההפעלה של מערכת הדופמין 5. לדוגמה, עלייה של 50 קילוהרץ USVs כבר שהושרו על ידי זריקות מערכתית של קוקאין 6 או 7 d-אמפטמין סביבות לזווג בעבר עם תרופות של 8-10 התעללות.

הוצע כי מגביר פעילות של תנועה במכרסמים להתייחס מוטיבציה משופרת והתנהגות תיאבון 11-14. עם זאת, מערכת היחסים הזו היא עקיפה כמיטב. על ידי לימוד והתמדה הופעתה של USVs של תדרים מסוים, אפשר לקבל תובנות על ההשפעות הרגשיות של היבטים שונים של החוויה סמים.

ב ההתקנה זה ניסיוני, אספנו הקלטות USV מיד לפני ובמהלך מינהל עצמי הפעלות סמים. זה אפשר לנו לבחון את התפתחותם של ציפייה התרופה במהלך ההפסקה הלא התרופה רק לפני תחילת הפגישה ועל מנת להעריך את ההשפעות הישירות של קוקאין על USVs. שיטת הניהול העצמי מאפשרת התרופה חולדות ישירות לשלוט על צריכת סמים בעלי חיים משלהם רמות ולפתח ציפיות מדויק של עיתוי ותדירות והתרופות. כתוצאה מכך, USVs מזוהה במהלך פגישות אלו משקפות את הציפיות מדויק של אספקת סמים. בנוסף, ניתן להעריך USVs בהפסקות לפני זמינות התרופה (למשל, USVs מקדימה), אצל חולדות שקיבלו הנסיין בניהול סמים, ובמהלך הניסויים הכחדה סמים. לכן, השינויים משפיעים הקשורים הממשל ציפייה התרופה הלא מותנה, סמים התנזרות התרופה יכולה גם להיות נחושה. ניתוח של שינויי USV במהלך חשיפה לסמים קצר לטווח ארוך יכול לספק פרשנות מפורטת יותר של חשיפה השפעות התרופה על התפקוד הרגשי.

בנוסף מינהל עצמי ניסויים בסמים, הקלטות USV בתאי אופרנטית יכול לשמש גם עבור מגוון רחב של מניפולציות התנהגותיות אחרות הקשורות גמול או סלידה, כגון שתיית אלכוהול, חיזוק מזון, מיזוג פחד ונהלים הכחדה.

פרטים מתודולוגי חשוב

מאז התוכנה MedPC יכול לשמש בדיוק לתפעל תנאי הניסוי, כגון זמינות מנוף ותנאי תאורה, השימוש בו בשילוב עם הקלטה USV ומנתח מאפשר ההשפעות הרגשיות של מצגות סמים הקשורים קיו (כלומר, מצגות אור או גירויים חושיים אחרים) ההשפעות הישירות של צריכת סמים שייקבע. לכן, כדי להבטיח חפיפה צירי זמן של מינהל עצמי נהלים הקלטות USV, חשוב כי הן תוכנות (למשל, MedPC ומצלמת) מופעלים בו זמנית בתחילת כל פגישה.

בשל הכמות העצומה של שטח דיגיטלי הנדרש לאחסון נתונים USV (למשל, קובץ של 10 דקות קול דורש כ 250 MB), זהירות יש לנקוט כאשר בעלי חיים רבים מנוהלים על מערכת מחשב אחד באותו זמן. כדי להימנע משגיאות הקלטה, גודל זיכרון RAM של מערכת המחשב הקלטה צריך להיות משמעותי (1-2 GB). דרכים אחרות כדי להקטין שגיאות הקלטה כוללים את הפחתת רזולוציה USV במהלך ההקלטה / או להפחית את מספר בעלי החיים להפעיל בעת ובעונה אחת. בנוסף, חשוב כי הוא חוקר על המשמר בכל ההיבטים של איסוף נתונים לאורך כל הליך ניסויי. למשל, הצטברות של כמות גדולה של נתונים הקלטה על הכונן הקשיח עלול לגרום לתוכנית הקלטה USV לעצור. במקרה זה, התוכנית הקלטה היה צריך להיות מחדש באופן מיידי כדי למנוע אובדן של נתונים USV ו-de סנכרון של USVs עם אמצעים התנהגותיים אחרים.

תנאים סביבתיים יכולים להשפיע על הקורא USV. לדוגמה, מגע ידי אדם לא מוכר יכול לגרום החיה לפלוט שלילית 22-kHz שיחות, אשר יכול להיות טועה כמו סלידה על תנאי הניסוי. לכן, טיפול אינטנסיבי לפני מניפולציות הניסוי היא היבט חשוב של ניסויים התנהגותיים. בנוסף, מאז סביבות רומן יכול גם לעורר הלא ספציפית שיחות USV, בעלי חיים צריכים להיות מורגלים לסביבה לבדוק אם זה אפשרי.

Disclosures

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

Acknowledgments

עבודה זו כבר ממומן על ידי NIH מענקים RO1DA014640 3R01DA014640 ו-05S1, האוניברסיטה של ​​טקסס סמנכ"ל מחקר Office (CLD), תוכנית בסמים NIDA אספקה, של אוניברסיטת טקסס ואגונר המרכז למחקר התמכרות אלכוהול ברוס ג'ונס, בוגר עמיתי (EYM) . אנו מודים לאה McAleer, מוחמד עבדאללה, Neha Thakore, ביירון בארקסדייל, טיפאני נגוין, טיאן טיאן, האנטר אוון, Proy Phongsawad, הלן ריד, רחל Chavana, לינדה ג'ו ורוזי מדוקס על עזרתם מנתח USV נתונים.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Brudzynski, S. M. Communication of adult rats by ultrasonic vocalization: biological, sociobiological, and neuroscience approaches. ILAR J. 50, (1), 43-43 (2009).
  2. Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats. Psychol Bull. 128, (6), 961-961 (2002).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Burgdorf, J., Panksepp, J. The neurobiology of positive emotions. Neurosci Biobehav Rev. 30, (2), 173-173 (2006).
  6. Mu, P. Repeated cocaine exposure induces sensitization of ultrasonic vocalization in rats. Neurosci Lett. 453, (1), 31-31 (2009).
  7. 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).
  8. Burgdorf, J. Neurobiology of 50-kHz ultrasonic vocalizations in rats: electrode mapping, lesion, and pharmacology studies. Behav Brain Res. 182, (2), 274-274 (2007).
  9. Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. High-frequency ultrasonic vocalizations index conditioned pharmacological reward in rats. Physiol Behav. 66, (4), 639-639 (1999).
  10. Anagnostaras, S. G., Schallert, T., Robinson, T. E. Memory processes governing amphetamine-induced psychomotor sensitization. Neuropsychopharmacology. 26, (6), 703-703 (2002).
  11. Ferrario, C. R. Neural and behavioral plasticity associated with the transition from controlled to escalated cocaine use. Biol Psychiatry. 58, (9), 751-751 (2005).
  12. Flagel, S. B., Robinson, T. E. Quantifying the psychomotor activating effects of cocaine in the rat. Behav Pharmacol. 18, (4), 297-297 (2007).
  13. Pierce, R. C., Kalivas, P. W. Locomotor behavior. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8, (Unit 8), 1-1 (2007).
הערכת קולות Ultrasonic במהלך והתרופות עצמית הממשל חולדות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Maier, E. Y., Ma, S. T., Ahrens, A., Schallert, T. J., Duvauchelle, C. L. Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats. J. Vis. Exp. (41), e2041, doi:10.3791/2041 (2010).More

Maier, E. Y., Ma, S. T., Ahrens, A., Schallert, T. J., Duvauchelle, C. L. Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats. J. Vis. Exp. (41), e2041, doi:10.3791/2041 (2010).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter