ラットの薬物自己投与時の超音波発声の評価

Summary

薬物自己投与と超音波発声は（USV）、動物研究における行動評価など、まれに組み合わせて使用​​されています。この記事の目的は、薬物経験する感情の応答を評価するための薬物自己投与の手続き時の記録USVsの利点を説明することです。

Abstract

薬物自己投与の手順は一般的に人間の薬物乱用、中毒と再発に関連する行動と神経化学的変化を研究するために使用されます。行動の活動の様々なタイプが一般的に動物の薬剤の動機の対策として利用されています。しかし、禁欲コカイン使用者では薬物乱用の再発の重要なコンポーネントは、それはしばしばあからさまな行動がない場合に発生するように、動物のモデルに困難である"薬物渇望"、です。まだ、それはラットにおける超音波発声（USVs）のクラスは、薬剤投与、薬剤の期待、さらには薬物の渇望への感情的反応のための有用なマーカーになっている可能性があります。ラットは、communicatory関数として機能し、主観的な感情の状態を表現する超音波周波数で発声する。いくつかの研究は、異なるコール周波数範囲は、負と正の感情の状態に関連付けられていることが示されている。低周波の呼び出しが（"22 – kHzの"）負の感情の状態を表すのに対し、例えば、高周波数の呼び出しは、（"50 kHzの"）、肯定的な影響に関連付けられています。この記事では、日常のコカイン自己投与に関連するラットのUSVsを評価する手順を説明します。この手順では、我々は内に収容される標準的なシングルレバーオペラントチャンバーを利用した音減衰コカイン自己投与セッションと利用超音波マイク、マルチチャンネル録音のハードウェアとUSVsを検出し、分析するための特殊なソフトウェアプログラムのチェックボックスを。 USVs測定は、薬物の可用性作業中および作業後は、ラットの情動性を反映し、一般的に評価した薬物自己投与行動データなどのレバーの反応、間応答間隔および自発運動活性と相関することができます。 USVsが薬剤の可用性（例えば、先行USVs）へ前のインターバル中に、薬剤の絶滅の試験中に評価することができるので、薬剤の予想と薬物禁断に関連する影響の変化も調べることができる。加えて、短期および長期の薬物暴露の過程でUSVの変更を決定することは感情的に機能する上で薬物暴露の影響の詳細な解釈を提供することができます。

Protocol

*=重要なポイントよく扱わ雄Sprague – Dawleyラットは、食品の報酬（;バイオ- SERV、フレンチ、ニュージャージー州45mgのシュークロースのペレット）とレバー押すように訓練されています。 *静脈カテーテルは、ステンレス鋼カニューレ（プラスチックOne、VA）およびシラスティックチューブから構成されている。ラットは、薬物自己投与できるように、頸静脈カテーテル挿入手術を受ける。手術後、カテーテルの開存性は、毎日0.9％生理食塩水、ヘパリンとTimentin溶液0.1 mlで洗浄によって維持されます。 コカイン（NIDA薬の在庫と供給と制御プログラム、RTIインターナショナル、リサーチトライアングルパーク、ノースカロライナ州）この実験で使用されているが、動物の重み（0.75 mg / kg体重/注入に応じて適切な投与量の濃度の等張食塩水（0.9％）に溶解し、 ）ので、それぞれの注入が0.1 mlとすること。対照動物は、同じボリューム/注射で生理食塩水を受けた。 *薬の自己投与に用いる装置は、家と刺激ライトとphotobeamsの3セットを搭載したシングルレバーオペラントチャンバー（28 × 22 × 21センチ）で構成されています。オペラントチャンバーは大きなチャンバー（メッド関連、セントオールバンズ、VT）は、ノイズと外光を制限するために音が減衰内に収容されている。管理セッション中に、動物は静脈内コカイン液（0.75 mg / kg体重/注入）または滅菌生理食塩水のいずれかを含む電動ポンプ（Razel科学機器、モデル、セントオールバンズ、VT）に搭載された注射器にチューブを介して接続された。それぞれのレバーを押してから、レバー上の刺激ライトは、コカインや生理食塩水は、6秒の注入時間かけて投与される。自発運動はphotobeam中断の数として評価される。薬物自己投与プログラムが制御され、および行動反応（例えば、レバーの反応と自発運動）メッドPCソフト（メッドアソシエーツ）を装備メッドPentiumコンピュータを使用して記録されます。 *検出し、記録USVs、超音波マイクには、データ集録ハードウェア、レコーディングソフトウェア（Avisoftの生物音響学、ベルリン、ドイツ）とPCのコンピュータシステムが必要である。現在の実験では、超音波マイク（周波数応答の範囲= 10 – 100 – kHz）がしっかりとオペラントチャンバーの中央にマウントされます。マイクはオペラントチャンバーとの録音の外にあるデータ集録ハードウェア（Avisoft – Ultrasoundgate）に接続されています（のDell OptiPlex GX270、Windows XP Professionalを、インテル（R）Pentium（R）4 CPU、2.60 GHzの、PCのコンピュータシステム上で収集されます1 GB RAM）は、レコーダー、マルチチャンネルのレコーディングソフトウェア（Avisoftの生物音響学）を使用。 次のように*各薬剤self-administration/USVのレコーディングセッションの進行： 動物は静​​かに自分のホームケージから取り出され、その留置静脈カテーテルは、可能なカテーテルの誤動作を検出するためにヘパリン生理食塩水の0.05 mlをフラッシュされます。 *のラットは、自己管理セッション中にいずれかの薬物や車両管理を可能にするオペラントチャンバーに取り付けられたスイベルに接続されています。動物を静かに操作室に配置され、ドアが静かに閉じられます。薬物自己投与プログラム（メッドPC）とUSVの録音ソフトウェア（レコーダー）は、2つの別々のコンピュータシステム上に配置されている。したがって、USVの検出とオペラントチャンバー内での行動をリンクできるようにするために、両方のプログラム（例えば、コンピュータの場所に応じて、2人が必要になる場合があります）を同時に起動する必要があります。 *個々のUSVsが記録され、セッション全体にわたって連続してタイムスタンプ。オペラントチャンバー内のイベントを制御し、記録MedPCプログラムは、どの仕様書に書き込むことができます。 MedPCプログラムは自動的にセッションの終了時に閉じます。 USVの録音は、USV録音専用のコンピュータシステム上で手動で停止する必要があります。 セッションの最後に、動物が静かに、オペラントチャンバーから取り出したスイベルから切断し、0.05 mlとフラッシュされると、薬剤の残留物からカテーテルをクリアするために生理食塩水ヘパリン化。 *物流を目的とした、我々はUSVの分析（デルのOptiPlex 745は、Windows XP Professional、インテ​​ル（R）Core（TM）、2 CPU、2.40 GHzの、2 GBのRAM）に別々のコンピュータシステムを使用するが、解析するソフトウェアにもすることができます録音ソフトウェアと同じコンピュータシステム上にインストール。 USVの分析は、精度を確保するため慎重に行う必要があります。 * SASLabプロ解析ソフトウェア（Avisoftの生物音響学、ベルリン、ドイツ）が記録されたUSVsが見えるとspectogramに表示されている人間の実験者のための可聴にすることができます。 *利用可能な構成設定を使用して、結果として得られるspectogramは個々の好みに変更することができます。さらに、低周波数（例えば、オペラントチャンバーのファンによって生成される）のバックグラウンドノイズは、ソフトウェアが自動的にspectogramでその周波数以上の音を検出できるように切り出すことができる。これらの関数は、データの解析を支援評価するためにサウンドファイルが短くなり、高速化することによりとして。 USVsと同じ周波数でのバックグラウンドノイズは時々スペクトログラムで検出されています。サウンドファイルが。wavファイルとして記録されるので、研究者は、バックグラウンドノイズからUSVsを確認し、区別するために、評価時のサウンドファイルを聴くために必要がある。 *分析ソフトウェアは、呼び出し周波数、帯域幅、期間、および放出されるUSVの正確な時間などのパラメータを使用してExcelファイルを作成することができます。薬は自己投与される前または後に、後者は、正確な時間にUSVsの相関を可能にする。これはUSVsは、実験手順の実行中に特定のインスタンスでは、ラットの感情的な反応のリアルタイム測定として使用することができます。 代表的な結果： 図1：22 kHzの範囲で22 kHzの範囲のSpectogram表示USVロング呼び出しは、嫌悪刺激と一緒に誘発され、負の感情の状態を反映すると考えられている。 図2：50 kHzのUSVsのSpectogramディスプレイショート"フラット"と"周波数変調"50 kHzのUSVsを見越してとコカインの自己投与中に誘発されています。彼らは肯定的な影響に関連付けられています。 図3：コカイン誘発50 kHzの範囲のUSVsグラフは、コカインの自己投与の5日目の代表的なラットにおける自己管理コカインの注射（0.75 mg / kg体重/ INJ）の前と後の誘発USVs（10秒のビン）を示していますセッション。すぐにオペラントチャンバー内に配置した後と前にコカインの可用性に、コカイン、予期USVsが惹起され、自己投与の間に、コカイン誘発USVsが排出された。

Discussion

ラットは、社会とcommunicatory機能を提供し、主観的な感情の状態の^1,2を表現する超音波周波数で発声する。 22 kHzのUSVsは、フットショックの合図、捕食者の存在、嫌悪薬と社会の敗北^2,3のような不安や苦痛を引き起こすイベントによってトリガされます。したがって、これらの一般的に長いUSVs（> 0.3秒）は、動物の負の感情の状態を表すと考えられている。逆に、短い50 kHzのUSVs（> 0.3秒）は、このような摂食、交尾や社会的遊びのような肯定的な出会い、の期待の間とで排出されるため、動物の^2,4の肯定的な感情の状態にリンクされている。これらの呼び出しは、ドーパミン作動システム⁵の活性化に関連するイベントの強化と関連している。例えば、50 kHzのUSVsがコカイン⁶またはd -アンフェタミン⁷と以前に虐待^8-10の薬とペア環境の全身注射によって誘発された増加した。

それは、げっ歯類では自発運動の増加が強化された動機と欲求行動^11月14日に関連することが提案されている。しかし、この関係は最高のように間接的です。特定の周波数のUSVsの出現と持続性を研究することによって、それは薬の経験の様々な側面の感情的な影響に洞察力を得ることが可能です。

この実験では、我々はすぐに薬物自己投与セッションの実行前と実行中USVの録音を集めた。これは、私たちは直前のセッションの開始時に非薬物インターバルの間に薬の期待の開発を検討し、USVsでコカインの直接効果を評価することができました。薬物自己投与法は、ラットは直接自分の薬の摂取量の動物の制御と薬剤投与のタイミングおよび周波数の正確な予想を開発することができます。その結果、これらのセッション中に検出USVsは、薬物送達の正確な期待を反映している。さらに、USVsは、実験者、投与した薬物を投与したラットで、薬物の絶滅の試験中に、前の薬の可用性（例えば、先行USVs）にインターバル中に評価することができます。したがって、薬剤の予想、非偶発的な薬物投与や薬物禁断に関連する影響の変化も調べることができる。短期と長期の薬物暴露の過程でUSV変化の分析は、情動機能に対する薬剤の曝露の影響の詳細な解釈を提供することができる。

薬物自己投与実験に加えて、オペラントチャンバーのUSV録音はまた、アルコール飲料、食品の強化、および恐怖条件付けと絶滅プロシージャなどの報酬や嫌悪感に関連する他の行動の操作、のさまざまな目的で使用することができます。

重要な方法論の詳細

MedPCソフトウェアが正確にそのようなレバーの可用性や照明条件などの実験条件を、操作するために使用できるので、USVの記録と解析との組み合わせでの使用は、薬物関連のキューのプレゼンテーション（すなわち、光のプレゼンテーションや他の感覚刺激）の感情的な効果を可能にし、薬物摂取の直接的な効果を決定する。したがって、自己管理手順とUSVの記録のタイムラインをオーバーラップを確保するために、それは両方のソフトウェアプログラムを（例えば、MedPCとレコーダー）各セッションの開始時に同時にアクティブ化されることが重要です。

複数の動物が同時に単一のコンピュータシステムで実行された場合USVのデータ（例えば、10分のサウンドファイルは約250MBを必要とする）を格納するために必要なデジタル空間の膨大な量のため、注意が必要。記録エラーを回避するために、記録のコンピューターシステムのRAMサイズは、（1-2 GB）相当になる必要があります。記録エラーを減少させる他の方法は、記録および/または一度に実行される動物の数を減らす時にUSVの解像度を下げるなどがあります。さらに、研究者が実験手順を通じてデータの収集のあらゆる側面に警戒されていることが重要です。例えば、ハードドライブ上の記録に大量のデータの蓄積は、一時停止にUSVの録画プログラムを引き起こす可能性があります。この場合、録音プログラムはUSVのデータと他の行動措置とUSVsの脱同期の損失を避けるためにすぐに再起動する必要があります。

環境条件がUSVの呼び出しに影響を与える可能性があります。例えば、なじみのない人間による接触は、実験条件への嫌悪感として誤解される可能性が負の22 kHzの呼び出しを、放出する動物を引き起こす可能性があります。したがって、前の実験操作に集中的な処理は、行動実験の重要な側面です。さらに、新たな環境では、非固有のUSVの呼び出しを引き出すことができるので、動物は、可能であればテスト環境に馴化されるべきである。

Materials

Material Name	Type	Company	Catalogue Number	Comment
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 BioAcoutics	Part #10302
Avisoft-SASLab Software		Avisoft BioAcoutics	Part #10101
PC Computer for USV recording		Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R), 4 CPU, 2.60 GHz, 1 GB RAM
PC Computer for USV data analyses		Dell Optiplex 745, Windows XP Professional Intel(R) Core (TM), 2 CPU, 2.40 GHz, 2GB RAM
Cocaine		RTI International