Summary
Drug zelftoediening en ultrasone vocalisaties (USV) worden gebruikt als gedragsmatige evaluaties in dierproeven, maar zelden in combinatie. Het doel van dit artikel is het beschrijven van de voordelen van het opnemen van USVs tijdens de drug zelf de administratieve procedures om affectieve reacties beoordelen drugservaring.
Abstract
Geneesmiddel zelf de administratieve procedures worden vaak gebruikt om gedrags-en neurochemische veranderingen die gepaard gaan met menselijke drugsgebruik, verslaving en terugval te bestuderen. Verschillende soorten van gedrags-activiteiten worden doorgaans gebruikt als de maatregelen van het geneesmiddel motivatie bij dieren. Echter, een cruciaal onderdeel van drugsmisbruik terugval in abstinent cocaïnegebruikers is "drugs verlangen", dat is moeilijk te modelleren bij dieren, omdat het vaak voorkomt in de afwezigheid van openlijke gedrag. Toch is het mogelijk dat een klasse van ultrasone vocalisaties (USVs) bij ratten kan een nuttige marker voor de affectieve reacties op toediening van het geneesmiddel, drug anticipatie en zelfs drugs verlangen. Ratten stem geven in ultrasone frequenties die dienen als een informatief functie en uitdrukkelijke subjectieve emotionele toestanden. Verschillende studies hebben aangetoond dat verschillende call frequentiegebieden worden geassocieerd met negatieve en positieve emotionele toestanden. Zo worden hoge frequentie gesprekken ("50-kHz") geassocieerd met positieve invloed, terwijl de lage frequentie gesprekken ("22-kHz") vertegenwoordigen een negatieve emotionele toestand. Dit artikel beschrijft een procedure om rat USVs geassocieerd met de dagelijkse cocaïne zelftoediening te beoordelen. Voor deze procedure, gebruikten we standaard single-hendel operante kamers gehuisvest in sound-verzachtende boxen voor cocaïne zelftoediening sessies en gebruikt ultrasone microfoons, multi-channel recording hardware en gespecialiseerde software programma's te detecteren en te analyseren USVs. USVs metingen gebaseerd op emotionaliteit van ratten voor, tijdens en na de beschikbaarheid van drugs en kan worden gecorreleerd met algemeen beoordeeld drug zelf toedienen gedragsmatige gegevens zoals hendel reacties, inter-response intervallen en locomotorische activiteit. Omdat USVs kan worden beoordeeld tijdens de intervallen vóór de beschikbaarheid van drugs (bijvoorbeeld anticiperend USVs) en tijdens drug uitsterven studies, kan invloed hebben op veranderingen in verband met drugs anticiperen en drug onthouding ook worden bepaald. Daarnaast kan het bepalen van USV verandert in de loop van de korte-en lange-termijn blootstelling aan het geneesmiddel een meer gedetailleerde interpretatie van de blootstelling aan het geneesmiddel effecten op de affectieve functioneren.
Protocol
*= Belangrijke punten
- Goed behandeld mannelijke Sprague-Dawley ratten worden getraind om de hendel drukken met voedsel te belonen (45 mg sucrose pellets; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
- * Intraveneuze katheters zijn vervaardigd uit roestvrij staal canule (plastic One, VA) en Silastic buizen. Ratten ondergaan een vette catheterisatie chirurgische ingreep om drugs zelf toedienen mogelijk te maken. Na de operatie wordt katheter doorgankelijkheid onderhouden door dagelijks spoelen met 0,1 ml van een 0,9% zoutoplossing, heparine en Timentin oplossing.
- Cocaïne (NIDA Drug Inventarisatie en Supply and Control Program, RTI International, Research Triangle Park, NC) gebruikt in dit experiment werd opgelost in een isotone zoutoplossing (0,9%) in de juiste dosis concentratie op basis van dierlijk gewichten (0,75 mg / kg / injectie ) zodat elke injectie is 0,1 ml. Controle dieren kregen zoutoplossing in hetzelfde volume / injectie.
- * Het apparaat wordt gebruikt voor drug zelftoediening bestaat uit een enkel-hendel operante kamer (28 x 22 x 21 cm) voorzien van huis en stimulans verlichting en drie sets van photobeams. De operante kamer is gehuisvest in een grotere sound-verzachtende kamer (Med Associated, St. Albans, VT) te beperken buiten lawaai en licht. Tijdens de toediening sessies werden de dieren intraveneus via slang aan een spuit gemonteerd op een gemotoriseerde pomp (Razel Scientific Instruments, model A, St. Albans, VT) met ofwel een cocaïne-oplossing (0,75 mg / kg / injectie) of een steriele zoutoplossing . Na elke hendel drukt, een stimulus licht boven de hendel brandt en cocaïne of zoutoplossing wordt toegediend gedurende een 6-sec infusietijd. Locomotorische activiteit wordt beoordeeld als het aantal Fotocellen onderbrekingen. De drug zelftoediening programma wordt gecontroleerd, en gedragsmatige reacties (bijvoorbeeld, hendel reacties en locomotorische activiteit) worden opgenomen met een Med Pentium computer met Med pc-software (Med Associates).
- * Om detecteren en vastleggen USVs, ultrasone microfoons, data-acquisitie hardware, opname software (Avisoft Bioacoustics, Berlijn, Duitsland) en PC-computer systemen nodig zijn. Voor het huidige experiment, ultrasone microfoons (frequentiebereik = 10-100-kHz) zijn stevig gemonteerd in het midden van de operante kamers. Microfoons zijn aangesloten op data-acquisitie hardware (Avisoft-Ultrasoundgate) zich buiten de operante kamer en opnames worden verzameld op een PC-computer-systeem (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2,60 GHz, 1 GB RAM) met behulp van RECORDER multi-channel-opname software (Avisoft Bioacoustics).
- * Elke drug self-administration/USV opname sessie gaat als volgt:
- De dieren zijn voorzichtig uit hun kooi en hun inwonende intraveneuze katheter wordt gespoeld met 0,05 ml van een heparine zoutoplossing om mogelijke katheter storingen op te sporen.
- * Ratten zijn aangesloten op een draaibaar gemonteerd op de operante kamer die beide geneesmiddelen of voertuig administratie kan tijdens het zelf toedienen sessies. Dieren zijn voorzichtig geplaatst in de operante kamer en de deuren zijn rustig gesloten. De drug zelftoediening programma (Med PC) en de USV-opname-software (RECORDER) zijn op twee verschillende computer systemen. Daarom, om te kunnen gedragingen link in de operante kamer met USV detectie, beide programma's moeten gelijktijdig worden gestart (bijvoorbeeld kan het nodig zijn twee mensen afhankelijk van de locatie van de computers).
- * De individuele USVs worden vastgelegd en tijdstempel continu tijdens de sessie. Het MedPC programma controleren en vastleggen van gebeurtenissen binnen de operante kamer geschreven kan worden aan een specificatie. Het MedPC programma sluit automatisch aan het einde van de sessie. De USV opname moet handmatig worden gestopt op de USV opname-dedicated computersysteem.
- Aan het einde van de sessie, worden de dieren voorzichtig genomen uit de operante kamer, losgekoppeld van de zwenk-en gespoeld met 0,05 ml gehepariniseerde zoutoplossing om de katheter uit drug residu.
- * Voor logistieke doeleinden, gebruikten we een aparte computer voor USV analyses (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM), 2 CPU, 2,40 GHz, 2 GB RAM), maar het analyseren van software kan ook worden geïnstalleerd op dezelfde computer systeem als de opname-software. USV analyses moeten zorgvuldig worden uitgevoerd om de nauwkeurigheid te waarborgen:
- * SASLab Pro het analyseren van software (Avisoft Bioacoustics, Berlijn, Duitsland) maakt de opgenomen USVs worden zichtbaar en hoorbaar voor het menselijk onderzoekers weergegeven in een spectogram.
- * Met behulp van de beschikbare configuratie-instellingen, kan de resulterende spectogram worden aangepast voor individuele voorkeuren. Daarnaast kunnen achtergrondgeluiden in lage frequenties (bijv., gegenereerd door de ventilator van de operante kamers) worden uitgesneden, zodat de software automatisch te detecteren geluiden boven die frequentie in het spectogram. Deze functies helpen bij het data-analysesals door het maken van de geluidsbestanden korter en sneller te beoordelen.
- Achtergrondgeluiden in dezelfde frequenties als USVs worden soms aangetroffen in het spectrogram. Omdat de geluidsbestanden worden opgeslagen als. Wav-bestanden, de onderzoeker moet luisteren naar het geluid bestanden tijdens het assessment om te bevestigen en USVs onderscheiden van achtergrondgeluid.
- * De analyseren van software kan maken Excel-bestanden met parameters zoals call frequenties, bandbreedte, duur, en het precieze tijdstip van de uitgezonden USV. Dit laatste maakt de correlatie van USVs om de exacte tijd voor of na de drug is eigen beheer. Hierdoor kan USVs worden gebruikt als real-time metingen van emotionele reactie van de rat op specifieke gevallen tijdens de experimentele procedure.
Representatieve resultaten:
Figuur 1:. Spectogram weergave van een 22-kHz USV Lange gesprekken in de 22-kHz worden opgewekt in combinatie met aversieve stimuli en men denkt dat een negatieve emotionele toestand weer te geven.
Figuur 2: Spectogram weergave van 50-kHz USVs Short "flat" en "frequentie gemoduleerd" 50-kHz USVs worden opgewekt in afwachting en tijdens de cocaine zelf-administratie.. Ze worden geassocieerd met positieve invloed hebben.
Figuur 3:. Cocaïne geïnduceerde 50-kHz USVs grafiek toont USVs (10-sec bins) veroorzaakte voor en na eigen beheer cocaïne injecties (0,75 mg / kg / inj) in een representatieve rat op dag vijf van cocaïne zelftoediening sessies. Onmiddellijk na plaatsing binnen de operante kamer en voorafgaand aan cocaïne beschikbaarheid, cocaïne-anticiperende USVs werden uitgelokt en tijdens de zelf-toediening werden cocaïne geïnduceerde USVs uitgezonden.
Discussion
Ratten stem geven in ultrasone frequenties die een sociaal en informatief functie te dienen en te uiten subjectieve emotionele toestanden 1,2. 22-kHz USVs worden geactiveerd door gebeurtenissen die angst en ongemak veroorzaken, zoals footshock cues, de aanwezigheid van roofdieren, aversieve drugs en sociale verslaan 2,3. Daarom worden deze meestal lang USVs (> 0,3 s) dacht aan een toestand van negatieve invloed van het dier te vertegenwoordigen. Omgekeerd zijn korter 50-kHz USVs (> 0,3 s) die vrijkomen tijdens en in afwachting van positieve ontmoetingen, zoals het voeden, paren en sociale spel, en hebben dus in verband gebracht met een positieve emotionele toestand van het dier 2,4. Deze oproepen zijn ook in verband gebracht met de versterking van gebeurtenissen in verband met de activering van het dopaminerge systeem 5. Bijvoorbeeld, verhoogd van 50 kHz USVs zijn uitgelokt door de systemische injecties van cocaïne 6 of d-amfetamine 7 en omgevingen die eerder gekoppeld aan drugs 8-10.
Er is voorgesteld dat de toename van de locomotorische activiteit in knaagdieren hebben betrekking op betere motivatie en het gedrag van begeerteaard 11-14. Echter, deze relatie is indirect als de beste. Door het bestuderen van het ontstaan en voortbestaan van USVs van bepaalde frequenties, is het mogelijk om inzicht te krijgen op emotionele effecten van de verschillende aspecten van de drugs ervaring.
In deze experimentele opstelling, we verzameld USV opnames onmiddellijk vóór en tijdens de drug zelftoediening sessies. Dit liet ons toe om de ontwikkeling van drug verwachting te onderzoeken tijdens de niet-medicamenteuze interval net voor de aanvang van de sessie en om de directe effecten van cocaïne op USVs te beoordelen. De drug zelftoediening methode maakt het mogelijk ratten direct controle over hun eigen inname van het geneesmiddel levels dieren en nauwkeurige verwachtingen van de timing en de frequentie van toediening van het geneesmiddel te ontwikkelen. Als gevolg hiervan USVs ontdekt tijdens deze sessies reflecteren nauwkeurige verwachtingen van de drug delivery. Daarnaast kunnen USVs worden beoordeeld tijdens de intervallen vóór de beschikbaarheid van drugs (bijvoorbeeld anticiperend USVs), in ratten die experimentator toegediende geneesmiddelen, medicijnen en tijdens uitsterven proeven. Daarom kunnen veranderingen in de invloed die samenhangen met anticipatie, niet-contingente toediening van het geneesmiddel en drug onthouding ook worden bepaald. Analyses van USV verandert in de loop van de korte-en lange-termijn blootstelling aan het geneesmiddel kan zorgen voor een meer gedetailleerde interpretatie van de blootstelling aan het geneesmiddel effecten op de affectieve functioneren.
Naast de drugs zelfbestuur experimenten, kan USV opnamen in operante kamers ook gebruikt worden voor een verscheidenheid van andere gedrags-manipulaties geassocieerd met beloning of afkeer, zoals alcohol drinken, eten versterking, en angst conditionering en uitsterven procedures.
Belangrijke methodologische details
Omdat de MedPC software kan worden gebruikt om nauwkeurig te manipuleren experimentele condities, zoals als hefboom beschikbaarheid en de lichtomstandigheden, het gebruik ervan in combinatie met het opnemen van USV en analyses maakt emotionele effecten van drugs-geassocieerde cue presentaties (dat wil zeggen, licht presentaties of andere zintuiglijke prikkels) en de directe effecten van inname van het geneesmiddel worden bepaald. Om ervoor te zorgen overlappende tijdlijnen van zelf-administratieve procedures en de USV-opnamen, is het cruciaal dat zowel de software programma's (zoals MedPC en RECORDER) gelijktijdig worden geactiveerd aan het begin van elke sessie.
Vanwege de enorme hoeveelheid digitale ruimte die nodig is om USV gegevens (bijvoorbeeld, een 10-minuten geluidsbestand heeft ca. 250 MB) op te slaan, moet voorzichtigheid geboden wanneer er meerdere dieren op een enkele computer systeem op hetzelfde moment. Om te voorkomen dat het opnemen van fouten, het RAM-geheugen van de opname computer systeem moet substantieel zijn (1-2 GB). Andere manieren om de opname te verlagen fouten onder meer het verlagen van de USV resolutie tijdens het opnemen en / of vermindering van het aantal dieren lopen in een keer. Daarnaast is het belangrijk dat de onderzoeker is waakzaam om alle aspecten van het verzamelen van gegevens gedurende de experimentele procedure. Bijvoorbeeld, de opeenstapeling van een grote hoeveelheid van de opgenomen gegevens op de harde schijf kan de USV opnameprogramma veroorzaken om te pauzeren. In dit geval zou de opname-programma moeten onmiddellijk worden opgestart om het verlies van de USV gegevens en de-synchronisatie van USVs met andere gedrags-maatregelen te vermijden.
Omgevingsfactoren van invloed kunnen zijn USV bellen. Bijvoorbeeld, kan de aanraking door een onbekende oorzaak de mens van het dier om negatieve 22-kHz gesprekken, die zouden kunnen worden verward als een afkeer van de experimentele omstandigheden uit te stoten. Daarom is een intensieve behandeling voorafgaand aan de experimentele manipulaties is een belangrijk aspect van gedragsexperimenten. Bovendien, omdat nieuwe omgevingen kunnen ook niet-specifieke USV oproepen te wekken, moeten de dieren worden gewoon aan de testomgeving indien mogelijk.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Dit werk werd gefinancierd door de NIH Grants RO1DA014640 en 3R01DA014640-05S1, de Universiteit van Texas VP Research Office (CLD), NIDA Drug Supply Program, en de Universiteit van Texas Waggoner Centrum voor Alcohol-en Addiction Research Bruce-Jones Graduate Fellowship (EYM) . Wij danken Leah McAleer, Mohamed Abdalla, Neha Thakore, Byron Barksdale, Tiffany Nguyen, Tian Tian, Hunter Owen, Proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Linda Ju en Rosie Maddox voor hun hulp bij USV data-analyses.
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).
