Summary
Drogas auto-administração e vocalizações ultra-sônicas (USV) são utilizados como avaliações comportamentais em pesquisas com animais, mas raramente em combinação. O objetivo deste artigo é descrever as vantagens de gravação durante USVs drogas auto-administração procedimentos para avaliar as respostas afetivas para experimentar drogas.
Abstract
Drogas auto-administração procedimentos são comumente usados para estudar as alterações comportamentais e neuroquímicas associadas humana dependência de drogas, abuso e recaída. Vários tipos de atividade comportamental são comumente utilizadas como medidas de motivação de drogas em animais. No entanto, um componente crucial de recaída abuso de drogas em usuários de cocaína abstinentes é "o desejo de drogas", que é difícil de modelo em animais, como freqüentemente ocorre na ausência de comportamentos visíveis. No entanto, é possível que uma classe de vocalizações ultra-sônicas (USVs) em ratos pode ser um marcador útil para as respostas afetivas para a administração da droga, a antecipação de drogas e até mesmo o desejo de drogas. Ratos vocalize em freqüências ultra-sônicas que servem como uma função comunicativamente e expressar estados emocionais subjetivos. Vários estudos têm demonstrado que diferentes faixas de freqüência de chamadas estão associados com negativos e estados emocionais positivos. Por exemplo, as chamadas de alta frequência ("50 kHz") estão associados com efeito positivo, ao passo que as chamadas de baixa frequência ("22 kHz") representam um estado emocional negativo. Este artigo descreve um procedimento para avaliar USVs rato associados à cocaína diária auto-administração. Para este procedimento, utilizamos padrão monocomando câmaras operante alojados dentro de caixas de som, atenuando para a cocaína sessões de auto-administração e utilizados microfones ultra-som, multi-canal de gravação hardware e softwares especializados para detectar e analisar USVs. Medições USVs refletem a emocionalidade de ratos antes, durante e após a disponibilidade de drogas e podem ser correlacionados com drogas comumente avaliada auto-administração de dados comportamentais, tais respostas alavanca, inter-resposta intervalos e atividade locomotora. Desde USVs pode ser avaliada durante os intervalos antes da disponibilidade de drogas (por exemplo, USVs antecipatória) e durante os ensaios extinção de drogas, mudanças no afeto, associada com a antecipação de drogas e abstinência de drogas também pode ser determinada. Além disso, determinar alterações USV ao longo de curto e exposição ao fármaco a longo prazo pode fornecer uma interpretação mais detalhada dos efeitos de drogas exposição sobre o funcionamento afetivo.
Protocol
*= Pontos importantes
- Bem-tratados do sexo masculino Sprague-Dawley são treinados para alavanca de imprensa com recompensa alimentar (45 pellets mg de sacarose; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
- * O cateter intravenoso é construído a partir de aço inoxidável cânula (Plastics One, VA) e tubos de Silastic. Ratos submetidos a um procedimento de cateterismo jugular cirúrgica para permitir a auto-administração de drogas. Após a cirurgia, a permeabilidade do cateter é mantido por dia flushing com 0,1 ml de uma solução salina a 0,9%, heparina e solução Timentin.
- Cocaína (NIDA Inventário Drogas e Abastecimento e do Programa de Controle; RTI International, Research Triangle Park, NC) utilizadas neste experimento foi dissolvido em solução salina isotônica (0,9%) nas concentrações dose adequada de acordo com os pesos dos animais (0,75 mg / kg de injeção / ) de modo que cada injeção foi de 0,1 ml. Animais controle receberam solução salina no mesmo volume / injeção.
- * O aparelho utilizado para a auto-administração de drogas consiste em uma única alavanca de câmara operante (28 x 22 x 21 cm) equipados com casa e estímulo luzes e 3 conjuntos de photobeams. A câmara operante está alojado dentro de um maior som atenuando câmara (Associated Med, St. Albans, VT) para limitar o ruído exterior e luz. Durante as sessões de administração, os animais foram conectados via intravenosa tubulação a uma seringa montada em uma bomba motorizada (Instrumentos Razel Scientific, Modelo A, St. Albans, VT), contendo uma solução de cocaína (0,75 mg / kg de injeção /) ou salina estéril . Após cada apertar a alavanca, uma luz estímulo acima da alavanca ilumina e cocaína ou salina é administrada durante um tempo de infusão de 6 seg. Atividade locomotora é avaliado como o número de interrupções photobeam. A droga programa de auto-administração é controlada, e respostas comportamentais (por exemplo, as respostas alavanca e atividade locomotora) são gravados usando um computador Pentium Med Med equipado com software PC (Med Associates).
- * Para detectar e gravar USVs, microfones ultra-som, os dados de aquisição de hardware, software de gravação (Bioacústica Avisoft, Berlim, Alemanha) e sistemas de computador PC são necessários. Para o experimento atual, microfones ultra-sônica (faixa de resposta de frequência = 10-100-kHz) se encontram devidamente instalados no centro das câmaras operante. Os microfones estão ligados aos dados de aquisição de hardware (Avisoft-Ultrasoundgate) localizado fora da câmara operante e gravações são coletados em um sistema de computador PC (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2,60 GHz, 1 GB RAM) usando o Gravador de multi-canal software de gravação (Bioacústica Avisoft).
- * Cada droga gravação self-administration/USV sessão prossegue da seguinte forma:
- Os animais são delicadamente retirados de sua gaiola e seus cateter intravenosa é lavada com 0,05 ml de uma solução salina heparinizada para detectar avarias cateter possível.
- Ratos * são conectados a um suporte giratório montado na câmara operante que permite a administração uma ou outra droga ou veículo durante as sessões de auto-administração. Os animais são delicadamente colocadas na câmara operante e as portas estão silenciosamente fechado. A droga programa de auto-administração (Med PC) eo software de gravação USV (RECORDER) estão em dois sistemas de computador separado. Portanto, a fim de ser capaz de ligar os comportamentos dentro da câmara operante com detecção USV, ambos os programas precisam ser iniciados simultaneamente (por exemplo, pode precisar de duas pessoas, dependendo da localização de computadores).
- * O USVs individuais são gravadas e tempo carimbada continuamente durante toda a sessão. O programa MedPC controlando e gravação de eventos dentro da câmara operante pode ser escrito a qualquer especificação. O programa MedPC fecha automaticamente no final da sessão. A gravação USV precisa ser parado manualmente no sistema do computador USV gravação dedicados.
- No final da sessão, os animais são delicadamente retirados da câmara operante, desligado da rotação e lavados com solução salina heparinizada 0,05 ml para limpar o cateter a partir de resíduos de drogas.
- * Para fins de logística, foi utilizado um sistema de computador separado para as análises USV (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM), 2 CPU, 2,40 GHz, 2 GB RAM), mas o software analisar também pode ser instalado no mesmo sistema de computador como o software de gravação. USV análises devem ser realizadas com cuidado para garantir a precisão:
- * SASLab Pro analisando software (Bioacústica Avisoft, Berlim, Alemanha) permite que o USVs gravada para ser visível e audível para os experimentadores humanos exibidos em uma espectograma.
- * Utilizando as definições de configuração disponíveis, o espectograma resultante pode ser modificado para preferências individuais. Além disso, os ruídos de fundo nas baixas freqüências (por exemplo, gerado pelo ventilador das câmaras operante) pode ser cortado para permitir que o software automaticamente detectar sons acima desta frequência na espectograma. Estas funções auxiliar na análise dos dadoscomo fazendo os arquivos de som mais curto e mais rápido para avaliar.
- Ruídos de fundo na mesma freqüência que às vezes são detectados USVs no espectrograma. Uma vez que os arquivos de som são registrados como. Wav, o pesquisador precisa ouvir os arquivos de som durante a avaliação para confirmar e diferenciar USVs do ruído de fundo.
- * O software pode criar analisar arquivos do Excel com parâmetros como freqüências de chamada, largura de banda, a duração ea hora exata da USV emitida. Este último permite a correlação de USVs ao tempo exato antes ou depois da droga é auto-administrado. Isto permite USVs para ser usado como medições em tempo real de resposta emocional do rato em casos específicos durante o procedimento experimental.
Resultados representativos:
Figura 1:. Exibir espectograma de um USV faixa de 22 kHz chamadas longa na faixa de 22 kHz são extraídas em conjunto com estímulos aversivos e são pensados para refletir um estado emocional negativo.
Figura 2: display espectograma de 50 kHz-USVs curto "flat" e "freqüência modulada" de 50 kHz USVs são eliciadas em antecipação e durante a auto-administração de cocaína.. Eles estão associados a afeto positivo.
Figura 3:. Induzido por Cocaína 50 kHz-USVs gama Gráfico mostra USVs (10 seg caixas) provocou, antes e após as injeções de auto-administrada cocaína (0,75 mg / kg / inj) em um rato representativo no dia 5 de cocaína auto-administração sessões. Imediatamente após a colocação no interior da câmara operante e antes da disponibilidade de cocaína, cocaína antecipatória USVs foram sugeridos e durante a auto-administração, induzida pela cocaína USVs foram emitidos.
Discussion
Ratos vocalize em freqüências ultra-sônicas que servem a uma função social e comunicativamente e expressar subjetiva 1,2 estados emocionais. 22 kHz-USVs são desencadeadas por eventos que causam ansiedade e angústia, como pistas footshock, a presença de predadores, drogas aversivas e derrotar sociais 2,3. Portanto, esses USVs tipicamente longos (> 0.3s) são pensadas para representar um estado de efeito negativo do animal. Por outro lado, menor de 50 kHz-USVs (> 0.3s) são emitidos durante e em antecipação de encontros positivos, como o acasalamento, alimentação e reprodução social, e assim têm sido ligados a um estado emocional positivo do animal 2,4. Estas chamadas também têm sido associados com o reforço eventos relacionados à ativação do sistema dopaminérgico 5. Por exemplo, aumentou 50 kHz-USVs ter sido provocada por injeções sistêmicas de cocaína 6 ou 7 d-anfetamina e ambientes previamente combinado com drogas de abuso de 10/08.
Tem sido proposto que o aumento da atividade locomotora em roedores se relacionam com maior motivação e comportamento apetitivo 11-14. No entanto, essa relação é indireta da melhor forma. Ao estudar o surgimento ea persistência do USVs de freqüências particular, é possível ter uma visão para efeitos emocionais de diversos aspectos da experiência com drogas.
Nesta configuração experimental, foram coletadas gravações USV imediatamente antes e durante a auto-administração de drogas sessões. Isso nos permitiu examinar o desenvolvimento da expectativa de drogas durante o intervalo não-droga pouco antes do início da sessão e para avaliar os efeitos diretos da cocaína no USVs. A droga método de auto-administração permite ratos para controlar diretamente os seus próprios níveis de ingestão de drogas animais e desenvolver expectativas exata do tempo e frequência de administração de drogas. Como resultado, USVs detectados durante estas sessões refletem as expectativas precisas de entrega da droga. Além disso, USVs pode ser avaliada durante os intervalos antes da disponibilidade de drogas (por exemplo, USVs antecipatória), em ratos que receberam experimentador-administrado drogas, e durante os ensaios extinção de drogas. Portanto, as alterações do afeto associado a antecipação de drogas a administração da droga, não contingente e abstinência de drogas também pode ser determinada. Análises de mudanças USV ao longo de exposição à droga a curto ea longo prazo poderia fornecer uma interpretação mais detalhada dos efeitos de drogas exposição sobre o funcionamento afetivo.
Além de auto-administração de drogas experimentos, gravações USV em câmaras operante também pode ser usado para uma variedade de outras manipulações de comportamento associado à recompensa ou aversão, como beber álcool, reforço alimentar e condicionamento do medo e os procedimentos de extinção.
Importantes detalhes metodológicos
Desde que o software MedPC pode ser usado para manipular precisamente condições experimentais, tais como a disponibilidade alavanca e as condições de iluminação, a sua utilização em combinação com USV gravação e permite análises efeitos emocionais de apresentações de medicamentos associados cue (isto é, apresentações de luz ou outros estímulos sensoriais) e os efeitos diretos da ingestão da droga a ser determinado. Portanto, para garantir sobreposição de prazos de procedimentos de auto-administração e gravações USV, é crucial que ambos os programas (por exemplo, MedPC e RECORDER) são ativados simultaneamente no início de cada sessão.
Devido à enorme quantidade de espaço digital necessário para armazenar dados USV (por exemplo, um arquivo de som de 10 minutos requer aproximadamente 250 MB), o cuidado deve ser tomado quando vários animais são executados em um único sistema de computador, ao mesmo tempo. Para evitar erros de gravação, o tamanho da memória RAM do sistema de gravação de computador precisa ser substancial (1-2 GB). Outras maneiras para diminuir os erros de gravação incluem diminuir a resolução USV durante a gravação e / ou reduzir o número de animais correm ao mesmo tempo. Além disso, é importante que o pesquisador está atento a todos os aspectos da coleta de dados durante todo o procedimento experimental. Por exemplo, o acúmulo de uma grande quantidade de dados de gravação no disco rígido pode causar o programa de gravação USV para fazer uma pausa. Neste caso, o programa de gravação precisaria ser reiniciado imediatamente para evitar perda de dados e USV de-sincronização de USVs com outras medidas comportamentais.
Condições ambientais podem influenciar chamando USV. Por exemplo, o contato por um humano desconhecido pode causar o animal para emitir negativo 22 kHz-chamadas, o que poderia ser confundido como uma aversão às condições experimentais. Portanto, a manipulação intensiva antes de manipulações experimentais é um aspecto importante dos experimentos comportamentais. Além disso, novos ambientes também pode provocar desde chamadas não-específica USV, os animais devem ser habituadas ao ambiente de teste, se possível.
Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
Este trabalho foi financiado pelo NIH Grants RO1DA014640 e 3R01DA014640-05S1, The University of Texas VP Research Office (CLD), NIDA Programa de Fornecimento de Medicamentos, ea University of Texas Center for Alcohol Waggoner e Pesquisa Addiction Bruce-Jones Graduados (EYM) . Agradecemos a Leah McAleer, Mohamed Abdalla, Neha Thakore, Byron Barksdale, Tiffany Nguyen, Tian Tian, Hunter Owen, Proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Linda Ju e Rosie Maddox por sua assistência em análises USV dados.
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).
