Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Bedömning av ultraljud vocalizations Under Drug Self-råttor

Published: July 22, 2010 doi: 10.3791/2041

Summary

Drug egen administration och ultraljud vocalizations (USV) används som beteendemässiga bedömningar i djurförsök, men sällan i kombination. Syftet med denna artikel är att beskriva fördelarna med inspelning USVs när läkemedlet självstyre förfaranden för att bedöma känslomässiga reaktioner på läkemedel erfarenhet.

Abstract

Drug självstyre förfaranden används ofta för att studera beteende och neurokemiska förändringar i samband med människans missbruk, missbruk och återfall. Olika typer av beteendestörningar aktivitet ofta används som mått på droger motivation hos djur. Men det är en viktig del av drogmissbruk återfall i abstinent kokainmissbrukare "drug begär", som är svåra att modellera i djur, eftersom det ofta förekommer i frånvaro av uppenbar beteenden. Ändå är det möjligt att en klass av ultraljud vocalizations (USVs) hos råttor kan vara ett användbart markör för känslomässiga reaktioner på Drug Administration, läkemedlet förväntan och även drog begäret. Råttor artikulera i ultraljudsfrekvenser som fungerar som en MEDDELAR-funktion och uttrycka subjektiva känslomässiga tillstånd. Flera studier har visat att olika kallar frekvensområden är förknippade med negativa och positiva känslomässiga tillstånd. Till exempel är hög frekvens samtal ("50-kHz") i samband med positiv inverkan, medan låg frekvens samtal ("22-kHz") är en negativ sinnesstämning. Denna artikel beskriver ett förfarande för bedömning råtta USVs samband med daglig kokain självförvaltning. För detta förfarande utnyttjas vi vanliga engreppsblandare operant kamrar inrymt inom ljud-dämpning av lådor för kokain självadministrering sessioner och används ultraljud mikrofoner, multi-kanals inspelning hårdvara och specialiserade programvaror att upptäcka och analysera USVs. USVs mätningar speglar emotionalitet av råttor före, under och efter drogen tillgänglighet och kan korreleras med vanligen bedömas drog självstyre beteendemässiga data såsom spaken svar, inter-respons intervall och rörelseaktivitet. Eftersom USVs kan bedömas under intervaller innan läkemedlet tillgänglighet (t.ex. föregripande USVs) och när läkemedlet utdöende prövningar, kan förändringar i påverka i samband med narkotikamissbruk förväntan och drog abstinens också fastställas. Dessutom kan bestämma USV förändringar under loppet av kort-och långsiktiga läkemedelsexponering ge en mer detaljerad tolkning av effekterna av droger exponering på affektiva fungerar.

Protocol

*= Viktiga punkter

  1. Väl hanteras manliga Sprague-Dawley råttor är utbildade för att spaken tryck med mat belöning (45 mg sackaros pellets, Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
  2. * Intravenösa katetrar är tillverkade av rostfritt stål kanyl (Plast One, VA) och Silastic slang. Råttor genomgå en jugular kateterisering kirurgiskt ingrepp för att tillåta droger självförvaltning. Efter operation är kateter patency underhålls av daglig spolning med 0,1 ml 0,9% koksaltlösning, heparin och Timentin lösning.
  3. Kokain (Nida Drug Inventering och Supply-och kontrollprogram, RTI International Research Triangle Park, NC) som används i detta experiment var löst i isoton koksaltlösning (0,9%) i lämplig dos koncentrationer enligt djurets vikt (0,75 mg / kg / insprutning ) så att varje injektion var 0,1 ml. Kontroll djuren fick saltlösning i samma volym / injektion.
  4. * Den apparat som används för läkemedlet självadministrering består av en enda spak operant kammare (28 x 22 x 21 cm) försedd med hus och stimulans ljus och tre uppsättningar av photobeams. Den operant kammaren är inrymt i ett större ljud-dämpning kammaren (Med Tillhörande, St Albans, VT) för att begränsa utanför buller och ljus. Under administrationen sessioner var djuren intravenöst ansluten via slangen till en spruta monterad på en motordriven pump (Razel vetenskapliga instrument, modell A, St Albans, VT) som antingen innehåller en kokain-lösning (0,75 mg / kg / injektion) eller steril koksaltlösning . Efter varje spak press, tänds en stimulans lampan ovanför spaken och kokain eller saltlösning ges under en 6-sek infusionstid. Rörelseaktivitet bedöms som antalet photobeam avbrott. Drogen självstyre program är kontrollerad och beteendemässiga reaktioner (t.ex. spaken svar och rörelseaktivitet) har spelats in med en Med Pentium-dator utrustad med Med PC-programvara (Med Associates).
  5. * För att upptäcka och registrera USVs, ultraljud mikrofoner, datainsamling hårdvara, inspelningsprogrammet (Avisoft Bioacoustics, Berlin, Tyskland) och PC datorsystem behövs. För den aktuella experimentet, ultraljud mikrofoner (frekvensrespons räckvidd på 10-100-kHz) är säkert monterad i mitten av operant kamrarna. Mikrofoner ansluts till datainsamling hårdvara (Avisoft-Ultrasoundgate) ligger utanför operant kammaren och inspelningar samlas på en PC dator (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU 2,60 GHz, 1 GB RAM) med RECORDER flerkanals inspelning programvara (Avisoft Bioacoustics).
  6. * Varje läkemedel self-administration/USV inspelningen fortsätter enligt följande:
    1. Djuren är försiktigt tas ut ur sina hem buren och kvarliggande venkateter spolas med 0,05 ml av en hepariniserad koksaltlösning för att upptäcka eventuella kateter fel.
    2. * Råttor är anslutna till ett vridbart monterad på operant kammare som gör att antingen läkemedel eller Fordonsförvaltningscentralen under egen administration sessioner. Djur är försiktigt placeras i operant kammaren och dörrarna är tyst stängda. Drogen självstyre programmet (Med PC) och USV inspelningsprogram (spelaren) är på två olika datorsystem. Därför, för att kunna länka beteenden inom operant kammaren med USV upptäckt, båda programmen måste startas samtidigt, (t.ex. kan behöva två personer beroende på placeringen av datorer).
    3. * De enskilda USVs registreras och tidsstämplad kontinuerligt under sessionen. Det MedPC programmet kontrollera och registrera händelser inom operant kammaren kan skrivas till en specifikation. Det MedPC program stängs automatiskt vid slutet av sessionen. Den USV inspelning måste stoppas manuellt på USV inspelning-dedikerad datorsystem.
    4. Vid slutet av sessionen, djuren försiktigt tas ut ur operant kammare, bortkopplad från vridas och spolas med 0,05 ml hepariniserat koksaltlösning för att rensa katetern från läkemedelsrester.
  7. * För logistiska ändamål använde vi en separat dator för USV analyser (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM) 2 CPU, 2,40 GHz, 2 GB RAM), men analyserar mjukvaran kan också installerade på samma dator som inspelningsprogram. USV analyser måste göras noggrant för att säkerställa noggrannhet:
    1. * SASLab Pro analysera programvara (Avisoft Bioacoustics, Berlin, Tyskland) tillåter det inspelade USVs att vara synliga och hörbara för det mänskliga praktiker visas i en spectogram.
    2. * Använda de tillgängliga inställningar, kan den resulterande spectogram ändras för individuella preferenser. Dessutom kan bakgrundsljud i låga frekvenser (t.ex. genereras av fan av operant kamrarna) skäras ut så att den programvara som automatiskt detekterar ljud ovan att frekvensen i spectogram. Dessa funktioner bistå i dataanalysergenom att göra ljudfilerna kortare och snabbare att bedöma.
    3. Bakgrundsljud i samma frekvenser som USVs ibland upptäcks i spektrogram. Eftersom ljudfilerna registreras som. Wav-filer, måste forskaren för att lyssna på ljudfiler under utvärdering för att bekräfta och skilja USVs från bakgrundsljud.
    4. * Den analyserar mjukvaran kan skapa Excel-filer med parametrar som kallar frekvenser, bandbredd, varaktighet, tidpunkten för den utsända USV. Det senare gör att korrelationen mellan USVs till den exakta tiden före eller efter läkemedlet själv administreras. Detta gör USVs kan användas som realtid mätningar av råttans känslomässig reaktion vid specifika tillfällen under den experimentella proceduren.

Representativa resultat:

Figur 1
Figur 1:. Spectogram visning av en 22-kHz utbud USV långa samtal i 22-kHz-serien är framkallade i samband med aversiva stimuli och är tänkt att spegla ett negativt känslomässigt tillstånd.

Figur 2
Figur 2: Spectogram visning av 50-kHz USVs Short "platt" och "frekvensmodulerad" 50-kHz USVs är framkallade i väntan och under kokain egen administration.. De är förknippade med positiva påverka.

Figur 3
Figur 3:. Kokain-Induced 50-kHz utbud USVs graf visar USVs (10-sek bins) framkallade före och efter själv-administrerat kokain injektioner (0,75 mg / kg / inj) i en representativ råtta på dag 5 av kokain självförvaltning sessioner. Omedelbart efter placering i operant kammaren och före kokain tillgänglighet, var kokain-föregripande USVs framkallades och under självförvaltning, var kokain-inducerad USVs ut.

Discussion

Råttor artikulera i ultraljudsfrekvenser som tjänar en social och MEDDELAR-funktion och uttrycka subjektiva känslomässiga tillstånd 1,2. 22-kHz USVs utlöses av händelser som orsakar oro och ångest, såsom footshock ledtrådar, förekomsten av rovdjur, aversiva droger och sociala nederlag 2,3. Därför är dessa oftast långa USVs (> 0.3s) tyckte att representera ett tillstånd av negativ inverkan av djuret. Omvänt är kortare 50-kHz USVs (> 0.3s) som släpps ut under och i väntan på positiva möten, såsom utfodring, parning och social lek, och har därmed varit kopplade till ett positivt emotionellt tillstånd av djuret 2,4. Dessa samtal har också satts i samband med att förstärka händelser relaterade till aktivering av de dopaminerga systemet 5. Till exempel ökade 50-kHz USVs har framkallat av systemiska injektioner av kokain 6 eller d-amfetamin 7 och miljöer som tidigare kopplats ihop med droger av missbruk 8-10.

Det har föreslagits att ökningar av rörelseaktivitet hos gnagare relatera till ökad motivation och appetitive beteende 11-14. Dock är detta förhållande som indirekt bäst. Genom att studera uppkomsten och ihållande USVs särskilt frekvenser är det möjligt att få insikt till känslomässiga effekterna av olika aspekter av läkemedel erfarenhet.

I detta experimentuppställning samlade vi USV inspelningar omedelbart före och under läkemedlet självförvaltning sessioner. Detta gjorde det möjligt för oss att undersöka utvecklingen av läkemedlet förväntan under den icke-medicinska intervallet strax före starten av sessionen och bedöma de direkta effekterna av kokain på USVs. Drogen självstyre metoden tillåter råttor att direkt kontrollera sina egna droger intag djur och utveckla noggranna förväntningar tidpunkten och frekvensen av Drug Administration. Som ett resultat USVs upptäcks under dessa sessioner återspeglar exakt förväntningar på drug delivery. Dessutom kan USVs bedömas under intervaller innan läkemedlet tillgänglighet (t.ex. föregripande USVs) hos råttor som fått försöksledaren givna läkemedel, och under rättegångar drog utrotning. Därför kan förändringar påverka i samband med narkotikamissbruk förväntan, icke-kontingent Drug Administration och drog abstinens också fastställas. Analyser av USV förändringar under loppet av kort-och långsiktiga droger exponering kan ge en mer detaljerad tolkning av effekterna av droger exponering på affektiva fungerar.

Förutom att läkemedlet självstyre experiment, kan USV inspelningar i operant kammare också användas för en rad andra beteendestörningar manipulationer i samband med belöning eller motvilja, såsom alkohol dricka, mat förstärkning, och rädsla konditionering och förfaranden utrotning.

Viktiga metodföreskrifterna

Eftersom MedPC programvara kan användas för att exakt manipulera experimentella förhållanden, som hävstång tillgänglighet och ljusförhållanden, dess användning i kombination med USV inspelning och analyser ger känslomässiga effekterna av narkotika tillhörande cue-presentationer (dvs ljus presentationer eller andra sensoriska stimuli) och de direkta effekterna av drogintag som skall fastställas. Därför att säkerställa överlappande tidslinjer självförvaltning förfaranden och USV inspelningar är det avgörande att både programvaror (t.ex. MedPC och RECORDER) är aktiverade samtidigt i början av varje session.

På grund av den enorma mängd digitala utrymme som krävs för att lagra USV data (t.ex. en 10-minuters ljudfilen kräver ca 250 MB), måste försiktighet tas när flera djur köras på en enda dator samtidigt. För att undvika inspelning fel, behöver RAM storleken av inspelningen datasystemet vara betydande (1-2 GB). Andra sätt att minska inspelning fel är att sänka USV upplösning under inspelning och / eller minska antalet djur körs på en gång. Dessutom är det viktigt att forskaren är noga med att alla aspekter av datainsamling under den experimentella proceduren. Till exempel kan en ackumulering av en stor mängd registrera data på hårddisken orsaka USV inspelningsprogrammet för att pausa. I detta fall skulle spela in programmet måste startas omedelbart för att undvika förlust av USV data och de-synkronisering av USVs med andra beteendemässiga åtgärder.

Miljöförhållanden kan påverka USV ringer. Till exempel kan det röra av en okänd människa orsaka djuret att släppa negativa 22-kHz samtal, som kunde misstas som en motvilja mot de experimentella förhållandena. Därför är intensiv hantering innan experimentella manipulationer en viktig aspekt av beteende-experiment. Dessutom kan då nya miljöer också framkalla ospecifika USV samtal, bör djuren vana vid testmiljön om möjligt.

Disclosures

Inga intressekonflikter deklareras.

Acknowledgments

Detta arbete har finansierats av NIH Bidrag RO1DA014640 och 3R01DA014640-05S1, The University of Texas VP Research Office (CLD), Nida narkotika Program, och University of Texas Waggoner Centrum för alkohol-och narkotikamissbruk forskning Bruce-Jones Graduate Fellowship (EYM) . Vi tackar Leah McAleer, Mohamed Abdalla, Neha Thakore, Byron Barksdale, Tiffany Nguyen, Tian Tian, ​​Hunter Owen, Proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Linda Ju och Rosie Maddox för deras hjälp i USV dataanalyser.

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).
Bedömning av ultraljud vocalizations Under Drug Self-råttor
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