Summary
Drug Selbstverwaltung und Ultraschall-Laute (USV) als Verhaltens-Assessments in Tierversuchen verwendet, aber selten in Kombination. Der Zweck dieses Artikels ist es, die Vorteile der Aufnahme USVs während Droge selbst Verwaltungsverfahren zur affektiven Reaktionen auf Arzneimittel Erfahrungen zu prüfen, zu beschreiben.
Abstract
Drug Selbstverwaltung Verfahren werden üblicherweise verwendet, um Verhaltens-und neurochemische Veränderungen mit menschlichen Drogenmissbrauch, Sucht und Rückfall assoziiert zu studieren. Verschiedene Arten von Verhaltensstörungen Aktivität gelten gemeinhin als Maßnahmen der Drogen-Motivation bei Tieren eingesetzt. Allerdings ist eine entscheidende Komponente des Drogenmissbrauchs Rückfall in abstinent Kokainkonsumenten "Craving", die schwer zu modellieren bei Tieren ist, wie es kommt oft in der Abwesenheit von offener Verhaltensweisen. Dennoch ist es möglich, dass eine Klasse von Ultraschall-Laute (USVs) bei Ratten kann ein nützlicher Marker für affektive Reaktionen auf Medikamentengabe, Drogen-Vorfreude und auch Drogenverlangen werden. Rats vocalize in Ultraschall-Frequenzen, die als kommunikative Funktion erfüllen und ausdrücken subjektive emotionale Zustände. Mehrere Studien haben gezeigt, dass verschiedene Call Frequenzbereiche mit negativen und positiven emotionalen Zuständen verbunden sind. Zum Beispiel werden hochfrequente Rufe ("50-kHz") mit positiven Auswirkungen verbunden, während niederfrequente Anrufe ("22-kHz") einen negativen emotionalen Zustand zu repräsentieren. Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zur Ratte USVs mit täglich Kokain Selbstverwaltung verbunden sind, bewerten. Für dieses Verfahren verwendeten wir Standard-Ein-Hebel-operante Kammern untergebracht innerhalb schallschwächende Boxen für Kokain Selbstverwaltung Sitzungen und genutzt Ultraschall-Mikrofone, Multi-Kanal-Aufnahme-Hardware und spezialisierter Software-Programme zu erkennen und zu analysieren USVs. USVs Messungen spiegeln Emotionalität von Ratten vor, während und nach der Verfügbarkeit von Drogen und können mit allgemein beurteilt Medikament Selbstverwaltung Verhaltensdaten wie Hebel Antworten, inter-Reaktion Abständen und Bewegungsaktivität korreliert werden. Da USVs in Abständen vor der Verfügbarkeit von Drogen (zB vorausschauendes USVs) und während des Medikaments Aussterbens Studien untersucht werden kann, können Veränderungen im Affekt mit Drogen Antizipation und Drogenabstinenz verbundenen bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Bestimmung USV ändert sich im Laufe der kurz-und langfristigen Substanz-Exposition eine detailliertere Interpretation der Substanz-Exposition Auswirkungen auf affektive funktioniert.
Protocol
*= Wichtige Punkte
- Gut behandelt männlichen Sprague-Dawley Ratten sind auf den Hebel drücken, mit Lebensmitteln zu belohnen (; Bio-Serv, Frenchtown, NJ 45 mg Saccharose Pellets) geschult.
- * Intravenöse Katheter sind aus Edelstahl Kanüle (Plastics One, VA) und Silastic Schlauch gebaut. Ratten werden einer Vena Katheterisierung chirurgisches Verfahren zur Droge Selbstverwaltung zu ermöglichen. Nach der Operation wird der Katheter Durchgängigkeit durch tägliche Spülen mit 0,1 ml einer 0,9% iger Kochsalzlösung, Heparin und Timentin Lösung gehalten.
- Cocaine (NIDA Drug Inventar und Ver-und Control Program; RTI International, Research Triangle Park, NC) in diesem Experiment verwendet wurde in isotonischer Kochsalzlösung (0,9%) in die entsprechende Dosis-Konzentrationen nach Tiergewichte (0,75 mg / kg / Injektion gelöst ), so dass jeder Injektion 0,1 ml wurde. Kontrolltiere erhielten Kochsalzlösung in das gleiche Volumen / Injektion.
- * Der Apparat für die Droge Selbstverwaltung verwendet besteht aus einem Ein-Hebel-operante Kammer (28 x 22 x 21 cm) mit Haus und Reiz Lichter und 3 Sätze photobeams ausgestattet. Die operante Kammer innerhalb untergebracht einer größeren schallschwächende Kammer (Med Associated, St. Albans, VT) nach außen Lärm und Licht zu begrenzen. Während die Verwaltung Sitzungen wurden die Tiere intravenös über Schläuche mit einer Spritze auf einem motorisierten Pumpe (Razel Scientific Instruments, Modell A, St. Albans, VT), die entweder einen Kokain-Lösung (0,75 mg / kg / Injektion) oder sterile Kochsalzlösung angebracht ist . Nach jeder Hebel zu drücken, leuchtet ein Stimulus Licht über den Hebel und Kokain oder Kochsalzlösung über einen 6-sec Infusionszeit verabreicht. Bewegungsaktivität ist als die Anzahl der photobeam Unterbrechungen beurteilt. Das Medikament Selbstverwaltung Programm gesteuert wird, und Verhaltensreaktionen (zB Hebel Antworten und Bewegungsaktivität) werden mit einem Med Pentium Computer mit Med PC-Software (Med Associates) ausgestattet.
- * Zu erfassen und aufzuzeichnen USVs, Ultraschall-Mikrofone, Datenerfassungs-Hardware,-Recording-Software (Avisoft Bioakustik, Berlin, Deutschland) und PC-Computer-Systeme benötigt werden. Für das laufende Experiment, Ultraschall-Mikrofone (Frequenzgang range = 1-10 kHz) werden sicher in der Mitte des operanten Kammern montiert. Mikrofone sind Datenerfassungshardware (Avisoft-Ultrasoundgate), die außerhalb des operanten Kammer befindet und Aufnahmen werden auf einem PC-System (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2,60 GHz gesammelt verbunden, 1 GB RAM) mit RECORDER Multi-Channel-Recording-Software (Avisoft Bioakustik).
- * Jedes Medikament self-administration/USV Aufnahme-Session läuft wie folgt ab:
- Die Tiere sind behutsam aus ihrer Heimat Käfig genommen und der ihnen innewohnenden intravenösen Katheter wird mit 0,05 ml einer heparinisierten Kochsalzlösung, um mögliche Störungen zu erkennen Katheter gespült.
- * Ratten sind ein Wirbel an den operante Kammer, die entweder Drogen oder Fahrzeug-Administration ermöglicht während der Selbstverwaltung Sitzungen angebracht ist. Die Tiere werden vorsichtig in die operante Kammer platziert und die Türen sind leise geschlossen. Das Medikament Selbstverwaltung Programm (Med PC) und der USV-Recording-Software (RECORDER) auf zwei getrennten Rechnersystemen. Deshalb, um in der Lage sein Verhalten innerhalb der operante Kammer Verbindung mit USV-Erkennung, müssen beide Programme gleichzeitig gestartet werden (zB können zwei Personen je nach Standort von Computern benötigen).
- * Die einzelnen USVs werden erfasst und mit Zeitstempel kontinuierlich während der gesamten Sitzung. Die MedPC Programm die Steuerung und Aufzeichnung von Ereignissen innerhalb der operante Kammer kann jede Spezifikation geschrieben werden. Die MedPC Programm schließt automatisch am Ende der Sitzung. Die USV Aufnahme muss manuell auf die USV-Aufnahme dedizierten Computer-System gestoppt werden.
- Am Ende der Sitzung werden die Tiere vorsichtig aus dem operante Kammer entnommen, getrennt von der Dreh-und gespült mit 0,05 ml heparinisierten Kochsalzlösung, um den Katheter von Drogen Rest klar.
- * Für logistische Zwecke verwendeten wir eine eigene EDV-System für USV-Analysen (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM), 2 CPU, 2,40 GHz, 2 GB RAM), aber die Analyse-Software kann auch installiert auf dem gleichen Computer System wie die Recording-Software. USV-Analysen müssen sorgfältig durchgeführt werden, um Genauigkeit zu gewährleisten:
- * SASLab Pro Analyse-Software (Avisoft Bioakustik, Berlin, Deutschland) ermöglicht die aufgezeichneten USVs werden sichtbar und hörbar für das menschliche Experimentatoren in einer spectogram angezeigt.
- * Bei Verwendung der verfügbaren Konfigurationseinstellungen, können die daraus resultierenden spectogram für individuelle Vorlieben angepasst werden. Darüber hinaus können Hintergrundgeräusche in niedrigen Frequenzen (zB generiert durch den Ventilator des operanten Kammern) ausgeschnitten werden, damit die Software zur automatischen Erkennung von Sounds über die Frequenz in der spectogram. Diese Funktionen in Datenanalysen unterstützenals indem man die Sound-Dateien kürzer und schneller zu beurteilen.
- Hintergrundgeräusche in den gleichen Frequenzen wie USVs sind manchmal in dem Spektrogramm erkannt. Da die Sound-Dateien als. Wav-Dateien aufgenommen werden, muss der Forscher auf die Sound-Dateien während der Prüfung zu hören, um zu bestätigen und zu differenzieren USVs von Hintergrundgeräuschen.
- * Die Analyse-Software können Excel-Dateien mit Parametern wie zB Call-Frequenzen, Bandbreite, Dauer und den genauen Zeitpunkt der emittierten USV zu schaffen. Letzteres erlaubt die Korrelation von USVs, die genaue Zeit vor oder nach der Droge ist selbst angewendet werden. Dies ermöglicht USVs als Echtzeit-Messungen der Ratte die emotionale Reaktion auf bestimmte Instanzen während der experimentellen Verfahren verwendet werden.
Repräsentative Ergebnisse:
Abbildung 1:. Spectogram Anzeige eines 22-kHz-Bereich USV Lange Gespräche in der 22-kHz-Bereich werden in Verbindung mit aversive Reize hervorgerufen und sind gedacht, um einem negativen emotionalen Zustand zu reflektieren.
Abbildung 2: Spectogram Anzeige der 50-kHz USVs Short "flat" und "Frequenz moduliert" 50-kHz USVs sind in Antizipation und während Kokain Selbstverwaltung hervorgerufen.. Sie sind mit positiven Auswirkungen verbunden.
Abbildung 3:. Induziert durch Kokain 50-kHz-Bereich USVs Graph zeigt USVs (10-sec-Behältern) hervorgerufen vor und nach selbst verwalteten Kokain-Injektionen (0,75 mg / kg / inj) in einer repräsentativen Ratte an Tag 5 von Kokain Selbstverwaltung Sitzungen. Unmittelbar nach der Platzierung innerhalb der operante Kammer und vor Kokain Verfügbarkeit, Kokain-vorausschauendes USVs wurden ausgelöst und während der Selbstverwaltung wurden Kokain-induzierte USVs emittiert.
Discussion
Rats vocalize in Ultraschall-Frequenzen, die eine soziale und kommunikative Funktion erfüllen und ausdrücken subjektive emotionale Zustände 1,2. 22-kHz USVs sind Ereignisse, die Angst und Not verursachen, wie Fußschock Cues, die Anwesenheit von Räubern, aversive Drogen und soziale Niederlage 2,3 ausgelöst. Daher sind diese in der Regel lange USVs (> 0,3 s) gedacht, um einen Zustand der negativen Auswirkungen des Tieres darstellen. Umgekehrt sind die kürzeren 50-kHz USVs (> 0,3 s) während und im Vorgriff auf positive Begegnungen, wie Fütterung, Paarung und soziale spielen emittiert, und damit zu einer positiven emotionalen Zustand des Tieres 2,4 in Verbindung gebracht worden. Diese Anrufe sind auch mit verstärkenden Ereignisse im Zusammenhang mit der Aktivierung des dopaminergen Systems 5 in Verbindung gebracht. Zum Beispiel erhöhte 50-kHz USVs durch systemische Injektion von Kokain 6 oder d-Amphetamin 7 und Umgebungen zuvor mit Drogen 8-10 gepaart wurden ausgelöst.
Es wurde vorgeschlagen, dass der Anstieg der lokomotorischen Aktivität bei Nagern zu mehr Motivation und Appetenzverhalten 11-14 beziehen. Allerdings ist diese Beziehung indirekt als am besten. Durch die Untersuchung der Entstehung und Persistenz von USVs bestimmter Frequenzen, ist es möglich, Einblick in emotionale Wirkung der verschiedenen Aspekte der Drogen-Erfahrungen zu sammeln.
In diesem Versuchsaufbau, sammelten wir USV-Aufnahmen unmittelbar vor und während Medikament Selbstverwaltung Sitzungen. Dies erlaubte uns, die Entwicklung von Medikamenten Erwartung während der nicht-medikamentösen Intervall untersuchen kurz vor Beginn der Tagung und der direkten Auswirkungen von Kokain auf USVs zu beurteilen. Das Medikament Selbstverwaltung Methode erlaubt Ratten zur direkten Steuerung der eigenen Einnahme Ebenen Tiere und entwickeln genau die Erwartungen der Zeitpunkt und die Häufigkeit der Verabreichung des Arzneimittels. Als Ergebnis widerspiegeln USVs Während dieser Sitzungen erkannt genaue Erwartungen der Drug Delivery. Darüber hinaus können USVs in Abständen vor der Verfügbarkeit von Drogen (zB vorausschauendes USVs) beurteilt werden, in Ratten, die Versuchsleiter verabreicht Drogen, und während der Droge Aussterben Studien. Daher können Veränderungen im Affekt mit Drogen Erwartung, nicht-kontingente Drug Administration und Drogenabstinenz verbundenen bestimmt werden. Analysen der USV ändert sich im Laufe der kurz-und langfristigen Substanz-Exposition könnte eine genauere Interpretation der Substanz-Exposition Auswirkungen auf affektive funktioniert.
Neben der medikamentösen Selbstverwaltung Experimenten kann USV-Aufnahmen in operante Kammern auch für eine Vielzahl von anderen Verhaltensstörungen Manipulationen mit Belohnung oder Abneigung verbunden sind, wie Alkoholkonsum, Ernährung Verstärkung, und die Angst Konditionierung und vom Aussterben Verfahren verwendet werden.
Wichtige methodische Details
Da die MedPC Software kann verwendet werden, um genau zu manipulieren experimentellen Bedingungen, wie zB Hebel Verfügbarkeit und Lichtverhältnissen, wird seine Verwendung in Kombination mit USV Aufzeichnung und Analyse ermöglicht emotionalen Auswirkungen von Drogen-assoziierten Cue-Präsentationen (zB Licht-Präsentationen oder andere sensorische Reize) und die direkten Auswirkungen der Einnahme von Medikamenten bestimmt werden. Deshalb ist zur Gewährleistung überlappenden Zeitleisten der Selbstverwaltung Verfahren und USV-Aufnahmen ist es wichtig, dass beide Programme (zB MedPC und RECORDER) gleichzeitig zu Beginn jeder Sitzung aktiviert.
Aufgrund der enormen Menge an digitalen Raum benötigt, um USV Daten (z. B. eine 10-minütige Audio-Datei benötigt ca. 250 MB) zu speichern, muss mit Vorsicht vorgegangen werden, wenn mehrere Tiere auf einem einzigen Computer-System zur gleichen Zeit laufen werden. Zur Vermeidung von Schreibfehlern, muss der RAM-Größe der Aufnahme Rechnersystem erheblich sein (1-2 GB). Andere Wege, um die Aufnahme Fehler zu verringern zählen die Senkung der USV-Auflösung bei der Aufnahme und / oder Verringerung der Zahl der Tiere auf einmal laufen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass der Forscher, um alle Aspekte der Datenerhebung ist in der experimentellen Prozedur wachsam. Zum Beispiel kann die Akkumulation von einer großen Menge von Aufzeichnung von Daten auf der Festplatte des USV Aufnahmeprogramm zur Pause führen. In diesem Fall würde die Aufnahme Programm benötigen, um sofort wieder gestartet werden, um den Verlust der USV Daten und de-Synchronisation von USVs mit anderen Verhaltensmaßnahmen zu vermeiden.
Umgebungsbedingungen beeinflussen können USV Berufung. Zum Beispiel kann die Berührung durch eine fremde Menschen führen das Tier zu negativen 22-kHz Anrufe, die als eine Abneigung gegen die experimentellen Bedingungen verwechselt werden könnte emittieren. Daher ist eine intensive Behandlung vor experimentelle Manipulationen ein wichtiger Aspekt der Verhaltensexperimente. Darüber hinaus, da neue Umgebungen können auch entlocken unspezifische USV ruft, sollten die Tiere auf die Testumgebung gewöhnt werden, wenn möglich.
Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von NIH Grants RO1DA014640 und 3R01DA014640-05S1, The University of Texas VP Research Office (CLD), NIDA Drug Supply Programm, und der University of Texas Waggoner Center for Alcohol und Suchtforschung Bruce-Jones Graduate Fellowship (EYM) gefördert . Wir danken Leah McAleer, Mohamed Abdalla, Neha Thakore, Byron Barksdale, Tiffany Nguyen, Tian Tian, Hunter Owen, Proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Linda Ju und Rosie Maddox für ihre Unterstützung in USV-Daten-Analysen.
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).
