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Neuroscience

Évaluation de vocalisations ultrasoniques Pendant médicaments auto-administration chez le rat

Published: July 22, 2010 doi: 10.3791/2041

Summary

L'auto-administration de drogue et les vocalisations ultrasoniques (USV) sont utilisés comme des évaluations comportementales dans la recherche animale, mais rarement en association. Le but de cet article est de décrire les avantages de l'USV enregistrement pendant l'auto-administration de drogue procédures pour évaluer les réponses affectives à l'expérience de drogue.

Abstract

Médicaments d'auto-administration des procédures sont couramment utilisées pour étudier les changements comportementaux et neurochimiques associés à la toxicomanie humaine, la dépendance et de rechute. Différents types d'activité comportementale sont couramment utilisés comme mesures de la motivation chez les animaux. Toutefois, un élément crucial de la rechute toxicomanie chez les cocaïnomanes abstinents est «l'état de manque», ce qui est difficile à modéliser chez l'animal, comme il arrive souvent en l'absence de comportements manifestes. Pourtant, il est possible que la classe des vocalisations ultrasoniques (USV) chez le rat peut être un marqueur utile pour des réponses affectives à l'administration du médicament, l'anticipation de drogue et de l'avidité de drogue, même. Rats vocalisent dans les fréquences ultrasoniques qui servent une fonction communicative et d'exprimer des états émotionnels subjectifs. Plusieurs études ont montré que les différentes gammes de fréquences sont associés aux appels négatifs et positifs des états émotionnels. Par exemple, les appels à haute fréquence ("50-kHz") sont associés à l'affect positif, alors que les appels à basse fréquence ("22-kHz") représentent un état émotionnel négatif. Cet article décrit une procédure pour évaluer USV rat liés à la cocaïne quotidiennement l'auto-administration. Pour cette procédure, nous avons utilisé la norme levier unique opérant logés dans des chambres atténuation sonore des boîtes pour la cocaïne auto-administration des séances et utilisé micros à ultrasons, le matériel d'enregistrement multi-canal et de logiciels spécialisés pour détecter et analyser USV. USV mesures reflètent l'émotivité des rats avant, pendant et après la disponibilité des médicaments et peut être corrélée avec la drogue couramment évalué l'auto-administration des données comportementales réponses levier tels, entre la réponse-intervalles et l'activité locomotrice. Depuis USV peuvent être évalués pendant les intervalles avant la disponibilité des médicaments (par exemple, USV anticipation) et lors des essais d'extinction de drogue, les changements dans l'affect associé à l'anticipation de drogue et l'abstinence de drogue peuvent également être déterminés. En outre, la détermination des changements USV au cours de l'exposition à court et à long terme de médicaments peuvent fournir une interprétation plus détaillée des effets sur le fonctionnement de l'exposition au médicament affectif.

Protocol

*= Points importants

  1. Bien-traitées des rats Sprague-Dawley sont formés pour le levier de presse avec récompense alimentaire (45 boulettes mg de saccharose; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
  2. Cathéters intraveineux * sont construits à partir de la canule en acier inoxydable (Plastics One, VA) et les tubes de Silastic. Les rats soumis à un cathétérisme jugulaire chirurgicale pour permettre l'auto-administration de drogue. Après la chirurgie, la perméabilité des cathéters est maintenue par le quotidien rinçage avec 0,1 ml d'une solution saline à 0,9%, l'héparine et une solution Timentin.
  3. Cocaïne (inventaire des médicaments et des Approvisionnements et NIDA programme de lutte; RTI International, Research Triangle Park, NC) utilisée dans cette expérience a été dissous dans une solution saline isotonique (0,9%) dans les concentrations dose appropriée en fonction de poids des animaux (0,75 mg / kg / injection ) de sorte que chaque injection était de 0,1 ml. Les animaux témoins ont reçu une solution saline dans le même volume / injection.
  4. * L'appareil utilisé pour l'auto-administration de drogue se compose d'un levier unique chambre de conditionnement opérant (28 x 22 x 21 cm) équipés de lumières de la maison et de relance et 3 jeux de photobeams. La chambre de conditionnement opérant est logé dans une plus grande atténuation sonore de chambre (Med associés, St. Albans, VT) pour limiter le bruit extérieur et la lumière. Pendant les sessions d'administration, les animaux ont été par voie intraveineuse connecté via un tube d'une seringue montée sur une pompe motorisée (Razel Instruments scientifiques, le modèle A, St. Albans, VT) contenant soit une solution de cocaïne (0,75 mg / kg / injection) ou une solution saline stérile . Après chaque pression du levier, une lumière au-dessus du levier de relance illumine et la cocaïne ou du sérum physiologique est administré sur une durée de perfusion de 6 sec. L'activité locomotrice est évalué comme le nombre d'interruptions photobeam. Le médicament d'auto-administration du programme est contrôlé, et des réponses comportementales (par exemple, les réponses de levier et l'activité locomotrice) sont enregistrés en utilisant un ordinateur Pentium équipé Med Med logiciel PC (Associés Med).
  5. * Afin de détecter et d'enregistrer USV, micros à ultrasons, le matériel d'acquisition de données, logiciel d'enregistrement (bioacoustique Avisoft, Berlin, Allemagne) et des systèmes informatiques PC sont nécessaires. Pour l'expérience actuelle, les micros à ultrasons (gamme de réponse en fréquence = 10-100-kHz) sont solidement fixés au centre des chambres opérant. Les microphones sont reliés à du matériel d'acquisition de données (Avisoft-Ultrasoundgate) situé à l'extérieur de la chambre de conditionnement opérant et les enregistrements sont collectées sur un système informatique PC (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professionnel, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2,60 GHz, 1 Go de RAM) en utilisant un logiciel d'enregistrement ENREGISTREUR multi-canal (bioacoustique Avisoft).
  6. * Chaque médicament produit self-administration/USV session d'enregistrement comme suit:
    1. Les animaux sont doucement sortis de leur cage d'origine et de leur cathéter intraveineux est rincée avec 0,05 ml d'une solution saline héparinée pour détecter des dysfonctionnements du cathéter possible.
    2. Rats * sont connectés à un émerillon monté sur la chambre opérant permettant une administration des deux médicaments ou d'un véhicule au cours des séances d'auto-administration. Les animaux sont délicatement placés dans la chambre de conditionnement opérant et les portes sont fermées tranquillement. Le médicament d'auto-administration du programme (Med PC) et le logiciel d'enregistrement USV (enregistreur) sont sur deux systèmes informatiques distincts. Par conséquent, afin d'être en mesure de relier les comportements au sein de la chambre opérant avec détection USV, les deux programmes doivent être ouvertes simultanément (par exemple, peuvent avoir besoin de deux personnes en fonction de l'emplacement des ordinateurs).
    3. * L'USV individuelles sont enregistrées et horodatées en permanence pendant toute la session. Le programme de contrôle et d'enregistrement MedPC événements au sein de la chambre de conditionnement opérant peut être écrite à toute spécification. Le programme se ferme automatiquement MedPC à la fin de la session. L'enregistrement USV doit être arrêté manuellement sur le système d'enregistrement dédié USV ordinateur.
    4. A la fin de la session, les animaux sont délicatement retirés de la chambre de conditionnement opérant, déconnectée de l'émerillon et rincé avec 0,05 ml hépariné salée pour effacer le cathéter à partir de résidus de médicaments.
  7. * Pour des raisons logistiques, nous avons utilisé un système informatique distinct pour les analyses USV (Dell Optiplex 745, Windows XP Professionnel, Intel (R) Core (TM), 2 CPU, 2.40 GHz, 2 Go de RAM), mais le logiciel d'analyse peuvent également être installés sur le même système informatique que le logiciel d'enregistrement. USV analyses doivent être effectuées avec soin pour s'assurer de l'exactitude:
    1. * SASLab Pro logiciel d'analyse (bioacoustique Avisoft, Berlin, Allemagne) permet à l'USV enregistrées pour être visibles et audibles pour les expérimentateurs humains affichées dans un spectogramme.
    2. * Utilisation des paramètres de configuration disponibles, le spectogramme résultant peut être modifié pour des préférences individuelles. En outre, les bruits de fond dans les basses fréquences (par exemple, généré par le ventilateur des chambres opérant) peut être découpée pour permettre au logiciel de détecter automatiquement les sons au-dessus de cette fréquence dans le spectogramme. Ces fonctions d'aider à l'analyse des donnéesen rendant les fichiers sons courts et plus rapides à évaluer.
    3. Les bruits de fond dans les mêmes fréquences que USV sont parfois détectés dans le spectrogramme. Comme les fichiers audio sont enregistrés sous. Wav, le chercheur a besoin d'écouter les fichiers sons lors de l'évaluation afin de confirmer et de se différencier du bruit de fond USV.
    4. * Le logiciel d'analyse peut créer des fichiers Excel avec des paramètres tels que les fréquences d'appel, la bande passante, la durée, et l'heure exacte de l'USV émis. Ce dernier permet la corrélation des USV à l'heure exacte avant ou après la drogue est auto-administré. Cela permet USV pour être utilisé comme mesures en temps réel la réponse émotionnelle chez le rat à des cas précis pendant la procédure expérimentale.

Les résultats représentatifs:

Figure 1
Figure 1:. Spectogramme affichage d'une large USV 22 kHz appels longue dans la gamme 22 kHz sont déclenchés en conjonction avec des stimuli aversifs et on pense qu'ils reflètent un état ​​émotionnel négatif.

Figure 2
Figure 2: affichage spectogramme de 50-kHz USV court "à plat" et "modulation de fréquence" 50-kHz USV sont déclenchés dans l'anticipation et la cocaïne au cours d'auto-administration.. Ils sont associés à une incidence positive.

Figure 3
Figure 3:. Induite par la cocaïne 50 kHz USV gamme graphique représente USV (10 sec poubelles), a suscité, avant et après les injections de cocaïne auto-administré (0,75 mg / kg / inj) chez un rat représentant le jour 5 de la cocaïne auto-administration séances. Immédiatement après le placement au sein de la chambre de conditionnement opérant et avant la disponibilité de la cocaïne, de cocaïne ont été provoqués par anticipation USV et pendant l'auto-administration, induite par la cocaïne USV ont été émises.

Discussion

Rats vocalisent dans les fréquences ultrasoniques qui remplissent une fonction sociale et communicative et exprimer subjective 1,2 états émotionnels. 22 kHz USV sont déclenchées par des événements qui provoquent l'anxiété et de détresse, telles que les indices choc électrique, la présence de prédateurs, les médicaments aversifs et 2,3 défaite sociale. Par conséquent, ces USV généralement longue (> 0,3 s) sont censés représenter un état d'affect négatif de l'animal. Inversement, plus courte de 50 kHz USV (> 0,3 s) sont émis au cours et en prévision des rencontres positives, comme l'alimentation, l'accouplement et le jeu social, et ont donc été lié à un état ​​émotionnel positif de l'animal 2,4. Ces appels ont également été associés à renforcer les événements liés à l'activation du système dopaminergique 5. Par exemple, augmenté de 50 kHz USV ont été suscitées par des injections systémiques de cocaïne 6 ou 7 d-amphétamine et les environnements précédemment lié avec les médicaments de 8-10 abus.

Il a été proposé que l'augmentation de l'activité locomotrice chez les rongeurs ont trait à la motivation accrue et un comportement appétitif 11-14. Cependant, cette relation est indirecte mieux. En étudiant l'émergence et la persistance de USV des fréquences particulières, il est possible d'avoir un aperçu des effets émotionnels de divers aspects de l'expérience de drogue.

Dans ce dispositif expérimental, nous avons recueilli des enregistrements USV immédiatement avant et pendant l'auto-administration de drogue séances. Cela nous a permis d'examiner le développement de l'attente des médicaments pendant l'intervalle de non-drogue juste avant le début de la session et à évaluer les effets directs de la cocaïne sur USV. Le médicament d'auto-administration chez le rat méthode permet de contrôler directement leurs propres niveaux de consommation de drogue des animaux et de développer des attentes précises de l'heure et la fréquence d'administration du médicament. En conséquence, USV détectés lors de ces séances reflètent les attentes précises de l'administration de médicaments. En outre, USV peuvent être évalués pendant les intervalles avant la disponibilité des médicaments (par exemple, USV anticipation), chez les rats recevant expérimentateur médicaments administrés, et lors des essais d'extinction de drogue. Par conséquent, les changements dans l'affect associé à l'anticipation de drogue, l'administration de médicaments non contingent et l'abstinence de drogue peuvent également être déterminés. Analyses des changements USV au cours de l'exposition au médicament à court et à long terme pourrait fournir une interprétation plus détaillée des effets sur le fonctionnement de l'exposition au médicament affectif.

En plus de l'auto-administration de drogue expériences, les enregistrements USV dans des chambres opérant peut également être utilisé pour une variété d'autres manipulations du comportement associés à une récompense ou l'aversion, tels que boire de l'alcool, le renforcement des aliments, et de conditionnement de la peur et des procédures d'extinction.

Détails importants méthodologiques

Comme le logiciel MedPC peut être utilisé pour manipuler avec précision des conditions expérimentales, telles que la disponibilité de levier et des conditions d'éclairage, de son utilisation en combinaison avec l'enregistrement et l'analyse permet USV effets émotionnels de présentations de drogue associé cue (c'est à dire, des présentations de lumière ou d'autres stimuli sensoriels) et les effets directs de la prise du médicament à déterminer. Par conséquent, pour assurer chevauchement des échéanciers d'auto-administration des procédures et des enregistrements USV, il est crucial que les deux logiciels (par exemple, MedPC et enregistreur) sont activés simultanément au début de chaque session.

En raison de l'énorme quantité de l'espace numérique nécessaire pour stocker les données USV (par exemple, un fichier sonore de 10 minutes nécessite environ 250 Mo), il faut être prudent lorsque plusieurs animaux sont exécutés sur un système informatique unique dans le même temps. Afin d'éviter les erreurs d'enregistrement, la taille de la RAM du système informatique d'enregistrement besoins seront importants (1-2 Go). Autres moyens pour diminuer les erreurs d'enregistrement incluent abaisser la résolution USV pendant l'enregistrement et / ou réduire le nombre d'animaux s'exécuter en même temps. En outre, il est important que le chercheur est vigilant à tous les aspects de la collecte des données dans la procédure expérimentale. Par exemple, l'accumulation d'une grande quantité de données d'enregistrement sur le disque dur peut provoquer le programme d'enregistrement USV pour faire une pause. Dans ce cas, le programme d'enregistrement aurait besoin d'être redémarré immédiatement pour éviter toute perte de données et USV désynchronisation des USV avec d'autres mesures comportementales.

Les conditions environnementales peuvent influencer appelant USV. Par exemple, le contact par un humain inconnu peut causer à l'animal de émettent négative de 22 kHz appels, ce qui pourrait être confondu avec une aversion pour les conditions expérimentales. Par conséquent, la manipulation intensive avant de manipulations expérimentales est un aspect important des expériences comportementales. En outre, les nouveaux environnements, depuis peut également susciter des non-spécifique des appels USV, les animaux doivent être habitués à l'environnement de test si possible.

Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgments

Ce travail a été financé par des subventions du NIH et de RO1DA014640 3R01DA014640-05S1, l'Université du Texas VP Research Office (CLD), le Programme d'approvisionnement en médicaments NIDA, et l'Université du Texas Waggoner Centre pour l'alcool et les toxicomanies recherche Bruce-Jones Graduate Fellowship (EYM) . Nous tenons à remercier Leah McAleer, Mohamed Abdalla, Neha Thakore, Byron Barksdale, Tiffany Nguyen, Tian Tian, ​​Hunter Owen, Proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Linda Ju et Rosie Maddox pour leur aide dans l'analyse des données USV.

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

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References

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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).

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