Summary
Farmaci auto-amministrazione e vocalizzazioni ultrasoniche (USV) sono usati come valutazioni comportamentali in ricerca su animali, ma raramente in associazione. Lo scopo di questo articolo è quello di descrivere i vantaggi della registrazione durante USV droga auto-somministrazione procedure per valutare le risposte affettive di esperienza con la droga.
Abstract
Farmaci auto-somministrazione procedure sono comunemente usati per studiare i cambiamenti comportamentali e neurochimici associati umano l'abuso di droga, la dipendenza e la ricaduta. Vari tipi di attività comportamentali sono comunemente utilizzati come misure di motivazione farmaco negli animali. Tuttavia, una componente fondamentale di ricaduta abuso di droga in consumatori di cocaina astinenti è "craving", che è difficile da modello negli animali, come avviene spesso in assenza di comportamenti palesi. Tuttavia, è possibile che una classe di vocalizzazioni ultrasoniche (USV) nei ratti possono essere un indicatore utile per le risposte affettive alla somministrazione del farmaco, l'anticipazione della droga e anche craving. Ratti vocalizzare in frequenze ultrasoniche che servono come una funzione comunicativo e di esprimere stati d'animo soggettivi. Diversi studi hanno dimostrato che diverse gamme di frequenza di chiamata sono associati a stati emotivi negativi e positivi. Per esempio, le chiamate ad alta frequenza ("50-kHz") sono associati a emozioni positive, mentre le chiamate a bassa frequenza ("22-kHz") rappresentano uno stato emotivo negativo. Questo articolo descrive una procedura per valutare USV ratto associati a cocaina ogni giorno auto-somministrazione. Per questa procedura, abbiamo utilizzato di serie monocomando camere operante ospitato all'interno del suono attenuando scatole per la cocaina auto-somministrazione sessioni e microfoni utilizzati ultrasuoni, multi-canale hardware di registrazione e programmi software specializzati per rilevare e analizzare USV. Misure USV riflettere emotività dei ratti, prima, durante e dopo la disponibilità di droga e può essere correlata con farmaci comunemente valutata auto-somministrazione dati comportamentali risposte leva quali, inter-risposta e intervalli di attività locomotoria. Dal USV può essere valutato durante gli intervalli prima della disponibilità di droghe (per esempio, USV anticipatorio) e durante le prove di estinzione della droga, i cambiamenti influiscono associati con anticipazione di droga e l'astinenza farmaco può anche essere determinato. Inoltre, determinare cambiamenti USV nel corso del breve e lungo termine, l'esposizione al farmaco in grado di fornire una interpretazione più dettagliata degli effetti del farmaco esposizione sul funzionamento affettivo.
Protocol
*= Punti importanti
- Ben gestiti maschile ratti Sprague-Dawley sono addestrati a premere con leva ricompensa in cibo (45 mg di saccarosio pellet; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
- * Cateteri per via endovenosa sono costruiti in acciaio inossidabile cannula (Plastica One, VA) e tubi Silastic. Ratti sottoposti a una procedura di cateterizzazione giugulare chirurgica per consentire droga auto-somministrazione. Dopo l'intervento chirurgico, pervietà del catetere viene mantenuta quotidianamente con vampate di calore con 0,1 ml di una soluzione salina allo 0,9%, eparina e soluzione Timentin.
- Cocaina (Inventario Drug NIDA e Fornitura e programma di controllo; RTI International, Research Triangle Park, Carolina del Nord) utilizzato in questo esperimento è stato dissolto in soluzione salina isotonica (0,9%) nelle concentrazioni dose appropriata in base al peso degli animali (0,75 mg / kg / iniezione ) in modo che ciascuna iniezione è 0,1 ml. Animali di controllo hanno ricevuto una soluzione salina allo stesso volume / iniezione.
- * L'apparecchio utilizzato per la droga auto-amministrazione è costituito da una singola leva camera operante (28 x 22 x 21 cm) dotato di luci di casa e di stimolo e 3 set di photobeams. La camera operante è ospitato all'interno di una più ampia camera di attenuazione del suono (Med associati, St. Albans, VT) per limitare il rumore esterno e la luce. Durante le sessioni di amministrazione, gli animali erano per via endovenosa collegato tramite tubi a una siringa montata su una pompa a motore (Strumenti Razel scientifico, modello A, St. Albans, VT), contenente una soluzione di cocaina (0,75 mg / kg / iniezione) o soluzione salina sterile . Dopo ogni premere la leva, una luce sopra la leva di stimolo si accende e la cocaina o di soluzione salina viene somministrato nell'arco di 6 secondi il tempo di infusione. Attività locomotoria è valutata come numero di interruzioni PHOTOBEAM. L'auto-somministrazione programma della droga è controllato, e le risposte comportamentali (ad esempio, le risposte leva e attività locomotoria) sono registrati utilizzando un computer dotato di processore Pentium Med Med software per PC (Associati Med).
- * Per rilevare e registrare USV, microfoni ad ultrasuoni, hardware di acquisizione dati, software di registrazione (bioacustica Avisoft, Berlino, Germania) e sistemi di computer PC sono necessari. Per l'esperimento in corso, i microfoni ad ultrasuoni (la risposta di frequenza = 10-100-kHz) sono saldamente montato al centro delle camere operante. I microfoni sono collegati ad hardware di acquisizione dati (Avisoft-Ultrasoundgate) situati al di fuori della camera operante e le registrazioni sono raccolte su un computer PC (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2.60 GHz, 1 GB di RAM) con REGISTRATORE multi-canale software di registrazione (bioacustica Avisoft).
- * Ogni farmaco self-administration/USV sessione di registrazione continua come segue:
- Gli animali sono gentilmente presi dalla loro gabbia e la loro casa catetere endovenoso viene lavata con 0,05 ml di una soluzione salina eparinata per rilevare malfunzionamenti catetere possibile.
- * I ratti sono collegati ad un girevole montato sulla camera operante che consente l'amministrazione sia di droghe o di un veicolo durante le sessioni di auto-somministrazione. Gli animali sono gentilmente messi in camera di operante e le porte sono chiuse in silenzio. L'auto-somministrazione programma farmaco (Med PC) e il software di registrazione USV (RECORDER) sono disposte su due sistemi separati. Pertanto, al fine di essere in grado di collegare i comportamenti all'interno della camera operante con rilevazione USV, entrambi i programmi devono essere avviati contemporaneamente (ad esempio, potrebbe essere necessario due persone a seconda della posizione del computer).
- * L'USV individuali sono registrati e cronodatati continuamente durante la sessione. Il programma MedPC il controllo e la registrazione degli eventi all'interno della camera operante può essere scritto a qualsiasi specifica. Il programma MedPC chiude automaticamente al termine della sessione. La registrazione USV deve essere fermato manualmente sul sistema informatico di registrazione dedicato USV.
- Al termine della sessione, gli animali sono gentilmente presi dalla camera operante, scollegato dalla girevole e lavata con 0,05 ml di soluzione fisiologica eparinata per cancellare il catetere da residui di droghe.
- * Per motivi logistici, abbiamo utilizzato un sistema separato per le analisi del computer USV (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM), 2 CPU, 2,40 GHz, 2 GB di RAM), ma il software di analisi può anche essere installati nel sistema stesso computer del software di registrazione. USV analisi deve essere eseguita con attenzione per garantire la precisione:
- * SASLab Pro analizzare il software (bioacustica Avisoft, Berlino, Germania) consente USV registrato per essere visibile e udibile per gli sperimentatori umano visualizzato in un spectogram.
- * Utilizzare le impostazioni di configurazione disponibili, il spectogram risultante può essere modificato per preferenze individuali. Inoltre, i rumori di fondo nelle frequenze basse (ad esempio, generato dalla ventola delle camere operante) può essere tagliato per consentire al software di rilevare automaticamente i suoni di frequenza superiore a quella del spectogram. Queste funzioni di assistenza nelle analisi dei datiesempio rendendo i file audio più brevi e più veloci da valutare.
- Rumori di fondo nelle frequenze stesse USV a volte sono rilevati nello spettrogramma. Poiché i file audio vengono registrati come. Wav, il ricercatore ha bisogno di ascoltare i file audio durante la valutazione per confermare e differenziare USV dal rumore di fondo.
- * Il software di analisi in grado di creare file di Excel con parametri quali le frequenze di chiamata, la larghezza di banda, la durata, e l'ora esatta del USV emessa. Quest'ultimo consente la correlazione di USV per l'ora esatta prima o dopo il farmaco è auto-somministrato. Questo permette USV per essere usato come misurazioni in tempo reale della risposta emotiva del ratto a casi specifici durante la procedura sperimentale.
Rappresentante dei risultati:
Figura 1:. Visualizzare Spectogram di un 22-kHz USV chiamate a lungo raggio in 22-kHz gamma sono suscitato in collaborazione con stimoli avversi e si pensa a riflettere uno stato emotivo negativo.
Figura 2: display Spectogram di 50-kHz USV Breve "piatto" e "a modulazione di frequenza" 50-kHz USV si suscitato in previsione e durante la cocaina auto-somministrazione.. Essi sono associati con effetto positivo.
Figura 3:. Cocaina-indotta 50-kHz USV gamma grafico raffigura USV (10-sec cassonetti) ha provocato prima e dopo l'auto-somministrato iniezioni di cocaina (0,75 mg / kg / inj) in un ratto rappresentante al giorno 5 di cocaina autosomministrazione sessioni. Immediatamente dopo il posizionamento all'interno della camera operante e prima disponibilità di cocaina, cocaina anticipatoria USV sono stati suscitato e durante l'auto-somministrazione, cocaina-indotta USV sono stati emessi.
Discussion
Ratti vocalizzare in frequenze ultrasoniche che hanno una funzione sociale e comunicativo ed esprimere stati emotivi soggettivi 1,2. 22-kHz USV vengono attivati dagli eventi che provocano ansia e angoscia, come spunti footshock, la presenza di predatori, le droghe repulsivo e sconfitta sociale 2,3. Pertanto, questi USV tipicamente lungo (> 0,3 s), si pensa di rappresentare uno stato di effetto negativo dell'animale. Viceversa, più corta 50-kHz USV (> 0,3 s) sono emessi durante e in previsione di incontri positivi, come l'alimentazione, accoppiamento e gioco sociale, e sono stati quindi collegati ad uno stato emotivo positivo dell'animale 2,4. Queste chiamate sono state associate a rafforzare gli eventi legati alla attivazione del sistema dopaminergico 5. Ad esempio, aumento 50-kHz USV sono stati suscitato da iniezioni sistemica di cocaina 6 o d-amfetamina 7 e gli ambienti precedentemente associato a farmaci abuso di 8-10.
E 'stato proposto che gli aumenti di attività locomotoria nei roditori si riferiscono a una maggiore motivazione e il comportamento appetitivo 11-14. Tuttavia, questo rapporto è indiretto come migliore. Studiando la nascita e la persistenza di USV di frequenze particolari, è possibile ottenere una visione di effetti emotivi di vari aspetti della esperienza della droga.
In questa configurazione sperimentale, abbiamo raccolto le registrazioni USV immediatamente prima e durante la droga auto-somministrazione sessioni. Questo ci ha permesso di esaminare lo sviluppo di farmaci durante l'aspettativa non-droga intervallo appena prima dell'inizio della sessione e per valutare gli effetti diretti di cocaina sul USV. L'auto-somministrazione di droghe metodo permette ratti di controllare direttamente i propri livelli di assunzione di droghe animali e sviluppare le aspettative accurata dei tempi e la frequenza di somministrazione del farmaco. Di conseguenza, USV individuate durante le sessioni di riflettere le aspettative precise di consegna della droga. Inoltre, USV può essere valutato durante gli intervalli prima della disponibilità di droghe (per esempio, USV anticipatori), nei ratti trattati con farmaci somministrati-sperimentatore, e durante le prove di estinzione della droga. Pertanto, i cambiamenti influiscono associati con anticipazione della droga, non contingente somministrazione del farmaco e l'astinenza farmaco può anche essere determinato. Analisi dei cambiamenti USV nel corso di esposizione al farmaco a breve e lungo termine potrebbe fornire una interpretazione più dettagliata degli effetti del farmaco esposizione sul funzionamento affettivo.
Oltre ai farmaci di auto-somministrazione esperimenti, registrazioni USV in camere operante può anche essere usato per una varietà di altre manipolazioni comportamentali associati a premiare o avversione, come bere alcool, di rinforzo cibo e condizionamento alla paura e le procedure di estinzione.
Importanti dettagli metodologici
Poiché il software MedPC può essere usato per manipolare con precisione le condizioni sperimentali, come la disponibilità di leva e le condizioni di illuminazione, il suo utilizzo in combinazione con la registrazione USV e analisi permette effetti emotivi di presentazioni spunto farmaci associati (ad esempio, presentazioni di luce o di altri stimoli sensoriali) e gli effetti diretti di assunzione del farmaco da determinare. Pertanto, per assicurare tempi sovrapposizione di auto-amministrazione delle procedure e registrazioni USV, è fondamentale che entrambi i programmi (per esempio, e MedPC RECORDER) si attivano contemporaneamente all'inizio di ogni sessione.
A causa dell'enorme quantità di spazio digitale per archiviare i dati richiesti USV (ad esempio, a 10 minuti di file audio richiede circa 250 MB), cautela deve essere presa quando gli animali multipli sono eseguiti su un solo computer al tempo stesso. Per evitare errori di registrazione, la dimensione della RAM del sistema informatico di registrazione deve essere sostanziale (1-2 GB). Altri modi per ridurre gli errori di registrazione sono abbassando la risoluzione USV durante la registrazione e / o ridurre il numero di animali esecuzione allo stesso momento. Inoltre, è importante che il ricercatore è vigile a tutti gli aspetti della raccolta dati per tutta la procedura sperimentale. Per esempio, l'accumulo di una grande quantità di registrazione dei dati sul disco rigido può causare il programma USV per mettere in pausa la registrazione. In questo caso, il programma di registrazione avrebbe bisogno di essere riavviato immediatamente per evitare la perdita di dati USV e de-sincronizzazione dei USV con altre misure comportamentali.
Le condizioni ambientali possono influenzare la chiamata USV. Per esempio, il tocco di un essere umano non familiare può provocare l'animale a emettere negativo 22-kHz chiamate, che potrebbe essere scambiato per una avversione per le condizioni sperimentali. Pertanto, la gestione intensiva prima di manipolazioni sperimentali è un aspetto importante di esperimenti comportamentali. Inoltre, gli ambienti romanzo dato che può anche suscitare non specifici chiamate USV, gli animali devono essere abituati a un ambiente di prova, se possibile.
Disclosures
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato finanziato da sovvenzioni NIH RO1DA014640 e 3R01DA014640-05S1, l'Università del Texas VP Research Office (CLD), NIDA programma di approvvigionamento della droga, e l'Università del Texas Waggoner Centro per l'alcol e le tossicodipendenze di ricerca di Bruce Jones-Graduate Fellowship (EYM) . Ringraziamo Lia McAleer, Mohamed Abdalla, Neha Thakore, Byron Barksdale, Tiffany Nguyen, Tian Tian, Owen Hunter, proy Phongsawad, Helen Reed, Rachel Chavana, Linda Ju e Rosie Maddox per la loro assistenza in USV analisi dei dati.
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
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