Summary
Autoadministración de drogas y la vocalización ultrasónica (USV) se utilizan como la evaluación del comportamiento en la investigación con animales, pero rara vez en combinación. El propósito de este artículo es describir las ventajas de la grabación USVs durante la administración de medicamentos auto-procedimientos para evaluar las respuestas afectivas a la experiencia de la droga.
Abstract
La administración del fármaco procedimientos de auto-son comúnmente utilizados para estudiar los cambios conductuales y neuroquímicos asociados con el abuso humano de drogas, la adicción y la recaída. Diversos tipos de actividades de comportamiento se utilizan comúnmente como medidas de motivación de drogas en los animales. Sin embargo, un componente crucial de la recaída del abuso de drogas en los consumidores de cocaína es la abstinencia "ansia por la droga", que es difícil de modelar en los animales, como ocurre a menudo en ausencia de conductas manifiestas. Sin embargo, es posible que una clase de vocalización ultrasónica (USV) en ratas puede ser un marcador útil para las respuestas afectivas a la administración del fármaco, la anticipación de drogas e incluso ansia por la droga. Ratas vocalizar en frecuencias ultrasónicas que sirven como una función comunicativa y expresar estados emocionales subjetivos. Varios estudios han demostrado que los diferentes rangos de frecuencia de llamada se asocian con estados emocionales negativos y positivos. Por ejemplo, las llamadas de alta frecuencia ("50 kHz") se asocian con el afecto positivo, mientras que las llamadas de baja frecuencia ("22-kHz") representan un estado emocional negativo. En este artículo se describe un procedimiento para evaluar USVs rata asociados a la cocaína todos los días de auto-administración. Para este procedimiento, se utilizó estándar de una sola palanca operante cámaras alojadas en cajas que atenúan el sonido de la cocaína de auto-administración sesiones y se utilizan micrófonos de ultrasonidos, multi-canal de grabación de hardware y los programas de software especializado para detectar y analizar USVs. Mediciones reflejan USVs emotividad de las ratas antes, durante y después de la disponibilidad de medicamentos y puede estar relacionada con las drogas se suele evaluar la auto administración de datos de las respuestas de comportamiento como la palanca, entre los intervalos de respuesta y la actividad locomotora. Desde USVs se puede evaluar durante los intervalos antes de la disponibilidad de drogas (USVs por ejemplo, de anticipación) y durante los ensayos de extinción de drogas, cambios en el afecto asociado con la anticipación de drogas y la abstinencia de drogas también puede ser determinado. Además, la determinación de cambios USV en el transcurso de corto y la exposición al fármaco a largo plazo puede ofrecer una interpretación más detallada de los efectos de la exposición al fármaco en el funcionamiento afectivo.
Protocol
*= Puntos importantes
- Bien manejada masculino ratas Sprague-Dawley están capacitados para la palanca de prensa con el premio de comida (45 mg de sacarosa pellets; Bio-Serv, Frenchtown, NJ).
- Catéteres intravenosos * se construyen a partir de cánula de acero inoxidable (plásticos Uno, VA) y el tubo de Silastic. Ratas someterse a un procedimiento de cateterismo yugular quirúrgica para permitir la auto-administración de drogas. Después de la cirugía, la permeabilidad del catéter se mantiene al día el lavado con 0,1 ml de una solución salina al 0,9%, la heparina y solución Timentin.
- Cocaína (NIDA inventario y suministro de medicamentos y el Programa de Control, RTI International, Research Triangle Park, Carolina del Norte) que se utiliza en este experimento se disolvió en solución salina isotónica (0,9%) en las concentraciones de la dosis apropiada de acuerdo a los pesos de los animales (0,75 mg / kg / inyección ), de modo que cada inyección fue de 0,1 ml. Los controles recibieron solución salina en el mismo volumen de inyección /.
- * El aparato utilizado para la autoadministración de drogas se compone de una sola palanca cámara operante (28 x 22 x 21 cm) equipado con luces de la casa y el estímulo y 3 juegos de fotorayos. La cámara operante se encuentra dentro de una más grande que atenúan el sonido de la cámara (Med Asociados, St. Albans, VT) para limitar el ruido exterior y de la luz. Durante las sesiones de la administración, los animales fueron conectados por vía intravenosa a través de tubos a una jeringa montada en una bomba de motor (Instrumentos Razel Científico, el Modelo A, St. Albans, VT) que contienen una solución de cocaína (0,75 mg / kg / inyección) o solución salina estéril . Después de cada pulsación de la palanca, una luz de estímulo por encima de la palanca se ilumina y la cocaína o la solución salina se administra en un tiempo de infusión de 6 seg. La actividad locomotora se evaluó como el número de interrupciones de haz de luz. La droga de auto-administración del programa está controlado, y las respuestas conductuales (por ejemplo, las respuestas de la palanca y la actividad locomotora) se registran utilizando un ordenador equipado con Pentium Med Med de software para PC (Med Associates).
- * Para detectar y registrar USVs, micrófonos de ultrasonidos, el hardware de adquisición de datos, software de grabación (Bioacústica Avisoft, Berlín, Alemania) y los sistemas de PC de la computadora se necesitan. Para el experimento, los micrófonos de ultrasonidos (rango de frecuencia de respuesta = 10-100-kHz) están bien sujetos en el centro de las cámaras de condicionamiento operante. Los micrófonos se conectan al hardware de adquisición de datos (Avisoft-Ultrasoundgate) situadas fuera de la cámara operante y las grabaciones se recogen en un sistema informático PC (Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, 2.60 GHz, 1 GB de RAM) con grabador multi-canal de software de grabación (Bioacústica Avisoft).
- * Cada medicamento self-administration/USV procede sesión de grabación de la siguiente manera:
- Los animales son cuidadosamente sacados de su jaula y su catéter intravenoso permanente es lavado con 0,05 ml de una solución salina heparinizada para detectar un posible mal funcionamiento del catéter.
- * Las ratas están conectados a un pivote montado en la cámara operante que permite la administración de cualquier fármaco o de un vehículo durante las sesiones de auto-administración. Los animales se coloca suavemente dentro de la cámara operante y las puertas están cerradas en silencio. La droga de auto-administración del programa (Med PC) y el software de grabación USV (grabadora) se encuentran en dos sistemas informáticos diferentes. Por lo tanto, con el fin de ser capaces de vincular las conductas dentro de la cámara operante con la detección de USV, ambos programas deben iniciarse simultáneamente (por ejemplo, puede necesitar dos personas dependiendo de la ubicación de los ordenadores).
- * El USVs individuales se registran y una marca de tiempo-continuo durante toda la sesión. El programa MedPC control y registro de eventos dentro de la cámara operante se puede escribir a cualquier especificación. El programa se cierra automáticamente MedPC al final de la sesión. La grabación USV tiene que ser detenido manualmente en el sistema de grabación dedicado USV equipo.
- Al final de la sesión, los animales son cuidadosamente sacados de la cámara operante, desconectado de la rótula y se lavó con solución salina heparinizada 0,05 ml para limpiar la sonda de residuos de medicamentos.
- * Por razones logísticas, se utilizó un sistema informático para el análisis por separado USV (Dell Optiplex 745, Windows XP Professional, Intel (R) Core (TM), 2 CPU, 2.40 GHz, 2 GB de RAM), pero el software de análisis puede ser también instalado en el sistema mismo equipo que el software de grabación. USV análisis debe ser realizado cuidadosamente para garantizar la precisión:
- * SASLab Pro software de análisis (Bioacústica Avisoft, Berlín, Alemania) permite la USVs registrada para ser visibles y audibles para los experimentadores humanos muestran en un espectrograma.
- * Uso de las opciones de configuración disponibles, el espectrograma resultantes pueden ser modificados según las preferencias individuales. Además, los ruidos de fondo en las bajas frecuencias (por ejemplo, generado por el ventilador de las cámaras de condicionamiento operante) se puede cortar para que el software para detectar automáticamente los sonidos por encima de esa frecuencia en el espectrograma. Estas funciones ayudar en el análisis de los datoscomo por lo que los archivos de sonido más corto y más rápido para evaluar.
- Los ruidos de fondo en las mismas frecuencias que USVs se pueden descubrir en el espectrograma. Dado que los archivos de sonido se registran como. Wav, el investigador tiene que escuchar los archivos de sonido durante la evaluación para confirmar y diferenciar USVs del ruido de fondo.
- * El software de análisis puede crear archivos de Excel con parámetros como la frecuencia de llamadas, ancho de banda, la duración y la hora exacta de la USV emitida. Este último permite la correlación de USVs a la hora exacta antes o después de las drogas es auto-administrado. Esto permite USVs para ser utilizados como mediciones en tiempo real de la respuesta emocional de la rata en casos específicos durante el procedimiento experimental.
Los resultados representativos:
Figura 1:. Mostrar espectrograma de un rango de 22 USV-kHz llamadas de larga en el rango de 22 kHz se suscitó en conjunto con estímulos negativos y se cree que reflejan un estado emocional negativo.
Figura 2: Pantalla espectrograma de USVs de 50 kHz corto "plana" y "frecuencia modulada" de 50 kHz USVs se suscitó en la anticipación y la cocaína durante la autoadministración.. Están asociados con el afecto positivo.
Figura 3:. Inducido por cocaína de 50 kHz USVs gama gráfico muestra USVs (10-sec cubos) obtuvo antes y después de las inyecciones de cocaína auto-administrados (0,75 mg / kg / les) en una rata representante el día 5 de cocaína auto-administración sesiones. Inmediatamente después de la colocación dentro de la cámara operante y antes de la disponibilidad de la cocaína, de anticipación a la cocaína USVs se suscitó y en la auto-administración, inducidas por la cocaína USVs fueron emitidos.
Discussion
Ratas vocalizar en frecuencias ultrasónicas que tienen una función social y comunicativa y expresar estados emocionales subjetivos 1,2. 22-kHz USVs son provocados por los eventos que causan ansiedad y angustia, tales como señales estímulo eléctrico plantar, la presencia de depredadores, las drogas y la derrota de aversión sociales 2,3. Por lo tanto, estos USVs típicamente de largo (> 0,3 s) se cree que representan un estado de afecto negativo de los animales. Por el contrario, menor de 50 kHz USVs (> 0,3 s) se emiten durante y en previsión de encuentros positivos, tales como la alimentación, el apareamiento y el juego social, por lo que han sido relacionados con un estado emocional positivo de los animales 2,4. Estas llamadas se han asociado también con el refuerzo de los eventos relacionados con la activación del sistema dopaminérgico 5. Por ejemplo, un aumento de 50 kHz USVs han sido provocados por inyecciones sistémicas de cocaína 6 o 7 d-anfetamina y entornos vinculado anteriormente con las drogas de abuso 8.10.
Se ha propuesto que el aumento en la actividad locomotora en roedores se relacionan con la motivación y mejora el comportamiento apetitivo 11-14. Sin embargo, esta relación es indirecta, como la mejor. Mediante el estudio de la aparición y persistencia de USVs de frecuencias particular, es posible comprender mejor a los efectos emocionales de los diversos aspectos de la experiencia de la droga.
En este montaje experimental, se recogieron grabaciones USV inmediatamente antes y durante la administración de medicamentos auto-sesiones. Esto nos ha permitido estudiar la evolución de las expectativas de drogas durante el intervalo sin medicamentos justo antes del inicio de la sesión y para evaluar los efectos directos de la cocaína en USVs. La autoadministración de drogas método permite que las ratas de control directo de sus propios niveles de consumo de drogas animales y desarrollar expectativas precisas del tiempo y la frecuencia de administración del fármaco. Como resultado, USVs detectados durante estas sesiones reflejan las expectativas exacta de entrega de la droga. Además, USVs se puede evaluar durante los intervalos antes de la disponibilidad de drogas (USVs por ejemplo, de anticipación), en ratas que recibieron experimentador de los fármacos administrados, y durante los ensayos de extinción de drogas. Por lo tanto, los cambios en el afecto asociado con, la anticipación de drogas administración de la droga no contingente y la abstinencia de drogas también puede ser determinado. Los análisis de los cambios USV en el transcurso de la exposición al fármaco a corto y largo plazo podría ser una interpretación más detallada de los efectos de la exposición al fármaco en el funcionamiento afectivo.
Además de la administración de medicamentos auto-experimentos, las grabaciones en cámaras USV operante también puede ser utilizado para una variedad de otras manipulaciones de comportamiento asociadas con la recompensa o la aversión, como beber alcohol, el refuerzo de los alimentos, y el condicionamiento del miedo y los procedimientos de extinción.
Importantes detalles metodológicos
Puesto que el software MedPC puede ser usada para manipular con precisión las condiciones experimentales, como la disponibilidad de palanca y las condiciones de iluminación, su uso en combinación con la grabación de USV y análisis permite que los efectos emocionales de las presentaciones de medicamentos asociados de referencia (es decir, presentaciones de luz u otros estímulos sensoriales) y los efectos directos del consumo de drogas que se determine. Por lo tanto, para garantizar la superposición de los plazos de los procedimientos de auto-administración y las grabaciones de USV, es fundamental que tanto los programas de software (por ejemplo, MedPC y grabadora) se activan de forma simultánea al inicio de cada sesión.
Debido a la enorme cantidad de espacio digital necesario para almacenar datos USV (por ejemplo, un archivo de sonido de 10 minutos requiere aproximadamente 250 MB), debe tener cuidado cuando los animales se ejecutan múltiples en un solo sistema de computación, al mismo tiempo. Para evitar errores de grabación, el tamaño de la RAM del sistema informático de registro de las necesidades de ser considerable (1-2 GB). Otras formas de reducir los errores de grabación incluyen la reducción de la resolución USV durante la grabación y / o reducir el número de animales de ejecutar a la vez. Además, es importante que el investigador esté atento a todos los aspectos de recolección de datos durante todo el procedimiento experimental. Por ejemplo, la acumulación de una gran cantidad de datos grabados en el disco duro puede provocar que el programa de grabación de USV para hacer una pausa. En este caso, el programa de grabación que es necesario reiniciar de inmediato para evitar pérdida de datos y USV de sincronización de USVs con otras medidas de comportamiento.
Las condiciones ambientales pueden influir en llamar USV. Por ejemplo, el toque de un ser humano desconocido puede causar que el animal emite negativo de 22 kHz-llamadas, lo que podría ser confundido como una aversión a las condiciones experimentales. Por lo tanto, el manejo intensivo antes de la manipulación experimental es un aspecto importante de los experimentos conductuales. Además, desde ambientes de la novela también puede provocar no específicas llamadas USV, los animales deben estar habituados al entorno de prueba, si es posible.
Disclosures
No hay conflictos de interés declarado.
Acknowledgments
Este trabajo ha sido financiado por el NIH subvenciones RO1DA014640 y 3R01DA014640 05S1-, la Universidad de Texas VP Oficina de Investigación (CLD), el NIDA Programa de Suministro de Medicamentos y la Universidad de Texas Waggoner Centro de Investigación de Alcohol y Adicción Bruce-Jones Graduate Fellowship (Eym) . Damos las gracias a Leah McAleer, Abdalla Mohamed, Thakore Neha, Byron Barksdale, Nguyen Tiffany, Tian Tian, Owen Hunter, Phongsawad Proy, Helen Reed, Chavana Rachel, Ju Linda y Maddox Rosie por su ayuda en USV análisis de datos.
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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