Voice sjukdomar försvagande i åldrande och Parkinsons sjukdom. Ultraljudet vocalizations av råttor, som också påverkas av dessa förhållanden kan användas för att studera dessa röststörningar, deras neurala substrat, och den typ av funktionell återhämtning med beteendeproblem intervention.
Voice underskott är en vanlig komplikation av både Parkinsons sjukdom (PS) och åldrande, de kan avsevärt minska livskvaliteten genom att påverka kommunikationsförmåga 1 kan 2 Riktad utbildning (tal / röst terapi) förbättra specifika röst underskott, 3, 4 även om den. bakomliggande mekanismer av beteendemässiga interventioner förstås inte heller bra. Systematisk undersökning av röst underskott och terapi bör överväga många faktorer som är svåra att kontrollera på människor, såsom ålder, hemmiljö, ålder efter debut av sjukdom, sjukdomens svårighetsgrad och mediciner. Den metod som presenteras här används en djurmodell av läte som möjliggör systematisk studie av hur underliggande sensomotoriska mekanismer förändras med riktade röstträning. Ultraljudet registrering och analys förfaranden som beskrivs i detta protokoll är tillämpliga på någon undersökning av gnagare ultraljud läten.
Ultraljudet vocalizations gnagare växer fram som en värdefull modell för att undersöka neurala substrat av beteende. 5-8 Både gnagare och mänskliga vocalizations bära semiotiska värde och produceras genom att ändra en egressive luftflöde med en laryngeala sammandragning. 9, 10 alltså, gnagare vocalizations kan vara en användbar modell för att studera röst underskott i en sensomotoriska sammanhang. Vidare råttmodeller ge oss möjlighet att studera neurobiologiska grunderna för återhämtning från underskott med riktad utbildning.
Att modellera PD använder vi Lång-Evans råttor (Charles River Laboratories International, Inc.) och framkalla parkinsonism genom en ensidig infusion av 7 mikrogram av 6-hydroxydopamine (6-OHDA) i mediala framhjärnan bunt som orsakar måttlig till allvarlig degeneration av presynaptiska striatala nervceller (för detaljer se Ciucci, 2010). 11, 12 för vårt åldrande modell vi använder Fischer 344/Brown Norge F1 (National Institute on Aging).
Vår främsta metod för att få fram läten är att exponera sexuellt erfarna hanråttor för att sexuellt mottaglig honråttor. När hanen blir intresserad av den kvinnliga, är den kvinnliga bort och hanen fortsätter att artikulera. Genom att belöna komplexa läten med mat eller vatten, både antalet komplexa läten och graden av vocalizations kan ökas (figur 1).
Ett ultraljud mikrofon monterad ovanför mannens hem bur registrerar läten. Inspelningen börjar efter den kvinnliga råttan tas bort för att isolera den manliga samtal. Vocalizations kan ses i realtid för utbildning eller registreras och analyseras offline. Genom att registrera och akustiskt analysera vocalizations före och efter vokal träning, kan effekterna av sjukdomen och återställande av normal funktion med utbildning bedömas. Denna modell ger oss även möjlighet att relatera den observerade beteende (sång) förbättringar av förändringar i hjärnan och neuromuskulära systemet.
Ultraljud vocalizations hos råttor verkar vara känsliga för åldrande och sjukdom processer, såsom Parkinsons sjukdom. Dessa ultraljud vocalizations ger en beteendevetenskaplig modell av sång funktion, inklusive underskott som följer med fysiologiska förändringar på grund av sjukdom och åldrande. Dessutom har akustiska förändringar i ultraljud vocalizations lätt mätas och kvantifieras. Dessutom kan ultraljud vocalizations ändras genom beteendemässiga ingrepp. Därför råtta ultraljud vocalizations ger en användbar modell för att studera effekterna av sjukdom, åldrande, och terapeutiska insatser på både beteende och bakomliggande neurobiologiska mekanismer.
Vår metod för röst-utbildning använder en betingad stimulus (en klick) förknippas med en positiv förstärkning (ett vatten eller mat behandla belöning). Den klickar följt av belöning används för att förstärka vocalizations av ökande komplexitet. Vi definierar komplexa läten som de som innehåller en "drill" (frekvensmodulerad) komponent (Figur 5B) jämfört med de som är "platt" och underhålla en enda frekvens (Figur 5A). Denna frekvens modulerad komponent är lätt identifieras genom sitt sinusformad utseende. Medan 50-kHz vocalizations kan vara helt sinusformad (Figur 5B), är det vanligt att stöta på mer komplexa 50-kHz läten som består dels av denna frekvens modulerad komponenten samt antingen stora hopp i frekvens eller en kort platt komponent. Dessa mer komplexa läten kan ha korta pauser på mindre än 10 ms mellan komponenter men betraktas som en enda läte. Även om ytterligare detaljerade sub-klassificering av dessa läten är möjligt nu, 14 vi klassificerar alla 50-kHz vocalizations innehåller en frekvensmodulerad komponent så komplext att minska behovet för online subjektiv klassificering och minska förstärkning variabilitet. I ditt eget labb är det viktigt att välja hur data klassificeras och analyseras enligt en studie design som är lämplig för syftet med studien.
Det finns många faktorer att tänka på när du använder detta protokoll. Först av allt, trots genetiska homogenitet och processuella konsistens, råttor har en varierande svar på träning. Vissa råttor artikulera naturligtvis mer än andra, 5 eller motiveras av exponering mot en kvinnlig mer än med ett livsmedel eller vatten belöning. Ett sätt vi står för denna variation är genom att undersöka förändringen i akustiska parametrar från enskilda råttornas baslinjen vocalizations till deras post-lesion och efter träning läten. Även om det inte diskuteras i detta protokoll har vi också beteendemässiga analyser för att kvantifiera intresse för den kvinnliga, såsom latens att montera. Dessutom, beroende på ålder och aktivitetsnivå en enskild råtta, kanske en tråd topp behövas på buren under träning för att förhindra flykt. Trots variationen mellan olika individer, har vi använt med framgång detta protokoll på en mängd olika stammar och åldrar för att förbättra vocalizations förhållande till varje enskild råttans baslinje.
Råttor är känsliga för till synes små förändringar i miljön, såsom dofter, temperatur och personal. Ansträngningar bör göras för att undvika parfymerade hygienprodukter, såsom krämer, hårvårdsprodukter och parfymer. Innan utbildning måste en person vara bekväm interagera med och hantering råttor. Dessutom kan eventuella inkonsekvenser i personal eller miljö påverkar råttornas vocalization svar.
Eftersom råttor är nattdjur, bör de hållas på en omvänd ljus cykel för att möjliggöra utbildning för att äga rum under den mörka delen av sin cykel när de är mest aktiva. Vi lyser upp vårt träningsrum med röda lampor. Dessutom, om ett vatten belöning används vid utbildning bör råttor har begränsad tillgång till vatten. Våra råttor är vatten begränsas för 21 timmar före träningspasset. Tre timmar av vatten exponering bestäms av våra institutionella Djurvård och använda kommittén för att vara de minst restriktiva tidsperiod som lät vattnet vara användbar som förstärkning i vår beteendestudier utan att utgöra en betydande kompromiss för djurens hälsa eller välbefinnande. Råttor får tillgång till vatten vid slumpmässiga tidpunkter (10 minuter till 30 minuter) efter träning och därefter har fri tillgång till vatten i tre timmar under den mörka delen av deras ljus cykel. Råttor bör inspekteras varje dag för tecken på uttorkning och vägde varannan dag för att se till att det inte finns någon betydande (mer än 10%) viktminskning. Ett livsmedel begränsning är inte nödvändig om du använder ett livsmedel behandla som en belöning. Behandlar specifika för råttor är kommersiellt tillgängliga, men vi har hittat en liten bit av en söt spannmål vara en effektiv belöning.
Som nämnts ovan honråttor i estrus framkalla en högre vocalization svar från män än icke-sexuellt mottagliga honor. Genom att upprätthålla ett stort antal honor i kolonin, det finns en hög sannolikhet för att vidMinst en kvinna kommer att vara i estrus en viss dag. Däremot kan estrus också farmakologiskt inducerad hos honråttor av subkutant injicera 10 mikrogram av β-estradiol i 0,1 cc sterilt 48 sesamolja timmar före utbildning följt av 500 mikrogram av progesteron i 0,1 cc sterilt sesamolja 4 timmar innan träning. Dessutom måste hanråttor som är naivt att honråttor vara sexuellt erfaren före vokal träning. Detta sker genom att placera en kvinnlig råtta som uppvisar tecken på sexuella mottaglighet (rusa, lordos, öron vickar) i mannens hem bur tills den manliga fästen och utlösning. Hanar får inte montera under de första sessionerna och det kvinnliga kan tas bort efter den manliga visar intresse för den kvinnliga genom att sniffa och / eller jagar honan runt i buren. Sexuellt upplever sker en gång om dagen i två veckor. Denna tidsperiod ger också en möjlighet för råttor för att vänja till försöksledaren (er) och inspelningsrummet.
En begränsning med denna metod är den subjektiva bestämning av vocalization typ. Dessutom begränsar denna faktor hastigheten på insamling av uppgifter som varje samtal måste vara oberoende undersökas och manuellt klassificerade. Relaterat till detta är vikten av att ha erfarna bedömare som konsekvent har utbildats i vocalization identifiering. Både inom och inter-rater reliability bör bedömas inom ditt eget lab.
Sammanfattningsvis är ultraljud vocalizations hos gnagare som används i många olika modeller för att studera hjärnan beteende relationer, inklusive känslotillstånd, belöning och missbruk, och stater sjukdomar såsom autism. 6,14-16 Denna roman metod är ett sätt att studera mekanismerna bakom riktade sång träning för behandling av röst underskott i åldrande och Parkinsons sjukdom. Denna metod har potential att kunna tillämpas på andra sjukdomar modeller som påverkar kommunikationen och röst.
The authors have nothing to disclose.
Stöds av National Institutes of Health (NIDCD, P30-DC010754, T32-DC009401).
Name | Company | Catalogue number |
---|---|---|
Condenser ultrasound microphone CM16/CMPA | Avisoft Bioacoustics | 40011 |
UltraSoundGate 116Hb | Avisoft Bioacoustics | 41161 |
Avisoft-RECORDER | Avisoft Bioacoustics | 10201 |
Avisoft-SASLab Pro | Avisoft Bioacoustics | 10101 |