在大鼠的药物自我管理的评估超声发声

Neuroscience
 

Summary

药物自我管理和超声波发声(USV)用作动物研究中的行为评估,但很少结合。本文的目的是在药物的自我管理程序描述记录USVs的用药经验的优势,以评估情感反应。

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

常用药物自我管理程序研究与人类滥用药物成瘾和复吸相关的行为和神经化学变化。通常用作药物的激励措施,在动物行为活动的各类。然而,药物滥用戒断可卡因使用者复发的一个重要组成部分,是“渴求”,这是很难在动物模型,因为它经常在公开行为的情况下发生。然而,它可能是一类超声波发声大鼠(USVs)药品监督管理局,药品的期待和渴求的情感反应可能是有用的标记。大鼠作为一个communicatory功能和表达主观的情感状态的超声波频率发声。一些研究表明,不同的呼叫的频率范围是消极和积极的情绪状态有关。例如,高频电话(“50千赫”)与积极的影响,而低频率的呼叫(“22千赫)代表一种消极的情绪状态。本文介绍的程序,以评估与日常可卡因自我管理相关的大鼠USVs。在此过程中,我们利用标准的单杆安置内操作性商会声音衰减箱可卡因的自我管理的会议,并利用超声波麦克风,多通道录音硬件和专门的软件程序来检测和分析USVs。 USVs测量大鼠情感反映之前,期间和之后,药物的供应,可与常用评估药物自我管理行为数据等杠杆的反应,反应间的时间间隔和自主活动相关。由于USVs可以在间隔之前,药物的供应(例如,预期USVs),并在药物灭绝试验中影响评估,与预期毒品和戒毒相关的变化也可以。此外,确定USV的变化在短期和长期的药物暴露的过程,可以提供一个情感运作的药物暴露的影响更详细的解释。

Protocol

*=重要点

  1. 精心处理的雄性Sprague - Dawley大鼠进行培训,以杠杆压与食物奖励(45毫克蔗糖颗粒;生物服务,弗伦奇敦,新泽西州)。
  2. *静脉导管的构造,不锈钢套管(塑料之一,弗吉尼亚州)和硅橡胶管。大鼠接受一个颈静脉导管手术过程,让药物的自我管理。手术后,导管通畅,维持每天0.1毫升0.9%生理盐水,肝素和Timentin解决方案的冲洗。
  3. 可卡因(NIDA的药品库存,供应和控制程序; RTI国际研究三角园,数控)在本实验中使用的是溶解在适当的剂量浓度,根据动物的重量(0.75毫克/公斤/注射等渗盐水(0.9%) ),所以,每次注射0.1毫升。对照组动物在相同体积/注塑的生理盐水溶液。
  4. *使用药物自我管理的设备包括一个单杆操作性室配备了房子和刺激的灯光和3套photobeams(28 × 22 × 21厘米)。操作性室坐落在一个较大的声音衰减室(MED相关,圣奥尔本斯,VT)来限制外界噪音和光线。在管理会话,动物静脉通过油管连接注射器安装在机动泵含有可卡因的解决方案(0.75毫克/公斤/注射)或无菌生理盐水(Razel科学仪器,A型,圣奥尔本斯,VT) 。每个杆按下后,上面的杠杆刺激的光照亮和可卡因或生理盐水超过6秒的输液时间管理。自主活动被评定为photobeam中断。药物自我管理程序的控制,使用MED奔腾电脑配备了PC软件MED(MED联营)和行为反应(例如,杆反应和自发活动)记录。
  5. *检测并记录USVs,超声波麦克风,数据采集硬件,记录软件(Avisoft Bioacoustics,柏林,德国)和PC计算机系统是必要的。对于目前的实验,超声波麦克风(= 10 - 100 - kHz的频率响应范围)牢固地安装在中心的操作性商会。话筒连接到数据采集硬件(Avisoft Ultrasoundgate)位于操作性室以外的录音是在PC机上的电脑系统(戴尔Optiplex GX270,Windows XP专业版,英特尔(R)奔腾(R)4处理器,2.60 GHz的收集, 1 GB的RAM),使用录音多声道录音软件(Avisoft Bioacoustics)。
  6. *每种药物self-administration/USV记录如下会议所得:
    1. 动物轻轻取出他们的家庭笼,他们留置静脉留置针是用0.05毫升的一个肝素生理盐水溶液,以检测出可能的导管故障刷新。
    2. *老鼠,允许两种药物或车辆管理过程中的自我管理会议上的操作性室安装一个旋转连接。动物轻轻放入操作性室的大门正在悄悄地关闭。该药物的自我管理方案(MED电脑)和USV录音软件(录像机)是两个单独的计算机系统。因此,为了能够链接操作性室USV检测行为,这两项计划需要同时启动(例如,可能需要两个人,根据电脑的位置)。
    3. *个别USVs记录和时间戳记在整个会议期间持续。 MedPC方案,控制和记录内的操作性室的事件,可写的任何规格。 MedPC计划在会议结束时自动关闭。 USV录音需要手动停止USV录音专用计算机系统。
    4. 在会议结束时,动物轻轻取出的操作性室,从旋转断开和刷新用0.05毫升肝素生理盐水,以清除药物残留导管。
  7. *后勤用途,我们使用一个单独的计算机系统,USV分析(戴尔Optiplex 745,Windows XP专业版,英特尔(R)酷睿(TM),2个CPU,2.40千兆赫,2 GB RAM),但也可以分析软件安装在同一台计算机上的录音软件系统。 USV必须进行仔细分析,以确保准确性:
    1. * SASLab分析软件(Avisoft Bioacoustics,柏林,德国)允许记录USVs可见和发声spectogram显示人体实验者。
    2. *使用可用的配置设置,导致spectogram,可以修改个人喜好。此外,可以切出低频率的背景噪音(例如,由风扇操作性商会产生),让软件自动检测高于这个频率的声音在spectogram。这些功能协助数据分析通过短,更快的声音文件,以评估。
    3. 有时在频谱检测与USVs相同频率的背景噪音。由于声音文件。wav文件记录,研究人员需要听取在评估过程中的声音文件,以确认和区别于背景噪声USVs。
    4. *分析软件,可以创建Excel文件,如呼叫频率,带宽,持续时间,并发出的USV的确切时间的参数。后者允许USVs相关的确切时间之前或之后的药物是自我管理。这允许USVs用于实时测量老鼠的情绪反应在实验过程中的具体实例。

代表性的成果:

图1
图1:22 kHz范围内的USV Spectogram显示 ,在22 kHz的范围内,调用与厌恶刺激引起,被认为是反映一种消极的情绪状态。

图2
图2:Spectogram显示50千赫USVs短的“扁平化”和“调频”50千赫USVs预期和可卡因的自我管理过程中引起的。它们与积极的影响。

图3
图3:可卡因诱导的50 kHz的范围内USVs图描绘USVs(10秒箱)之前和之后自我管理的一个代表大鼠可卡因的自我管理的第5天注射可卡因(0.75毫克/公斤/损伤)引起会议。后立即操作性室内安置和可卡因供应前,可卡因预期USVs引发和在自我管理,可卡因诱导USVs排放。

Discussion

大鼠发声,服务社会和communicatory的功能和表达主观的情感状态1,2的超声波频率。触发的事件,引起焦虑和苦恼,如电击线索,食肉动物的存在,厌恶药物和社会失败2,3,22千赫USVs。因此,这些通常是长期USVs(> 0.3秒)被认为是代表一种动物的负面影响状态。相反,较短的50千赫USVs(> 0.3秒)发射期间和预期的正面交锋,如觅食,交配和社会发挥,就这样被链接到一个积极的情绪状态的动物 2,4 。这些调用也已加强与激活多巴胺系统5的事件相关联。例如,增加50千赫USVs已引起全身注射可卡因6或D -安非他明和以前与药物滥用8-10配对的环境。

有人曾提出,在啮齿类动物的自发活动的增加与增强的动力和食欲行为11-14。然而,这种关系是间接的为最佳。通过研究的出现和特定频率USVs的持续,有可能获得洞察力,情绪的影响,各方面的用药经验。

在这个实验装置,我们立即收集USV录音之前和期间药物自我管理会话。这允许我们开发药物的期望,在非药物的时间间隔检查只是在会议开始之前,评估USVs可卡因的直接影响。该药物的自我管理方法使老鼠直接控制自己的药物摄入量动物和发展的时机和频率药品监督管理局准确的预期。因此,在这些会议的过程中发现的USVs反映给药准确的预期。此外,USVs可以进行评估过程中的时间间隔之前,药物的供应(例如,预期USVs),在老鼠接受实验者服用过的药物,并在药物灭绝试验。因此,在药物的预期,非然药品监督管理局和戒毒相关的影响变化也可确定。 USV变化在短期和长期的药物暴露的过程的分析,可以提供一个情感运作的药物暴露的影响更详细的解释。

除了药物自我管理实验,操作性商会USV录音,也可以用于各种奖励或厌恶的其他行为的操作,如饮酒,食品加固,并担心空调和​​灭绝的过程,。

重要的方法论详细信息

由于MedPC软件可用于精确地操纵实验条件,如杆的可用性和照明条件,USV记录和分析相结合使用,允许药物相关的线索介绍,情绪的影响(即光演示文稿或其他感官刺激)摄入药物的直接影响加以确定。因此,为了确保重叠的自我管理程序和USV录音的时间表,它是至关重要的软件程序(例如,MedPC和录音机),同时被激活,在每届会议开始。

由于大量的存储USV数据(例如,一个10分钟的声音文件需要约250 MB)所需的数字空间,谨慎时,必须采取多种动物是在同一时间运行在一台计算机系统。为了避免记录错误,记录计算机系统RAM大小的需求是巨大的(1-2 GB)。其他的方式,以减少记录错误,包括在录制过程中和/或减少在同一时间运行的动物的数量降低USV决议。此外,重要的是,整个实验过程中数据收集各方面的研究人员已提高警觉。例如,大量的硬盘驱动器上的记录数据的积累可能导致USV录制节目暂停。在这种情况下,录制节目的需要,立即重新启动,以避免损失USV数据和同步与其他行为的措施USVs。

环境条件可能会影响USV调用。例如,由一个陌生的人类接触可能会导致动物发出负22 kHz的调用,这可能是误厌恶的实验条件。因此,密集的处理之前,实验操作行为实验的一个重要方面。此外,由于新颖的环境中也可引起非特异性的USV调用,动物应该是习惯于在测试环境中,如果可能的话。

Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgments

这项工作一直由美国国立卫生研究院资助RO1DA014640 3R01DA014640 - 05S1,在得克萨斯研究室副总裁(CLD),奈达药品供应计划大学,得克萨斯大学的瓦戈纳中心为酒精和成瘾问题研究的布鲁斯 - 琼斯研究生奖学金(EYM) 。我们感谢他们在USV数据分析的援助莉娅McAleer,穆罕默德阿卜杜拉,Neha Thakore,拜伦巴克斯代尔,蒂芙尼阮,田甜,猎人欧文,Proy Phongsawad,海伦里德,雷切尔Chavana,琳达菊和Rosie马多克斯。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Brudzynski, S. M. Communication of adult rats by ultrasonic vocalization: biological, sociobiological, and neuroscience approaches. ILAR J. 50, (1), 43-43 (2009).
  2. Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats. Psychol Bull. 128, (6), 961-961 (2002).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Burgdorf, J., Panksepp, J. The neurobiology of positive emotions. Neurosci Biobehav Rev. 30, (2), 173-173 (2006).
  6. Mu, P. Repeated cocaine exposure induces sensitization of ultrasonic vocalization in rats. Neurosci Lett. 453, (1), 31-31 (2009).
  7. 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).
  8. Burgdorf, J. Neurobiology of 50-kHz ultrasonic vocalizations in rats: electrode mapping, lesion, and pharmacology studies. Behav Brain Res. 182, (2), 274-274 (2007).
  9. Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. High-frequency ultrasonic vocalizations index conditioned pharmacological reward in rats. Physiol Behav. 66, (4), 639-639 (1999).
  10. Anagnostaras, S. G., Schallert, T., Robinson, T. E. Memory processes governing amphetamine-induced psychomotor sensitization. Neuropsychopharmacology. 26, (6), 703-703 (2002).
  11. Ferrario, C. R. Neural and behavioral plasticity associated with the transition from controlled to escalated cocaine use. Biol Psychiatry. 58, (9), 751-751 (2005).
  12. Flagel, S. B., Robinson, T. E. Quantifying the psychomotor activating effects of cocaine in the rat. Behav Pharmacol. 18, (4), 297-297 (2007).
  13. Pierce, R. C., Kalivas, P. W. Locomotor behavior. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8, (Unit 8), 1-1 (2007).

Comments

2 Comments

  1. Could you give me the sound level of rat USVs and normal vocalizations. Relative to 1 Pa or ²0 x 10-6 Pa
    Karl Zurn, MED Associates karlzurn@gmail.com

    Reply
    Posted by: Anonymous
    May 15, 2011 - 9:39 AM
  2. First of all, great job guys. I really love showing this video to new students so that they get an idea of how a whole USV/behavioral system comes together.

    On a more technical note, it might be of interest for some to know that Med-Associates also sells TTL (5V) I/O cards that can be used to "trigger" Avisoft recordings at the start of the experiment. Also, we have been able to trigger USV recordings using the ²8V I/O cards (probably used here) by adding a solid-state DC-DC relay. This also allows for the recording to start automatically with a Med-PC IV program.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    September 11, 2011 - 12:09 PM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Usage Statistics