अल्ट्रासोनिक vocalizations चूहे में स्व - प्रशासन औषधि के दौरान मूल्यांकन

Summary

स्वयं प्रशासन और अल्ट्रासोनिक vocalizations औषधि (USV) पशु अनुसंधान में व्यवहार आकलन के रूप में उपयोग किया जाता है, लेकिन शायद ही कभी संयोजन में. इस अनुच्छेद के प्रयोजन के लिए स्वयं दवा प्रशासन की प्रक्रिया के दौरान रिकॉर्डिंग USVs के लाभ दवा अनुभव करने के लिए उत्तेजित प्रतिक्रियाओं का आकलन का वर्णन है.

Abstract

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and relapse. Various types of behavioral activity are commonly utilized as measures of drug motivation in animals. However, a crucial component of drug abuse relapse in abstinent cocaine users is “drug craving”, which is difficult to model in animals, as it often occurs in the absence of overt behaviors. Yet, it is possible that a class of ultrasonic vocalizations (USVs) in rats may be a useful marker for affective responses to drug administration, drug anticipation and even drug craving. Rats vocalize in ultrasonic frequencies that serve as a communicatory function and express subjective emotional states. Several studies have shown that different call frequency ranges are associated with negative and positive emotional states. For instance, high frequency calls (“50-kHz”) are associated with positive affect, whereas low frequency calls (“22-kHz”) represent a negative emotional state. This article describes a procedure to assess rat USVs associated with daily cocaine self-administration. For this procedure, we utilized standard single-lever operant chambers housed within sound-attenuating boxes for cocaine self-administration sessions and utilized ultrasonic microphones, multi-channel recording hardware and specialized software programs to detect and analyze USVs. USVs measurements reflect emotionality of rats before, during and after drug availability and can be correlated with commonly assessed drug self-administration behavioral data such lever responses, inter-response intervals and locomotor activity. Since USVs can be assessed during intervals prior to drug availability (e.g., anticipatory USVs) and during drug extinction trials, changes in affect associated with drug anticipation and drug abstinence can also be determined. In addition, determining USV changes over the course of short- and long-term drug exposure can provide a more detailed interpretation of drug exposure effects on affective functioning.

Protocol

*= महत्वपूर्ण बिंदुओं अच्छी तरह से संभाला पुरुष Sprague-Dawley चूहों खाना इनाम (, जैव – सर्व, Frenchtown, एनजे 45 मिलीग्राम sucrose के छर्रों) के साथ लीवर प्रेस करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है. * अंतःशिरा कैथेटर स्टेनलेस स्टील (एक प्लास्टिक, VA) के प्रवेशनी और Silastic टयूबिंग के बाहर का निर्माण कर रहे हैं. चूहे एक कंठ कैथीटेराइजेशन शल्य चिकित्सा दवा आत्म – प्रशासन की अनुमति प्रक्रिया से गुजरना. सर्जरी के बाद, कैथेटर प्रत्यक्षता दैनिक 0.9% खारा, हेपरिन और Timentin समाधान के 0.1 मिलीलीटर के साथ निस्तब्धता द्वारा बनाए रखा है. कोकीन (औषधि इन्वेंटरी NIDA और आपूर्ति और नियंत्रण कार्यक्रम, आरटीआई इंटरनेशनल, अनुसंधान त्रिभुज पार्क, नेकां) इस प्रयोग में इस्तेमाल किया isotonic नमकीन घोल (0.9%) में पशु वजन (0.75 मिलीग्राम / किग्रा / इंजेक्शन के अनुसार उचित खुराक सांद्रता में भंग कर दिया गया था ) इतना है कि प्रत्येक इंजेक्शन 0.1 मिलीलीटर था. नियंत्रण जानवरों उसी मात्रा / इंजेक्शन में नमकीन घोल प्राप्त किया. * दवा आत्म – प्रशासन के लिए इस्तेमाल किया उपकरण एक एकल लीवर operant चैम्बर (28 22 x x 21 सेमी) घर और उत्तेजना रोशनी और photobeams के 3 सेट के साथ सुसज्जित होते हैं. operant कक्ष के भीतर स्थित है एक बड़ा ध्वनि attenuating कक्ष (मेड एसोसिएटेड, सेंट Albans, VT) शोर और प्रकाश बाहर सीमित करने के लिए. प्रशासन सत्र के दौरान, जानवरों नसों के द्वारा एक एक motorized पंप या तो कोकीन (0.75 इंजेक्शन मिलीग्राम / किग्रा /) समाधान या बाँझ खारा युक्त (Razel वैज्ञानिक उपकरण, मॉडल, सेंट Albans, VT) पर घुड़सवार सिरिंज के लिए टयूबिंग के माध्यम से जुड़ा . प्रत्येक लीवर प्रेस के बाद, लीवर ऊपर एक उत्तेजना प्रकाश illuminates और कोकीन या खारा जलसेक 6 सेकंड समय पर प्रशासित है. लोकोमोटर गतिविधि photobeam रुकावट की संख्या के रूप में मूल्यांकन किया है. दवा कार्यक्रम आत्म – प्रशासन से नियंत्रित है, और व्यवहार प्रतिक्रियाओं (जैसे, लीवर प्रतिक्रियाओं और हरकत गतिविधि) एक मेड Pentium मेड पीसी सॉफ्टवेयर (मेड एसोसिएट्स) के साथ सुसज्जित कंप्यूटर का उपयोग कर दर्ज कर रहे हैं. * USVs, अल्ट्रासोनिक माइक्रोफोन, डाटा अधिग्रहण हार्डवेयर, रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर (Avisoft Bioacoustics, बर्लिन, जर्मनी) और पीसी कंप्यूटर सिस्टम का पता लगाने और रिकॉर्ड की जरूरत है. के लिए वर्तमान प्रयोग, अल्ट्रासोनिक माइक्रोफोन (आवृत्ति प्रतिक्रिया रेंज = 10-100-kHz) सुरक्षित operant कक्षों के केंद्र में बढ़ रहे हैं. माइक्रोफोन डाटा अधिग्रहण (Avisoft Ultrasoundgate) हार्डवेयर operant चैम्बर के बाहर स्थित है और रिकॉर्डिंग एक पीसी कंप्यूटर प्रणाली (डेल OptiPlex GX270, Windows XP व्यावसायिक, इंटेल (नि.) (नि.) Pentium 4 सीपीयू, 2.60 गीगा पर एकत्र कर रहे हैं से जुड़े रहे हैं, 1 जीबी रैम) मल्टी चैनल रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर (Avisoft Bioacoustics) रिकॉर्डर का उपयोग करते हुए. * प्रत्येक दवा के रूप में निम्नानुसार self-administration/USV रिकॉर्डिंग सत्र आय: जानवरों धीरे उनके घर के पिंजरे के बाहर ले लिया और उनके निबाह नसों में कैथेटर heparinized खारा समाधान के लिए संभव कैथेटर malfunctions का पता लगाने के 0.05 मिलीलीटर के साथ प्लावित है. * चूहे एक operant कक्ष है कि स्वयं प्रशासन सत्र के दौरान या तो दवा या वाहन प्रशासन की अनुमति देता है घुड़सवार पर कुंडा से जुड़े हैं. पशु धीरे operant चैम्बर में रखा जाता है और चुपचाप दरवाजे बंद हो जाती हैं. स्वयं दवा प्रशासन (मेड) पीसी कार्यक्रम और USV रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर (RECORDER) दो अलग – अलग कंप्यूटर सिस्टम पर हैं. इसलिए, क्रम में operant कक्ष के भीतर USV पता लगाने के साथ व्यवहार लिंक करने में सक्षम हो, दोनों कार्यक्रमों के लिए एक साथ शुरू हो सकता है (उदाहरण के लिए, दो लोगों को कंप्यूटर के स्थान के आधार पर की आवश्यकता हो सकती है) की जरूरत है. * व्यक्तिगत USVs दर्ज की गई और सत्र के दौरान लगातार समय की मुहर लगी. MedPC operant कक्ष के भीतर घटनाओं को नियंत्रित करने और रिकॉर्डिंग कार्यक्रम किसी भी विनिर्देशन के लिए लिखा जा सकता है. MedPC प्रोग्राम स्वचालित रूप से सत्र के अंत में बंद कर देता है. USV रिकॉर्डिंग करने के लिए मैन्युअल रूप से USV रिकॉर्डिंग समर्पित कंप्यूटर सिस्टम पर रोका जाना चाहिए. सत्र के अंत में, जानवरों को धीरे operant चैम्बर के बाहर ले लिया, कुंडा से काट दिया और प्लावित के साथ 0.05 मिलीलीटर दवा अवशेषों से कैथेटर स्पष्ट खारा heparinized. * सैन्य प्रयोजनों के लिए, हम USV विश्लेषण (डेल OptiPlex 745, Windows XP Professional, इंटेल (नि.) कोर (टीएम), 2 सीपीयू, 2.40 गीगा, 2 जीबी रैम) के लिए एक अलग कंप्यूटर प्रणाली का इस्तेमाल किया है, लेकिन विश्लेषण सॉफ्टवेयर भी किया जा सकता है रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर के रूप में एक ही कंप्यूटर सिस्टम पर स्थापित है. USV विश्लेषण सावधानी से किया जाना चाहिए की शुद्धता सुनिश्चित करने: * SASLab प्रो का विश्लेषण सॉफ्टवेयर (Avisoft Bioacoustics, बर्लिन, जर्मनी) दर्ज USVs दिखाई और मानव spectogram में प्रदर्शित प्रयोगकर्ताओं के लिए श्रव्य होने के लिए अनुमति देता है. * उपलब्ध विन्यास सेटिंग्स का उपयोग करना, जिसके परिणामस्वरूप spectogram व्यक्तिगत वरीयताओं के लिए संशोधित किया जा सकता है. इसके अलावा, कम आवृत्तियों (जैसे, operant कक्षों के प्रशंसक द्वारा उत्पन्न) में पृष्ठभूमि शोर बाहर काट दिया जा सकता है सॉफ्टवेयर स्वतः कि आवृत्ति के ऊपर spectogram में लगता है पता लगाने की अनुमति है. इन कार्यों के डेटा का विश्लेषण में सहायताके रूप में ध्वनि कम है और तेजी से फ़ाइलों का आकलन करने के लिए बनाने के द्वारा. USVs के रूप में एक ही आवृत्तियों में पृष्ठभूमि शोर कभी कभी spectrogram में पता चला रहे हैं. के बाद से ध्वनि फ़ाइलें wav. फ़ाइलों के रूप में दर्ज कर रहे हैं, शोधकर्ता के मूल्यांकन के दौरान ध्वनि फ़ाइलों को सुनने के लिए की पुष्टि करें और पृष्ठभूमि शोर से USVs अंतर की जरूरत है. * विश्लेषण सॉफ्टवेयर कॉल आवृत्तियों, बैंडविड्थ, अवधि, और उत्सर्जित USV की सटीक समय जैसे मानकों के साथ Excel फ़ाइलों को बना सकते हैं. बाद सही समय USVs के सहसंबंध की अनुमति देता है पहले या बाद में दवा आत्म प्रशासित है. यह USVs चूहे प्रयोगात्मक प्रक्रिया के दौरान विशिष्ट उदाहरणों पर भावनात्मक प्रतिक्रिया के वास्तविक समय मापन के रूप में इस्तेमाल किया जा करने के लिए अनुमति देता है. प्रतिनिधि परिणाम: चित्रा 1: एक सीमा के 22 kHz USV Spectogram प्रदर्शन 22 kHz के रेंज में लंबे कॉल aversive उत्तेजनाओं के साथ संयोजन के रूप में हासिल कर रहे हैं और एक नकारात्मक भावनात्मक राज्य को प्रतिबिंबित सोचा . चित्रा 2: 50 kHz USVs Spectogram प्रदर्शन लघु "फ्लैट" और "आवृत्ति संग्राहक" 50 kHz USVs प्रत्याशा में और आत्म – प्रशासन कोकीन के दौरान हासिल कर रहे हैं. वे सकारात्मक असर के साथ जुड़े रहे हैं. चित्रा 3: कोकीन प्रेरित 50-kHz रेंज USVs ग्राफ़ USVs (10 – सेकंड डिब्बे) दर्शाया गया है आत्म प्रशासित आत्म – प्रशासन कोकीन के 5 दिवस पर एक प्रतिनिधि चूहे में कोकीन इंजेक्शन (0.75 मिलीग्राम / किग्रा / inj) के पहले और बाद में हासिल सत्र. Operant कक्ष के भीतर नियुक्ति के तुरंत बाद और कोकीन उपलब्धता से पहले, कोकीन अग्रिम USVs हासिल कर रहे थे और स्व – प्रशासन के दौरान, कोकीन प्रेरित USVs उत्सर्जित थे.

Discussion

चूहे अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों है कि एक सामाजिक और परिचयात्मक समारोह सेवा और व्यक्तिपरक भावनात्मक ^{राज्यों} 1,2 व्यक्त में vocalize . 22-kHz USVs footshock cues, शिकारियों की मौजूदगी, aversive दवाओं और सामाजिक हार ^2,3 जैसे कि चिंता और संकट का कारण घटनाओं, के द्वारा ट्रिगर कर रहे हैं. इसलिए, इन आमतौर पर लंबी USVs (0.3s>) जानवर के नकारात्मक असर के एक राज्य का प्रतिनिधित्व करने के लिए लगा रहे हैं. इसके विपरीत, कम 50 kHz USVs (0.3s>) के दौरान और खिला संभोग, और सामाजिक खेलने के रूप में सकारात्मक मुठभेड़ों, की प्रत्याशा में उत्सर्जित कर रहे हैं, और ^इस प्रकार 2,4 जानवर की एक सकारात्मक भावनात्मक राज्य को जोड़ा गया. इन कॉल भी डोपामिनर्जिक ⁵ प्रणाली के सक्रियण के लिए संबंधित घटनाओं को मजबूत करने के साथ संबद्ध किया गया है है. उदाहरण के लिए वृद्धि हुई है, 50-kHz USVs ⁶ कोकीन या घ एम्फ़ैटेमिन ⁷ और पहले दुरुपयोग ^8-10 की दवाओं के साथ बनती वातावरण के प्रणालीगत इंजेक्शन द्वारा हासिल किया गया है.

यह प्रस्ताव किया गया है कि rodents में हरकत गतिविधि में वृद्धि बढ़ाया प्रेरणा और appetitive ^11-14 व्यवहार से संबंधित है . हालांकि, इस रिश्ते को सबसे अच्छा के रूप में अप्रत्यक्ष है. उद्भव और विशेष आवृत्तियों के USVs के हठ का अध्ययन करके, यह संभव है कि नशीली दवाओं के अनुभव के विभिन्न पहलुओं के भावनात्मक प्रभाव के लिए लाभ अंतर्दृष्टि.

इस प्रयोगात्मक सेटअप में, हम USV रिकॉर्डिंग एकत्र तुरंत पहले और दौरान स्वयं दवा प्रशासन सत्र. यह हमें गैर दवा अंतराल के दौरान दवा उम्मीद के विकास की जांच करने के लिए सिर्फ पहले सत्र की शुरुआत और USVs पर कोकीन का प्रत्यक्ष प्रभाव का आकलन करने की अनुमति दी. दवा विधि आत्म – प्रशासन चूहों सीधे अपने स्वयं दवा का सेवन स्तर जानवरों को नियंत्रित करने के लिए और समय और दवा प्रशासन की आवृत्ति की सही उम्मीदों का विकास करने के लिए अनुमति देता है. नतीजतन, इन सत्रों के दौरान पता चला USVs दवा वितरण का सही उम्मीदों को प्रतिबिंबित. इसके अलावा, USVs अंतराल के दौरान पूर्व दवा उपलब्धता (जैसे, अग्रिम USVs) मूल्यांकन किया जा सकता है experimenter – प्रशासित दवाओं प्राप्त चूहों में, और नशीली दवाओं के विलुप्त होने के परीक्षणों के दौरान,. इसलिए, दवा प्रत्याशा, गैर आकस्मिक दवा प्रशासन और दवा संयम के साथ जुड़े प्रभावित में परिवर्तन भी निर्धारित किया जा सकता है. छोटी और लंबी अवधि के नशीली दवाओं के जोखिम के पाठ्यक्रम पर USV परिवर्तन का विश्लेषण दवा भावात्मक कामकाज पर जोखिम प्रभाव की एक अधिक विस्तृत व्याख्या दे सकती है.

स्वयं दवा प्रशासन प्रयोगों के अलावा, operant कक्षों में USV रिकॉर्डिंग भी अन्य व्यवहार इनाम या घृणा के साथ जुड़े जैसे जोड़तोड़, शराब पीने, खाद्य सुदृढीकरण, और भय कंडीशनिंग और विलुप्त होने की प्रक्रिया की एक किस्म के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

महत्वपूर्ण methodological विवरण

के बाद से MedPC सॉफ्टवेयर को ठीक लीवर उपलब्धता और प्रकाश व्यवस्था की स्थिति के रूप में प्रयोगात्मक शर्तों, में हेरफेर करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है USV रिकॉर्डिंग और विश्लेषण के साथ संयोजन में उपयोग दवा जुड़े क्यू प्रस्तुतियों के भावनात्मक प्रभाव (यानी, प्रकाश प्रस्तुतियों या अन्य संवेदी उत्तेजनाओं) और अनुमति देता है नशीली दवाओं के सेवन के प्रत्यक्ष प्रभाव को निर्धारित किया. इसलिए, आत्म प्रशासन प्रक्रियाओं और USV रिकॉर्डिंग की समयसीमा अतिव्यापी सुनिश्चित करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि दोनों सॉफ्टवेयर प्रोग्राम (जैसे, MedPC और रिकॉर्डर) एक साथ प्रत्येक सत्र के शुरू में सक्रिय हैं.

डिजिटल USV डेटा (उदाहरण के लिए, 10 मिनट की एक ध्वनि फ़ाइल के लगभग 250 एमबी की आवश्यकता है) की दुकान के लिए आवश्यक स्थान की विशाल राशि के कारण, सावधानी जब कई जानवरों के एक कंप्यूटर सिस्टम पर एक ही समय में चलाए जा रहे हैं लिया जाना चाहिए. रिकॉर्डिंग त्रुटियों से बचने के के लिए, रिकॉर्डिंग कंप्यूटर प्रणाली के रैम आकार पर्याप्त हो (1-2 जीबी) की जरूरत है. रिकॉर्डिंग त्रुटियों में कमी के अन्य तरीके रिकॉर्डिंग और / या एक समय पर चलाने के पशुओं की संख्या को कम करने के दौरान USV संकल्प को कम शामिल हैं. इसके अलावा, यह महत्वपूर्ण है कि शोधकर्ता प्रयोगात्मक प्रक्रिया के दौरान डेटा संग्रह के सभी पहलुओं के लिए सतर्क है. उदाहरण के लिए, हार्ड ड्राइव पर रिकॉर्डिंग डेटा की एक बड़ी राशि के संचय को थामने के लिए USV रिकॉर्डिंग कार्यक्रम का कारण हो सकता है. इस मामले में, रिकॉर्डिंग कार्यक्रम तुरंत आरंभ किया जाना USV डेटा और अन्य व्यवहार के उपायों के साथ USVs डे तुल्यकालन के नुकसान से बचने की आवश्यकता होगी.

पर्यावरण की स्थिति USV बुला प्रभावित कर सकते हैं. उदाहरण के लिए, एक अपरिचित मानव द्वारा संपर्क जानवर कारण नकारात्मक 22-kHz कॉल, जो प्रयोगात्मक शर्तों के लिए एक घृणा के रूप में गलत हो सकता है है फेंकना कर सकते हैं. इसलिए, प्रयोगात्मक अभिव्यक्ती से पहले गहन हैंडलिंग व्यवहार प्रयोगों का एक महत्वपूर्ण पहलू है. इसके अलावा, क्योंकि उपन्यास के वातावरण को भी गैर विशिष्ट कॉल USV प्रकाश में लाना कर सकते हैं, जानवरों के परीक्षण पर्यावरण के लिए आदत होना चाहिए यदि संभव हो तो.

Materials

Material Name	Tipo	Company	Catalogue Number	Comment
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 BioAcoutics	Part #10302
Avisoft-SASLab Software		Avisoft BioAcoutics	Part #10101
PC Computer for USV recording		Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R), 4 CPU, 2.60 GHz, 1 GB RAM
PC Computer for USV data analyses		Dell Optiplex 745, Windows XP Professional Intel(R) Core (TM), 2 CPU, 2.40 GHz, 2GB RAM
Cocaine		RTI International