Unterstützt durch die National Institutes of Health (NIDCD, P30-DC010754, T32-DC009401).

1. Pre / Post-Ausbildung Recordings <ol><li> Begin Ultraschall-Überwachung mit Avisoft Recorder mit der Konfiguration in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Ultraschall-Laute kann entweder visuell durch die Beobachtung der real-time Spektrogramm überwacht, oder akustisch über Kopfhörer eingesteckt in den Ultraschall-Recording-Interface. </li><li> Legen Sie eine sexuell empfänglich (in Östrus) weibliche Ratte in das Haus Käfig des Themas männlichen Ratte. Signs of Rosse sind Lordose, Ohr wackeln und schnellen Sausen. Weibchen in der Brunst zu entlocken mehr Laute von Männern als nicht-sexuell empfänglich Frauen. </li><li> Nach dem männlichen Interesse an der weiblichen (zB Schnupfen, jagen, und / oder Montage) gezeigt hat, entfernen Sie die weibliche und notieren Sie die männlichen Lautäußerungen für 1-2 Minuten. </li><li> Wenn der Mann nicht sofort vocalize kurz Rückkehr der weiblichen Ratten die männliche Hause Käfig Stimmgebung zu stimulieren. </li></ol> 2. Stimmbildung <ol><li> Begin Ultraschall-Überwachung mit Avisoft Recorder mit der gleichen Konfiguration in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Setzen Sie den männlichen Ratten in seinem eigenen Käfig unter dem Mikrofon. </li><li> Legen Sie eine weibliche Ratte in der männlichen Hause Käfig. Wie bereits erwähnt, sollte die weibliche Ratte in Brunst werden, um die Vokalisierung Antwort von den männlichen zu maximieren. </li><li> Sobald das Männchen hat Interesse an der weiblichen gezeigt entfernen das Weibchen. </li><li> Unmittelbar nach dem männlichen das Ziel Vokalisierung produziert, gleichzeitig Belohnung mit einem Stift klicken und eine kurze Darstellung der Wasserflasche oder Nahrung zu behandeln. Zunächst wird eine 50-kHz-Frequenz moduliert (Abbildung 5B) nennen belohnt. Als Ausbildung fortschreitet nur immer komplexer Saiten von Anrufen, z. B. Zeichenfolgen von 5 bis 10 Anrufe in rascher Folge, verstärkt werden. </li><li> Fahren Sie mit der Trainingseinheit, bis Sie 30 Verstärkungen gegeben haben. Dies dauert in der Regel zwischen 5 bis 10 Minuten. </li></ol> 3. Vorbereitungen für die akustische Analyse <ol><li> Immer Archiv der ursprünglichen Sound-Dateien und Änderungen vornehmen und Messungen an einer Arbeitskopie, wie die Analyse erfordern Filterung und Löschung von Lärm von jeder Datei. </li><li> Mit dem Batch-Modus von Avisoft SASLab Pro, Filter Hochpass alle Sound-Dateien, um bei 25 kHz analysiert werden, um unerwünschte Geräusche unterhalb der Ultraschall-Laute zu entfernen. </li><li> Um die automatische Funktion zur Erkennung von SASLab Pro verwenden, muss der Lärm-Schwelle erstmals bestimmt werden. Um dies zu tun, öffnen Sie eine Sound-Datei und erstellen Sie ein Spektrogramm mit den Einstellungen in Abbildung 3 dargestellt. </li><li> Der automatische Parameter-Messungen Display sollte Setup entsprechend den Einstellungen in Abbildung 4 dargestellt werden. </li><li> Finden Sie einen Bereich des Spektrogramm, wo es keine Gespräche oder Geräusche, das ist die Geräuschkulisse. </li><li> Mit dem &quot;automatischen (single-Schwelle)&quot;-Option, die Schwelle in die Element Trennung Abschnitt der automatischen Parameter-Messungen Dialogfeld, um knapp über dem Hintergrundrauschen durch Anpassung der schwarzen Linie in das Leistungsspektrum Fenster über dem Spektrogramm. In Abbildung 4 ist die Schwelle auf -55 dB eingestellt. </li><li> Am unteren Rand des Dialogfelds, stellen Sie die &quot;Ablehnen, wenn Spitzenamplitude weniger als&quot; Wert auf 1 dB unterhalb der Schwelle der im vorherigen Schritt gefunden. Diese beiden Werte sollten nun für alle Sound-Dateien analysiert, vorausgesetzt, alle Aufnahme-Einstellungen waren dieselben verwendet werden. </li></ol> 4. Vokalisation Identification <ol><li> Um die Beschriftung der Laute mit Hilfe der automatischen Schwellenwert festgelegt oben, erstellen Sie zuerst ein Spektrogramm mit den obigen Einstellungen. </li><li> Manuell löschen Sie alle Geräusche, die die folgenden Kriterien erfüllt: 1) wurde fälschlicherweise als Stimmgebung, 2) identifiziert, die die Diskriminierung der Anfang und / oder Ende der Stimmgebung und / oder 3) wurde zu Unrecht als das höchste oder identifiziert niedrigste Frequenz in der Stimmgebung (angedeutet durch die obere und untere rote Linien). Alternativ kann die Start / Stopp-Zeiten der Stimmgebung Etiketten manuell nach Schaffung dauerhafter Etiketten in Schritt 4.5 unten angepasst werden. Lärm beeinträchtigt die hoch-und niederfrequenten Messungen müssen aber manuell gelöscht werden. </li><li> In einigen Fällen ist eine Vokalisierung nicht in der Lage, aus den umliegenden Geräusche, wie der Klang der Betten bei der Fortbewegung zu trennen. In diesen Fällen kann der Anruf nicht genau analysiert werden und sollten gelöscht werden. </li><li> Sobald alle Laute identifiziert worden sind, endgültig zu löschen die gelöschten Abschnitte des Spektrogramm aus der Sound-Datei, indem Sie &quot;Remove gelöscht Spektrogramm Abschnitte aus Wellenform ...&quot; aus dem Tools-Drop-Down-Menü. Wenn dieser Befehl nicht ausgeführt wird, bevor das Spektrogramm geschlossen ist, werden alle Löschen Arbeit verloren. </li><li> Erstellen von dauerhaft Etiketten in der Sound-Datei, indem Sie auf &quot;Bearbeiten&quot;-Button in der Element Separation Bereich der automatischen Parameter-Messungen Setup-Fenster. </li><li> Optisch und akustisch überprüfen jedes beschriftet Vokalisierung seiner Kategorie zu bestimmen: einfach, frequenzmodulierten (FM) oder harmonisch. Arschign das entsprechende Etikett mit den vordefinierten Text-Module. Beispiele für jede Vokalisation Kategorie sind in Abbildung 5 dargestellt. </li><li> Schließen Sie das Spektrogramm, speichern Sie die Audio-Datei, und fahren Sie mit dem nächsten Sound-Datei zu analysieren. </li></ol> 5. Akustische Messungen <ol><li> Nach Lautäußerungen in allen Sound-Dateien identifiziert worden sind, verwenden Sie die Batch-Verarbeitung-Tool (Tools: Batch Processing) zur automatischen Messung der akustischen Parameter von allen Dateien. </li><li> In der Batch-Verarbeitung Dialog, wählen Sie &quot;Automatische Parameter-Messungen&quot; aus dem Drop-Down-Menü. </li><li> Wählen Sie den &quot;Prozess alle Dateien im ausgewählten Ordner aktivieren&quot; klicken Sie auf &quot;Ordner&quot;-Button und wählen Sie den Ordner, in dem die Audiodateien gespeichert sind. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Start&quot; und jede Datei wird automatisch entsprechend den Einstellungen in den letzten Automatic Parameter Messaufbau Dialog verwendet analysiert werden. </li><li> Die Messungen werden in eine Textdatei, die definiert, unter Verwendung der DDE Parameter / Log-Datei einstellen Befehl kann eingespart werden. Diese Textdatei kann dann in ein Programm zur statistischen Analyse importiert werden. </li></ol> 6. Repräsentative Ergebnisse: Ultraschall-Laute von Ratten werden durch physiologische Veränderungen mit dem Altern und 6-OHDA Parkinson-Modellen verbunden betroffenen 13 typischerweise, sehen wir eine Reduktion der Qualität der Ultraschall-Laute durch eine Verminderung der folgenden quantitativen akustischen Parameter charakterisiert:. Bandbreite, Peak-Frequenz, Dauer und Intensität. Abbildung 6 zeigt die frequenzmodulierte Laute einer Ratte in der PD-Modell in drei verschiedenen Zeitpunkten: baseline, nach Induktion der PD und nach Vokalisierung Ausbildung. In der PD Zustand, zeigt den Aufruf einer Verringerung der Bandbreite, Dauer und Intensität. Darüber hinaus hat die Frequenzmodulation unregelmäßig. Neben dem Abbau von spezifischen akustischen Parameter, beobachten wir auch insgesamt weniger Komplexität in der Art der Laute in der Alters-und Parkinson-Ratten hergestellt. Zum Beispiel nach Induktion der PD eine Ratte produziert eine größere Anzahl von einfachen Aufrufen und weniger frequenzmodulierten Anrufe. Nach Vokalisierung Ausbildung, viele akustische Parameter wie Dauer und Intensität, Ansatz Ausgangswerte und die Anzahl der komplexen Anrufe erhöht (Abbildung 6). Aged Ratten manifestieren ähnliche Verschlechterung der akustischen Parameter in ihre Ultraschall-Laute. Wir untersuchen derzeit die Auswirkungen der Stimmbildung in alten Ratten. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig1.jpg" alt="Abbildung 1"/> Abbildung 1. Anzahl der Laute pro Sitzung (Ziel von allen Ratten trat jede Woche) und Vokalisierung (Mittelwert und Standardabweichung dargestellt) sowohl Anstieg über einen 6-wöchigen Praktikums in einer Gruppe von Jung (9 Monate) und alten (32 mo) Fischer 344/Brown Norwegen F1 Ratten. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig2.jpg" alt="Abbildung 2"/> Abbildung 2 Vertreter Lautäußerungen von jeder der drei Kategorien von 50 kHz Vokalisationen;. (A) einfach, (B) frequenzmodulierten und (C) harmonisch. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig3.jpg" alt="Abbildung 3"/> Abbildung 3. Representative frequenzmodulierte Laute aus einer Ratte an (A) Baseline, (B) Post-PD Induktion und (C) nach Vokalisierung Ausbildung.

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	<li>Fox, C. M., Morrison, C. E., Ramig, L. O., Sapir, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+perspectives+on+the+Lee+Silverman+Voice+Treatment+(LSVT)+for+individuals+with+idiopathic+Parkinson+disease.">Current perspectives on the Lee Silverman Voice Treatment (LSVT) for individuals with idiopathic Parkinson disease.</a> Am J Speech Lang Pathol. 11, 111-123 (2002).</li><li>Roy, N., Stemple, J., Merrill, R. M., Thomas, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology+of+voice+disorders+in+the+elderly:+preliminary+findings.">Epidemiology of voice disorders in the elderly: preliminary findings.</a> Laryngoscope. 117, 628-633 (2007).</li><li>Ramig, L. O., Sapir, S., Fox, C., Countryman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+vocal+loudness+following+intensive+voice+treatment+(LSVT)+in+individuals+with+Parkinson's+disease:+a+comparison+with+untreated+patients+and+normal+age-matched+controls.">Changes in vocal loudness following intensive voice treatment (LSVT) in individuals with Parkinson's disease: a comparison with untreated patients and normal age-matched controls.</a> Mov. Disord. 16, 79-83 (2001).</li><li>Sapir, S., Ramig, L. 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Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Vorschriften her durch das Public Health Service Policy auf Humane Pflege und Verwendung von Labortieren, die NIH Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren und das Tierschutzgesetz eingestellt durchgeführt. Die Nutzung von Tieren Protokoll wurde von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) der University of Wisconsin-Madison School of Medicine and Public Health zugelassen.

Ultraschall-Laute bei Ratten zu sein scheinen anfällig für Alterung und Krankheit Prozesse, wie Parkinson-Krankheit. Diese Ultraschall-Laute eine Verhaltens-Modell der Stimmfunktion, darunter Defizite, die physiologischen Veränderungen aufgrund von Krankheit und Altern zu begleiten. Darüber hinaus sind akustische Veränderungen in der Ultraschall-Laute leicht gemessen und quantifiziert. Darüber hinaus können Ultraschall-Laute durch verhaltenstherapeutische Maßnahmen geändert werden. Deshalb bieten Ratte Ultraschall vocalizations ein nützliches Modell, um die Auswirkungen der Krankheit zu untersuchen, Altern und therapeutische Interventionen sowohl auf das Verhalten und die zugrunde liegenden neurobiologischen Mechanismen. Unsere Methode der Stimmbildung nutzt einen konditionierten Reiz (ein Klick) mit einer positiven Verstärkung (ein Wasser-oder Leckerchen belohnen) assoziiert. Der Klick durch die Belohnung folgte dient zur Laute der zunehmenden Komplexität zu verstärken. Wir definieren komplexe Laute als solche mit einem &quot;Triller&quot; (frequenzmoduliert) Komponente (Abbildung 5B) im Vergleich zu denen, die &quot;flat&quot; sind und Aufrechterhaltung einer einzigen Frequenz (Abbildung 5A). Diese Frequenz moduliert Komponente ist leicht an ihrer sinusförmigen Aussehen identifiziert. Während 50-kHz Vokalisationen kann vollständig sinusförmige (Abbildung 5B) ist es üblich, bis hin zu komplexeren 50-kHz Vokalisationen, die teilweise von dieser Frequenz moduliert Komponente sowie entweder große Sprünge in der Frequenz oder eine kurze flache Komponente bestehen zu begegnen. Diese komplexeren Lautäußerungen können kurze Pausen von weniger als 10 ms zwischen den einzelnen Komponenten, sondern als eine einzige Vokalisation. Obwohl weitere detaillierte Sub-Klassifizierung dieser Laute ist möglich, offline, 14 klassifizieren wir alle 50-kHz Vokalisationen mit einer Frequenz moduliert Komponente als komplex, um die Notwendigkeit von Online-subjektive Klassifizierung verringern und Verstärkung Variabilität. In Ihrem eigenen Labor ist es wichtig, zu entscheiden, wie Daten klassifiziert und nach einer Studie Design, die für den Zweck der Studie wird analysiert. Es gibt viele Faktoren zu berücksichtigen, wenn dieses Protokoll verwenden. Vor allem, trotz genetische Homogenität und verfahrensrechtlichen Konsistenz, haben Ratten eine variable Reaktion auf Training. Einige Ratten natürlich vocalize mehr als andere, 5 oder durch Bestrahlung mit einer weiblichen mehr als ein Nahrungsmittel oder Wasser Belohnung motiviert. Ein Weg, wir Rechnung für diese Variabilität ist durch die Untersuchung der Veränderung der akustischen Parameter von einzelnen Ratten &#39;baseline Lautäußerungen ihrer post-Läsion und nach dem Training Lautäußerungen. Obwohl nicht in dieses Protokoll diskutiert, haben wir auch Verhaltensänderungen Assays, das Interesse an den weiblichen wie Latenz zu montieren quantifizieren. Darüber hinaus je nach Alter und Aktivität eines einzelnen Ratte, kann ein Draht oben auf der Homepage Käfig während des Trainings, um eine Flucht zu verhindern benötigt werden. Trotz individueller Unterschiede ist es uns gelungen dieses Protokoll auf eine Vielzahl von Stämmen und Alter, um Laute bezogen auf jedes einzelne Ratte Grundlinie zu verbessern. Ratten sind empfindlich auf scheinbar kleine Veränderungen in der Umwelt, wie Düften, Temperatur und Personal. Es sollten Anstrengungen unternommen, um duftende Körperpflegemittel, wie Lotionen, Haarpflegemittel und Düfte zu vermeiden. Bevor Sie versuchen, Ausbildung, muss eine Person sein komfortablen Interaktion mit und Handhabung Ratten. Darüber hinaus können etwaige Unstimmigkeiten in Personal oder Umwelt in Mitleidenschaft ziehen die Ratten &quot;Vokalisierung Antwort. Da Ratten nachtaktiv sind, sollten sie auf eine umgekehrte Lichtzyklus gehalten werden, um für die Ausbildung, um während der dunklen Teil ihres Zyklus zu nehmen, wenn sie am aktivsten sind erlaubt. Wir beleuchten unserem Schulungsraum mit roten Lichtern. Außerdem, wenn ein Wasser Belohnung beim Training verwendet wird, sollte Ratten haben eingeschränkten Zugang zu Wasser. Unsere Ratten sind Wasser für 21 Stunden vor dem Training beschränkt. Drei Stunden Einwirkung von Wasser wurde von unserem Institutional Animal Care ermittelt und Verwenden Ausschuss für die am wenigsten restriktive Zeit, dass das Wasser nützlich zu sein als Verstärkung in unserer Verhaltensstudien ohne ein substanzielles Kompromiss für die Tiergesundheit oder das Wohlbefinden zugelassen werden. Ratten sind der Zugang zu Wasser zu zufälligen Zeiten (10 bis 30 Minuten) nach dem Training gegeben und anschließend haben freien Zugang zu Wasser für drei Stunden während der dunklen Teil ihrer Licht-Zyklus. Ratten sollten inspiziert täglich auf Anzeichen von Austrocknung und gewogen werden jeden zweiten Tag, um sicherzustellen, gibt es keine signifikanten (größer als 10%) Gewichtsverlust. Ein Lebensmittel-Einschränkung ist nicht erforderlich, wenn mit einem Leckerchen als Belohnung. Behandelt speziell für Ratten sind im Handel erhältlich, aber wir haben ein kleines Stück eines zuckerhaltigen Getreide gefunden, um eine wirksame Belohnung. Wie bereits erwähnt, zu entlocken weiblichen Ratten in Östrus eine höhere Vokalisierung Antwort von Männern als nicht-sexuell empfänglich Frauen. Durch die Aufrechterhaltung einer großen Anzahl von Frauen in der Kolonie, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass beimindestens ein Weibchen in der Brunst an einem bestimmten Tag sein. Allerdings kann Östrus auch pharmakologisch bei weiblichen Ratten werden durch subkutane Injektion von 10 ug β-Estradiol in 0,1 ccm sterile Sesamöl 48 Stunden vor dem Training von 500 ug von Progesteron in 0,1 ccm sterile Sesamöl 4 Stunden vor dem Training, gefolgt induziert. Darüber hinaus muß die männliche Ratten, die naiv zu weiblichen Ratten sind sexuell erfahrene vor Stimmbildung werden. Dies geschieht, indem eine weibliche Ratte, die Anzeichen von Paarungsbereitschaft (Stechen, Lordose, Ohr wackeln) wird in den männlichen Heimkäfig bis der männliche Halterungen und ejakuliert erreicht. Männer können nicht während der ersten Sitzungen montieren und das Weibchen nach dem Männchen zeigt Interesse an der weiblichen durch Schnüffeln und / oder der Jagd nach dem weiblichen um den Käfig entfernt werden. Sexuell erfahren wird einmal täglich für zwei Wochen getan. Diese Zeit bietet auch die Gelegenheit für Ratten an den Experimentator (s) und die Aufnahme Raum zu gewöhnen. Eine Einschränkung dieser Methode ist die subjektive Bestimmung der Vokalisation Typ. Darüber hinaus begrenzt dieser Faktor die Geschwindigkeit der Datenerfassung, da jeder Anruf unabhängig geprüft werden müssen und manuell klassifiziert. In diesem Zusammenhang ist die Bedeutung der mit erfahrenen Bewertern, die regelmäßig in Vokalisierung Identifikation geschult. Sowohl Intra-und Inter-Reliabilität sollte in Ihrem eigenen Labor geprüft werden. Zusammenfassend sind Ultraschall-Laute bei Nagern in vielen verschiedenen Modellen verwendet werden, um Gehirn-Verhalten Beziehungen, einschließlich emotionaler Zustände, Belohnung und Sucht und Krankheit Staaten, wie zB Autismus-Studie. 6,14-16 Diese neuartige Methode ist ein Weg, um das Studium Mechanismen, die gezielte Stimmbildung für die Behandlung von Sprach-Defizite in Altern und Parkinson-Krankheit. Diese Methode hat das Potenzial, auf andere Krankheitsmodelle, die Kommunikation und Stimme beeinflussen angewendet werden.

<table border="1"><tbody><tr><th> Name </th><th> Firma </th><th> Katalog-Nummer </th></tr><tr><td> Kondensator-Ultraschall-Mikrophon CM16/CMPA </td><td> Avisoft Bioakustik </td><td> 40011 </td></tr><tr><td> UltraSoundGate 116Hb </td><td> Avisoft Bioakustik </td><td> 41161 </td></tr><tr><td> Avisoft-RECORDER </td><td> Avisoft Bioakustik </td><td> 10201 </td></tr><tr><td> Avisoft-SASLab Pro </td><td> Avisoft Bioakustik </td><td> 10101 </td></tr></tbody></table>

targeted training of ultrasonic vocalizations in aged and parkinsonian rats

Voice-Defizite sind eine häufige Komplikation von Morbus Parkinson (PD) und des Alterns, sie können erheblich verringern die Lebensqualität durch den Aufprall Kommunikationsfähigkeit 1, 2 Gezieltes Training (Sprache / Stimme Therapie) können spezifische Sprach-Defizite, 3, 4 zu verbessern, obwohl die. zugrunde liegenden Mechanismen von Verhaltens-Interventionen sind nicht gut verstanden. Systematische Untersuchung von Sprach-Defizite und Therapie sollten viele Faktoren, die schwer beim Menschen, wie Alter, häusliche Umgebung, Alter Post-Ausbruch der Krankheit, der Schwere der Erkrankung und Medikamente zu kontrollieren. Die hier vorgestellte Methode verwendet ein Tiermodell der Stimmgebung, die für systematische Untersuchung, wie zugrundeliegenden sensomotorischen Mechanismen ändern gezielte Stimmbildung ermöglicht. Die Ultraschall-Aufzeichnungs-und Analyseverfahren in diesem Protokoll beschrieben werden, die für eine Untersuchung von Nagetieren Ultraschall Lautäußerungen. Die Ultraschall-Laute von Nagetieren sind als ein wertvolles Modell auftauchen, um die neuronalen Substrate Verhalten zu untersuchen. 5-8 Beide Nagetier und menschlichen Lautäußerungen tragen semiotischen Wert und sind durch Modifizierung eines egressiv Luftstrom mit einer Kehlkopf-Verengung erzeugt. 9, 10 So, Nagetier vocalizations kann ein nützliches Modell für Sprach-Defizite in einem sensomotorischen Kontext zu studieren. Darüber hinaus ermöglichen Rattenmodellen uns auf die neurobiologischen Grundlagen der Erholung von Defiziten durch gezielte Schulungen zu studieren. Zur Modellierung PD verwenden wir Long-Evans-Ratten (Charles River Laboratories International, Inc.) und induzieren Parkinson durch eine einseitige Infusion von 7 pg 6-Hydroxydopamin (6-OHDA) in den medialen Vorderhirn bündeln, die mittelschwere bis schwere Degeneration der präsynaptischen Ursachen striatalen Neuronen (für Details siehe Ciucci, 2010). 11, 12 für die alternde Modell verwenden wir die Fischer 344/Brown Norwegen F1 (National Institute on Aging). Unsere primäre Methode zur Auslösung Lautäußerungen ist, sexuell erfahrenen männlichen Ratten zu sexuell empfänglich weiblichen Ratten auszusetzen. Wenn das Männchen interessieren sich für die weibliche wird, ist das weibliche entfernt und der männliche weiterhin vocalize. Durch die Belohnung komplexe Laute mit der Nahrung oder Wasser, sowohl die Anzahl der komplexen Lautäußerungen und die Rate der Laute kann erhöht werden (Abbildung 1). Ein Ultraschall-Mikrofon oberhalb des Mannes nach Hause Käfig montiert zeichnet die Laute. Die Aufzeichnung beginnt nach der weiblichen Ratte wird entfernt, um die männlichen Anrufe zu isolieren. Vocalizations können in Echtzeit für die Ausbildung oder erfasst und analysiert offline betrachtet werden. Durch die Aufzeichnung und akustisch analysiert Laute vor und nach der Stimmbildung, können die Auswirkungen der Krankheit und die Wiederherstellung der normalen Funktion mit der Ausbildung geprüft werden. Dieses Modell erlaubt uns auch, die beobachteten Verhaltensänderungen (Gesang) Verbesserungen an Veränderungen im Gehirn und das neuromuskuläre System beziehen.

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Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Stimmstörungen sind in Alterungs-und Parkinson-Krankheit eine Schwächung. Die Ultraschall-Laute von Ratten, die ebenfalls von diesen Bedingungen betroffen sind, können verwendet werden, um diese Stimmstörungen, ihre neuronalen Substrate und die Art der funktionellen Erholung mit Verhaltenstherapie zu untersuchen.

Gezielte Schulung von Ultraschall Vocalizations in Aged und Parkinson-Ratten

Voice deficits are a common complication of both Parkinson disease (PD) and aging; they can significantly diminish quality of life by impacting ...

targeted-training-ultrasonic-vocalizations-aged-parkinsonian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.7K Aufrufe.  University of Wisconsin. Stimmstörungen sind in Alterungs-und Parkinson-Krankheit eine Schwächung. Die Ultraschall-Laute von Ratten, die ebenfalls von diesen Bedingungen betroffen sind, können verwendet werden, um diese Stimmstörungen, ihre neuronalen Substrate und die Art der funktionellen Erholung mit Verhaltenstherapie zu untersuchen.

Serie: Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

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.

Drug self-administration and ultrasonic vocalizations (USV) are used as behavioral assessments in animal research, but rarely in combination. The purpose of this article is to describe the advantages of recording USVs during drug self-administration procedures to assess affective responses to drug experience.

Beurteilung der Ultraschall-Vocalizations Während Drug Selbstverwaltung in Ratten

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and ...

Forschung

Neurowissenschaften

Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats

Behavior, in its broadest definition, can be defined as the motor manifestation of physiologic processes. As such, all behaviors manifest through the motor system. In the fields of neuroscience and orthopedics, locomotion is a commonly evaluated behavior for a variety of disease models. For example, locomotor recovery after traumatic injury to the nervous system is one of the most commonly evaluated behaviors 1-3. Though locomotion can be evaluated using a variety of endpoint measurements (e.g. time taken to complete a locomotor task, etc), semiquantitative kinematic measures (e.g. ordinal rating scales (e.g. Basso Beattie and Bresnahan locomotor (BBB) rating scale, etc)) and surrogate measures of behaviour (e.g. muscle force, nerve conduction velocity, etc), only kinetics (force measurements) and kinematics (measurements of body segments in space) provide a detailed description of the strategy by which an animal is able to locomote 1. Though not new, kinematic and kinetic measurements of locomoting rodents is now more readily accessible due to the availability of commercially available equipment designed for this purpose. Importantly, however, experimenters need to be very familiar with theory of biomechanical analyses and understand the benefits and limitations of these forms of analyses prior to embarking on what will become a relatively labor-intensive study. The present paper aims to describe a method for collecting kinematic and ground reaction force data using commercially available equipment. Details of equipment and apparatus set-up, pre-training of animals, inclusion and exclusion criteria of acceptable runs, and methods for collecting the data are described. We illustrate the utility of this behavioral analysis technique by describing the kinematics and kinetics of strain-matched young adult, middle-aged, and geriatric rats.

Locomotion is often examined as a behavioural outcome in various models of disease in fields such as neuroscience and orthopedics. This video paper intends to describe a method for collecting ground reaction forces and kinematics from rats during unrestrained locomotion.

Kinematik und Ground Reaction Force Bestimmung: Eine Demonstration Quantifizierung Bewegungsapparat Fähigkeiten der jungen Erwachsenen im mittleren Alter, und Geriatrische Rats

Behavior, in its broadest definition, can be defined as the motor manifestation of physiologic processes.  As such, all behaviors manifest through the ...

A General Method for Evaluating Incubation of Sucrose Craving in Rats

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and relapse to food taking 1. Food craving conceptualized in this way is akin to drug craving in response to drug-paired cues. A rich literature has been developed around understanding the behavioral and neurobiological determinants of drug craving; we and others have been focusing recently on translating techniques from basic addiction research to better understand addiction-like behaviors related to food 2-4.
As done in previous studies of drug craving, we examine sucrose craving behavior by utilizing a rat model of relapse. In this model, rats self-administer either drug or food in sessions over several days. In a session, lever responding delivers the reward along with a tone+light stimulus. Craving behavior is then operationally defined as responding in a subsequent session where the reward is not available. Rats will reliably respond for the tone+light stimulus, likely due to its acquired conditioned reinforcing properties 5. This behavior is sometimes referred to as sucrose seeking or cue reactivity. In the present discussion we will use the term "sucrose craving" to subsume both of these constructs.
In the past decade, we have focused on how the length of time following reward self-administration influences reward craving. Interestingly, rats increase responding for the reward-paired cue over the course of several weeks of a period of forced-abstinence. This "incubation of craving" is observed in rats that have self-administered either food or drugs of abuse 4,6. This time-dependent increase in craving we have identified in the animal model may have great potential relevance to human drug and food addiction behaviors.
Here we present a protocol for assessing incubation of sucrose craving in rats. Variants of the procedure will be indicated where craving is assessed as responding for a discrete sucrose-paired cue following extinction of lever pressing within the sucrose self-administration context (Extinction without cues) or as responding for sucrose-paired cues in a general extinction context (Extinction with cues).

Responding for food or drug-paired cues increases over the course of a period of abstinence and this may relate to an increased susceptibility to relapse behaviors. Here we detail a procedure for evaluating this "incubation of craving" in rats that have self-administered sucrose.

Eine allgemeine Methode zur Bewertung der Inkubation von Saccharose Craving in Ratten

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and ...

Retrograde Fluorescent Labeling Allows for Targeted Extracellular Single-unit Recording from Identified Neurons In vivo

The overall goal of this method is to record single-unit responses from an identified population of neurons. In vivo electrophysiological recordings from individual neurons are critical for understanding how neural circuits function under natural conditions. Traditionally, these recordings have been performed 'blind', meaning the identity of the recorded cell is unknown at the start of the recording. Cellular identity can be subsequently determined via intracellular1, juxtacellular2 or loose-patch3 iontophoresis of dye, but these recordings cannot be pre-targeted to specific neurons in regions with functionally heterogeneous cell types. Fluorescent proteins can be expressed in a cell-type specific manner permitting visually-guided single-cell electrophysiology4-6. However, there are many model systems for which these genetic tools are not available. Even in genetically accessible model systems, the desired promoter may be unknown or genetically homogenous neurons may have varying projection patterns. Similarly, viral vectors have been used to label specific subgroups of projection neurons7, but use of this method is limited by toxicity and lack of trans-synaptic specificity. Thus, additional techniques that offer specific pre-visualization to record from identified single neurons in vivo are needed. Pre-visualization of the target neuron is particularly useful for challenging recording conditions, for which classical single-cell recordings are often prohibitively difficult8-11. The novel technique described in this paper uses retrograde transport of a fluorescent dye applied using tungsten needles to rapidly and selectively label a specific subset of cells within a particular brain region based on their unique axonal projections, thereby providing a visual cue to obtain targeted electrophysiological recordings from identified neurons in an intact circuit within a vertebrate CNS.
The most significant novel advancement of our method is the use of fluorescent labeling to target specific cell types in a non-genetically accessible model system. Weakly electric fish are an excellent model system for studying neural circuits in awake, behaving animals12. We utilized this technique to study sensory processing by "small cells" in the anterior exterolateral nucleus (ELa) of weakly electric mormyrid fish. "Small cells" are hypothesized to be time comparator neurons important for detecting submillisecond differences in the arrival times of presynaptic spikes13. However, anatomical features such as dense myelin, engulfing synapses, and small cell bodies have made it extremely difficult to record from these cells using traditional methods11, 14. Here we demonstrate that our novel method selectively labels these cells in 28% of preparations, allowing for reliable, robust recordings and characterization of responses to electrosensory stimulation.

Retrograde Fluorescent Labeling Allows for Targeted Extracellular Single-unit Recording from Identified Neurons In vivo

Retrograde transport of fluorescent dye labels a sub-population of neurons based on anatomical projection. Labeled axons can be visually targeted in vivo, permitting extracellular recording from identified axons. This technique facilitates recording when neurons cannot be labeled through genetic manipulation or are difficult to isolate using 'blind' in vivo approaches.

Retrograde Fluoreszenzmarkierung Ermöglicht Gezielte Extracellular Einzel-Einheit Aufnahme von identifizierten Neuronen<em&gt; In vivo</em

The overall goal of this method is to record single-unit responses from an identified population of neurons. In vivo electrophysiological recordings from ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains technically challenging. One approach, Activation-Induced Manganese-enhanced MRI (AIM MRI), has been used successfully to map neuronal activity in rodents 1-5. In AIM MRI, Mn2+ acts a calcium analog and accumulates in depolarized neurons 6,7. Because Mn2+ shortens the T1 tissue property, regions of elevated neuronal activity will enhance in MRI. Furthermore, Mn2+ clears slowly from the activated regions; therefore, stimulation can be performed outside the magnet prior to imaging, enabling greater experimental flexibility. However, because Mn2+ does not readily cross the blood-brain barrier (BBB), the need to open the BBB has limited the use of AIM MRI, especially in mice.
One tool for opening the BBB is ultrasound. Though potentially damaging, if ultrasound is administered in combination with gas-filled microbubbles (i.e., ultrasound contrast agents), the acoustic pressure required for BBB opening is considerably lower. This combination of ultrasound and microbubbles can be used to reliably open the BBB without causing tissue damage 8-11.
Here, a method is presented for performing AIM MRI by using microbubbles and ultrasound to open the BBB. After an intravenous injection of perflutren microbubbles, an unfocused pulsed ultrasound beam is applied to the shaved mouse head for 3 minutes. For simplicity, we refer to this technique of BBB Opening with Microbubbles and UltraSound as BOMUS 12. Using BOMUS to open the BBB throughout both cerebral hemispheres, manganese is administered to the whole mouse brain. After experimental stimulation of the lightly sedated mice, AIM MRI is used to map the neuronal response.
To demonstrate this approach, herein BOMUS and AIM MRI are used to map unilateral mechanical stimulation of the vibrissae in lightly sedated mice 13. Because BOMUS can open the BBB throughout both hemispheres, the unstimulated side of the brain is used to control for nonspecific background stimulation. The resultant 3D activation map agrees well with published representations of the vibrissae regions of the barrel field cortex 14. The ultrasonic opening of the BBB is fast, noninvasive, and reversible; and thus this approach is suitable for high-throughput and/or longitudinal studies in awake mice.

A technique is described for broadly opening the blood-brain barrier in the mouse using microbubbles and ultrasound. Using this technique, manganese can be administered to the mouse brain. Because manganese is an MRI contrast agent that accumulates in depolarized neurons, this approach enables imaging of neuronal activity.

Funktionelle Bildgebung mit Ultraschall-Blut-Hirnschranke Störung und Mangan-MRT

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Fluorescence and Bioluminescence Imaging of Subcellular Ca2+ in Aged Hippocampal Neurons

Susceptibility to neuron cell death associated to neurodegeneration and ischemia are exceedingly increased in the aged brain but mechanisms responsible are badly known. Excitotoxicity, a process believed to contribute to neuron damage induced by both insults, is mediated by activation of glutamate receptors that promotes Ca2+ influx and mitochondrial Ca2+ overload. A substantial change in intracellular Ca2+ homeostasis or remodeling of intracellular Ca2+ homeostasis may favor neuron damage in old neurons. For investigating Ca2+ remodeling in aging we have used live cell imaging in long-term cultures of rat hippocampal neurons that resemble in some aspects aged neurons in vivo. For this end, hippocampal cells are, in first place, freshly dispersed from new born rat hippocampi and plated on poli-D-lysine coated, glass coverslips. Then cultures are kept in controlled media for several days or several weeks for investigating young and old neurons, respectively. Second, cultured neurons are loaded with fura2 and subjected to measurements of cytosolic Ca2+ concentration using digital fluorescence ratio imaging. Third, cultured neurons are transfected with plasmids expressing a tandem of low-affinity aequorin and GFP targeted to mitochondria. After 24 hr, aequorin inside cells is reconstituted with coelenterazine and neurons are subjected to bioluminescence imaging for monitoring of mitochondrial Ca2+ concentration. This three-step procedure allows the monitoring of cytosolic and mitochondrial Ca2+ responses to relevant stimuli as for example the glutamate receptor agonist NMDA and compare whether these and other responses are influenced by aging. This procedure may yield new insights as to how aging influence cytosolic and mitochondrial Ca2+ responses to selected stimuli as well as the testing of selected drugs aimed at preventing neuron cell death in age-related diseases.

Fluorescence and Bioluminescence Imaging of Subcellular Ca2+ in Aged Hippocampal Neurons

Intracellular Ca2+ remodeling in aging may contribute to excitotoxicity and neuron damage, processes mediated by Ca2+ overload. We aimed at investigating Ca2+ remodeling in the aging brain using fluorescence and bioluminescence imaging of cytosolic and mitochondrial Ca2+ in long-term cultures of rat hippocampal neurons, a model of neuronal aging.

Fluoreszenz- und Biolumineszenz-Bildgebung subzellulärer Ca<sup&gt; 2+</sup&gt; Im Alter von Neuronen im Hippocampus

Susceptibility to neuron cell death associated to neurodegeneration and ischemia are exceedingly increased in the aged brain but mechanisms responsible ...

Sequential Extraction of Soluble and Insoluble Alpha-Synuclein from Parkinsonian Brains

Alpha-synuclein (&#945;-syn) protein is abundantly expressed mainly within neurons, and exists in a number of different forms - monomers, tetramers, oligomers and fibrils. During disease, &#945;-syn undergoes conformational changes to form oligomers and high molecular weight aggregates that tend to make the protein more insoluble. Abnormally aggregated &#945;-syn is a neuropathological feature of Parkinson&#39;s disease (PD), dementia with Lewy bodies (DLB) and multiple system atrophy (MSA). Biochemical characterization and analysis of insoluble &#945;-syn using buffers with increasing detergent strength and high-speed ultracentrifugation provides a powerful tool to determine the development of &#945;-syn pathology associated with disease progression. This protocol describes the isolation of increasingly insoluble/aggregated &#945;-syn from post-mortem human brain tissue. This methodology can be adapted with modifications to studies of normal and abnormal &#945;-syn biology in transgenic animal models harbouring different &#945;-syn mutations as well as in other neurodegenerative diseases that feature aberrant fibrillar deposits of proteins related to their respective pathologies.

Here, we present a protocol for the isolation of increasingly insoluble/aggregated alpha-synuclein (&#945;-syn) from post-mortem human brain tissue. Through the utilization of buffers with increasing detergent strength and high-speed ultracentrifugation techniques, the variable properties of &#945;-syn aggregation in diseased and non-diseased tissue can be examined.

Sequentielle Extraktion von löslichen und unlöslichen Alpha-Synuclein von Parkinson-Brains

Alpha-synuclein (&#945;-syn) protein is abundantly expressed mainly within neurons, and exists in a number of different forms - monomers, tetramers, ...

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and parenting. Importantly, mice can be trained to associate novel odors with specific behavioral responses to provide insight into olfactory circuit function. This protocol details the procedure for training mice on a Go/No-Go operant learning task. In this approach, mice are trained on hundreds of automated trials daily for 2&#8211;4 weeks and can then be tested on novel Go/No-Go odor pairs to assess olfactory discrimination, or be used for studies on how odor learning alters the structure or function of the olfactory circuit. Additionally, the mouse olfactory bulb (OB) features ongoing integration of adult-born neurons. Interestingly, olfactory learning increases both the survival and synaptic connections of these adult-born neurons. Therefore, this protocol can be combined with other biochemical, electrophysiological, and imaging techniques to study learning and activity-dependent factors that mediate neuronal survival and plasticity.

Here, we train mice on an associative learning task to test odor discrimination. This protocol also allows for studies on learning-induced structural changes in the brain.

Eine objektive und reproduzierbare Test der olfaktorischen Lern- und Diskriminierung bei Mäusen

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and ...

In Vivo Targeted Expression of Optogenetic Proteins Using Silk/AAV Films

The quest to understand how neural circuits process information in order to drive behavioral output has been greatly aided by recently-developed optical methods for manipulating and monitoring the activity of neurons in vivo. These types of experiments rely on two main components: 1) implantable devices that provide optical access to the brain, and 2) light-sensitive proteins that change neuronal excitability or provide a readout of neuronal activity. There are a number of ways to express light-sensitive proteins, but stereotaxic injection of viral vectors is currently the most flexible approach because expression can be controlled with genetic, anatomical, and temporal precision. Despite the great utility of viral vectors, delivering the virus to the site of optical implants poses numerous challenges. Stereotaxic virus injections are demanding surgeries that increase surgical time, increase the cost of studies, and pose a risk to the animal's health. The surrounding tissue can be physically damaged by the injection syringe, and by immunogenic inflammation caused by the abrupt delivery of a bolus of high-titer virus. Aligning injections with optical implants is especially difficult when targeting small regions deep in the brain. To overcome these challenges, we describe a method for coating multiple types of optical implants with films composed of silk fibroin and Adeno-associated viral (AAV) vectors. Fibroin, a polymer derived from the cocoon of Bombyx mori, can encapsulate and protect biomolecules and can be processed into forms ranging from soluble films to ceramics. When implanted into the brain, silk/AAV coatings release virus at the interface between optical elements and the surrounding brain, driving expression precisely where it is needed. This method is easily implemented and promises to greatly facilitate in vivo studies of neural circuit function.

In Vivo Targeted Expression of Optogenetic Proteins Using Silk/AAV Films

Here, we present a method for delivering viral expression vectors into the brain using silk fibroin films. This method allows targeted delivery of expression vectors using silk/AAV coated optical fibers, tapered optical fibers, and cranial windows.

In Vivo Gezielte Expression von optogenetische Proteinen mit Seide/AAV Filme

The quest to understand how neural circuits process information in order to drive behavioral output has been greatly aided by recently-developed optical ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) on a treadmill is widely used as a rehabilitation tool in the SCI population with many benefits and improvements to daily life. We utilize this method of activity-based task-specific training (ABT) in rodents after SCI to both elucidate the mechanisms behind such improvements and to enhance and improve upon existing clinical rehabilitation protocols. Our current goal is to determine the mechanisms underlying ABT-induced improvements in urinary, bowel, and sexual function in SCI rats after a moderate to severe level of contusion. After securing each individual animal in a custom-made adjustable vest, they are secured to a versatile body weight support mechanism, lowered to a modified three-lane treadmill and assisted in step-training for 58 minutes, once a day for 10 weeks. This setup allows for the training of both quadrupedal and forelimb-only animals, alongside two different non-trained groups. Quadrupedal-trained animals with body weight support are aided by a technician present to assist in stepping with proper hind limb placement as necessary, while forelimb-only trained animals are raised at the caudal end to ensure no hind limb contact with the treadmill and no weight-bearing. One non-trained SCI group of animals is placed in a harness and rests next to the treadmill, while the other control SCI group remains in its home cage in the training room nearby. This paradigm allows for the training of multiple SCI animals at once, thus making it more time-efficient in addition to ensuring that our pre-clinical animal model mimics the clinical representation as close as possible, particularly with respect to the body weight support with manual assistance.

This protocol demonstrates our model of activity-based locomotor treadmill training for rats with spinal cord injury (SCI). Included is both quadrupedal and forelimb-only groups, in addition to two distinct types of non-trained control groups. Investigators are able to assess training effects on SCI rats using this protocol.

Activity-based Training auf einem Laufband mit Rückenmark verletzt Wistar-Ratten

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...