Apoyada por los Institutos Nacionales de Salud (NIDCD, P30-DC010754, T32-DC009401).

1. Pre / post-entrenamiento Grabaciones <ol><li> Comenzar el monitoreo por ultrasonido con Avisoft grabadora mediante la configuración que se muestra en la Figura 2. </li><li> Vocalizaciones ultrasónicas se puede controlar visualmente observando el espectrograma en tiempo real, o auditivamente con auriculares conectados a la interfaz de grabación de ultrasonido. </li><li> Coloque una sexualmente receptiva (en celo) de ratas hembra en la jaula de la rata macho tema. Signos de estro incluyen lordosis, moviendo la oreja y lanzando rápidos. Las hembras en celo obtener más vocalizaciones de los hombres que no son sexualmente hembras receptivas. </li><li> Después de que el hombre ha mostrado interés en la mujer (por ejemplo, inhalación, perseguir y / o montaje), retirar la hembra y el registro de vocalizaciones del macho durante 1-2 minutos. </li><li> Si el macho no vocalizar inmediatamente, volver brevemente la rata hembra a la jaula de la casa del hombre para estimular la vocalización. </li></ol> 2. Entrenamiento vocal <ol><li> Comenzar el monitoreo por ultrasonido con Avisoft grabadora utilizando la misma configuración que se muestra en la Figura 2. </li><li> Coloque la rata macho en su jaula en el micrófono. </li><li> Poner una rata hembra en la jaula de la casa del macho. Como se indicó anteriormente, la rata hembra debe estar en celo para maximizar la respuesta de la vocalización de los hombres. </li><li> Una vez que el hombre ha mostrado interés en la mujer retire la mujer. </li><li> Inmediatamente después el macho produce la vocalización de destino, la recompensa al mismo tiempo con un lápiz y haga clic en una breve presentación de la botella de agua o el tratamiento de los alimentos. Inicialmente, los 50 kHz de frecuencia modulada (Figura 5) llamada es recompensado. Como el entrenamiento progresa sólo cadenas cada vez más complejo de las llamadas, como las cadenas de 5 a 10 llamadas en una rápida sucesión, se refuerzan. </li><li> Continuar con la sesión de entrenamiento hasta que haya un plazo de 30 refuerzos. Esto suele tardar entre 5 - 10 minutos. </li></ol> 3. Preparación para el análisis acústico <ol><li> Siempre archivar los archivos de sonido original y realizar los cambios y las mediciones en una copia de trabajo, ya que el análisis será necesario filtrar y borrar el ruido de cada archivo. </li><li> Utilizando el modo por lotes de Avisoft SASLab Pro, filtro de paso alto de todos los archivos de sonido para ser analizado a 25 kHz para eliminar el ruido no deseado por debajo de la vocalización ultrasónica. </li><li> Para utilizar la función de detección automática de SASLab Pro, el umbral de ruido debe ser determinada. Para ello, abra un archivo de sonido y crear un espectrograma con la configuración que se muestra en la Figura 3. </li><li> El parámetro de visualización automática de mediciones debe ser configurado de acuerdo con la configuración que se muestra en la Figura 4. </li><li> Busque un área del espectrograma, donde no hay llamadas o los ruidos, lo que es el ruido de fondo. </li><li> Utilizando el &quot;automático (único umbral)&quot; opción, establezca el umbral de la sección de separación de elementos del parámetro automático cuadro de diálogo de configuración para las mediciones justo por encima del ruido de fondo mediante el ajuste de la línea de negro en la ventana del espectro de energía por encima del espectrograma. En la Figura 4, el umbral se ha establecido en -55 dB. </li><li> En la parte inferior del cuadro de diálogo, establecer el &quot;Rechazar si la amplitud de pico es inferior al&quot; valor de 1 dB por debajo del umbral en el paso anterior. Estos dos valores ahora se debe utilizar para todos los archivos de sonido analizado, asumiendo que todos los ajustes de grabación eran los mismos. </li></ol> 4. Vocalización identificación <ol><li> Para etiquetar las vocalizaciones con la regulación automática indicados anteriormente, primero debe crear un espectrograma con la configuración anterior. </li><li> Manualmente borrar cualquier ruido que cumple con los siguientes criterios: 1) ha sido identificado erróneamente como una vocalización, 2) está afectando a la discriminación de los principios y / o al final de la vocalización, y / o 3) ha sido identificado erróneamente como el más alto o frecuencia más baja en la vocalización (indicado por las líneas rojas superior e inferior, respectivamente). Por otra parte, las horas de inicio / parada de las etiquetas de vocalización se puede ajustar manualmente después de la creación de etiquetas permanentes en el paso 4.5. Ruido que afectan las mediciones de frecuencia alta y baja, sin embargo, debe ser borrado manualmente. </li><li> En algunos casos, una vocalización no podrán ser separados de los ruidos circundantes, tales como el sonido de la ropa de cama durante la locomoción. En estos casos, la llamada no puede ser analizado y precisión debe ser borrado. </li><li> Una vez que todas las vocalizaciones han sido identificados, borrar permanentemente las secciones eliminadas del espectrograma del archivo de sonido, seleccione &quot;Eliminar borra secciones espectrograma de forma de onda ...&quot; de las herramientas en el menú desplegable. Si este comando no se ejecuta antes de que el espectrograma se cierra, todo el trabajo de borrado se perderá. </li><li> Crear etiquetas permanentes en el archivo de sonido haciendo clic en el botón &#39;Editar&#39; en la sección de los elementos de separación de la ventana de configuración de parámetros de medidas automáticas. </li><li> Visual y auditivamente revisar cada vocalización etiqueta para determinar su categoría: Frecuencia simple, modulada (FM), o armónico. Culoign la etiqueta apropiada con el pre-texto definido por módulos. Ejemplos de cada categoría de vocalización se muestran en la Figura 5. </li><li> Cerrar el espectrograma, guarde el archivo de sonido, y continuar con el archivo de sonido junto a analizar. </li></ol> 5. Las mediciones acústicas <ol><li> Después de vocalizaciones en todos los archivos de sonido han sido identificados, utilice la herramienta de procesamiento por lotes (Herramientas: Batch Processing) para medir automáticamente los parámetros acústicos de todos los archivos. </li><li> En el cuadro de diálogo de procesamiento por lotes, seleccione &quot;Las mediciones de parámetros automático&quot; en el menú desplegable. </li><li> Seleccione el &quot;proceso de todos los archivos de la carpeta seleccionada&quot; casilla de verificación haga clic en la &quot;carpeta&quot; y seleccione la carpeta donde los archivos de sonido se guardan. </li><li> Haga clic en &quot;Inicio&quot; y cada archivo se analiza automáticamente de acuerdo con la última configuración utilizada en el cuadro de parámetros de medición automática de diálogo de configuración. </li><li> Las mediciones se guardarán en un archivo de texto que se puede definir mediante los parámetros de DDE / comandos del archivo de registro de configuración. Este archivo de texto se puede importar en un programa para el análisis estadístico. </li></ol> 6. Los resultados representativos: Vocalizaciones ultrasónicas de las ratas se ven afectados por los cambios fisiológicos asociados con el envejecimiento y la 6-OHDA modelos de la enfermedad de Parkinson 13 Por lo general, se observa una reducción en la calidad de las vocalizaciones ultrasónicas se caracteriza por una reducción de los parámetros acústicos cuantitativos:. Ancho de banda, frecuencia máxima, la duración , y la intensidad. La Figura 6 muestra las vocalizaciones de frecuencia modulada de una rata en el modelo PD en tres momentos diferentes: inicial, después de la inducción de la EP, y después del entrenamiento de vocalización. En el estado de la EP, la llamada muestra una reducción en el ancho de banda, duración e intensidad. Además, la modulación de frecuencia se ha convertido en irregulares. Además de la degradación de determinados parámetros acústicos, también se observa una menor complejidad global de los tipos de vocalizaciones producidas en las ratas seniles y parkinsonismo. Por ejemplo, después de la inducción de la EP una rata produce un mayor número de llamadas simple y menos llamadas de frecuencia modulada. Formación vocalización siguientes, muchos parámetros acústicos, tales como la duración e intensidad, los niveles de aproximación de referencia y aumenta el número de llamadas complejas (Figura 6). Ratas de edad manifiesta la degradación similar de los parámetros acústicos en sus vocalizaciones ultrasónicas. Actualmente estamos investigando los efectos del entrenamiento vocal en ratas de edad. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig1.jpg" alt="Figura 1"/> Figura 1. El número de vocalizaciones por sesión (objetivo cumplido por todas las ratas a la semana) y la tasa de vocalización (media y error estándar de muestra) se incrementan en un período de 6 semanas en un grupo de los jóvenes (9 meses) y adultos (32 mo) Fischer 344/Brown Noruega ratas F1. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig2.jpg" alt="Figura 2"/> Figura 2 vocalizaciones representante de cada una de las tres categorías de 50 vocalizaciones kHz;. (A) simple, (B) de frecuencia modulada, y la armónica (C). <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig3.jpg" alt="Figura 3"/> Figura 3. Representante de frecuencia modulada vocalizaciones de una sola rata en (A) de referencia, (B) después de la inducción-PD, y (C) la formación después de la vocalización.

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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. 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Los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las directrices y normas establecidas por la Política de Servicios de Salud Pública en Cuidado Humano y Uso de Animales de Laboratorio, la guía de NIH para el cuidado y uso de animales de laboratorio, y la Ley de bienestar animal. El protocolo de uso de los animales fue aprobado por el Comité Institucional y el empleo Comisión (IACUC) de la Universidad de Wisconsin-Madison Escuela de Medicina y Salud Pública.

Vocalizaciones ultrasónicas en ratas parecen ser vulnerables a los procesos de envejecimiento y la enfermedad, tales como la enfermedad de Parkinson. Estas vocalizaciones ultrasónicas proporcionar un modelo de comportamiento de la función vocal, incluidas las deficiencias que acompañan a los cambios fisiológicos debido a la enfermedad y el envejecimiento. Además, los cambios acústicos en las vocalizaciones ultrasónicas son fáciles de medir y cuantificar. Además, la vocalización ultrasónica puede ser modificado a través de las intervenciones conductuales. Por lo tanto, la vocalización ultrasónica rata un modelo útil para estudiar el impacto de la enfermedad, el envejecimiento y las intervenciones terapéuticas sobre el comportamiento y los mecanismos subyacentes de la neurobiología. Nuestro método de entrenamiento vocal utiliza un estímulo condicionado (un clic) asociada a un refuerzo positivo (una recompensa de tratar el agua o los alimentos). El clic seguido de la recompensa se utiliza para reforzar las vocalizaciones de complejidad creciente. Definimos las vocalizaciones complejas como las que contienen un &quot;trino&quot; (frecuencia modulada) componente (Figura 5) frente a aquellos que son &quot;planos&quot; y mantener una sola frecuencia (Figura 5). Este componente de frecuencia modulada, se identifica fácilmente por su apariencia sinusoidal. Mientras que el 50-kHz vocalizaciones pueden ser totalmente sinusoidal (Figura 5), ​​es común encontrar más complejo de 50 kHz vocalizaciones que consisten en parte de este componente de frecuencia modulada, así como tampoco grandes saltos de frecuencia o un componente de planos breves. Estas vocalizaciones más complejas pueden tener estancias cortas de menos de 10 ms entre los componentes, pero se consideran una vocalización única. Aunque con mayor detalle sub-clasificación de estas vocalizaciones es posible fuera de línea, 14 se clasifican todas las vocalizaciones de 50 kHz que contiene un componente de frecuencia modulada, tan complejo para reducir la necesidad de una clasificación subjetiva en línea y reducir la variabilidad de refuerzo. En su propio laboratorio, es importante elegir cómo se clasifican los datos y se analizaron según un diseño de estudio apropiado para el propósito del estudio. Hay muchos factores a considerar cuando se utiliza este protocolo. En primer lugar, a pesar de la homogeneidad genética y la coherencia del procedimiento, las ratas tienen una respuesta variable a la formación. Algunas ratas, naturalmente, vocalizan más que otros, 5 o están motivados por la exposición a una mujer más que por un premio de comida o agua. Una manera de explicar esta variabilidad es examinar el cambio en los parámetros acústicos de las vocalizaciones de referencia ratas individuales para su post-lesión y vocalizaciones después de la formación. Aunque no se trata en este protocolo, también tenemos pruebas de comportamiento para cuantificar el interés en la hembra, como la latencia de montar. Además, dependiendo de la edad y nivel de actividad de una rata individual, una tapa de alambre puede ser necesaria en la jaula de alojamiento durante el entrenamiento para evitar fugas. A pesar de la variabilidad individual, hemos utilizado con éxito este protocolo en una variedad de cepas y las edades a mejorar las vocalizaciones respecto al valor basal cada rata individual. Las ratas son sensibles a los cambios aparentemente pequeños en el medio ambiente, como los olores, la temperatura, y el personal. Un esfuerzo se debe hacer para evitar olor a productos para el cuidado personal, tales como lociones, productos para el cabello y perfumes. Antes de intentar la formación, la persona debe ser cómodo interactuando con el manejo y las ratas. Por otra parte, las inconsistencias en el personal o el medio ambiente pueden afectar la respuesta de las ratas vocalización. Porque las ratas son animales nocturnos, que se debe mantener en un ciclo de luz invertida para permitir la formación que tendrán lugar durante la parte oscura de su ciclo, cuando están más activos. Iluminamos nuestra sala de entrenamiento con las luces rojas. Además, si un premio se utiliza el agua durante el entrenamiento, las ratas que tienen un acceso limitado al agua. Nuestras ratas son las aguas restringidas durante 21 horas antes de la sesión de entrenamiento. Tres horas de exposición al agua fue determinada por nuestro Servicio de Atención Institucional para la Comisión para el período de tiempo por lo menos restrictiva que permitió que el agua que es útil como refuerzo en nuestros estudios de comportamiento sin que ello suponga un compromiso sustancial con la sanidad animal o el bienestar. Las ratas se les da el acceso al agua, a veces al azar (10 a 30 minutos) después del entrenamiento y, posteriormente, tienen acceso libre al agua durante tres horas durante la parte oscura de su ciclo de luz. Las ratas deben ser inspeccionados cada día en busca de signos de deshidratación y pesaba cada dos días para asegurarse de que no significativa (superior al 10%) la pérdida de peso. Una restricción de alimentos no es necesario si se usa una golosina como premio. Se usa para tratar a ratas específicos están disponibles comercialmente, pero no hemos encontrado una pequeña pieza de un cereal azucarado que una recompensa efectiva. Como se mencionó anteriormente, las ratas hembra en celo provocan una respuesta de vocalización más alto de hombres que no son sexualmente hembras receptivas. Al mantener un gran número de mujeres en la colonia, hay una alta probabilidad de que enpor lo menos una hembra en celo será en cualquier día dado. Sin embargo, el estro puede ser inducido farmacológicamente en ratas hembras, por inyección subcutánea de 10 mg de β-estradiol en 0,1 cc de aceite de sésamo estéril 48 horas antes de la formación seguida de 500 mg de progesterona en 0,1 cc de aceite de sésamo estéril 4 horas antes del entrenamiento. Además, las ratas macho que son ingenuos a ratas hembras que tengan experiencia sexual antes de la formación vocal. Esto se logra mediante la colocación de una rata hembra que está mostrando señales de receptividad sexual (dardos, lordosis, moviendo el oído) en jaula del macho hasta los montes masculino y eyaculación. Los varones no pueden montar en las primeras sesiones y la hembra puede ser removido después de que el interés masculino muestra en la mujer por inhalación y / o persiguiendo a la hembra en la jaula. Sexual que experimentan se realiza una vez al día durante dos semanas. Este período de tiempo también proporciona una oportunidad para que las ratas a habituarse a la experimentador (s) y sala de grabación. Una limitación de este método es la determinación subjetiva del tipo de vocalización. Además, este factor limita la velocidad de recogida de datos, ya que cada llamada debe ser examinado de forma independiente y se clasifican manualmente. Relacionado con esto está la importancia de contar con evaluadores experimentados que han sido sistemáticamente entrenados en la identificación de vocalización. Tanto la fiabilidad intra e inter-calificadores deben ser evaluados dentro de su propio laboratorio. En resumen, la vocalización ultrasónica en los roedores se utilizan en muchos modelos diferentes para estudiar el comportamiento del cerebro, las relaciones, incluyendo los estados emocionales, recompensa y la adicción y los estados de enfermedad, tales como el autismo. 6,14-16 Este nuevo método es una manera de estudiar la mecanismos que subyacen a la formación dirigida vocal para el tratamiento del déficit de voz en el envejecimiento y la enfermedad de Parkinson. Este método tiene el potencial de ser aplicado a los modelos de otras enfermedades que afectan a la comunicación y la voz.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nombre </th><th> Empresa </th><th> Número de catálogo </th></tr><tr><td> Condensador de micrófono de ultrasonidos CM16/CMPA </td><td> Avisoft Bioacústica </td><td> 40011 </td></tr><tr><td> UltraSoundGate 116Hb </td><td> Avisoft Bioacústica </td><td> 41161 </td></tr><tr><td> Avisoft-GRABADOR </td><td> Avisoft Bioacústica </td><td> 10201 </td></tr><tr><td> Avisoft SASLab-Pro </td><td> Avisoft Bioacústica </td><td> 10101 </td></tr></tbody></table>

targeted training of ultrasonic vocalizations in aged and parkinsonian rats

Déficit de voz son una complicación común de ambos enfermedad de Parkinson (PD) y el envejecimiento, que pueden disminuir significativamente la calidad de vida por el impacto de las habilidades de comunicación 1, 2 de formación específica (voz / terapia de la voz) puede mejorar los déficits específicos de voz, 3, 4, aunque el. mecanismos subyacentes de las intervenciones conductuales no son bien entendidos. La investigación sistemática de los déficit de la voz y el tratamiento debe considerar muchos factores que son difíciles de controlar en los seres humanos, como la edad, ambiente familiar, la edad post-aparición de la enfermedad, la severidad de la enfermedad y los medicamentos. El método que aquí se presenta utiliza un modelo animal de vocalización que permite el estudio sistemático de cómo los mecanismos subyacentes sensoriomotora cambiar con el entrenamiento de voz de destino. Los procedimientos de registro y análisis de ultrasonido indica en este protocolo son aplicables a cualquier investigación de las vocalizaciones de los roedores por ultrasonidos. Las vocalizaciones ultrasónicas de los roedores se están convirtiendo en un modelo útil para investigar los sustratos neurales de la conducta. 8.5 Tanto los roedores y las vocalizaciones humanas tienen valor semiótico y se producen mediante la modificación de un flujo de aire egressive con una constricción laríngea. 9, 10 Por lo tanto, las vocalizaciones de roedores puede ser un modelo útil para estudiar el déficit de voz en un contexto sensorio. Además, los modelos de rata nos permiten estudiar las bases neurobiológicas de la recuperación de los déficits de formación específica. Para el modelo PD utilizamos ratas Long-Evans (Charles River Laboratories International, Inc.) e inducir parkinsonismo unilateral de una infusión de 7 g de 6-hidroxidopamina (6-OHDA) en el haz medial del cerebro anterior que causa la degeneración de moderada a grave de la pre-sináptica las neuronas del cuerpo estriado (para más detalles ver Ciucci, 2010). 11, 12 para el modelo de envejecimiento se utiliza el Fischer 344/Brown Noruega F1 (National Institute on Aging). Nuestro principal método para provocar vocalizaciones es exponer a ratas machos sexualmente experimentados a ratas hembras sexualmente receptivas. Cuando el hombre se interesa por la hembra, la hembra se retira y el hombre sigue a vocalizar. Al recompensar vocalizaciones complejas con los alimentos o el agua, tanto en el número de vocalizaciones complejas y la tasa de vocalización puede ser aumentada (Figura 1). Un micrófono de ultrasonidos montado sobre jaula del macho registra las vocalizaciones. La grabación se inicia después de la rata hembra se retira a aislar las llamadas masculinas. Vocalizaciones se pueden ver en tiempo real para la formación o registrados y analizados fuera de línea. Al registrar y analizar acústicamente vocalizaciones antes y después del entrenamiento vocal, los efectos de la enfermedad y la restauración de la función normal de entrenamiento puede ser evaluado. Este modelo también nos permite relacionar el comportamiento observado (vocal) mejoras a los cambios en el cerebro y el sistema neuromuscular.

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Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Trastornos de la voz se debilita en el envejecimiento y la enfermedad de Parkinson. Las vocalizaciones de ultrasonidos de ratas, también se ven afectados por estas condiciones, puede ser usado para estudiar los trastornos de la voz, sus sustratos neurales, y la naturaleza de la recuperación funcional, con intervención de la conducta.

La formación específica de las vocalizaciones de ultrasonidos en las ratas viejas y Parkinson

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

19.6K vistas.  University of Wisconsin. Trastornos de la voz se debilita en el envejecimiento y la enfermedad de Parkinson. Las vocalizaciones de ultrasonidos de ratas, también se ven afectados por estas condiciones, puede ser usado para estudiar los trastornos de la voz, sus sustratos neurales, y la naturaleza de la recuperación funcional, con intervención de la conducta.

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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.

Evaluación de las vocalizaciones de ultrasonidos durante autoadministración de drogas en ratas

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

Investigación

Neurociencias

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.

La cinemática y la reacción del suelo Determinación de la Fuerza: Una demostración de habilidades Locomotor Cuantificación de adultos jóvenes, de mediana edad, y las ratas de Geriatría

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.

Un método general para la evaluación de incubación de sacarosa en ratas Deseo

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.

Marcaje fluorescente retrógrada Permite dirigida extracelular sola unidad de grabación de neuronas identificadas<em&gt; En 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.

Neuroimagen Funcional Utilizando ultrasonidos hematoencefálica perturbación de la barrera y la RM-manganeso mayor

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.

Fluorescencia y bioluminiscencia de imágenes de subcelular Ca<sup&gt; 2 +</sup&gt; Envejecido en las neuronas del hipocampo

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.

Extracción secuencial de soluble e insoluble alfa-sinucleína de cerebros parkinsonianos

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.

Una prueba objetiva y Reproducible de aprendizaje olfativo y discriminación en ratones

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

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.

Formación basada en una cinta rodante con la médula espinal lesionado ratas Wistar

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

Measuring Statistical Learning Across Modalities and Domains in School-Aged Children Via an Online Platform and Neuroimaging Techniques

Statistical learning, a fundamental skill to extract regularities in the environment, is often considered a core supporting mechanism of the first language development. While many studies of statistical learning are conducted within a single domain or modality, recent evidence suggests that this skill may differ based on the context in which the stimuli are presented. In addition, few studies investigate learning as it unfolds in real-time, rather focusing on the outcome of learning. In this protocol, we describe an approach for identifying the cognitive and neural basis of statistical learning, within an individual, across domains (linguistic vs. non-linguistic) and sensory modalities (visual and auditory). The tasks are designed to cast as little cognitive demand as possible on participants, making it ideal for young school-aged children and special populations. The web-based nature of the behavioral tasks offers a unique opportunity for us to reach more representative populations nationwide, to estimate effect sizes with greater precision, and to contribute to open and reproducible research. The neural measures provided by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) task can inform researchers about the neural mechanisms engaged during statistical learning, and how these may differ across individuals on the basis of domain or modality. Finally, both tasks allow for the measurement of real-time learning, as changes in reaction time to a target stimulus is tracked across the exposure period. The main limitation of using this protocol relates to the hour-long duration of the experiment. Children might need to complete all four statistical learning tasks in multiple sittings. Therefore, the web-based platform is designed with this limitation in mind so that tasks may be disseminated individually. This methodology will allow users to investigate how the process of statistical learning unfolds across and within domains and modalities in children from different developmental backgrounds.

Presented here is a protocol introducing a set of child-friendly statistical learning tasks geared towards examining children&#8217;s learning of temporal statistical patterns across domains and sensory modalities. The developed tasks collect behavioral data using the web-based platform and task-based functional magnetic resonance imaging (fMRI) data for examining neural engagement during statistical learning.

Medición del aprendizaje estadístico a través de modalidades y dominios en niños en edad escolar a través de una plataforma en línea y técnicas de neuroimagen