Soutenu par le National Institutes of Health (NIDCD, P30-DC010754, T32-DC009401).

1. Pré / post-formation Recordings <ol><li> Commencez la surveillance par ultrasons avec Avisoft enregistreur en utilisant la configuration de la figure 2. </li><li> Vocalisations ultrasoniques peuvent être suivis soit visuellement en regardant le spectrogramme en temps réel, ou auditivement avec des écouteurs branchés sur l&#39;interface d&#39;enregistrement échographie. </li><li> Placez une maladie sexuellement réceptive (en oestrus) chez le rat femelle dans la cage du rat sujet masculin. Les signes d&#39;oestrus comprennent lordose, l&#39;oreille se tortillant, rapide et dardant. Les femelles en oestrus susciter plus de vocalisations des mâles sexuellement que les non-femelles réceptives. </li><li> Après le mâle a montré un intérêt dans le sexe féminin (par exemple, en reniflant, la ciselure, et / ou de montage), retirez la femelle et d&#39;enregistrer les vocalisations du mâle pendant 1-2 minutes. </li><li> Si le mâle ne vocalisent immédiatement, revenir brièvement le rat femelle cage du mâle pour stimuler la vocalisation. </li></ol> 2. Formation vocale <ol><li> Commencez la surveillance par ultrasons avec Avisoft enregistreur utilisant la même configuration de la figure 2. </li><li> Placez le rat mâle dans sa cage sous le microphone. </li><li> Mettez un rat femelle dans la cage chez le mâle. Comme indiqué précédemment, le rat femelle en oestrus devrait être de maximiser la réponse de vocalisation du mâle. </li><li> Une fois que le mâle s&#39;est montré intéressé à retirer la femelle la femelle. </li><li> Immédiatement après le mâle produit la vocalisation cible, récompense simultanément avec un clic stylo et une brève présentation de la bouteille d&#39;eau ou de traiter les aliments. Initialement, tous les 50 kHz de fréquence modulée (figure 5B) appel est récompensé. Comme la formation progresse uniquement des chaînes plus complexes d&#39;appels, tels que les chaînes de 5 à 10 appels en succession rapide, sont renforcés. </li><li> Continuer la session de formation jusqu&#39;à ce que vous avez donné 30 renforts. Cela prend généralement entre 5 - 10 minutes. </li></ol> 3. Préparation pour l&#39;analyse acoustique <ol><li> Toujours archiver les fichiers audio d&#39;origine et effectuer des modifications et des mesures sur une copie de travail, comme l&#39;analyse, il faudra filtrer et effacer le bruit de chaque fichier. </li><li> En utilisant le mode batch de Avisoft SASLab Pro, filtre passe-haut tous les fichiers son à analyser à 25 kHz pour enlever les bruits indésirables ci-dessous les vocalisations ultrasoniques. </li><li> Pour utiliser la fonction de détection automatique des SASLab Pro, le seuil de bruit doit d&#39;abord être déterminé. Pour ce faire, ouvrez un fichier audio et de créer un spectrogramme utilisant les paramètres de la figure 3. </li><li> Le paramètre d&#39;affichage automatique mesures doivent être configuré selon les paramètres indiqués dans la figure 4. </li><li> Trouvez un endroit du spectrogramme où il n&#39;ya pas d&#39;appels ou des bruits, c&#39;est le bruit de fond. </li><li> Utilisation de la &quot;automatique (seuil simple)&quot; option, définir le seuil de la section de séparation des éléments du paramètre Mesures boîte de dialogue de configuration automatique juste au-dessus du bruit de fond en ajustant la ligne noire dans la fenêtre de spectre de puissance au-dessus du spectrogramme. Dans la figure 4, le seuil a été fixé à -55 dB. </li><li> Au bas de la boîte de dialogue, réglez le &quot;Rejeter si l&#39;amplitude de crête est inférieure à la« valeur à 1 dB en dessous du seuil dans l&#39;étape précédente. Ces deux valeurs doivent maintenant être utilisé pour tous les fichiers sonores analysés, en supposant que tous les paramètres d&#39;enregistrement sont les mêmes. </li></ol> 4. Identification vocalisation <ol><li> Pour marquer les vocalisations en utilisant le seuil de configuration automatique ci-dessus, tout d&#39;abord créer un spectrogramme avec les paramètres ci-dessus. </li><li> Effacer manuellement tout bruit qui remplit les critères suivants: 1) a été identifié à tort comme une vocalisation, 2) affecte la discrimination de début et / ou fin de la vocalisation, et / ou 3) a été identifié à tort comme le plus élevé ou fréquence la plus basse dans la vocalisation (indiqué par les lignes supérieures et inférieures rouges, respectivement). Alternativement, les temps de démarrage / arrêt des étiquettes de vocalisation peut être réglé manuellement après la création d&#39;étiquettes permanentes à l&#39;étape 4.5 ci-dessous. Bruit affectant les mesures à haute fréquence et faible, cependant, doivent être effacées manuellement. </li><li> Dans certains cas, une vocalisation ne sera pas en mesure d&#39;être séparé des bruits environnants, comme le bruit de la literie pendant la locomotion. Dans ces cas, l&#39;appel ne peut pas être analysés avec précision et doivent être effacés. </li><li> Une fois tous les vocalisations ont été identifiés, d&#39;effacer définitivement les sections supprimées du spectrogramme à partir du fichier sonore en sélectionnant «Supprimer sections spectrogramme effacé de forme d&#39;onde ...&quot; à partir des outils dans le menu déroulant. Si cette commande n&#39;est pas exécutée avant que le spectrogramme est fermée, effaçant tous les travaux seront perdus. </li><li> Créez des étiquettes permanentes dans le fichier audio en cliquant sur le bouton &#39;Edit&#39; dans la section de séparation des éléments de la fenêtre des paramètres de configuration automatique des mesures. </li><li> Visuellement et phonétiquement en revue chaque vocalise étiquetés afin de déterminer sa catégorie: simple, modulation de fréquence (FM), ou harmonique. AssIGN l&#39;étiquette appropriée à l&#39;aide de pré-texte défini-modules. Des exemples de chaque catégorie de vocalisation sont présentés dans la Figure 5. </li><li> Fermer le spectrogramme, enregistrez le fichier son, et continuer avec le fichier son côté pour être analysés. </li></ol> 5. Mesures acoustiques <ol><li> Après vocalisations dans tous les fichiers sonores ont été identifiés, utilisez l&#39;outil de traitement par lots (Outils: Traitement par lot) pour mesurer automatiquement les paramètres acoustiques de tous les fichiers. </li><li> Dans la boîte de dialogue Traitement par lots, sélectionnez &quot;mesures des paramètres automatiques&quot; dans le menu déroulant. </li><li> Sélectionnez le «processus de tous les fichiers dans le dossier sélectionné&quot; case puis cliquez sur le &quot;dossier&quot; et sélectionnez le dossier où les fichiers son sont enregistrés. </li><li> Cliquez sur &quot;Démarrer&quot; et chaque fichier sera automatiquement analysés selon les derniers paramètres utilisés dans la boîte de dialogue Mesurées automatique de configuration. </li><li> Les mesures seront enregistrées dans un fichier texte qui peut être définie en utilisant les paramètres DDE / commande de réglage du fichier journal. Ce fichier texte peut ensuite être importé dans un programme d&#39;analyse statistique. </li></ol> 6. Les résultats représentatifs: Vocalisations ultrasoniques des rats sont affectés par les changements physiologiques associés au vieillissement et à la 6-OHDA modèles maladie de Parkinson 13 Typiquement, nous constatons une diminution de la qualité de l&#39;vocalisations ultrasoniques caractérisée par une diminution des paramètres suivants acoustiques quantitatives:. Bande passante, la fréquence maximale, la durée , et l&#39;intensité. La figure 6 montre les vocalisations modulation de fréquence d&#39;un rat dans le modèle PD à trois moments différents: de base, après l&#39;induction de la maladie de Parkinson, et après la formation de vocalisation. Dans la condition PD, l&#39;appel montre une réduction de bande passante, la durée et l&#39;intensité. En outre, la modulation de fréquence est devenue irrégulière. En plus de la dégradation des paramètres spécifiques acoustique, on observe également la complexité globalement moins dans les types de vocalisations produites chez les rats âgés et de parkinsonisme. Par exemple, après l&#39;induction de la maladie de Parkinson un rat produit un plus grand nombre de simples appels et les appels de fréquence moins modulée. Après une formation de vocalisation, de nombreux paramètres acoustiques, comme la durée et l&#39;intensité, les niveaux de référence de la méthode et le nombre d&#39;appels augmente complexe (figure 6). Rats âgés manifestent dégradation similaire des paramètres acoustiques dans leurs vocalisations ultrasoniques. Nous étudions actuellement les effets de la formation vocale chez les rats âgés. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig1.jpg" alt="Figure 1"/> Figure 1. Nombre de vocalisations par session (objectif atteint par tous les rats de chaque semaine) et le taux de vocalisation (erreur moyenne et montré) à la fois augmenter sur une période de formation de 6 semaines dans un groupe de deux jeunes (9 Mo) et vieux (32 mo) Fischer 344/Brown rats surmulots F1. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig2.jpg" alt="Figure 2"/> Figure 2 vocalisations représentant de chacune des trois catégories de vocalisations 50 kHz;. (A) simple, (B) en modulation de fréquence, et (C) harmoniques. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig3.jpg" alt="Figure 3"/> Figure 3. Représentant en modulation de fréquence à partir des vocalisations un seul rat en (A) de base, (B) après-PD par induction, et (C) de formation après la vocalisation.

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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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Expériences sur les animaux ont été effectuées en conformité avec les directives et les règlements énoncés par la Politique sur les services de santé publique sur les soins aux animaux et l&#39;utilisation des animaux de laboratoire, le guide des NIH pour les soins et l&#39;utilisation des animaux de laboratoire, et l&#39;acte de protection animale. Le protocole d&#39;utilisation d&#39;animaux a été approuvé par le soin des animaux et du Comité institutionnel d&#39;utilisation (IACUC) de l&#39;Université de Wisconsin-Madison School of Medicine et la santé publique.

Vocalisations ultrasoniques chez des rats semblent être vulnérables aux processus de vieillissement et la maladie, telles que la maladie de Parkinson. Ces vocalisations ultrasoniques fournissent un modèle de comportement de la fonction vocale, y compris les déficits qui accompagnent les changements physiologiques dus à la maladie et le vieillissement. En outre, les changements dans les vocalisations ultrasoniques acoustiques sont facilement mesurables et quantifiables. En outre, les vocalisations ultrasoniques peuvent être modifiés grâce à des interventions comportementales. Par conséquent, les vocalisations ultrasoniques rat fournir un modèle utile pour étudier l&#39;impact de la maladie, le vieillissement, et des interventions thérapeutiques sur le comportement et qui sous-tendent les mécanismes neurobiologiques. Notre méthode de formation vocale utilise un stimulus conditionné (un clic) associée à un renforcement positif (récompense traiter l&#39;eau ou de nourriture). Le clic suivie par la récompense est utilisé pour renforcer les vocalisations de complexité croissante. Nous définissons les vocalisations complexes que ceux contenant un «trille» (fréquence modulée) composant (figure 5B) par rapport à ceux qui sont &quot;à plat&quot; et de maintenir une fréquence unique (figure 5A). Cette composante de fréquence modulée est facilement identifié par son aspect sinusoïdal. Alors que 50 kHz vocalisations peuvent être entièrement sinusoïdale (figure 5B), il est fréquent de rencontrer plus complexe de 50 kHz vocalisations qui consistent en partie de cette composante en modulation de fréquence ainsi que deux grands sauts de fréquence ou un composant brève plat. Ces vocalisations plus complexes peuvent avoir de courtes pauses de moins de 10 ms entre les composants, mais sont considérés comme une vocalisation unique. Bien plus détaillée des sous-classification de ces vocalisations est possible en ligne, nous classons toutes les 14 vocalisations 50 kHz contenant un composant à modulation de fréquence aussi complexe pour réduire la nécessité pour la classification subjective en ligne et de réduire la variabilité de renfort. Dans votre propre laboratoire, il est important de choisir comment les données sont classées et analysées selon un modèle d&#39;étude qui est approprié pour le but de l&#39;étude. Il ya plusieurs facteurs à considérer lors de l&#39;utilisation de ce protocole. Tout d&#39;abord, malgré une homogénéité génétique et la cohérence de procédure, les rats ont une réponse variable à la formation. Certains rats naturellement vocalisent plus que les autres, 5 ou sont motivés par l&#39;exposition à un plus de femmes que par une récompense alimentaire ou de l&#39;eau. Une façon de rendre compte de cette variabilité est en examinant les changements dans les paramètres acoustiques des vocalisations de base des rats individuels à leurs études post-lésion et post-formation vocalisations. Bien qu&#39;il n&#39;ait pas discuté de ce protocole, nous avons également des dosages de comportement afin de quantifier l&#39;intérêt pour la femelle, comme la latence de monter. En outre, selon l&#39;âge et le niveau d&#39;activité d&#39;un rat individuel, un top de fil peuvent être nécessaires sur la cage lors de l&#39;entraînement pour éviter qu&#39;ils s&#39;échappent. Malgré la variabilité individuelle, nous avons utilisé avec succès ce protocole sur une variété de souches et d&#39;âges pour améliorer vocalisations rapport aux valeurs initiales chaque rat individu. Les rats sont sensibles aux changements apparemment minimes dans l&#39;environnement, comme les odeurs, la température, et le personnel. Un effort doit être fait pour éviter parfumés produits de soins personnels, comme des lotions, produits pour les cheveux, et les parfums. Avant de tenter de formation, une personne doit être à l&#39;aise d&#39;interagir avec et de manipulation des rats. Par ailleurs, toutes les incohérences dans le personnel ou l&#39;environnement peut affecter la réponse de vocalisation des rats. Parce que les rats sont des animaux nocturnes, ils doivent être conservés sur un cycle de lumière inversé pour permettre la formation qui aura lieu lors de la partie sombre de leur cycle où elles sont le plus actifs. Nous éclairer notre salle de formation avec des lumières rouges. De plus, si une récompense de l&#39;eau est utilisée lors de l&#39;entraînement, les rats doivent avoir un accès restreint à l&#39;eau. Nos rats sont l&#39;eau restreint pendant 21 heures avant la séance d&#39;entraînement. Trois heures d&#39;exposition à l&#39;eau a été déterminée par nos soins des animaux et des institutionnels Utilisez Comité pour la période la moins restrictive que le temps permis à l&#39;eau pour être utile comme renfort dans nos études de comportement, sans présenter un compromis substantiels à la santé animale ou le bien-être. Les rats ont accès à l&#39;eau à des moments aléatoires (10 minutes à 30 minutes) après la formation et par la suite ont libre accès à l&#39;eau pendant trois heures au cours de la partie sombre de leur cycle de lumière. Les rats doivent être inspectées chaque jour pour des signes de déshydratation et pesé tous les autres jours pour s&#39;assurer qu&#39;il n&#39;ya pas de perte de poids significative (supérieure à 10%). Une restriction alimentaire n&#39;est pas nécessaire si vous utilisez un traitement de la nourriture comme une récompense. Traite spécifiques aux rats sont disponibles commercialement, mais nous avons trouvé un petit morceau d&#39;une céréale sucrée pour être une récompense efficace. Comme mentionné ci-dessus, les rats femelles en oestrus obtenir une réponse plus vocalises des mâles sexuellement que les non-femelles réceptives. En maintenant un grand nombre de femelles dans la colonie, il ya une forte probabilité que, àAu moins une femme sera en oestrus sur un jour donné. Toutefois, l&#39;oestrus peut aussi être induite pharmacologiquement chez les rats femelles par voie sous-cutanée injectant 10 ug de β-estradiol dans 0,1 cc stériles huile de sésame 48 heures avant la formation suivie par 500 ug de la progestérone dans l&#39;huile de sésame 0,1 cc stériles 4 heures avant l&#39;entraînement. En outre, les rats mâles qui sont naïfs à des rats femelles doivent être sexuellement expérimentés avant la formation vocale. Ceci est accompli en plaçant un rat femelle qui présente des signes de réceptivité sexuelle (dardant, lordose, l&#39;oreille se tortillant) en cage du mâle jusqu&#39;à ce que les montages hommes et éjacule. Les mâles peuvent pas monter au cours des premières séances, et la femelle peut être retiré après masculins montre l&#39;intérêt de la femelle par inhalation et / ou chasser la femelle autour de la cage. Sexuellement vivons est faite une fois par jour pendant deux semaines. Cette période donne aussi l&#39;occasion pour les rats à s&#39;habituer à l&#39;expérimentateur (s) et salle d&#39;enregistrement. Une limitation de cette méthode est la détermination subjective du type de vocalisation. De plus, ce facteur limite la vitesse de collecte des données, chaque appel doit être examiné de façon indépendante et manuellement classés. S&#39;ajoute à cela l&#39;importance d&#39;avoir des évaluateurs expérimentés qui ont été systématiquement formés à l&#39;identification de vocalisation. Tant la fiabilité intra et inter-évaluateurs devraient être évaluées dans votre propre laboratoire. En résumé, les vocalisations ultrasoniques chez les rongeurs sont utilisés dans de nombreux modèles différents pour étudier les relations cerveau-comportement, y compris les états émotionnels, la récompense et la dépendance, et des états pathologiques, tels que l&#39;autisme. 6,14-16 Cette nouvelle méthode est un moyen d&#39;étudier les mécanismes sous-jacents ciblés de formation vocale pour le traitement des déficits voix dans le vieillissement et la maladie de Parkinson. Cette méthode a le potentiel pour être appliqué à d&#39;autres modèles de maladies qui affectent la communication et la voix.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nom </th><th> Société </th><th> Numéro de catalogue </th></tr><tr><td> Condensateur à ultrasons micro CM16/CMPA </td><td> Bioacoustique Avisoft </td><td> 40011 </td></tr><tr><td> UltraSoundGate 116Hb </td><td> Bioacoustique Avisoft </td><td> 41161 </td></tr><tr><td> Avisoft-ENREGISTREUR </td><td> Bioacoustique Avisoft </td><td> 10201 </td></tr><tr><td> Avisoft-SASLab Pro </td><td> Bioacoustique Avisoft </td><td> 10101 </td></tr></tbody></table>

targeted training of ultrasonic vocalizations in aged and parkinsonian rats

Voix déficits sont une complication fréquente de la maladie de Parkinson à la fois (PD) et le vieillissement, ils peuvent diminuer de façon significative la qualité de vie en impactant les capacités de communication 1, 2 formations ciblées (discours / thérapie vocale) peut améliorer les déficits voix spécifique, 3, 4, bien que l&#39;. mécanismes sous-jacents des interventions comportementales ne sont pas bien comprises. Investigation systématique des déficits voix et le traitement doit considérer plusieurs facteurs qui sont difficiles à contrôler chez les humains, comme l&#39;âge, le milieu familial, l&#39;âge post-apparition de la maladie, la sévérité de la maladie et les médicaments. La méthode présentée ici utilise un modèle animal de la vocalisation, qui permet pour l&#39;étude systématique de la manière sous-jacente sensori mécanismes de changement avec la formation vocale ciblées. Les procédures d&#39;enregistrement et d&#39;analyse par ultrasons décrits dans le présent protocole sont applicables à toute enquête sur les vocalisations des rongeurs à ultrasons. Les vocalisations ultrasoniques des rongeurs sont en train de devenir un modèle précieux pour enquêter sur les substrats neuronaux de comportement. 5-8 Les rongeurs et les vocalisations humains portent une valeur sémiotique et sont produites en modifiant un flux d&#39;air egressive avec une constriction du larynx. 9, 10 Ainsi, les vocalisations des rongeurs peut être un modèle utile pour étudier les déficits voix dans un contexte sensori-moteur. En outre, des modèles de rats nous permettre d&#39;étudier les fondements neurobiologiques de la reprise des déficits avec des formations ciblées. Pour le modèle que nous utilisons PD rats Long-Evans (Charles River Laboratories International, Inc) et induire un syndrome parkinsonien perfusion unilatérale de 7 pg de 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans le faisceau médial du télencéphale qui provoque une dégénérescence modérée à sévère de présynaptique les neurones du striatum (voir détails Ciucci, 2010). 11, 12 Pour notre modèle de vieillissement, nous utilisons le procédé Fischer 344/Brown Norvège F1 (National Institute on Aging). Notre principale méthode pour susciter des vocalisations est d&#39;exposer sexuellement expérimentés rats mâles sexuellement réceptifs rats femelles. Quand le mâle devient intéressé par la femelle, la femelle est retirée et le mâle continue à vocaliser. En récompensant les vocalisations complexes avec de la nourriture ou l&#39;eau, à la fois le nombre de vocalisations complexes et le taux de vocalisations peut être augmenté (figure 1). Un microphone à ultrasons montés au-dessus de la cage du mâle enregistre les vocalisations. L&#39;enregistrement commence après le rat femelle est retirée pour isoler les appels des hommes. Vocalisations peuvent être visualisés en temps réel pour la formation ou enregistrés et analysés hors ligne. En enregistrant et en analysant les vocalisations acoustique avant et après une formation de chant, les effets de la maladie et du rétablissement des fonctions normales de la formation peuvent être évalués. Ce modèle nous permet aussi de relier le comportement observé (vocal) des améliorations à des changements dans le cerveau et le système neuromusculaire.

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Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Troubles de la voix sont débilitants dans le vieillissement et la maladie de Parkinson. Les vocalisations ultrasoniques des rats, également touchés par ces conditions, peuvent être utilisés pour étudier ces troubles de la voix, leurs substrats neuronaux, et la nature de la récupération fonctionnelle avec une intervention comportementale.

Formation ciblée des vocalisations ultrasoniques chez les rats âgés et les parkinsoniens

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

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JoVE Journal

Neuroscience

19.6K vues.  University of Wisconsin. Troubles de la voix sont débilitants dans le vieillissement et la maladie de Parkinson. Les vocalisations ultrasoniques des rats, également touchés par ces conditions, peuvent être utilisés pour étudier ces troubles de la voix, leurs substrats neuronaux, et la nature de la récupération fonctionnelle avec une intervention comportementale.

Vidéo: 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.

Évaluation de vocalisations ultrasoniques Pendant médicaments auto-administration chez le rat

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

Recherche

Neurosciences

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.

Cinématique et détermination Ground Force de réaction: Une démonstration Abilities locomoteur Quantification des jeunes adultes, d&#39;âge moyen, et Rats gériatrique

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.

Une méthode générale pour l&#39;évaluation d&#39;incubation du désir saccharose chez les 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 ...

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.

Marquage fluorescent rétrograde Permet ciblée extracellulaire seule unité d&#39;enregistrement de neurones identifiés<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.

Utilisation de neuro-imagerie fonctionnelle par ultrasons rupture de la barrière hémato-encéphalique et le manganèse-IRM

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.

Fluorescence et bioluminescence imagerie des Subcellular Ca<sup&gt; 2+</sup&gt; In Aged neurones de l&#39;hippocampe

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.

Extraction séquentielle de soluble et insoluble alpha-synucléine de Brains parkinsoniens

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.

Un Test objectif et reproductible d’apprentissage olfactif et de la Discrimination chez les souris

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.

La formation axée sur l’activité sur un tapis roulant avec la moelle épinière blessée des Rats 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.

Mesurer l’apprentissage statistique dans toutes les modalités et domaines des enfants d’âge scolaire via une plate-forme en ligne et des techniques de neuroimagerie