Sostenuto dal National Institutes of Health (dell&#39;NIDCD, P30-DC010754, T32-DC009401).

1. Pre / Post-formazione Recordings <ol><li> Iniziare il monitoraggio ad ultrasuoni con Avisoft Recorder utilizzando la configurazione mostrata in Figura 2. </li><li> Vocalizzazioni ultrasoniche possono essere monitorati sia visivamente osservando in tempo reale spettrogramma, o foneticamente con le cuffie collegato alla interfaccia di registrazione ultrasuoni. </li><li> Inserire una sessualmente ricettiva (in estro) ratto femmina nella gabbia casa del topo soggetto maschile. I segni di estro comprendono lordosi, orecchio dimenando, e rapida guizzanti. Le femmine in estro suscitare più vocalizzi da maschi che le femmine non sessualmente ricettiva. </li><li> Dopo che il maschio ha mostrato interesse per il sesso femminile (ad esempio, sniffing, inseguire, e / o montaggio), togliere la femmina e registrare vocalizzazioni del maschio per 1-2 minuti. </li><li> Se il maschio non vocalizzare immediatamente, brevemente riportare il ratto femmina a casa gabbia del maschio per stimolare la vocalizzazione. </li></ol> 2. Formazione vocale <ol><li> Iniziare il monitoraggio ad ultrasuoni con Avisoft Recorder usando la stessa configurazione mostrata in Figura 2. </li><li> Posizionare il topo maschio nella sua gabbia casa sotto il microfono. </li><li> Metti un topo femmina nella gabbia del maschio a casa. Come affermato in precedenza, il ratto femmina dovrebbe essere in estro per massimizzare la risposta vocalizzazione dal maschio. </li><li> Una volta che il maschio ha mostrato interesse per la femmina rimuovere la femmina. </li><li> Subito dopo il maschio produce la vocalizzazione bersaglio, premiare contemporaneamente con un solo clic penna e una breve presentazione della bottiglia di acqua o di trattare cibo. Inizialmente, ogni 50-kHz a modulazione di frequenza (Figura 5B) chiamata viene premiato. La formazione progredisce solo le stringhe sempre più complesse delle chiamate, come le stringhe da 5 a 10 chiamate in rapida successione, sono rafforzate. </li><li> Continuare la sessione di allenamento prima di aver dato 30 rinforzi. Ciò richiede in genere tra i 5 - 10 minuti. </li></ol> 3. Preparazione per l&#39;analisi acustica <ol><li> Sempre archiviare i file audio originali e apportare le modifiche e le misure su una copia di lavoro, come l&#39;analisi necessarie operazioni di filtro e la cancellazione del rumore da ciascun file. </li><li> Utilizzando la modalità batch di Avisoft SASLab Pro, filtro passa-alto di tutti i file audio da analizzare a 25 kHz per eliminare il rumore indesiderato sotto le vocalizzazioni ultrasoniche. </li><li> Per poter utilizzare la funzione di rilevamento automatico di SASLab Pro, la soglia di rumore deve prima essere determinato. Per fare questo, aprire un file audio e creare un spettrogramma utilizzando le impostazioni mostrate nella figura 3. </li><li> La visualizzazione automatica dei parametri misurazioni devono essere impostati in base alle impostazioni mostrato nella Figura 4. </li><li> Trova una zona del spettrogramma dove non ci sono chiamate o rumori, questo è il rumore di fondo. </li><li> Utilizzando il &quot;automatico (soglia unica)&quot; opzione, impostare la soglia nella sezione Elemento separazione dei box automatico dei parametri di configurazione di dialogo Misure a poco sopra il rumore di fondo regolando la linea nera nella finestra dello spettro di potenza al di sopra del spettrogramma. Nella Figura 4, la soglia è stata fissata a -55 dB. </li><li> Nella parte inferiore della finestra di dialogo, impostare il &quot;Rifiuta se ampiezza di picco è inferiore al&quot; valore di 1 dB sotto la soglia trovato nel passaggio precedente. Questi due valori devono ora essere utilizzato per tutti i file audio analizzati, assumendo tutte le impostazioni di registrazione erano gli stessi. </li></ol> 4. Vocalizzazione di identificazione <ol><li> Per etichettare le vocalizzazioni utilizzando la soglia automatica cui sopra, prima creare un spettrogramma con le impostazioni di cui sopra. </li><li> Cancellare manualmente qualsiasi rumore che soddisfi i seguenti criteri: 1) è stato erroneamente identificato come una vocalizzazione, 2) sta influenzando la discriminazione di inizio e / o alla fine del vocalizzazione, e / o 3) è stato erroneamente identificato come il più alto o frequenza più bassa nella vocalizzazione (indicato dalle linee superiore e inferiore rosso, rispettivamente). In alternativa, la start / stop volte delle etichette vocalizzazione può essere regolata manualmente dopo la creazione di etichette permanenti al punto 4.5. Influiscano sulle misurazioni del rumore di alta e bassa frequenza, tuttavia, deve essere cancellata manualmente. </li><li> In alcuni casi una vocalizzazione non sarà in grado di essere separata dai rumori circostanti, come il suono di biancheria da letto durante la locomozione. In questi casi, la chiamata non può essere accuratamente analizzati e dovrebbero essere cancellate. </li><li> Una volta che tutte le vocalizzazioni sono stati identificati, cancellare definitivamente cancellato le sezioni del spettrogramma del file audio, selezionando &quot;Rimuovi sezioni spettrogramma cancellato dalla forma d&#39;onda ...&quot; dal menu a discesa Strumenti. Se questo comando non viene eseguito prima del spettrogramma è chiuso, cancellando tutto il lavoro sarà perso. </li><li> Creare etichette permanente nel file audio cliccando sul tasto &#39;modifica&#39; nella sezione Elemento separazione della finestra di configurazione automatica dei parametri misure. </li><li> Visivamente ed acusticamente rivedere ogni vocalizzazione etichettati in modo da determinare la sua categoria: semplice, frequenza modulata (FM), o armonica. Culoign l&#39;etichetta appropriata utilizzando il testo predefinito-moduli. Esempi di ogni categoria vocalizzazione sono mostrati in figura 5. </li><li> Chiudere il spettrogramma, salvare il file audio, e continuare con il file audio successivo da analizzare. </li></ol> 5. Misure acustiche <ol><li> Dopo vocalizzazioni in tutti i file audio sono stati identificati, utilizzare lo strumento di elaborazione batch (Strumenti: Batch Processing) per misurare automaticamente i parametri acustici di tutti i file. </li><li> Nella finestra di dialogo di elaborazione batch, selezionare &quot;Misure parametri Automatico&quot; dal menu a discesa. </li><li> Selezionare il &quot;processo di tutti i file nella cartella selezionata&quot; checkbox quindi fare clic sul pulsante &quot;cartella&quot; e selezionare la cartella dove sono salvati i file audio. </li><li> Fare clic su &quot;Start&quot; e ogni file verrà automaticamente analizzati secondo le ultime impostazioni utilizzate nella casella di misurazione automatica di dialogo dei parametri di configurazione. </li><li> Le misure saranno salvati in un file di testo che può essere definita utilizzando i parametri DDE / comando File log Setting. Questo file di testo può essere importato in un programma per l&#39;analisi statistica. </li></ol> 6. Rappresentante dei risultati: Vocalizzazioni ultrasoniche dei ratti sono influenzati dalle variazioni fisiologiche legate all&#39;invecchiamento e 6-OHDA modelli di malattia di Parkinson 13 Di solito, noi vediamo una riduzione della qualità delle vocalizzazioni ad ultrasuoni caratterizzato da una riduzione dei seguenti parametri acustici quantitativi:. Larghezza di banda, frequenza di picco, durata , e l&#39;intensità. La Figura 6 mostra le vocalizzazioni modulazione di frequenza di un topo nel modello PD in tre momenti diversi: basale, dopo l&#39;induzione della malattia di Parkinson, e dopo l&#39;allenamento vocalizzazione. Nella condizione di PD, la chiamata mostra una riduzione della larghezza di banda, durata e intensità. Inoltre, la modulazione di frequenza è diventata irregolare. Oltre alla degradazione di specifici parametri acustici, anche noi osserviamo la complessità generale meno nei tipi di vocalizzazioni prodotte in ratti anziani e parkinsonismo. Ad esempio, dopo l&#39;induzione della malattia di Parkinson un ratto produce un maggior numero di chiamate semplice e richiede un minor numero di frequenza modulata. Formazione vocalizzazione seguenti, molti parametri acustici, come la durata e l&#39;intensità, i livelli basali approccio e il numero di chiamate aumenta complesso (Figura 6). Ratti anziani manifestano degrado simile di parametri acustici nella loro vocalizzazioni ultrasoniche. Attualmente stiamo studiando gli effetti della formazione vocale in ratti anziani. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig1.jpg" alt="Figura 1"/> Figura 1. Numero di vocalizzazioni per sessione (target soddisfatti da tutti i topi ogni settimana) e tasso di vocalizzazione (errore di media e standard in figura) sia aumentare nel corso di un periodo di 6 settimane di formazione in un gruppo di due giovani (9 mesi) e vecchi (32 mo) Fischer 344/Brown Norvegia topi F1. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig2.jpg" alt="Figura 2"/> Figura 2 vocalizzazioni rappresentante di ciascuna delle tre categorie di 50 kHz vocalizzazioni;. (A) semplice, (B) a modulazione di frequenza, e (C) armonica. <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig3.jpg" alt="Figura 3"/> Figura 3. Rappresentante a modulazione di frequenza vocalizzi da un singolo ratto (A) al basale, (B) post-PD induzione, e (C) formazione dopo vocalizzazione.

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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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Gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti in conformità alle linee guida e regolamenti stabiliti dalla Politica Public Health Service on umanitaria Care ed uso di animali da laboratorio, la guida NIH per la cura e l&#39;uso di animali da laboratorio, e l&#39;atto benessere degli animali. Il protocollo di impiego di animali è stato approvato dalla cura degli animali e del Comitato Istituzionale uso (IACUC) della University of Wisconsin-Madison School of Medicine e Sanità Pubblica.

Vocalizzazioni ultrasoniche nei ratti sembrano essere vulnerabili a processi di invecchiamento e le malattie, come il morbo di Parkinson. Queste vocalizzazioni ultrasoniche forniscono un modello di comportamento della funzione vocale, inclusi i deficit che accompagnano i cambiamenti fisiologici a causa di malattie e invecchiamento. Inoltre, i cambiamenti acustici ad ultrasuoni in vocalizzazioni sono facilmente misurabili e quantificati. Inoltre, vocalizzazioni ultrasoniche possono essere modificati attraverso interventi comportamentali. Pertanto, vocalizzazioni topo ad ultrasuoni forniscono un utile modello per studiare l&#39;impatto della malattia, l&#39;invecchiamento, e gli interventi terapeutici su entrambi i comportamenti e alla base dei meccanismi neurobiologici. Il nostro metodo di addestramento vocale utilizza uno stimolo condizionato (un clic), associato ad un rinforzo positivo (un trattamento acqua o cibo ricompensa). Il click seguita dalla ricompensa è usato per rinforzare vocalizzazioni di complessità crescente. Definiamo vocalizzazioni complesse, come quelle che contengono un &quot;trillo&quot; (a modulazione di frequenza) componente (Figura 5B) rispetto a quelli che sono &quot;piatti&quot; e mantenere una singola frequenza (Figura 5A). Questo componente a modulazione di frequenza è facilmente identificabile per il suo aspetto sinusoidale. Mentre il 50-kHz vocalizzazioni possono essere completamente sinusoidale (Figura 5B), è comune incontrare più complesse 50-kHz vocalizzazioni che consistono in parte di questa componente a modulazione di frequenza, nonché di un salto di grandi dimensioni in frequenza o di un componente breve piana. Queste vocalizzazioni più complesse possono avere pause brevi, inferiori a 10 ms tra i componenti, ma sono considerati una vocalizzazione singolo. Anche se più dettagliate sotto-classificazione di queste vocalizzazioni è possibile in linea, 14 classifichiamo tutti i 50-kHz vocalizzazioni che contiene un componente di frequenza modulata così complesso per ridurre la necessità di linea classificazione soggettiva e ridurre la variabilità di rinforzo. In laboratorio proprio, è importante scegliere come i dati vengono classificati e analizzati secondo un disegno di studio appropriato per lo scopo dello studio. Ci sono molti fattori da considerare quando si utilizza questo protocollo. Prima di tutto, nonostante l&#39;omogeneità genetica e coerenza procedurale, i ratti hanno una risposta variabile alla formazione. Alcuni ratti naturalmente vocalizzare più di altri, 5 o sono motivati ​​da esposizione ad una più femminile che da una ricompensa in cibo o acqua. Un modo per tenere conto di questa variabilità è esaminando la variazione di parametri acustici da vocalizzazioni base ratti individuali &#39;ai loro post-lesione e post-formazione vocalizzazioni. Anche se non discussi in questo protocollo, abbiamo anche test comportamentali per quantificare interesse per il sesso femminile, come la latenza per il montaggio. Inoltre, a seconda dell&#39;età e del livello di attività di un singolo ratto, un alto filo può essere necessario sulla gabbia a casa durante l&#39;allenamento per evitare la fuga. Nonostante la variabilità individuale, abbiamo utilizzato con successo questo protocollo su una varietà di ceppi e di età per migliorare vocalizzazioni rispetto al basale di ogni ratto individuo. I ratti sono sensibili ai cambiamenti apparentemente piccoli nell&#39;ambiente, come profumi, la temperatura e il personale. Uno sforzo dovrebbe essere fatto per evitare profumati per la cura personale, quali lozioni, prodotti per capelli e profumi. Prima di tentare di formazione, un individuo deve essere confortevole e interagire con la gestione ratti. Inoltre, tutte le incongruenze del personale o ambiente possono influenzare la risposta vocalizzazione dei topi &#39;. Poiché i topi sono animali notturni, dovrebbero essere tenuti al ciclo di luce invertito per consentire la formazione si svolgono durante la porzione scura del loro ciclo, quando sono più attivi. Noi illuminare la nostra sala corsi con luci rosse. Inoltre, se una ricompensa acqua viene utilizzata durante l&#39;addestramento, i ratti dovrebbero avere accesso limitato all&#39;acqua. I nostri topi sono acqua limitato per 21 ore prima della sessione di allenamento. Tre ore di esposizione acqua è stata determinata dalla nostra Animal Care Comitato Istituzionale e Usa di essere il meno restrittivo periodo di tempo che ha permesso all&#39;acqua di essere utile come rinforzo nei nostri studi comportamentali senza presentare un compromesso sostanziale alla salute degli animali o il benessere. I ratti hanno accesso ad acqua in momenti casuali (10 minuti a 30 minuti) dopo l&#39;allenamento e, successivamente, hanno libero accesso ad acqua per tre ore durante la porzione scura del loro ciclo di luce. I ratti devono essere ispezionati ogni giorno per i segni di disidratazione e pesava ogni due giorni per assicurare non c&#39;è una significativa (superiore al 10%), perdita di peso. Una restrizione alimentare non è necessaria se si utilizza un piacere il cibo come ricompensa. Tratta, specifici del ratto sono disponibili in commercio, ma abbiamo trovato un piccolo pezzo di un cereale zuccherino di essere una ricompensa efficace. Come accennato in precedenza, ratti femmine in estro ottenere una risposta vocalizzazione superiore di maschi rispetto alle donne non sessualmente ricettiva. Mantenendo un elevato numero di femmine nella colonia, c&#39;è un&#39;alta probabilità che aalmeno una femmina sarà in estro in un dato giorno. Tuttavia, estro può anche essere indotta farmacologicamente nelle femmine di ratto da iniettare per via sottocutanea 10 mg di β-estradiolo a 0,1 cc di olio di sesamo sterile 48 ore prima della formazione seguita da 500 mg di progesterone in olio di sesamo 0,1 cc sterile 4 ore prima formazione. Inoltre, i ratti maschi che sono ingenui a ratti femmina deve essere sessualmente sperimentato prima formazione vocale. Ciò si ottiene inserendo un topo femmina che si mostrano segni di recettività sessuale (guizzanti, lordosi, dimenando orecchio) nella gabbia del maschio a casa fino a quando i monti maschile e eiacula. I maschi non possono montare durante le prime sessioni e la femmina può essere rimosso dopo l&#39;interesse maschile mostra nella femmina da sniffare e / o inseguire la femmina intorno alla gabbia. Sessualmente vivendo è fatto una volta al giorno per due settimane. Questo periodo di tempo offre anche l&#39;opportunità per i ratti di abituarsi allo sperimentatore (s) e sala di registrazione. Una limitazione di questo metodo è la determinazione soggettiva del tipo di vocalizzazione. Inoltre, questo fattore limita la velocità di raccolta dei dati, come ogni chiamata deve essere esaminata in maniera indipendente e classificati manualmente. A questo si collega l&#39;importanza di avere valutatori esperti che sono stati costantemente addestrati nell&#39;identificazione vocalizzazione. Sia l&#39;affidabilità intra ed inter-rater dovrebbero essere valutati nel vostro laboratorio. In sintesi, vocalizzazioni ultrasoniche nei roditori sono utilizzati in diversi modelli per lo studio del cervello-comportamento rapporti, compresi gli stati emotivi, ricompensa e dipendenza, e stati patologici, come l&#39;autismo. 6,14-16 Questo nuovo metodo è un modo per studiare la meccanismi alla base mirata formazione vocale per il trattamento del deficit voce in invecchiamento e malattia di Parkinson. Questo metodo ha il potenziale per essere applicate a modelli di altre malattie che colpiscono la comunicazione e la voce.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nome </th><th> Azienda </th><th> Numero di catalogo </th></tr><tr><td> Microfono a condensatore ad ultrasuoni CM16/CMPA </td><td> Avisoft bioacustica </td><td> 40011 </td></tr><tr><td> UltraSoundGate 116Hb </td><td> Avisoft bioacustica </td><td> 41161 </td></tr><tr><td> Avisoft-REGISTRATORE </td><td> Avisoft bioacustica </td><td> 10201 </td></tr><tr><td> Avisoft SASLab-Pro </td><td> Avisoft bioacustica </td><td> 10101 </td></tr></tbody></table>

targeted training of ultrasonic vocalizations in aged and parkinsonian rats

Deficit vocali sono una complicazione comune delle due morbo di Parkinson (PD) e l&#39;invecchiamento, possono diminuire in modo significativo la qualità della vita di impatto capacità di comunicazione 1, 2 di formazione mirata (voce / terapia voce) può migliorare deficit voce specifica, 3, 4, anche se l&#39;. meccanismi alla base di interventi comportamentali non sono ben compresi. Indagine sistematica del deficit voce e la terapia dovrebbero prendere in considerazione molti fattori che sono difficili da controllare negli esseri umani, quali l&#39;età, ambiente familiare, età dopo la comparsa della malattia, gravità della malattia, e farmaci. Il metodo qui presentato utilizza un modello animale di vocalizzazione che permette lo studio sistematico di come cambiare i meccanismi alla base sensomotoria con la formazione vocale mirata. Le procedure di registrazione ad ultrasuoni ed analisi di cui al presente protocollo sono applicabili a qualsiasi indagine di vocalizzazioni roditori a ultrasuoni. Le vocalizzazioni ultrasoniche di roditori stanno emergendo come un modello valido per indagare i substrati neurali del comportamento. 5-8 Sia roditori e vocalizzazioni umani portano valore semiotico e sono prodotte da un flusso d&#39;aria modificando egressive con una costrizione della laringe. 9, 10 Così, vocalizzazioni roditore può essere un utile modello per lo studio deficit voce in un contesto sensomotorio. Inoltre, i modelli di topo ci permettono di studiare le basi neurobiologiche di recupero da deficit di formazione mirata. Per modellare PD usiamo lungo Evans ratti (Charles River Laboratories International, Inc.) e indurre parkinsonismo da un&#39;infusione unilaterale di 7 mg di 6-idrossidopamina (6-OHDA) nel fascio mediale del proencefalo che provoca la degenerazione da moderata a grave presinaptico neuroni dello striato (per dettagli vedere Ciucci, 2010). 11, 12 Per il nostro modello di invecchiamento usiamo il Fischer 344/Brown Norvegia F1 (National Institute on Aging). Il nostro metodo principale per suscitare vocalizzazioni è quello di esporre ratti maschi sessualmente esperti a ratti femmina sessualmente recettiva. Quando il maschio si interessa nella femmina, la femmina viene rimosso e il maschio continua a vocalizzare. Ricompensando vocalizzazioni complesse con cibo o acqua, sia il numero di vocalizzazioni complesse e il tasso di vocalizzazioni può essere aumentata (Figura 1). Un microfono ad ultrasuoni montato sopra gabbia a casa del maschio registra le vocalizzazioni. La registrazione inizia dopo il ratto femmina viene rimosso per isolare le chiamate maschile. Vocalizzazioni possono essere visualizzati in tempo reale per la formazione o registrate e analizzate in linea. Con la registrazione e analisi acustica vocalizzazioni prima e dopo l&#39;allenamento vocale, gli effetti della malattia e il ripristino della funzione normale con l&#39;allenamento può essere valutata. Questo modello ci permette anche di mettere in relazione il comportamento osservato (vocal), miglioramenti ai cambiamenti nel cervello e nel sistema neuromuscolare.

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Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Disturbi vocali sono debilitanti in invecchiamento e la malattia di Parkinson. Le vocalizzazioni ultrasoniche dei ratti, anche affetti da queste condizioni, può essere utilizzato per studiare questi disturbi vocali, i loro substrati neurali, e la natura di recupero funzionale con l&#39;intervento comportamentale.

Formazione mirata delle vocalizzazioni ultrasoniche in ratti anziani e Parkinson

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

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.6K Views.  University of Wisconsin. Disturbi vocali sono debilitanti in invecchiamento e la malattia di Parkinson. Le vocalizzazioni ultrasoniche dei ratti, anche affetti da queste condizioni, può essere utilizzato per studiare questi disturbi vocali, i loro substrati neurali, e la natura di recupero funzionale con l'intervento comportamentale.

Video: 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.

Valutazione di vocalizzazioni ultrasoniche Durante Drug autosomministrazione in topi

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

Ricerca

Neuroscienze

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.

Cinematica e di reazione Determinazione terra Force: Un Quantificazione Abilità Dimostrazione Locomotore di Giovane adulto, mezza età, e Ratti geriatrica

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 metodo generale per la valutazione di incubazione della brama di saccarosio in ratti

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.

Retrograda Etichettatura fluorescente Consente mirata extracellulare singola unità di registrazione da parte dei neuroni identificati<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.

Neuroimaging funzionale con l&#39;impiego dell&#39;ecografia emato-encefalica e la barriera di Turbativa del Manganese-enhanced MRI

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.

Fluorescenza e bioluminescenza di subcellulare Ca<sup&gt; 2+</sup&gt; In Aged neuroni dell&#39;ippocampo

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.

Estrazione sequenziale di solubile e insolubile sinucleina alfa da Brains parkinsoniani

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 prova oggettiva e riproducibile di apprendimento olfattivo e discriminazione nei topi

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.

Corsi di formazione basati su attività su un tapis roulant con midollo spinale feriti ratti 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.