この作品は、NIHの助成金RO1DA014640と3R01DA014640 - 05S1、テキサスVPリサーチオフィス（CLD）、NIDA医薬品供給プログラムの大学、およびテキサス大学アルコールのためのワゴナーセンターとアディクション研究所ブルースジョーンズ大学院フェローシップ（EYM）によって資金を供給されています。我々はUSV、データ解析での支援のためにリアMcAleer、モハメドアブダラ、Neha Thakore、バイロンバークスデール、ティファニーグエン、天天、ハンターオーウェン、Proy Phongsawad、ヘレンリード、レイチェルChavana、リンダチュとロージーマドックスに感謝。

*=重要なポイント<ol><li>よく扱わ雄Sprague - Dawleyラットは、食品の報酬（;バイオ- SERV、フレンチ、ニュージャージー州45mgのシュークロースのペレット）とレバー押すように訓練されています。 </li><li> *静脈カテーテルは、ステンレス鋼カニューレ（プラスチックOne、VA）およびシラスティックチューブから構成されている。ラットは、薬物自己投与できるように、頸静脈カテーテル挿入手術を受ける。手術後、カテーテルの開存性は、毎日0.9％生理食塩水、ヘパリンとTimentin溶液0.1 mlで洗浄によって維持されます。 </li><li>コカイン（NIDA薬の在庫と供給と制御プログラム、RTIインターナショナル、リサーチトライアングルパーク、ノースカロライナ州）この実験で使用されているが、動物の重み（0.75 mg / kg体重/注入に応じて適切な投与量の濃度の等張食塩水（0.9％）に溶解し、 ）ので、それぞれの注入が0.1 mlとすること。対照動物は、同じボリューム/注射で生理食塩水を受けた。 </li><li> *薬の自己投与に用いる装置は、家と刺激ライトとphotobeamsの3セットを搭載したシングルレバーオペラントチャンバー（28 × 22 × 21センチ）で構成されています。オペラントチャンバーは大きなチャンバー（メッド関連、セントオールバンズ、VT）は、ノイズと外光を制限するために音が減衰内に収容されている。管理セッション中に、動物は静脈内コカイン液（0.75 mg / kg体重/注入）または滅菌生理食塩水のいずれかを含む電動ポンプ（Razel科学機器、モデル、セントオールバンズ、VT）に搭載された注射器にチューブを介して接続された。それぞれのレバーを押してから、レバー上の刺激ライトは、コカインや生理食塩水は、6秒の注入時間かけて投与される。自発運動はphotobeam中断の数として評価される。薬物自己投与プログラムが制御され、および行動反応（例えば、レバーの反応と自発運動）メッドPCソフト（メッドアソシエーツ）を装備メッドPentiumコンピュータを使用して記録されます。 </li><li> *検出し、記録USVs、超音波マイクには、データ集録ハードウェア、レコーディングソフトウェア（Avisoftの生物音響学、ベルリン、ドイツ）とPCのコンピュータシステムが必要である。現在の実験では、超音波マイク（周波数応答の範囲= 10 - 100 - kHz）がしっかりとオペラントチャンバーの中央にマウントされます。マイクはオペラントチャンバーとの録音の外にあるデータ集録ハードウェア（Avisoft - Ultrasoundgate）に接続されています（のDell OptiPlex GX270、Windows XP Professionalを、インテル（R）Pentium（R）4 CPU、2.60 GHzの、PCのコンピュータシステム上で収集されます1 GB RAM）は、レコーダー、マルチチャンネルのレコーディングソフトウェア（Avisoftの生物音響学）を使用。 </li><li>次のように*各薬剤self-administration/USVのレコーディングセッションの進行： <ol class="lalpha"><li>動物は静​​かに自分のホームケージから取り出され、その留置静脈カテーテルは、可能なカテーテルの誤動作を検出するためにヘパリン生理食塩水の0.05 mlをフラッシュされます。 </li><li> *のラットは、自己管理セッション中にいずれかの薬物や車両管理を可能にするオペラントチャンバーに取り付けられたスイベルに接続されています。動物を静かに操作室に配置され、ドアが静かに閉じられます。薬物自己投与プログラム（メッドPC）とUSVの録音ソフトウェア（レコーダー）は、2つの別々のコンピュータシステム上に配置されている。したがって、USVの検出とオペラントチャンバー内での行動をリンクできるようにするために、両方のプログラム（例えば、コンピュータの場所に応じて、2人が必要になる場合があります）を同時に起動する必要があります。 </li><li> *個々のUSVsが記録され、セッション全体にわたって連続してタイムスタンプ。オペラントチャンバー内のイベントを制御し、記録MedPCプログラムは、どの仕様書に書き込むことができます。 MedPCプログラムは自動的にセッションの終了時に閉じます。 USVの録音は、USV録音専用のコンピュータシステム上で手動で停止する必要があります。 </li><li>セッションの最後に、動物が静かに、オペラントチャンバーから取り出したスイベルから切断し、0.05 mlとフラッシュされると、薬剤の残留物からカテーテルをクリアするために生理食塩水ヘパリン化。 </li></ol></li><li> *物流を目的とした、我々はUSVの分析（デルのOptiPlex 745は、Windows XP Professional、インテ​​ル（R）Core（TM）、2 CPU、2.40 GHzの、2 GBのRAM）に別々のコンピュータシステムを使用するが、解析するソフトウェアにもすることができます録音ソフトウェアと同じコンピュータシステム上にインストール。 USVの分析は、精度を確保するため慎重に行う必要があります。 <ol class="lalpha"><li> * SASLabプロ解析ソフトウェア（Avisoftの生物音響学、ベルリン、ドイツ）が記録されたUSVsが見えるとspectogramに表示されている人間の実験者のための可聴にすることができます。 </li><li> *利用可能な構成設定を使用して、結果として得られるspectogramは個々の好みに変更することができます。さらに、低周波数（例えば、オペラントチャンバーのファンによって生成される）のバックグラウンドノイズは、ソフトウェアが自動的にspectogramでその周波数以上の音を検出できるように切り出すことができる。これらの関数は、データの解析を支援評価するためにサウンドファイルが短くなり、高速化することによりとして。 </li><li> USVsと同じ周波数でのバックグラウンドノイズは時々スペクトログラムで検出されています。サウンドファイルが。wavファイルとして記録されるので、研究者は、バックグラウンドノイズからUSVsを確認し、区別するために、評価時のサウンドファイルを聴くために必要がある。 </li><li> *分析ソフトウェアは、呼び出し周波数、帯域幅、期間、および放出されるUSVの正確な時間などのパラメータを使用してExcelファイルを作成することができます。薬は自己投与される前または後に、後者は、正確な時間にUSVsの相関を可能にする。これはUSVsは、実験手順の実行中に特定のインスタンスでは、ラットの感情的な反応のリアルタイム測定として使用することができます。 </li></ol></li></ol>代表的な結果： <img src="/files/ftp_upload/2041/2041fig1.jpg" alt="図1" /> 図1：22 kHzの範囲で22 kHzの範囲のSpectogram表示USVロング呼び出しは、嫌悪刺激と一緒に誘発され、負の感情の状態を反映すると考えられている。 <img src="/files/ftp_upload/2041/2041fig2.jpg" alt="図2" /> 図2：50 kHzのUSVsのSpectogramディスプレイショート&quot;フラット&quot;と&quot;周波数変調&quot;50 kHzのUSVsを見越してとコカインの自己投与中に誘発されています。彼らは肯定的な影響に関連付けられています。 <img src="/files/ftp_upload/2041/2041fig3.jpg" alt="図3" /> 図3：コカイン誘発50 kHzの範囲のUSVsグラフは、コカインの自己投与の5日目の代表的なラットにおける自己管理コカインの注射（0.75 mg / kg体重/ INJ）の前と後の誘発USVs（10秒のビン）を示していますセッション。すぐにオペラントチャンバー内に配置した後と前にコカインの可用性に、コカイン、予期USVsが惹起され、自己投与の間に、コカイン誘発USVsが排出された。

<ol>
	<li>Brudzynski, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Communication+of+adult+rats+by+ultrasonic+vocalization:+biological,+sociobiological,+and+neuroscience+approaches.">Communication of adult rats by ultrasonic vocalization: biological, sociobiological, and neuroscience approaches.</a> ILAR J. 50 (1), 43-43 (2009).</li><li>Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+vocalizations+as+indices+of+affective+states+in+rats.">Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats.</a> Psychol Bull. 128 (6), 961-961 (2002).</li><li>Wohr, M., Schwarting, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maternal+care,+isolation-induced+infant+ultrasonic+calling,+and+their+relations+to+adult+anxiety-related+behavior+in+the+rat.">Maternal care, isolation-induced infant ultrasonic calling, and their relations to adult anxiety-related behavior in the rat.</a> Behav Neurosci. 122 (2), 310-310 (2008).</li><li>Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anticipation+of+play+elicits+high-frequency+ultrasonic+vocalizations+in+young+rats.">Anticipation of play elicits high-frequency ultrasonic vocalizations in young rats.</a> J Comp Psychol. 112 (1), 65-65 (1998).</li><li>Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neurobiology+of+positive+emotions.">The neurobiology of positive emotions.</a> Neurosci Biobehav Rev. 30 (2), 173-173 (2006).</li><li>Mu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+cocaine+exposure+induces+sensitization+of+ultrasonic+vocalization+in+rats.">Repeated cocaine exposure induces sensitization of ultrasonic vocalization in rats.</a> Neurosci Lett. 453 (1), 31-31 (2009).</li><li>Ahrens, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+intravenous+amphetamine+exposure:+rapid+and+persistent+sensitization+of+50-kHz+ultrasonic+trill+calls+in+rats.">Repeated intravenous amphetamine exposure: rapid and persistent sensitization of 50-kHz ultrasonic trill calls in rats.</a> Behav Brain Res. 197, 205-205 (2009).</li><li>Burgdorf, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurobiology+of+50-kHz+ultrasonic+vocalizations+in+rats:+electrode+mapping,+lesion,+and+pharmacology+studies.">Neurobiology of 50-kHz ultrasonic vocalizations in rats: electrode mapping, lesion, and pharmacology studies.</a> Behav Brain Res. 182 (2), 274-274 (2007).</li><li>Knutson, B., Burgdorf, J., Panksepp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-frequency+ultrasonic+vocalizations+index+conditioned+pharmacological+reward+in+rats.">High-frequency ultrasonic vocalizations index conditioned pharmacological reward in rats.</a> Physiol Behav. 66 (4), 639-639 (1999).</li><li>Anagnostaras, S. G., Schallert, T., Robinson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+processes+governing+amphetamine-induced+psychomotor+sensitization.">Memory processes governing amphetamine-induced psychomotor sensitization.</a> Neuropsychopharmacology. 26 (6), 703-703 (2002).</li><li>Ferrario, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+and+behavioral+plasticity+associated+with+the+transition+from+controlled+to+escalated+cocaine+use.">Neural and behavioral plasticity associated with the transition from controlled to escalated cocaine use.</a> Biol Psychiatry. 58 (9), 751-751 (2005).</li><li>Flagel, S. B., Robinson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+psychomotor+activating+effects+of+cocaine+in+the+rat.">Quantifying the psychomotor activating effects of cocaine in the rat.</a> Behav Pharmacol. 18 (4), 297-297 (2007).</li><li>Pierce, R. C., Kalivas, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Locomotor+behavior.">Locomotor behavior.</a> Curr Protoc Neurosci. Chapter 8 (Unit 8), 1-1 (2007).</li></ol>

利害の衝突は宣言されません。

ラットは、社会とcommunicatory機能を提供し、主観的な感情の状態の1,2を表現する超音波周波数で発声する。 22 kHzのUSVsは、フットショックの合図、捕食者の存在、嫌悪薬と社会の敗北2,3のような不安や苦痛を引き起こすイベントによってトリガされます。したがって、これらの一般的に長いUSVs（&gt; 0.3秒）は、動物の負の感情の状態を表すと考えられている。逆に、短い50 kHzのUSVs（&gt; 0.3秒）は、このような摂食、交尾や社会的遊びのような肯定的な出会い、の期待の間とで排出されるため、動物の2,4の肯定的な感情の状態にリンクされている。これらの呼び出しは、ドーパミン作動システム5の活性化に関連するイベントの強化と関連している。例えば、50 kHzのUSVsがコカイン6またはd -アンフェタミン7と以前に虐待8-10の薬とペア環境の全身注射によって誘発された増加した。 それは、げっ歯類では自発運動の増加が強化された動機と欲求行動11月14日に関連することが提案されている。しかし、この関係は最高のように間接的です。特定の周波数のUSVsの出現と持続性を研究することによって、それは薬の経験の様々な側面の感情的な影響に洞察力を得ることが可能です。 この実験では、我々はすぐに薬物自己投与セッションの実行前と実行中USVの録音を集めた。これは、私たちは直前のセッションの開始時に非薬物インターバルの間に薬の期待の開発を検討し、USVsでコカインの直接効果を評価することができました。薬物自己投与法は、ラットは直接自分の薬の摂取量の動物の制御と薬剤投与のタイミングおよび周波数の正確な予想を開発することができます。その結果、これらのセッション中に検出USVsは、薬物送達の正確な期待を反映している。さらに、USVsは、実験者、投与した薬物を投与したラットで、薬物の絶滅の試験中に、前の薬の可用性（例えば、先行USVs）にインターバル中に評価することができます。したがって、薬剤の予想、非偶発的な薬物投与や薬物禁断に関連する影響の変化も調べることができる。短期と長期の薬物暴露の過程でUSV変化の分析は、情動機能に対する薬剤の曝露の影響の詳細な解釈を提供することができる。 薬物自己投与実験に加えて、オペラントチャンバーのUSV録音はまた、アルコール飲料、食品の強化、および恐怖条件付けと絶滅プロシージャなどの報酬や嫌悪感に関連する他の行動の操作、のさまざまな目的で使用することができます。 重要な方法論の詳細 MedPCソフトウェアが正確にそのようなレバーの可用性や照明条件などの実験条件を、操作するために使用できるので、USVの記録と解析との組み合わせでの使用は、薬物関連のキューのプレゼンテーション（すなわち、光のプレゼンテーションや他の感覚刺激）の感情的な効果を可能にし、薬物摂取の直接的な効果を決定する。したがって、自己管理手順とUSVの記録のタイムラインをオーバーラップを確保するために、それは両方のソフトウェアプログラムを（例えば、MedPCとレコーダー）各セッションの開始時に同時にアクティブ化されることが重要です。 複数の動物が同時に単一のコンピュータシステムで実行された場合USVのデータ（例えば、10分のサウンドファイルは約250MBを必要とする）を格納するために必要なデジタル空間の膨大な量のため、注意が必要。記録エラーを回避するために、記録のコンピューターシステムのRAMサイズは、（1-2 GB）相当になる必要があります。記録エラーを減少させる他の方法は、記録および/または一度に実行される動物の数を減らす時にUSVの解像度を下げるなどがあります。さらに、研究者が実験手順を通じてデータの収集のあらゆる側面に警戒されていることが重要です。例えば、ハードドライブ上の記録に大量のデータの蓄積は、一時停止にUSVの録画プログラムを引き起こす可能性があります。この場合、録音プログラムはUSVのデータと他の行動措置とUSVsの脱同期の損失を避けるためにすぐに再起動する必要があります。 環境条件がUSVの呼び出しに影響を与える可能性があります。例えば、なじみのない人間による接触は、実験条件への嫌悪感として誤解される可能性が負の22 kHzの呼び出しを、放出する動物を引き起こす可能性があります。したがって、前の実験操作に集中的な処理は、行動実験の重要な側面です。さらに、新たな環境では、非固有のUSVの呼び出しを引き出すことができるので、動物は、可能であればテスト環境に馴化されるべきである。

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		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Operant Conditioning Behavior (Drug Self-administration) Test Package for Rat</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.med-associates.com/">Med Associates, Inc</a></td>
<td>MED-008-CT-B1</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Infrared Source and Detector (Photobeams)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.med-associates.com/">Med Associates, Inc</a></td>
<td>ENV-253SD ENV-253</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Med PC Software</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.med-associates.com/">Med Associates, Inc</a></td>
<td>SOF-735</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Single speed syringe pump</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Razel Scientific Instruments</td>
<td>Model R-E</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>45 mg sucrose pellets</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bio-Serv</td>
<td>F0042</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Catheter cannula</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Plastics One</td>
<td>C313G-5UP</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Avisoft-UltraSoundGate 416H</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Avisoft BioAcoustics</td>
<td>Part #34163</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Ultrasonic microphones</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Avisoft BioAcoustics</td>
<td>Part #40011</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Avisoft-RECORDER Software</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Avisoft BioAcoutics</td>
<td>Part #10302</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Avisoft-SASLab Software</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Avisoft BioAcoutics</td>
<td>Part #10101</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PC Computer for USV recording</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dell Optiplex GX270, Windows XP Professional, Intel (R) Pentium (R), 4 CPU, 2.60 GHz, 1 GB RAM</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PC Computer for USV data analyses</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dell Optiplex 745, Windows XP Professional Intel(R) Core (TM), 2 CPU, 2.40 GHz, 2GB RAM</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Cocaine</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>RTI International</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

assessment of ultrasonic vocalizations during drug self-administration in rats

薬物自己投与の手順は一般的に人間の薬物乱用、中毒と再発に関連する行動と神経化学的変化を研究するために使用されます。行動の活動の様々なタイプが一般的に動物の薬剤の動機の対策として利用されています。しかし、禁欲コカイン使用者では薬物乱用の再発の重要なコンポーネントは、それはしばしばあからさまな行動がない場合に発生するように、動物のモデルに困難である&quot;薬物渇望&quot;、です。まだ、それはラットにおける超音波発声（USVs）のクラスは、薬剤投与、薬剤の期待、さらには薬物の渇望への感情的反応のための有用なマーカーになっている可能性があります。ラットは、communicatory関数として機能し、主観的な感情の状態を表現する超音波周波数で発声する。いくつかの研究は、異なるコール周波数範囲は、負と正の感情の状態に関連付けられていることが示されている。低周波の呼び出しが（&quot;22 - kHzの&quot;）負の感情の状態を表すのに対し、例えば、高周波数の呼び出しは、（&quot;50 kHzの&quot;）、肯定的な影響に関連付けられています。この記事では、日常のコカイン自己投与に関連するラットのUSVsを評価する手順を説明します。この手順では、我々は内に収容される標準的なシングルレバーオペラントチャンバーを利用した音減衰コカイン自己投与セッションと利用超音波マイク、マルチチャンネル録音のハードウェアとUSVsを検出し、分析するための特殊なソフトウェアプログラムのチェックボックスを。 USVs測定は、薬物の可用性作業中および作業後は、ラットの情動性を反映し、一般的に評価した薬物自己投与行動データなどのレバーの反応、間応答間隔および自発運動活性と相関することができます。 USVsが薬剤の可用性（例えば、先行USVs）へ前のインターバル中に、薬剤の絶滅の試験中に評価することができるので、薬剤の予想と薬物禁断に関連する影響の変化も調べることができる。加えて、短期および長期の薬物暴露の過程でUSVの変更を決定することは感情的に機能する上で薬物暴露の影響の詳細な解釈を提供することができます。

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Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

薬物自己投与と超音波発声は（USV）、動物研究における行動評価など、まれに組み合わせて使用​​されています。この記事の目的は、薬物経験する感情の応答を評価するための薬物自己投与の手続き時の記録USVsの利点を説明することです。

ラットの薬物自己投与時の超音波発声の評価

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

assessment-ultrasonic-vocalizations-during-drug-self-administration

Research

JoVE Journal

Neuroscience

17.3K ビュー.  University of Texas at Austin. 薬物自己投与と超音波発声は（USV）、動物研究における行動評価など、まれに組み合わせて使用​​されています。この記事の目的は、薬物経験する感情の応答を評価するための薬物自己投与の手続き時の記録USVsの利点を説明することです。

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Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

Voice deficits are a common complication of both Parkinson disease (PD) and aging; they can significantly diminish quality of life by impacting communication abilities. 1, 2 Targeted training (speech/voice therapy) can improve specific voice deficits,3, 4 although the underlying mechanisms of behavioral interventions are not well understood. Systematic investigation of voice deficits and therapy should consider many factors that are difficult to control in humans, such as age, home environment, age post-onset of disease, severity of disease, and medications. The method presented here uses an animal model of vocalization that allows for systematic study of how underlying sensorimotor mechanisms change with targeted voice training. The ultrasonic recording and analysis procedures outlined in this protocol are applicable to any investigation of rodent ultrasonic vocalizations.
The ultrasonic vocalizations of rodents are emerging as a valuable model to investigate the neural substrates of behavior.5-8 Both rodent and human vocalizations carry semiotic value and are produced by modifying an egressive airflow with a laryngeal constriction.9, 10 Thus, rodent vocalizations may be a useful model to study voice deficits in a sensorimotor context. Further, rat models allow us to study the neurobiological underpinnings of recovery from deficits with targeted training.
To model PD we use Long-Evans rats (Charles River Laboratories International, Inc.) and induce parkinsonism by a unilateral infusion of 7 &mu;g of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the medial forebrain bundle which causes moderate to severe degeneration of presynaptic striatal neurons (for details see Ciucci, 2010).11, 12 For our aging model we use the Fischer 344/Brown Norway F1 (National Institute on Aging).
Our primary method for eliciting vocalizations is to expose sexually-experienced male rats to sexually receptive female rats. When the male becomes interested in the female, the female is removed and the male continues to vocalize. By rewarding complex vocalizations with food or water, both the number of complex vocalizations and the rate of vocalizations can be increased (Figure 1).
An ultrasonic microphone mounted above the male's home cage records the vocalizations. Recording begins after the female rat is removed to isolate the male calls. Vocalizations can be viewed in real time for training or recorded and analyzed offline. By recording and acoustically analyzing vocalizations before and after vocal training, the effects of disease and restoration of normal function with training can be assessed. This model also allows us to relate the observed behavioral (vocal) improvements to changes in the brain and neuromuscular system.

Voice disorders are debilitating in aging and Parkinson disease. The ultrasonic vocalizations of rats, also affected by these conditions, can be used to study these voice disorders, their neural substrates, and the nature of functional recovery with behavioral intervention.

高齢者とパーキンソンラットにおける超音波発声の対象とトレーニング

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

神経科学

Methods for Intravenous Self Administration in a Mouse Model

Animal models have been developed to study the reinforcing effects of drugs, including the intravenous self-administration (IVSA) paradigm. The advantages of using an IVSA paradigm to study the reinforcing properties of drugs of abuse such as cocaine include the fact that the drug is self-administered instead of experimenter-administered, the schedule of reinforcement can be altered, and accurate measurement of the quantities of drug consumed as well as the timing and pattern of IV injections can be obtained. Furthermore, the intravenous route of administration avoids potential confounds related to first pass metabolism or taste, and produces rapid increases in blood and brain drug levels. As outlined in this video, intravenous self-administration can be obtained without prior food restriction or prior drug training following careful catheter placement during surgery and meticulous daily catheter flushing and maintenance. Experimental procedures outlined in this paper include a description of animal housing and acclimation methods, operant training using sweetened milk solutions, and catheter implantation surgery.

The intravenous self-administration (IVSA) paradigm is considered to be the gold standard in examining the reinforcing properties of drugs of abuse in rodents. This manuscript outlines the experimental procedures and surgical techniques necessary to obtain reliable IVSA data. In particular, meticulous catheter implantation and maintenance are highlighted.

マウスモデルにおける静脈内自己投与方法

Animal models have been developed to study the reinforcing effects of drugs, including the intravenous self-administration (IVSA) paradigm. The advantages ...

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.

超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み

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

Microdialysis of Ethanol During Operant Ethanol Self-administration and Ethanol Determination by Gas Chromatography

Operant self-administration methods are commonly used to study the behavioral and pharmacological effects of many drugs of abuse, including ethanol. However, ethanol is typically self-administered orally, rather than intravenously like many other drugs of abuse. The pharmacokinetics of orally administered drugs are more complex than intravenously administered drugs. Because understanding the relationship between the pharmacological and behavioral effects of ethanol requires knowledge of the time course of ethanol reaching the brain during and after drinking, we use in vivo microdialysis and gas chromatography with flame ionization detection to monitor brain dialysate ethanol concentrations over time. 
Combined microdialysis-behavioral experiments involve the use of several techniques. In this article, stereotaxic surgery, behavioral training and microdialysis, which can be adapted to test a multitude of self-administration and neurochemical centered hypotheses, are included only to illustrate how they relate to the subsequent phases of sample collection and dialysate ethanol analysis. Dialysate ethanol concentration analysis via gas chromatography with flame-ionization detection, which is specific to ethanol studies, is described in detail. Data produced by these methods reveal the pattern of ethanol reaching the brain during the self-administration procedure, and when paired with neurochemical analysis of the same dialysate samples, allows conclusions to be made regarding the pharmacological and behavioral effects of ethanol.

A method to determine the time course of ethanol concentration in the brains of rats during operant ethanol self-administration is described. Gas chromatography with flame ionization detection is used to quantify ethanol in the dialysate samples, because it has the sensitivity required for the small volumes that are generated.

ガスクロマトグラフィーによるオペラントエタノール自己投与とエタノール判別中エタノールのマイクロダイアリシス

Operant self-administration methods are commonly used to study the behavioral and pharmacological effects of many drugs of abuse, including ethanol.  ...

Unilateral Pyramidotomy of the Corticospinal Tract in Rats for Assessment of Neuroplasticity-inducing Therapies

The corticospinal tract (CST) can be completely severed unilaterally in the medullary pyramids of the rodent brainstem. The CST is a motor tract that has great importance for distal muscle control in humans and, to a lesser extent, in rodents. A unilateral cut of one pyramid results in loss of CST innervation of the spinal cord mainly on the contralateral side of the spinal cord leading to transient motor disability in the forelimbs and sustained loss of dexterity. Ipsilateral projections of the corticospinal tract are minor. We have refined our surgical method to increase the chances of lesion completeness. We describe postsurgical care. Deficits on the Montoya staircase pellet reaching test and the horizontal ladder test shown here are detected up to 8 weeks postinjury. Deficits on the cylinder rearing test are only detected transiently. Therefore, the cylinder test may only be suitable for detection of short term recovery. We show how, electrophysiologically and anatomically, one may assess lesions and plastic changes. We also describe how to analyse fibers from the uninjured CST sprouting across the midline into the deprived areas. It is challenging to obtain &#62;90% complete lesions consistently due to the proximity to the basilar artery in the medulla oblongata and survival rates can be low. Alternative surgical approaches and behavioural testing are described in this protocol. The pyramidotomy model is a good tool for assessing neuroplasticity-inducing treatments, which increase sprouting of intact fibers after injury.

The corticospinal tract, one of the major sensorimotor tracts, can be lesioned unilaterally in the rodent brainstem in order to test neuroplasticity-inducing therapies for the central nervous system. This surgical procedure (&#8220;pyramidotomy&#8221;) and postoperative assessments are described in this protocol.

神経可塑性を誘導する治療法の評価のためのラットの皮質脊髄路の片側Pyramidotomy

The corticospinal tract (CST) can be completely severed unilaterally in the medullary pyramids of the rodent brainstem. The CST is a motor tract that has ...

Assessment of Neuronal Viability Using Fluorescein Diacetate-Propidium Iodide Double Staining in Cerebellar Granule Neuron Culture

Primary cultured Cerebellar Granule Neurons (CGNs) have been widely used as an in vitro model in neuroscience and neuropharmacology research. However, the co-existence of glial cells and neurons in CGN culture might lead to biases in the accurate assessment of neuronal viability. Fluorescein diacetate (FDA) and Propidium Iodide (PI) double staining has been used to measure cell viability by simultaneously evaluating the viable and dead cells. We used FDA-PI double staining to improve the sensitivities of the colorimetric assays and to evaluate neuronal viability in CGNs. Furthermore, we added blue fluorescent DNA stains (e.g., Hoechst) to improve the accuracy. This protocol describes how to improve the accuracy of assessment of neuronal viability by using these methods in CGN culture. Using this protocol, the number of glial cells can be excluded by using fluorescence microscopy. A similar strategy can be applied to distinguish the unwanted glial cells from neurons in various mixed cell cultures, such as primary cortical culture and hippocampal culture.

This protocol describes how to accurately measure neuronal viability using Fluorescein diacetate (FDA) and Propidium Iodide (PI) double staining in cultured cerebellar granule neurons, a primary neuronal culture used as an in vitro model in neuroscience and neuropharmacology research.

小脳顆粒ニューロン培養におけるFluorescein Diacetate-Propidium Iodide二重染色を用いたニューロン生存率の評価

Primary cultured Cerebellar Granule Neurons (CGNs) have been widely used as an in vitro model in neuroscience and neuropharmacology research. However, the ...

Quantitative Cell Biology of Neurodegeneration in Drosophila Through Unbiased Analysis of Fluorescently Tagged Proteins Using ImageJ

With the rising prevalence of neurodegenerative diseases, it is increasingly important to understand the underlying pathophysiology that leads to neuronal dysfunction and loss. Fluorescence-based imaging tools and technologies enable unprecedented analysis of subcellular neurobiological processes, yet there is still a need for unbiased, reproducible, and accessible approaches for extracting quantifiable data from imaging studies. We have developed a simple and adaptable workflow to extract quantitative data from fluorescence-based imaging studies using Drosophila models of neurodegeneration. Specifically, we describe an easy-to-follow, semi-automated approach using Fiji/ImageJ to analyze two cellular processes: first, we quantify protein aggregate content and profile in the Drosophila optic lobe using fluorescent-tagged mutant huntingtin proteins; and second, we assess autophagy-lysosome flux in the Drosophila visual system with ratiometric-based quantification of a tandem fluorescent reporter of autophagy. Importantly, the protocol outlined here includes a semi-automated segmentation step to ensure all fluorescent structures are analyzed to minimize selection bias and to increase resolution of subtle comparisons. This approach can be extended for the analysis of other cell biological structures and processes implicated in neurodegeneration, such as proteinaceous puncta (stress granules and synaptic complexes), as well as membrane-bound compartments (mitochondria and membrane trafficking vesicles). This method provides a standardized, yet adaptable reference point for image analysis and quantification, and could facilitate reliability and reproducibility across the field, and ultimately enhance mechanistic understanding of neurodegeneration.

Quantitative Cell Biology of Neurodegeneration in Drosophila Through Unbiased Analysis of Fluorescently Tagged Proteins Using ImageJ

We have developed a simple and adaptable workflow to extract quantitative data from fluorescence-imaging-based cell biological studies of protein aggregation and autophagic flux in the central nervous system of Drosophila models of neurodegeneration.

ImageJ を用いた蛍光タグ付きタンパク質の公平な分析によるショウジョウバエの神経変性の定量細胞生物学

With the rising prevalence of neurodegenerative diseases, it is increasingly important to understand the underlying pathophysiology that leads to neuronal ...

Microdialysis of Excitatory Amino Acids During EEG Recordings in Freely Moving Rats

Microdialysis is a well-established neuroscience technique that correlates the changes of neurologically active substances diffusing into the brain interstitial space with the behavior and/or with the specific outcome of a pathology (e.g., seizures for epilepsy). When studying epilepsy, the microdialysis technique is often combined with short-term or even long-term video-electroencephalography (EEG) monitoring to assess spontaneous seizure frequency, severity, progression and clustering. The combined microdialysis-EEG is based on the use of several methods and instruments. Here, we performed in vivo microdialysis and continuous video-EEG recording to monitor glutamate and aspartate outflow over time, in different phases of the natural history of epilepsy in a rat model. This combined approach allows the pairing of changes in the neurotransmitter release with specific stages of the disease development and progression. The amino acid concentration in the dialysate was determined by liquid chromatography. Here, we describe the methods and outline the principal precautionary measures one should take during in vivo microdialysis-EEG, with particular attention to the stereotaxic surgery, basal and high potassium stimulation during microdialysis, depth electrode EEG recording and high-performance liquid chromatography analysis of aspartate and glutamate in the dialysate. This approach may be adapted to test a variety of drug or disease induced changes of the physiological concentrations of aspartate and glutamate in the brain. Depending on the availability of an appropriate analytical assay, it may be further used to test different soluble molecules when employing EEG recording at the same time.

Here, we describe a method for in vivo microdialysis to analyze aspartate and glutamate release in the ventral hippocampus of epileptic and non-epileptic rats, in combination with EEG recordings. Extracellular concentrations of aspartate and glutamate may be correlated with the different phases of the disease.

自由行動ラットの脳波記録中に興奮性アミノ酸の透析

Microdialysis is a well-established neuroscience technique that correlates the changes of neurologically active substances diffusing into the brain ...

Multifactorial Assessment of Motor Behavior in Rats after Unilateral Sciatic Nerve Crush Injury

The induction of a peripheral nerve injury is a widely used method in neuroscience for the assessment of repair and pain mechanisms among others. In addition, in the research field of movement disorders, sciatic crush injury has been employed to trigger a dystonia-like phenotype in genetically predisposed DYT-TOR1A rodent models of dystonia. To achieve consistent, reproducible and comparable results after a sciatic nerve crush injury, a standardized method for inducing the nerve crush is essential, in addition to a standardized phenotypical characterization. Attention must be paid not only to the specific assortment of behavioral tests, but also to the technical requirements, the correct execution and consecutive data analysis. This protocol describes in detail how to perform a sciatic nerve crush injury and provides a behavioral test battery for the assessment of motor deficits in rats that includes the open field test, the CatWalk XT gait analysis, the beam walking task, and the ladder rung walking task.

We provide a protocol for the assessment of motor behavior via a behavioral test battery in rats after sciatic nerve crush injury.

一方的坐骨神経クラッシュ傷害後のラットにおける運動行動の多因子的評価

The induction of a peripheral nerve injury is a widely used method in neuroscience for the assessment of repair and pain mechanisms among others. In ...

脳波記録の同時実施によるラットからの脳脊髄液および血液の回収

Sampling Cerebrospinal Fluid and Blood from Lateral Tail Vein in Rats During EEG Recordings

Because the composition of body fluids reflects many physiological and pathological dynamics, biological liquid samples are commonly obtained in many experimental contexts to measure molecules of interest, such as hormones, growth factors, proteins, or small non-coding RNAs. A specific example is the sampling of biological liquids in the research of biomarkers for epilepsy. In these studies, it is desirable to compare the levels of molecules in cerebrospinal fluid (CSF) and in plasma, by withdrawing CSF and plasma in parallel and considering the time distance of the sampling from and to seizures. The combined CSF and plasma sampling, coupled with video-EEG monitoring in epileptic animals, is a promising approach for the validation of putative diagnostic and prognostic biomarkers. Here, a procedure of combined CSF withdrawal from cisterna magna and blood sampling from the lateral tail vein in epileptic rats that are continuously video-EEG monitored is described. This procedure offers significant advantages over other commonly used techniques. It permits rapid sampling with minimal pain or invasiveness, and reduced time of anesthesia. Additionally, it can be used to obtain CSF and plasma samples in both tethered and telemetry EEG recorded rats, and it may be used repeatedly across multiple days of experiment. By minimizing the stress due to sampling by shortening isoflurane anesthesia, measures are expected to reflect more accurately the true levels of investigated molecules in biofluids. Depending on the availability of an appropriate analytical assay, this technique may be used to measure the levels of multiple, different molecules while performing EEG recording at the same time.

著者スポットライト:てんかんバイオマーカー探索のための高品質なCSFおよび血液サンプルの取得 

The protocol shows repeated cerebrospinal fluid and blood collections from epileptic rats performed in parallel with continuous video-electroencephalogram (EEG) monitoring. These are instrumental for exploring possible links between changes in various body fluid molecules and seizure activity.

脳波記録中のラットの側尾静脈からの脳脊髄液および血液のサンプリング

Because the composition of body fluids reflects many physiological and pathological dynamics, biological liquid samples are commonly obtained in many ...