国立衛生研究所（NIDCD、P30 - DC010754、T32 - DC009401）によってサポートされています。

1。プリ/ポストトレーニングレコーディング<ol><li>図2に示す構成を使用してAvisoftレコーダーで超音波監視を始める。 </li><li>超音波発声は、リアルタイムスペクトログラムを見て、視覚的にどちらかの監視、または聴覚的にヘッドフォンでは、超音波のレコーディングインターフェイスに接続することができます。 </li><li>対象雄ラットのホームケージに性的受容（発情期の）雌ラットを置きます。発情期の兆候は前彎、揺らす耳、そして迅速な投げ掛けるなどがあります。発情期の雌は、非性的受容女性よりも男性から多くの発声を引き出す。 </li><li>男性が女性への関心（例えば、追いかけて、スニッフィング、および/または取り付けを）示された後、女性を削除し、1〜2分のために男性の発声を記録。 </li><li>男性はすぐに発声していない場合は、一時的に発声を刺激する男性のホームケージに雌ラットを返します。 </li></ol> 2。ボーカルトレーニング<ol><li>図2に示すように、同じ設定を使用してAvisoftレコーダーで超音波監視を始める。 </li><li>マイクで自分のホームケージでの雄ラットを置きます。 </li><li>男性のホームケージに雌ラットを置く。前述したように、雌ラットは男性からの発声の応答を最大化するために発情期にある必要があります。 </li><li>男性は女性に関心を示すようにしたら女性を取り外します。 </li><li>男性がターゲットの発声を生成した直後に、ペンのクリックと水のボトルや食品の御馳走の簡単なプレゼンテーションと同時に報酬。最初は、どんな50 kHzの周波数変調された（図5B）の呼び出しは報われる。トレーニングはこのような立て続け5〜10コールの文字列としてコールしかますます複雑な文字列を、進行に応じて強化されています。 </li><li>が30援軍を与えたまで、トレーニングセッションを継続する。これは通常、5の間に取る - 10分。 </li></ol> 3。音響分析の準備<ol><li>分析は、各ファイルからノイズをフィルタリングし、消去が必要になるように常にアーカイブオリジナルのサウンドファイルをしように、作業コピーを編集して測定。 </li><li> Avisoft SASLab Proのバッチモードを使用して、高域には超音波発声以下の不要なノイズを除去し、25 kHzで分析するすべてのサウンドファイルをフィルタリングする。 </li><li> SASLab Proの自動検出機能を使用するためには、ノイズしきい値は、最初に決定する必要があります。これを行うには、サウンドファイルを開いて、図3に示す設定を使用してスペクトログラムを作成します。 </li><li>自動パラメータ測定の表示は図4に示すように、設定に従って設定する必要があります。 </li><li>の通話や音がないスペクトログラムの領域を見つける、これはバックグラウンドノイズです。 </li><li> &quot;自動（単一のしきい値）&quot;オプションを使用して、ちょうどスペクトログラム上のパワースペクトルウィンドウに黒い線を調整して、背景のノイズ上記の自動パラメータ測定のセットアップ]ダイアログボックスの要素の分離部のしきい値を設定します。図4では、しきい値は-55 dBに設定されています。 </li><li>ダイアログボックスの下部には、前述の手順で見つけたスレッショルドを1 dBまでの値&quot;ピーク振幅よりも小さい場合に拒否&quot;を設定する。これらの2つの値は、現在、すべての録画の設定が同じだったと仮定し、分析したすべてのサウンドファイルを使用する必要があります。 </li></ol> 4。発声の識別<ol><li>上記の設定自動しきい値を使用して、発声にラベルを付けるには、まず、上記の設定でスペクトログラムを作成します。 </li><li>手動で次の基準満たす任意のノイズ消去：1）誤って発声、2）として同定されたことにより開始および/または発声の終わりの差別に影響を及ぼしている、および/または3）が誤って最高かとして同定されている発声の最低周波数（それぞれ、上限と下限の赤線で示される）。また、発声ラベルの開始/終了時刻は下記のステップ4.5の永続的なラベルを作成した後で手動で調整することができます。高と低周波測定に影響を与えるノイズが、しかし、手動で消去する必要があります。 </li><li>いくつかのケースでは発声は、このような運動中の寝具の音など、周囲のノイズから分離することができなくなります。これらのケースでは、呼び出しを正確に分析することができないと消しておく必要があります。 </li><li>一度、すべての発声が同定されている、永久的に選択することで、サウンドファイルからスペクトログラムの削除の項を消去する&quot;波形から消去されたスペクトログラムのセクションを削除...&quot;[ツール]ドロップダウンメニューから。スペクトログラムが閉じられる前に、このコマンドが実行されていない場合、すべて消去の作業はすべて失われます。 </li><li>自動パラメータ測定のセットアップウィンドウの素子分離のセクションで&quot;編集&quot;ボタンをクリックして、サウンドファイル内の永続的なラベルを作成します。 </li><li>変調されたシンプルな、周波数（FM）、または高調波：視覚と聴覚のカテゴリを決定するためにラベル付きの各発声を確認してください。尻IGN事前定義されたテキストモジュールを使用して適切なラベル。各発声のカテゴリの例を図5に示されています。 </li><li>スペクトログラムを閉じて、サウンドファイルを保存し、分析するために次のサウンドファイルに進みます。 </li></ol> 5。音響測定<ol><li>自動的にすべてのファイルの音響パラメータを測定するために：すべてのサウンドファイルが識別されているに発声した後、バッチ処理ツール（バッチ処理ツール）を使用します。 </li><li>バッチ処理ダイアログボックスで、ドロップダウンメニューから&quot;自動パラメータ測定&quot;を選択します。 </li><li> &quot;プロセスを選択したフォルダ内のすべてのファイル&quot;チェックボックスを選択し、&quot;フォルダ&quot;ボタンをクリックし、サウンドファイルが保存されているフォルダを選択します。 </li><li>クリックして&quot;Start&quot;ボタンをクリックして各ファイルは、自動的に最後の自動パラメータ測定のセットアップのダイアログボックスで使用されている設定に従って解析されます。 </li><li>測定は、DDEパラメータ/ログファイルの設定コマンドを使用して定義することができるテキストフ​​ァイルに保存されます。このテキストフ​​ァイルは、統計分析のためのプログラムにインポートすることができます。 </li></ol> 6。代表的な結果： ラットの超音波発声は、高齢化と6 - OHDAパーキンソン病のモデルに関連する生理的変化の影響を受けて13は一般的に、我々は以下の定量的な音響パラメータの減少によって特徴付け超音波発声の質の低下を参照してください：。帯域幅、ピーク周波数、持続時間を、そして強さ。 PDの誘導後にベースライン、、そして発声のトレーニング後：図6は、3つの異なる時点でPDモデルにおけるラットの周波数変調された発声を示しています。 PDの状態で、コールは帯域幅、期間、および強度の減少を示しています。さらに、周波数変調は、不規則になっています。 特定の音響パラメータの劣化に加えて、我々はまた、高齢者やパーキンソンラットで生産された発声の種類に少なく、全体的な複雑さを観察。たとえば、PDの誘導後のラットは、単純なコールとより少ない周波数変調されたコールの数が増えて生成します。以下の発声の訓練、などの持続時間や強度、アプローチのベースラインレベルと複雑なコール数が増加する（図6）など、多くの音響パラメータ、。老齢ラットでは、彼らの超音波発声の音響パラメータの同じような劣化をマニフェスト。我々は現在、老齢ラットでボーカルトレーニングの効果を調査している。 <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig1.jpg" alt="図1"/> 図1セッションあたりの発声（ターゲット毎週すべてのラットが満たして）と発声率（平均値と標準誤差が示されて）、両方の若者（9カ月）と古いのグループの6週間のトレーニング期間中の両方の増加（32の数MO）フィッシャー344/BrownノルウェーのF1ラット。 <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig2.jpg" alt="図2"/> 図2 50 kHzの発声の3つのカテゴリのそれぞれの代表的な発声;（A）単純な、（B）周波数変調、および（C）高調波。 <img src="/files/ftp_upload/2835/2835fig3.jpg" alt="図3"/> 図3シングル（A）ベースライン時、ラット、（B）後のPDの誘導、及び（C）後に発声のトレーニングからの代表的な周波数変調発声。

<ol>
	<li>Fox, C. M., Morrison, C. E., Ramig, L. O., Sapir, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+perspectives+on+the+Lee+Silverman+Voice+Treatment+(LSVT)+for+individuals+with+idiopathic+Parkinson+disease.">Current perspectives on the Lee Silverman Voice Treatment (LSVT) for individuals with idiopathic Parkinson disease.</a> Am J Speech Lang Pathol. 11, 111-123 (2002).</li><li>Roy, N., Stemple, J., Merrill, R. M., Thomas, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology+of+voice+disorders+in+the+elderly:+preliminary+findings.">Epidemiology of voice disorders in the elderly: preliminary findings.</a> Laryngoscope. 117, 628-633 (2007).</li><li>Ramig, L. O., Sapir, S., Fox, C., Countryman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+vocal+loudness+following+intensive+voice+treatment+(LSVT)+in+individuals+with+Parkinson's+disease:+a+comparison+with+untreated+patients+and+normal+age-matched+controls.">Changes in vocal loudness following intensive voice treatment (LSVT) in individuals with Parkinson's disease: a comparison with untreated patients and normal age-matched controls.</a> Mov. Disord. 16, 79-83 (2001).</li><li>Sapir, S., Ramig, L. O., Fox, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Lee+Silverman+Voice+Treatment®+for+voice,+speech+and+other+orofacial+disorders+in+patients+with+Parkinson's+disease.">The Lee Silverman Voice Treatment® for voice, speech and other orofacial disorders in patients with Parkinson's disease.</a> Future Neurology. 1, 563-570 (2006).</li><li>Panksepp, J., 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=50-kHz+chirping+(laughter?)+in+response+to+conditioned+and+unconditioned+tickle-induced+reward+in+rats:+effects+of+social+housing+and+genetic+variables.">50-kHz chirping (laughter?) in response to conditioned and unconditioned tickle-induced reward in rats: effects of social housing and genetic variables.</a> Behav. Brain Res. 115, 25-38 (2000).</li><li>Scattoni, M. L., Gandhy, S. U., Ricceri, L., Crawley, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+repertoire+of+vocalizations+in+the+BTBR+T+tf/J+mouse+model+of+autism.">Unusual repertoire of vocalizations in the BTBR T+tf/J mouse model of autism.</a> PLoS One. 3, e3067-e3067 (2008).</li><li>Wohr, M., Houx, B., Schwarting, R. K., Spruijt, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+experience+and+context+on+50-kHz+vocalizations+in+rats.">Effects of experience and context on 50-kHz vocalizations in rats.</a> Physiol. Behav. 93, 766-776 (2008).</li><li>Lahvis, G. P., Alleva, E., Scattoni, M. 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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+translational+approach+to+vocalization+deficits+and+neural+recovery+after+behavioral+treatment+in+Parkinson+disease.">A translational approach to vocalization deficits and neural recovery after behavioral treatment in Parkinson disease.</a> J. Commun. Disord. 43, 319-326 (2010).</li><li>Ciucci, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+dopamine+synaptic+activity:+degradation+of+50-kHz+ultrasonic+vocalization+in+rats.">Reduction of dopamine synaptic activity: degradation of 50-kHz ultrasonic vocalization in rats.</a> Behav. Neurosci. 123, 328-336 (2009).</li><li>Wright, J. M., Gourdon, J. C., Clarke, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+multiple+call+categories+within+the+rich+repertoire+of+adult+rat+50-kHz+ultrasonic+vocalizations:+effects+of+amphetamine+and+social+context.">Identification of multiple call categories within the rich repertoire of adult rat 50-kHz ultrasonic vocalizations: effects of amphetamine and social context.</a> Psychopharmacology (Berl). 211, 1-13 (2010).</li><li>Burgdorf, J., Kroes, R. A., Beinfeld, M. C., Panksepp, J., Moskal, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uncovering+the+molecular+basis+of+positive+affect+using+rough-and-tumble+play+in+rats:+a+role+for+insulin-like+growth+factor+I.">Uncovering the molecular basis of positive affect using rough-and-tumble play in rats: a role for insulin-like growth factor I.</a> Neuroscience. 168, 769-777 (2010).</li><li>W&#246;hr, 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=Ultrasonic+communication+in+rats:+effects+of+morphine+and+naloxone+on+vocal+and+behavioral+responses+to+playback+of+50-kHz+vocalizations.">Ultrasonic communication in rats: effects of morphine and naloxone on vocal and behavioral responses to playback of 50-kHz vocalizations.</a> Pharmacol Biochem Behav. 94, 285-295 (2009).</li></ol>

動物実験は、実験動物の愛護ケアや使用に関する公衆衛生サービス政策、実験動物の管理と使用のためのNIHのガイド、および動物福祉法で定められたガイドラインおよび規制に準拠して行った。動物の使用プロトコルは、医学と公衆衛生のウィスコンシン大学マディソン校の大学の動物実験使用委員会（IACUC）によって承認された。

ラットにおける超音波発声は、パーキンソン病などの老化や病気のプロセスに対して脆弱と思われる。これらの超音波発声は、病気や老化に起因する生理的変化に伴う財政赤字を含む、発声機能のビヘイビアモデルを、提供する。さらに、超音波発声の音響の変化を簡単に測定し、定量化されています。さらに、超音波発声は、行動的介入によって変更することができます。したがって、ラット超音波発声は老化、病気の影響を研究するための有用なモデル、および動作と基本的な神経生物学的メカニズムの両方の治療的介入を提供しています。 ボーカルトレーニングの手法は、正の強化（水や食料の御馳走の報酬）に関連付けられた条件刺激（クリック）を使用しています。報酬が続くのクリックが増加する複雑さの発声を強化するために使用されます。私たちは、&quot;フラット&quot;であると、単一の周波数（図5A）を維持するものと&quot;トリル&quot;（変調周波数）成分（図5B）を含むものとして、複雑な発声を定義する。この周波数変調成分は容易にその正弦波出現によって識別されます。 50 kHzの発声は、（図5B）完全に正弦波になるかもしれないが、それは部分的にこの周波数変調された成分だけでなく、周波数の大きいジャンプのどちらか短い平坦なコンポーネントで構成される、より複雑な50 kHzの発声が発生するのが一般的です。これらのより複雑な発声は、コンポーネント間の10ミリ秒未満の短い休憩があるかもしれませんが、単一の発声とみなされます。これらの発声のさらに詳細なサブ分類は14、オフライン可能ですが、我々はオンラインで主観的な分類の必要性を削減し、補強のばらつきを減らすために複雑なような周波数変調成分を含むすべての50 - kHzの発声を分類する。あなた自身の研究室では、データは研究の目的に適した研究デザインによって分類して分析する方法を選択することが重要です。 このプロトコルを使用する際に考慮すべき多くの要因がある。まず第一に、遺伝的等質性と手続きの一貫性にもかかわらず、ラットでは、訓練への変数の応答を持っている。一部のラットは自然に、他の人よりも5以上を声に出すか、食物や水を報酬によってより多くの女性への暴露によって動機づけられている。我々はこの変動を考慮一つの方法は、個々のラットのベースラインの発声から、そのポスト病変と、トレーニング後の発声の音響パラメータの変化を調べることによって、です。このプロトコルで説明されていないが、我々はまた、マウントするために待ち時間など、女性の関心を定量化する行動アッセイを、持っている。さらに、個々のラットの年齢と活動レベルに応じて、ワイヤのトップは、エスケープを防止するためにトレーニング中にホームケージで必要な場合があります。個人差にもかかわらず、我々は個々のラットのベースラインを基準に発声を改善するために株や年齢の多様でこのプロトコルを正常に使用している。 ラットはそのような香り、温度、および人員などの環境の一見小さな変化に敏感です。努力は、ローション、ヘアケア製品、そして香水などの香りのパーソナルケア製品を、避けるためになされるべきである。訓練を試みる前に、個々がと相互作用し、ラットを取り扱う快適でなければなりません。また、担当者や環境の不整合は、ラットの発声の応答に影響を与える可能性があります。 ラットは夜行性なので、それらが最もアクティブな場合、そのサイクルの暗い部分の間に場所を取るトレーニングを可能にするために逆の光のサイクルで維持する必要があります。私たちは、赤いライトで私たちのトレーニングの部屋を照らす。さらに、水の報酬が訓練中に使用されている場合、ラットは水へのアクセスが制限されているはず。私たちのラットは、トレーニングセッションの前に21時間限定水です。水の曝露の三時間は、私たちの動物実験によって決定し、水が動物の健康や幸福にかなりの妥協を提示することなく、私たちの行動研究に補強材として有用であることが許可されて制限の少ない時間帯になる委員会を使用していた。ラットを訓練した後、ランダムな時間（30分〜10分）で水へのアクセスを与えられ、その後、それらの光サイクルの暗い部分の間に三時間のために水への無料アクセスを持っています。ラットは脱水の徴候がないか毎日点検して有意（10％以上）体重減少がないことを確認するために一日おきに比較考察すべきである。食事制限は、報酬として食糧御馳走を使用する場合は不要です。市販されているが、我々は効果的な報酬に甘いシリアルの小片を発見したラットに特異的に扱います。 前述したように、発情中の雌ラットは、非性的受容女性よりも男性からも高い発声の応答を引き出す。植民地の女性の多数を維持することで、高い可能性があることで少なくとも一人の女性は、任意の日で発情期になります。しかし、発情も薬理学的に皮下前に4時間のトレーニングの前に0.1 ccの滅菌ごま油でプロゲステロン500μgのに続いて研修〜0.1 ccの滅菌胡麻油48時間以内にβ-エストラジオール10μgを注入することにより、雌ラットで誘発することができます。また、雌ラットへのナイーブな雄のラットは、性的にボーカルトレーニングをする前に経験する必要があります。これは、男性のマウントおよび射精までは男性のホームケージに性的受容性の兆候（投げ掛ける、前彎、揺らす耳）を展示している雌ラットを置くことによって達成されます。男性は最初の数セッションの間にマウントされないことがありますと、女性はスニッフィング及び/またはケージの周りの女性を追いかけることで、女性に男性のショーの利益の後に削除される可能性があります。性的経験は、2週間を1日1回行われます。この期間はまた、ラットで実験者（s）とレコーディングルームに慣らすために機会を提供しています。 この方法の1つの制限は、発声タイプの主観的な判断です。各コールが独立して検討し、手動で分類する必要がありますように加えて、この要因は、データ収集の速度を制限します。これに関連して一貫して発声の識別に訓練されている経験豊かな評価者を持つことの重要性です。両方の内と評価者間信頼性は、あなた自身の研究室内で評価されるべきである。 要約すると、げっ歯類の超音波発声は、感情の状態、報酬と中毒、そして自閉症などの疾患状態、を含む、脳と行動の関係を、研究するために多くの異なるモデルで使用されています。6,14-16この小説の方法は勉強する方法です。加齢とパーキンソン病における音声障害の治療のためのターゲットとボーカルトレーニングのメカニズム。このメソッドは、通信や音声に影響を与える他の疾患モデルに適用される可能性があります。

<table border="1"><tbody><tr><th>の名前</th><th>会社</th><th>カタログ番号</th></tr><tr><td>コンデンサー超音波マイクCM16/CMPA </td><td> Avisoftの生物音響学</td><td> 40011 </td></tr><tr><td> UltraSoundGate 116Hb </td><td> Avisoftの生物音響学</td><td> 41161 </td></tr><tr><td> Avisoftレコーダー</td><td> Avisoftの生物音響学</td><td> 10201 </td></tr><tr><td> Avisoft - SASLabプロ</td><td> Avisoftの生物音響学</td><td> 10101 </td></tr></tbody></table>

targeted training of ultrasonic vocalizations in aged and parkinsonian rats

音声障害はパーキンソン病（PD）と老化の両方の一般的な合併症である、彼らはかなりのコミュニケーション能力に影響を与えることによって生活の質を悪化させることができる1、2ターゲットトレーニング（音声/音声療法は）特定の音声の赤字を改善することができる、3、4が。行動的介入の基礎となるメカニズムはよく理解されていない。音声の赤字と治療の体系的調査は、年齢、家庭環境、年齢、病気の後の発症、疾患の重症度、及び薬のような人間、で制御が困難な多くの要因を考慮する必要があります。ここで紹介する方法は、対象となるボイストレーニングと感覚運動メカニズムの変化の根底にある方法の体系的な研究を可能にする発声の動物モデルを使用しています。このプロトコールに記載されている超音波の記録および分析手順は、齧歯類超音波発声の任意の調査に適用可能である。 げっ歯類の超音波発声行動の神経基質を調査するために貴重なモデルとして浮上している。5-8齧歯類とヒトの発声の両方が記号論的価値を運ぶと喉頭収縮と呼気の空気の流れを変更することによって生成される。9、10をこのように、齧歯類の発声を感覚のコンテキスト内で音声の赤字を研究するために有用なモデルとすることができます。さらに、ラットのモデルは私たちが目標と訓練との赤字から回復の神経生物学的基盤を研究することができます。 モデルPDに我々は、のLong - Evansラット（チャールズリバーラボラトリーズインターナショナル、（株））を使用し、シナプス前の重度の変性中等度から発生する内側前脳束に6 - ヒドロキシドーパミン（6 - OHDA）7μgの一方的な注入によりパーキンソニズムを誘発する線条体ニューロン（詳細についてはCiucci、2010を参照）。11、12高齢化モデルについては、我々は、フィッシャー344/BrownノルウェーF1（国立老化研究所）を使用します。 発声を引き出すために私たちの主な方法は、性的に受容雌ラットへの性的経験の雄ラットを公開することです。男性が女性に興味になると、女性は削除され、男性が発声し続けています。食物や水、両方の複雑な発声と発声の速度の数とやりがいのある複雑な発声によって（図1）増加することができます。 男性のホームケージの上にマウントされている超音波マイクは、発声を記録します。雌ラットは雄の呼び出しを分離するために削除された後に録音が始まります。発声は訓練のためにリアルタイムで表示または記録し、オフラインで分析することができます。ボーカルトレーニングの前と後の発声を録音し、音響的に分析することにより、疾患とトレーニングが正常な機能の回復の効果を評価することができます。また、このモデルでは、私たちは、脳や神経系の変化に観測された行動（ボーカル）の改善を関連付けることができます。

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Targeted Training of Ultrasonic Vocalizations in Aged and Parkinsonian Rats

音声障害は、老化とパーキンソン病で衰弱させるされています。また、これらの条件によって影響を受けるラットの超音波発声は、、これらの音声障害、それらの神経基質、および行動的介入による機能回復の性質を研究するために使用することができます。

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 ...

targeted-training-ultrasonic-vocalizations-aged-parkinsonian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.7K ビュー.  University of Wisconsin. 音声障害は、老化とパーキンソン病で衰弱させるされています。また、これらの条件によって影響を受けるラットの超音波発声は、、これらの音声障害、それらの神経基質、および行動的介入による機能回復の性質を研究するために使用することができます。

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Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and relapse. Various types of behavioral activity are commonly utilized as measures of drug motivation in animals. However, a crucial component of drug abuse relapse in abstinent cocaine users is "drug craving", which is difficult to model in animals, as it often occurs in the absence of overt behaviors. Yet, it is possible that a class of ultrasonic vocalizations (USVs) in rats may be a useful marker for affective responses to drug administration, drug anticipation and even drug craving. Rats vocalize in ultrasonic frequencies that serve as a communicatory function and express subjective emotional states. Several studies have shown that different call frequency ranges are associated with negative and positive emotional states. For instance, high frequency calls ("50-kHz") are associated with positive affect, whereas low frequency calls ("22-kHz") represent a negative emotional state. This article describes a procedure to assess rat USVs associated with daily cocaine self-administration. For this procedure, we utilized standard single-lever operant chambers housed within sound-attenuating boxes for cocaine self-administration sessions and utilized ultrasonic microphones, multi-channel recording hardware and specialized software programs to detect and analyze USVs. USVs measurements reflect emotionality of rats before, during and after drug availability and can be correlated with commonly assessed drug self-administration behavioral data such lever responses, inter-response intervals and locomotor activity. Since USVs can be assessed during intervals prior to drug availability (e.g., anticipatory USVs) and during drug extinction trials, changes in affect associated with drug anticipation and drug abstinence can also be determined. In addition, determining USV changes over the course of short- and long-term drug exposure can provide a more detailed interpretation of drug exposure effects on affective functioning.

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

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 ...

神経科学

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.

キネマティクスと床反力の測定：ヤングアダルト、中年、そして老年ラットの運動能力を定量化するデモンストレーション

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.

ラットのショ糖の渇望のインキュベーションを評価するための一般的な方法

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.

逆行性蛍光標識は、特定された神経細胞から標的細胞外シングルユニット記録を可能にします<em生体内で&gt;</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.

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 ...

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.

細胞内のCaの蛍光と生物発光イメージング<sup&gt; 2+</sup&gt;高齢者における海馬ニューロン

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.

パーキンソン脳からの可溶性および不溶性のα-シヌクレインの逐次抽出

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.

嗅覚学習とマウスにおける差別の客観的かつ再現性のあるテスト

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

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

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

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

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

生体内でシルク/AAV 膜を用いた光遺伝学的タンパク質の発現

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

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

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

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

脊髄とトレッドミル上のアクティビティ ベースのトレーニング負傷 Wistar ラット

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

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

要約

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ラットの薬物自己投与時の超音波発声の評価

キネマティクスと床反力の測定：ヤングアダルト、中年、そして老年ラットの運動能力を定量化するデモンストレーション

ラットのショ糖の渇望のインキュベーションを評価するための一般的な方法

逆行性蛍光標識は、特定された神経細胞から標的細胞外シングルユニット記録を可能にします

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

細胞内のCaの蛍光と生物発光イメージング

パーキンソン脳からの可溶性および不溶性のα-シヌクレインの逐次抽出

嗅覚学習とマウスにおける差別の客観的かつ再現性のあるテスト

生体内でシルク/AAV 膜を用いた光遺伝学的タンパク質の発現

脊髄とトレッドミル上のアクティビティベースのトレーニング負傷 Wistar ラット

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

要約

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ラットの薬物自己投与時の超音波発声の評価

キネマティクスと床反力の測定：ヤングアダルト、中年、そして老年ラットの運動能力を定量化するデモンストレーション

ラットのショ糖の渇望のインキュベーションを評価するための一般的な方法

逆行性蛍光標識は、特定された神経細胞から標的細胞外シングルユニット記録を可能にします

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

細胞内のCaの蛍光と生物発光イメージング

パーキンソン脳からの可溶性および不溶性のα-シヌクレインの逐次抽出

嗅覚学習とマウスにおける差別の客観的かつ再現性のあるテスト

生体内でシルク/AAV 膜を用いた光遺伝学的タンパク質の発現

脊髄とトレッドミル上のアクティビティ ベースのトレーニング負傷 Wistar ラット

脊髄とトレッドミル上のアクティビティベースのトレーニング負傷 Wistar ラット