वृद्ध और Parkinsonian चूहे में अल्ट्रासोनिक vocalizations लक्षित प्रशिक्षण
Summary
आवाज विकारों, उम्र बढ़ने और पार्किंसंस रोग में दुर्बल हैं. चूहों की अल्ट्रासोनिक vocalizations भी इन परिस्थितियों से प्रभावित है, इन विकारों की आवाज, उनके तंत्रिका substrates, और व्यवहार हस्तक्षेप के साथ कार्यात्मक वसूली की प्रकृति का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
Abstract
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 μg 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.
Protocol
Discussion
चूहों में अल्ट्रासोनिक vocalizations पार्किंसंस रोग जैसे उम्र बढ़ने और रोग प्रक्रियाओं, की चपेट में होना दिखाई देते हैं. ये अल्ट्रासोनिक vocalizations घाटा है कि शारीरिक बीमारी और उम्र बढ़ने के लिए कारण परिवर्तन के साथ सहित मुखर समारोह के एक व्यवहार मॉडल उपलब्ध कराते हैं. इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक vocalizations में ध्वनिक परिवर्तन और आसानी से मापा जाता है मात्रा निर्धारित है. इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक vocalizations व्यवहार उपायों के माध्यम से संशोधित किया जा सकता है. इसलिए, चूहे अल्ट्रासोनिक vocalizations रोग के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, उम्र बढ़ने के लिए एक उपयोगी मॉडल, और दोनों व्यवहार और अंतर्निहित neurobiological तंत्र पर उपचारात्मक उपायों प्रदान करते हैं.
हमारे मुखर प्रशिक्षण के एक वातानुकूलित (एक क्लिक करें) उत्तेजना एक सकारात्मक सुदृढीकरण (एक पानी या भोजन का इलाज इनाम) के साथ जुड़े विधि का उपयोग करता है. इनाम द्वारा पीछा क्लिक करने के लिए बढ़ती जटिलता के vocalizations को सुदृढ़ करने के लिए प्रयोग किया जाता है. हम उन है कि 'फ्लैट' कर रहे हैं और बनाए रखने के एक एकल आवृत्ति (चित्रा 5A) बनाम एक "trill" (संग्राहक आवृत्ति) घटक (चित्रा 5B) युक्त उन लोगों के रूप में जटिल vocalizations परिभाषित. इस आवृत्ति संग्राहक घटक आसानी से अपनी sinusoidal उपस्थिति के द्वारा की पहचान की है. जबकि 50 kHz vocalizations पूरी तरह से sinusoidal (चित्रा 5B) हो सकता है, यह अधिक जटिल 50 kHz vocalizations कि इस आवृत्ति संग्राहक के रूप में अच्छी तरह के रूप में घटक आवृत्ति में या तो बड़े कूदता है या एक संक्षिप्त फ्लैट घटक के आंशिक रूप से मिलकर बनता है मुठभेड़ आम बात है. इन अधिक जटिल vocalizations घटकों के बीच कम से कम 10 ms से कम टूटता है, लेकिन एक एकल वोकलिज़ेशन माना जाता सकता है. हालांकि आगे विस्तृत इन vocalizations की अन्य उप वर्गीकरण ऑफ़लाइन संभव है, 14 है कि हम सभी 50 kHz के परिसर के रूप में एक आवृत्ति संग्राहक घटक ऑनलाइन व्यक्तिपरक वर्गीकरण के लिए जरूरत को कम करने और सुदृढीकरण परिवर्तनशीलता को कम युक्त vocalizations वर्गीकृत. अपनी खुद की प्रयोगशाला में यह महत्वपूर्ण है कि कैसे डेटा में वर्गीकृत है और एक अध्ययन डिजाइन है कि अध्ययन का उद्देश्य के लिए उपयुक्त है के अनुसार विश्लेषण करने के लिए चुनते हैं.
वहाँ कई कारकों पर विचार जब इस प्रोटोकॉल का उपयोग कर रहे हैं. सबसे पहले, आनुवंशिक एकरूपता और प्रक्रियात्मक स्थिरता के बावजूद, चूहों को प्रशिक्षण के लिए एक चर प्रतिक्रिया है. कुछ चूहों को स्वाभाविक रूप से दूसरों, 5 से अधिक vocalize या एक भोजन या पानी इनाम के द्वारा की तुलना में एक महिला और जोखिम से प्रेरित हैं. एक तरह से हम इस परिवर्तनशीलता के लिए खाते में व्यक्तिगत चूहों के आधारभूत vocalizations से उनके बाद घाव और प्रशिक्षण के बाद vocalizations ध्वनिक मापदंडों में परिवर्तन का परीक्षण करके है. हालांकि इस प्रोटोकॉल में चर्चा नहीं है, हम भी व्यवहार assays माउंट विलंबता के रूप में महिला, में रुचि यों. इसके अतिरिक्त, उम्र और गतिविधि के स्तर के एक व्यक्ति चूहे पर निर्भर करता है, एक तार शीर्ष भागने को रोकने के प्रशिक्षण के दौरान घर पिंजरे पर आवश्यक हो सकता है. व्यक्तिगत परिवर्तनशीलता के बावजूद, हम सफलतापूर्वक उपभेदों और प्रत्येक व्यक्ति चूहे आधारभूत सापेक्ष vocalizations सुधार करने के लिए उम्र की एक किस्म पर इस प्रोटोकॉल का उपयोग किया.
चूहे scents, तापमान, और कर्मियों के जैसे प्रतीत होता है छोटे वातावरण में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं. एक प्रयास सुगंधित लोशन, बाल उत्पादों, और इत्र के रूप में व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों, से बचने के लिए किया जाना चाहिए. प्रशिक्षण प्रयास करने से पहले, एक व्यक्ति सहज हो के साथ बातचीत और चूहों से निपटने चाहिए. इसके अलावा, कर्मियों या वातावरण में किसी भी विसंगतियों 'चूहों वोकलिज़ेशन प्रतिक्रिया को प्रभावित कर सकता है.
चूहों रात कर रहे हैं, क्योंकि वे एक उलट प्रकाश चक्र पर रखा जाना चाहिए करने के अपने चक्र के अंधेरे हिस्से के दौरान जगह ले जब वे सबसे अधिक सक्रिय हैं प्रशिक्षण के लिए अनुमति. हम अपने लाल बत्ती के साथ प्रशिक्षण कमरा रोशन. इसके अलावा, अगर एक पानी इनाम प्रशिक्षण के दौरान प्रयोग किया जाता है, चूहों पानी के लिए प्रतिबंधित पहुँच होनी चाहिए. हमारे चूहों प्रशिक्षण सत्र से पहले 21 घंटे के लिए प्रतिबंधित पानी कर रहे हैं. पानी के जोखिम के तीन घंटे हमारे संस्थागत पशु की देखभाल के द्वारा निर्धारित किया गया था और समिति के प्रयोग के कम से कम प्रतिबंधक समय अवधि है कि पानी के सुदृढीकरण के रूप में हमारे व्यवहार के अध्ययन में उपयोगी पशु स्वास्थ्य या अच्छी तरह से किया जा रहा करने के लिए पर्याप्त समझौता पेश बिना अनुमति है. चूहे प्रशिक्षण के बाद यादृच्छिक समय (30 मिनट से 10 मिनट) पर पानी तक पहुँच दी जाती है और बाद में तीन घंटे के लिए उनके प्रकाश चक्र के अंधेरे भाग के दौरान पानी के लिए मुफ्त का उपयोग किया है. चूहे निर्जलीकरण के लक्षण के लिए हर दिन निरीक्षण किया जाना चाहिए और हर दूसरे दिन वजन करने के लिए सुनिश्चित करें वहाँ कोई महत्वपूर्ण वजन घटाने (10% से अधिक) है. एक इनाम के रूप में एक भोजन का इलाज का उपयोग कर यदि एक खाद्य प्रतिबंध आवश्यक नहीं है. व्यवहार करता है चूहों के लिए विशिष्ट व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, लेकिन हम एक मीठा अनाज का एक छोटा सा टुकड़ा के लिए एक प्रभावी इनाम पाया है.
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया है, मद में मादा चूहों गैर यौन ग्रहणशील महिलाओं की तुलना में पुरुषों से एक उच्च वोकलिज़ेशन प्रतिक्रिया प्रकाश में लाना. कॉलोनी में महिलाओं की एक बड़ी संख्या को बनाए रखने से, वहाँ एक उच्च संभावना है कि परकम से कम एक महिला किसी भी दिन पर मद में किया जाएगा. हालांकि, मद भी pharmacologically subcutaneously 0.1 सीसी बाँझ तिल का तेल 48 घंटे में β-estradiol के 10 μg 0.1 सीसी बाँझ तिल का तेल 4 घंटे पहले प्रशिक्षण में 500 μg progesterone के द्वारा पीछा प्रशिक्षण के लिए पहले इंजेक्शन द्वारा मादा चूहों में प्रेरित किया जा. इसके अतिरिक्त, नर चूहों कि मादा चूहों को अनुभवहीन हैं यौन मुखर प्रशिक्षण से पहले अनुभवी चाहिए. यह एक महिला चूहे कि पुरुष mounts और ejaculates जब तक पुरुष के घर पिंजरे में यौन ग्रहणशीलता के लक्षण (सवेग, अग्रकुब्जता कान wiggling) का प्रदर्शन कर रहा है रखने के द्वारा पूरा किया है. नर पहले कुछ सत्रों के दौरान नहीं माउंट और महिला सूँघने और / या पिंजरे के आसपास का पीछा करते हुए महिला द्वारा महिला में पुरुष से पता चलता है ब्याज के बाद हटाया जा सकता है है हो सकता है. यौन अनुभव एक बार एक दिन में दो सप्ताह के लिए किया जाता है. इस समय अवधि भी चूहों के लिए (ओं) experimenter और रिकॉर्डिंग के कमरे के लिए अभ्यस्त करने के लिए एक अवसर प्रदान करता है.
इस विधि के लिए एक सीमा वोकलिज़ेशन प्रकार के व्यक्तिपरक दृढ़ संकल्प है. इसके अलावा, इस पहलू डेटा संग्रह की गति की सीमा, प्रत्येक कॉल के रूप में स्वतंत्र और जांच चाहिए मैन्युअल वर्गीकृत. इस अनुभवी रेटर जो लगातार वोकलिज़ेशन पहचान में प्रशिक्षित किया गया है होने के महत्व है. दोनों अंतर और अंतर – करदाता विश्वसनीयता अपनी खुद की प्रयोगशाला के भीतर मूल्यांकन किया जाना चाहिए.
सारांश में, कृन्तकों में अल्ट्रासोनिक vocalizations कई विभिन्न मॉडलों में इस्तेमाल किया जाता है भावनात्मक राज्यों, इनाम और लत और autism के रूप में रोग राज्यों सहित मस्तिष्क व्यवहार रिश्तों का अध्ययन 6,14-16 इस उपन्यास विधि अध्ययन करने के लिए के लिए एक रास्ता है. उम्र बढ़ने और पार्किंसंस रोग में आवाज घाटे के उपचार के लिए लक्षित मुखर प्रशिक्षण अंतर्निहित तंत्र. इस विधि के अन्य रोग मॉडल है जो संचार और आवाज को प्रभावित करने के लिए लागू होने की संभावना है.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान (NIDCD, p30-DC010754, T32-DC009401) द्वारा समर्थित है.
Materials
| Name | Company | Catalogue number |
|---|---|---|
| Condenser ultrasound microphone CM16/CMPA | Avisoft Bioacoustics | 40011 |
| UltraSoundGate 116Hb | Avisoft Bioacoustics | 41161 |
| Avisoft-RECORDER | Avisoft Bioacoustics | 10201 |
| Avisoft-SASLab Pro | Avisoft Bioacoustics | 10101 |
References
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