Gezielte Schulung von Ultraschall Vocalizations in Aged und Parkinson-Ratten
Summary
Stimmstörungen sind in Alterungs-und Parkinson-Krankheit eine Schwächung. Die Ultraschall-Laute von Ratten, die ebenfalls von diesen Bedingungen betroffen sind, können verwendet werden, um diese Stimmstörungen, ihre neuronalen Substrate und die Art der funktionellen Erholung mit Verhaltenstherapie zu untersuchen.
Abstract
Voice-Defizite sind eine häufige Komplikation von Morbus Parkinson (PD) und des Alterns, sie können erheblich verringern die Lebensqualität durch den Aufprall Kommunikationsfähigkeit 1, 2 Gezieltes Training (Sprache / Stimme Therapie) können spezifische Sprach-Defizite, 3, 4 zu verbessern, obwohl die. zugrunde liegenden Mechanismen von Verhaltens-Interventionen sind nicht gut verstanden. Systematische Untersuchung von Sprach-Defizite und Therapie sollten viele Faktoren, die schwer beim Menschen, wie Alter, häusliche Umgebung, Alter Post-Ausbruch der Krankheit, der Schwere der Erkrankung und Medikamente zu kontrollieren. Die hier vorgestellte Methode verwendet ein Tiermodell der Stimmgebung, die für systematische Untersuchung, wie zugrundeliegenden sensomotorischen Mechanismen ändern gezielte Stimmbildung ermöglicht. Die Ultraschall-Aufzeichnungs-und Analyseverfahren in diesem Protokoll beschrieben werden, die für eine Untersuchung von Nagetieren Ultraschall Lautäußerungen.
Die Ultraschall-Laute von Nagetieren sind als ein wertvolles Modell auftauchen, um die neuronalen Substrate Verhalten zu untersuchen. 5-8 Beide Nagetier und menschlichen Lautäußerungen tragen semiotischen Wert und sind durch Modifizierung eines egressiv Luftstrom mit einer Kehlkopf-Verengung erzeugt. 9, 10 So, Nagetier vocalizations kann ein nützliches Modell für Sprach-Defizite in einem sensomotorischen Kontext zu studieren. Darüber hinaus ermöglichen Rattenmodellen uns auf die neurobiologischen Grundlagen der Erholung von Defiziten durch gezielte Schulungen zu studieren.
Zur Modellierung PD verwenden wir Long-Evans-Ratten (Charles River Laboratories International, Inc.) und induzieren Parkinson durch eine einseitige Infusion von 7 pg 6-Hydroxydopamin (6-OHDA) in den medialen Vorderhirn bündeln, die mittelschwere bis schwere Degeneration der präsynaptischen Ursachen striatalen Neuronen (für Details siehe Ciucci, 2010). 11, 12 für die alternde Modell verwenden wir die Fischer 344/Brown Norwegen F1 (National Institute on Aging).
Unsere primäre Methode zur Auslösung Lautäußerungen ist, sexuell erfahrenen männlichen Ratten zu sexuell empfänglich weiblichen Ratten auszusetzen. Wenn das Männchen interessieren sich für die weibliche wird, ist das weibliche entfernt und der männliche weiterhin vocalize. Durch die Belohnung komplexe Laute mit der Nahrung oder Wasser, sowohl die Anzahl der komplexen Lautäußerungen und die Rate der Laute kann erhöht werden (Abbildung 1).
Ein Ultraschall-Mikrofon oberhalb des Mannes nach Hause Käfig montiert zeichnet die Laute. Die Aufzeichnung beginnt nach der weiblichen Ratte wird entfernt, um die männlichen Anrufe zu isolieren. Vocalizations können in Echtzeit für die Ausbildung oder erfasst und analysiert offline betrachtet werden. Durch die Aufzeichnung und akustisch analysiert Laute vor und nach der Stimmbildung, können die Auswirkungen der Krankheit und die Wiederherstellung der normalen Funktion mit der Ausbildung geprüft werden. Dieses Modell erlaubt uns auch, die beobachteten Verhaltensänderungen (Gesang) Verbesserungen an Veränderungen im Gehirn und das neuromuskuläre System beziehen.
Protocol
Discussion
Ultraschall-Laute bei Ratten zu sein scheinen anfällig für Alterung und Krankheit Prozesse, wie Parkinson-Krankheit. Diese Ultraschall-Laute eine Verhaltens-Modell der Stimmfunktion, darunter Defizite, die physiologischen Veränderungen aufgrund von Krankheit und Altern zu begleiten. Darüber hinaus sind akustische Veränderungen in der Ultraschall-Laute leicht gemessen und quantifiziert. Darüber hinaus können Ultraschall-Laute durch verhaltenstherapeutische Maßnahmen geändert werden. Deshalb bieten Ratte Ultraschall vocalizations ein nützliches Modell, um die Auswirkungen der Krankheit zu untersuchen, Altern und therapeutische Interventionen sowohl auf das Verhalten und die zugrunde liegenden neurobiologischen Mechanismen.
Unsere Methode der Stimmbildung nutzt einen konditionierten Reiz (ein Klick) mit einer positiven Verstärkung (ein Wasser-oder Leckerchen belohnen) assoziiert. Der Klick durch die Belohnung folgte dient zur Laute der zunehmenden Komplexität zu verstärken. Wir definieren komplexe Laute als solche mit einem "Triller" (frequenzmoduliert) Komponente (Abbildung 5B) im Vergleich zu denen, die "flat" sind und Aufrechterhaltung einer einzigen Frequenz (Abbildung 5A). Diese Frequenz moduliert Komponente ist leicht an ihrer sinusförmigen Aussehen identifiziert. Während 50-kHz Vokalisationen kann vollständig sinusförmige (Abbildung 5B) ist es üblich, bis hin zu komplexeren 50-kHz Vokalisationen, die teilweise von dieser Frequenz moduliert Komponente sowie entweder große Sprünge in der Frequenz oder eine kurze flache Komponente bestehen zu begegnen. Diese komplexeren Lautäußerungen können kurze Pausen von weniger als 10 ms zwischen den einzelnen Komponenten, sondern als eine einzige Vokalisation. Obwohl weitere detaillierte Sub-Klassifizierung dieser Laute ist möglich, offline, 14 klassifizieren wir alle 50-kHz Vokalisationen mit einer Frequenz moduliert Komponente als komplex, um die Notwendigkeit von Online-subjektive Klassifizierung verringern und Verstärkung Variabilität. In Ihrem eigenen Labor ist es wichtig, zu entscheiden, wie Daten klassifiziert und nach einer Studie Design, die für den Zweck der Studie wird analysiert.
Es gibt viele Faktoren zu berücksichtigen, wenn dieses Protokoll verwenden. Vor allem, trotz genetische Homogenität und verfahrensrechtlichen Konsistenz, haben Ratten eine variable Reaktion auf Training. Einige Ratten natürlich vocalize mehr als andere, 5 oder durch Bestrahlung mit einer weiblichen mehr als ein Nahrungsmittel oder Wasser Belohnung motiviert. Ein Weg, wir Rechnung für diese Variabilität ist durch die Untersuchung der Veränderung der akustischen Parameter von einzelnen Ratten 'baseline Lautäußerungen ihrer post-Läsion und nach dem Training Lautäußerungen. Obwohl nicht in dieses Protokoll diskutiert, haben wir auch Verhaltensänderungen Assays, das Interesse an den weiblichen wie Latenz zu montieren quantifizieren. Darüber hinaus je nach Alter und Aktivität eines einzelnen Ratte, kann ein Draht oben auf der Homepage Käfig während des Trainings, um eine Flucht zu verhindern benötigt werden. Trotz individueller Unterschiede ist es uns gelungen dieses Protokoll auf eine Vielzahl von Stämmen und Alter, um Laute bezogen auf jedes einzelne Ratte Grundlinie zu verbessern.
Ratten sind empfindlich auf scheinbar kleine Veränderungen in der Umwelt, wie Düften, Temperatur und Personal. Es sollten Anstrengungen unternommen, um duftende Körperpflegemittel, wie Lotionen, Haarpflegemittel und Düfte zu vermeiden. Bevor Sie versuchen, Ausbildung, muss eine Person sein komfortablen Interaktion mit und Handhabung Ratten. Darüber hinaus können etwaige Unstimmigkeiten in Personal oder Umwelt in Mitleidenschaft ziehen die Ratten "Vokalisierung Antwort.
Da Ratten nachtaktiv sind, sollten sie auf eine umgekehrte Lichtzyklus gehalten werden, um für die Ausbildung, um während der dunklen Teil ihres Zyklus zu nehmen, wenn sie am aktivsten sind erlaubt. Wir beleuchten unserem Schulungsraum mit roten Lichtern. Außerdem, wenn ein Wasser Belohnung beim Training verwendet wird, sollte Ratten haben eingeschränkten Zugang zu Wasser. Unsere Ratten sind Wasser für 21 Stunden vor dem Training beschränkt. Drei Stunden Einwirkung von Wasser wurde von unserem Institutional Animal Care ermittelt und Verwenden Ausschuss für die am wenigsten restriktive Zeit, dass das Wasser nützlich zu sein als Verstärkung in unserer Verhaltensstudien ohne ein substanzielles Kompromiss für die Tiergesundheit oder das Wohlbefinden zugelassen werden. Ratten sind der Zugang zu Wasser zu zufälligen Zeiten (10 bis 30 Minuten) nach dem Training gegeben und anschließend haben freien Zugang zu Wasser für drei Stunden während der dunklen Teil ihrer Licht-Zyklus. Ratten sollten inspiziert täglich auf Anzeichen von Austrocknung und gewogen werden jeden zweiten Tag, um sicherzustellen, gibt es keine signifikanten (größer als 10%) Gewichtsverlust. Ein Lebensmittel-Einschränkung ist nicht erforderlich, wenn mit einem Leckerchen als Belohnung. Behandelt speziell für Ratten sind im Handel erhältlich, aber wir haben ein kleines Stück eines zuckerhaltigen Getreide gefunden, um eine wirksame Belohnung.
Wie bereits erwähnt, zu entlocken weiblichen Ratten in Östrus eine höhere Vokalisierung Antwort von Männern als nicht-sexuell empfänglich Frauen. Durch die Aufrechterhaltung einer großen Anzahl von Frauen in der Kolonie, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass beimindestens ein Weibchen in der Brunst an einem bestimmten Tag sein. Allerdings kann Östrus auch pharmakologisch bei weiblichen Ratten werden durch subkutane Injektion von 10 ug β-Estradiol in 0,1 ccm sterile Sesamöl 48 Stunden vor dem Training von 500 ug von Progesteron in 0,1 ccm sterile Sesamöl 4 Stunden vor dem Training, gefolgt induziert. Darüber hinaus muß die männliche Ratten, die naiv zu weiblichen Ratten sind sexuell erfahrene vor Stimmbildung werden. Dies geschieht, indem eine weibliche Ratte, die Anzeichen von Paarungsbereitschaft (Stechen, Lordose, Ohr wackeln) wird in den männlichen Heimkäfig bis der männliche Halterungen und ejakuliert erreicht. Männer können nicht während der ersten Sitzungen montieren und das Weibchen nach dem Männchen zeigt Interesse an der weiblichen durch Schnüffeln und / oder der Jagd nach dem weiblichen um den Käfig entfernt werden. Sexuell erfahren wird einmal täglich für zwei Wochen getan. Diese Zeit bietet auch die Gelegenheit für Ratten an den Experimentator (s) und die Aufnahme Raum zu gewöhnen.
Eine Einschränkung dieser Methode ist die subjektive Bestimmung der Vokalisation Typ. Darüber hinaus begrenzt dieser Faktor die Geschwindigkeit der Datenerfassung, da jeder Anruf unabhängig geprüft werden müssen und manuell klassifiziert. In diesem Zusammenhang ist die Bedeutung der mit erfahrenen Bewertern, die regelmäßig in Vokalisierung Identifikation geschult. Sowohl Intra-und Inter-Reliabilität sollte in Ihrem eigenen Labor geprüft werden.
Zusammenfassend sind Ultraschall-Laute bei Nagern in vielen verschiedenen Modellen verwendet werden, um Gehirn-Verhalten Beziehungen, einschließlich emotionaler Zustände, Belohnung und Sucht und Krankheit Staaten, wie zB Autismus-Studie. 6,14-16 Diese neuartige Methode ist ein Weg, um das Studium Mechanismen, die gezielte Stimmbildung für die Behandlung von Sprach-Defizite in Altern und Parkinson-Krankheit. Diese Methode hat das Potenzial, auf andere Krankheitsmodelle, die Kommunikation und Stimme beeinflussen angewendet werden.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Unterstützt durch die National Institutes of Health (NIDCD, P30-DC010754, T32-DC009401).
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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