Целевая подготовка Ультразвуковые Вокализации в возрасте и Паркинсона Крысы
Summary
Голос расстройств изнурительных в процессе старения и болезни Паркинсона. Ультразвуковые вокализации крыс, также зависит от этих условий, могут быть использованы для изучения этих расстройств голоса, их нейронных субстратов, а также характер восстановления функций с поведенческими вмешательства.
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
Ультразвуковые вокализации у крыс кажутся уязвимыми к старению и болезням процессов, таких как болезнь Паркинсона. Эти ультразвуковые вокализации обеспечить поведенческой модели вокальные функции, включая дефициты, которые сопровождают физиологические изменения, связанные с болезнями и старением. Кроме того, акустические изменения в ультразвуковых вокализации легко измеряется и количественно. Кроме того, ультразвуковые вокализации может быть изменен с помощью поведенческого вмешательства. Таким образом, крысы ультразвуковые вокализации обеспечивают полезную модель для изучения воздействия болезней, старения и терапевтическое вмешательство на обоих поведение и лежащий в основе нейробиологических механизмов.
Наш метод вокальной подготовки использует условный раздражитель (нажмите), связанные с положительное подкрепление (вознаграждение воды или пищи лечения). Затем нажмите награду используется для усиления вокализации возрастающей сложности. Мы определяем комплекса вокализации, как те, которые содержат "трель" (частота модулированного) компонента (рис. 5B) по сравнению с теми, которые являются "плоскими" и поддерживать одну частоту (рис. 5А). Эта частота модулированного компонент легко идентифицируется по синусоидальной внешний вид. Хотя 50-кГц вокализации могут быть полностью синусоидальной (рис. 5B), обычно сталкиваются с более сложной 50-кГц вокализации, которые состоят частично из этой частоте модулированного компонента, а также либо больших скачков по частоте или краткие плоской составляющей. Эти более сложные вокализации, возможно, короткими перерывами менее 10 мс между компонентами, но считается одной вокализации. Хотя более подробную суб-классификация этих вокализации можно в автономном режиме, 14 найдены все 50-кГц вокализации содержащие частотно-модулированных компонент комплекса снизить потребность в онлайн субъективные классификации и снизить усиление изменчивости. В своей тестовой среде важно выбрать, как данные классифицированы и проанализированы в соответствии дизайн исследования, который подходит для целей исследования.
Есть много факторов, которые следует учитывать при использовании этого протокола. Прежде всего, несмотря на генетическую однородность и процедурную последовательность, крысы имеют переменную ответ на обучение. Некоторые крысы естественно вокализ больше, чем другие, 5 или мотивированы воздействия женщин более чем на награду пищи и воды. Один из способов учета этого изменчивость, исследуя изменения акустических параметров от вокализации отдельных крыс базовым для их пост-поражения и после обучения вокализации. Хотя это и не обсуждается в данном протоколе, у нас есть поведенческие тесты количественно интерес женщин, таких как задержка расти. Кроме того, в зависимости от возраста и уровня активности отдельных крыса, проволока верхней могут быть необходимы на главной клетке во время тренировок, чтобы предотвратить побег. Несмотря на индивидуальной изменчивости, мы успешно использовали этот протокол на различных штаммов и возрастов для улучшения вокализации по сравнению с исходным каждой отдельной крысы.
Крысы очень чувствительны к казалось бы, небольшие изменения в окружающей среде, такие как запахи, температура, и персонал. Усилия должны быть направлены, чтобы избежать душистых продуктов личной гигиены, такие как лосьоны, волос и парфюмерии. Перед тем как обучение, человек должен быть удобным, взаимодействующих с и обработки крыс. Кроме того, любые несоответствия в персонал и окружающую среду может повлиять на ответ вокализации крыс.
Потому что крысы ведут ночной образ жизни, они должны находиться на обратном цикле свет, чтобы обеспечить обучение пройдет в темное часть своего цикла, когда они наиболее активны. Мы освещать наш тренажерный зал с красными огнями. Кроме того, если вода награду используется в процессе обучения, крысы должны иметь ограниченный доступ к воде. Наши крысы воды ограничены в течение 21 часов до тренировки. Три часа воздействия воды определялось по нашей институциональной уходу и использованию животных комитета должны быть наименее ограничительными период времени, что позволило воды, чтобы быть полезным в качестве подкрепления в наши поведенческие исследования, не представляющие существенного компромисса для здоровья животных и благополучия. Крысы получают доступ к воде в случайные моменты времени (10 минут до 30 минут) после тренировки, а затем иметь свободный доступ к воде в течение трех часов в темное время часть их света цикла. Крысы должны проверяться каждый день на наличие признаков обезвоживания и весил через день, чтобы у пассажиров было никакого существенного (более 10%), потеря веса. Питание ограничение не является необходимым при использовании пищи рассматривать в качестве награды. Лечит специфичные для крыс имеются в продаже, но мы нашли небольшой кусочек сладких хлопьев, чтобы быть эффективным награду.
Как упоминалось выше, у самок крыс в течке вызывают выше вокализации ответ от мужчин, чем не сексуально восприимчивы женщины. Поддерживая большое число женщин в колонии, есть высокая вероятность, что намере одна женщина будет в течке в любой день. Тем не менее, течки может быть также фармакологически индуцированных у самок крыс при подкожном инъекционных 10 мкг β-эстрадиола в 0,1 мл стерильного кунжутное масло за 48 часов до тренировки затем 500 мкг прогестерона в 0,1 мл стерильного кунжутное масло за 4 часа до тренировки. Кроме того, крыс-самцов, которые наивно самок крыс должна быть сексуальный опыт до вокальной подготовки. Это достигается путем размещения самка крысы, которые проявляет признаки полового восприимчивость (дартс, лордоз, ухо шевелить) в доме клетку самца, пока мужчина монтирует и эякуляции. Мужчины не удается подключить в течение первых нескольких сессий и женщины могут быть удалены после того, интерес мужчины шоу в самку нюхают и / или в погоне за женщинами вокруг клетки. Половым испытывают производится один раз в день в течение двух недель. Этот период также дает возможность для крыс, чтобы приучить к экспериментатору (ов) и записи комнате.
Одним из ограничений этого метода является субъективное определение вокализации типа. Кроме того, этот фактор ограничивает скорость сбора данных, так как каждый вызов должен быть независимо рассмотрены и классифицированы вручную. С этим связана важность наличия опытных оценщиков, которые были последовательно обучение в вокализации идентификации. И внутри и меж-оценщик надежность должна быть оценена в пределах вашей собственной лаборатории.
Таким образом, ультразвуковые вокализации у грызунов используются во многих различных моделей для изучения мозга поведении отношения, в том числе эмоциональные состояния, награды и наркомании, и болезненных состояний, таких, как аутизм. 6,14-16 Этот новый метод является способом изучения механизмы, лежащие целевых вокальной подготовки для лечения голос дефицита в старении и болезни Паркинсона. Этот метод имеет потенциал, чтобы быть применены в других моделях болезни, которая влияет на общение и голос.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
При поддержке Национального института здоровья (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
- Fox, C. M., Morrison, C. E., Ramig, L. O., Sapir, S. Current perspectives on the Lee Silverman Voice Treatment (LSVT) for individuals with idiopathic Parkinson disease. Am J Speech Lang Pathol. 11, 111-123 (2002).
- Roy, N., Stemple, J., Merrill, R. M., Thomas, L. Epidemiology of voice disorders in the elderly: preliminary findings. Laryngoscope. 117, 628-633 (2007).
- Ramig, L. O., Sapir, S., Fox, C., Countryman, S. 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. Mov. Disord. 16, 79-83 (2001).
- Sapir, S., Ramig, L. O., Fox, C. The Lee Silverman Voice Treatment® for voice, speech and other orofacial disorders in patients with Parkinson’s disease. Future Neurology. 1, 563-570 (2006).
- Panksepp, J., Burgdorf, J. 50-kHz chirping (laughter?) in response to conditioned and unconditioned tickle-induced reward in rats: effects of social housing and genetic variables. Behav. Brain Res. 115, 25-38 (2000).
- Scattoni, M. L., Gandhy, S. U., Ricceri, L., Crawley, J. N. Unusual repertoire of vocalizations in the BTBR T+tf/J mouse model of autism. PLoS One. 3, e3067-e3067 (2008).
- Wohr, M., Houx, B., Schwarting, R. K., Spruijt, B. Effects of experience and context on 50-kHz vocalizations in rats. Physiol. Behav. 93, 766-776 (2008).
- Lahvis, G. P., Alleva, E., Scattoni, M. L. Translating mouse vocalizations: prosody and frequency modulation. Genes Brain Behav. 10, 4-16 (2011).
- Brudzynski, S. M. Communication of adult rats by ultrasonic vocalization: biological, sociobiological, and neuroscience approaches. ILAR J. 50, 43-50 (2009).
- Johnson, A. M., Ciucci, M. R., Russell, J. A., Hammer, M. J., Connor, N. P. Ultrasonic output from the excised rat larynx. J. Acoust. Soc. Am. 128, EL75-EL79 (2010).
- Fulceri, F., Biagioni, F., Lenzi, P., Falleni, A., Gesi, M., Ruggieri, S., Fornai, F. Nigrostriatal damage with 6-OHDA: validation of routinely applied procedures. Ann N Y Acad Sci. 1074, 344-348 (2006).
- Ciucci, M. R., Vinney, L., Wahoske, E. J., Connor, N. P. A translational approach to vocalization deficits and neural recovery after behavioral treatment in Parkinson disease. J. Commun. Disord. 43, 319-326 (2010).
- Ciucci, M. R. Reduction of dopamine synaptic activity: degradation of 50-kHz ultrasonic vocalization in rats. Behav. Neurosci. 123, 328-336 (2009).
- Wright, J. M., Gourdon, J. C., Clarke, P. B. Identification of multiple call categories within the rich repertoire of adult rat 50-kHz ultrasonic vocalizations: effects of amphetamine and social context. Psychopharmacology (Berl). 211, 1-13 (2010).
- Burgdorf, J., Kroes, R. A., Beinfeld, M. C., Panksepp, J., Moskal, J. R. Uncovering the molecular basis of positive affect using rough-and-tumble play in rats: a role for insulin-like growth factor I. Neuroscience. 168, 769-777 (2010).
- Wöhr, M., Schwarting, R. K. Ultrasonic communication in rats: effects of morphine and naloxone on vocal and behavioral responses to playback of 50-kHz vocalizations. Pharmacol Biochem Behav. 94, 285-295 (2009).
