scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-21-4-27-38scbmt-1791Research ArticleМЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS AND TECHNOLOGIES OF BIOMEDICAL RESEARCHКартирование психоэмоциональных состояний животных и действия психотропных средств по параметрам ультразвуковой вокализацииMapping the Psychoemotional State of Animals and Effects of Psychotropic Drugs Based on Ultrasonic Vocalization ParametersКаркищенкоН. Н.KarkischenkoN. N.

Каркищенко Николай Николаевич, д.м.н., проф., акад. РАРАН, чл.-корр. РАН

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Nikolay N. Karkischenko, Dr. Sci. (Med.), Prof., Academician of the Russian Academy of Rocket and Artillery Sciences, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

niknik2808@yandex.ruФокинЮ. В.FokinYu. V.

Фокин Юрий Владимирович, к.б.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Yuriy V. Fokin, Cand. Sci. (Biol.)

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

fokin@scbmt.ruШустовЕ. Б.ShustovE. B.

Шустов Евгений Борисович, д.м.н., проф.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

192019, Санкт-Петербург, ул. Бехтерева, 1

Evgeny B. Shustov, Dr. of Sci. (Med.), Prof.

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

192019, St. Petersburg, Bekhterev Str., 1

shustov-msk@mail.ruФГБУН «Научный центр биомедицинских технологий ФМБА России»РоссияScientific Center of Biomedical Technologies of the Federal Medical and Biological Agency of RussiaRussian FederationФГБУН «Научный центр биомедицинских технологий ФМБА России»; ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова ФМБА России»РоссияScientific Center of Biomedical Technologies of the Federal Medical and Biological Agency of Russia; Scientific and Clinical Center of Toxicology named after S.N. Golikov of the Federal Medical and Biological Agency of RussiaRussian Federation2025181220252142738Copyright © Каркищенко Н.Н., Фокин Ю.В., Шустов Е.Б., 20252025Каркищенко Н.Н., Фокин Ю.В., Шустов Е.Б.Karkischenko N.N., Fokin Y.V., Shustov E.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1791

Феномен ультразвуковой вокализации (УЗВ) характерен для различных лабораторных животных, широко используемых в биомедицинских исследованиях. Он тесно связан с особенностями функционального состояния центральной нервной системы животных, их психоэмоциональным статусом, особенностями реагирования на экстремальные воздействия, а также процессами зоосоциальной коммуникации. Указанные особенности позволили внедрить методику исследования УЗВ в практику биомедицинских исследований, ориентированных на моделирование различных заболеваний, патологических и саногенетических процессов, оценку эффективности психофармакологических средств. Целью настоящей статьи является раскрытие потенциала идентификации особенностей психофизических состояний лабораторных животных методом УЗВ. Представлена матрица идентификации эмоциональных состояний крыс на основе спектрального анализа их УЗВ.

The phenomenon of ultrasonic vocalization (USV) is characteristic of various laboratory animals, which are widely used in biomedical research. This phenomenon is closely linked to the functional state of animals’ central nervous system, their psychoemotional status, response to extreme stimuli, and the processes of zoosocial communication. These characteristics have allowed the introduction of USV research methods into biomedical research aimed at modeling various diseases, pathological and sanogenetic processes, and evaluating the efficacy of psychopharmacological agents. In this article, we set out to investigate the possibility of identifying the characteristics of the psychophysical state of laboratory animals using USV. A matrix for identifying the emotional states of rats based on spectral analysis of their USV is presented.

психоэмоциональное состояниецентральная нервная системаультразвуковая вокализациячастотаспектральная мощностьлабораторные животныеpsychoemotional statecentral nervous systemultrasonic vocalizationfrequencyspectral powerlaboratory animalsReferencesГаврилов В.В. Кооперация и ультразвуковая коммуникация у крыс. Когнитивные исследования. Вып. 7. Под ред. Д.В. Ушакова, А.А. Медынцева. М.: ИП РАН, 2017:81–91.Gavrilov V.V. Kooperaciya i ul`trazvukovaya kommunikaciya u krys [Cooperation and ultrasonic communication in rats]. Kognitivnye issledovaniya [Cognitive studies]. Iss. 7. Ed. by D.V. Ushakov, A.A. Medyntsev. Moscow: IP RAN Publ. 2017:81–91. (In Russian)].Гасанов М.Т., Фокин Ю.В., Люблинский С.Л., Алимкина О.В., Табоякова Л.А., Каркищенко В.Н. Доклинические исследования эффективности и безопасности комплекса биологически активных веществ, выделенных из мускуса кабарги сибирской, в липосомированной лекарственной форме. Биомедицина. 2022;18(4):48–62.Gasanov M.T., Fokin Yu.V., Lyublinskiy S.L., Alimkina O.V., Taboyakova L.A., Karkischenko V.N. Doklinicheskie issledovaniya effektivnosti i bezopasnosti kompleksa biologicheski aktivnyh veshchestv, vydelennyh iz muskusa kabargi sibirskoj, v liposomirovannoj lekarstvennoj forme [Preclinical studies of the efficacy and safety of a complex of biologically active substances isolated from Siberian musk deer musk in liposomal dosage form]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2022;18(4):48–62. (In Russian)].Громова Д.С., Павлова О.Н., Мякишева Ю.В., Попова Н.Р. Обзор подходов к моделированию расстройств аутистического спектра у животных и изучение эффективности моделей в биомедицинских исследованиях (обзор проблемы). Лабораторные животные для научных исследований. 2024;4:14–21.Gromova D.S., Pavlova O.N., Myakisheva Yu.V., Popova N.R. Obzor podhodov k modelirovaniyu rasstrojstv autisticheskogo spektra u zhivotnyh i izuchenie effektivnosti modelej v biomedicinskih issledovaniyah (obzor problemy) [Review of approaches to modeling autism spectrum disorders in animals and studying the effectiveness of models in biomedical research (review of the problem)]. Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij [Laboratory animals for scientific research]. 2024;4:14–21. (In Russian)].Запекин С.Г., Шапошников К.В., Суслов Н.И., Кульпин П.В., Фёдорова Ю.С. Преимущества методики регистрации ультразвуковых вокализаций при исследовании анксиолитической активности фармакологических субстанций. Актуальные вопросы фундаментальной и клинической медицины. Сб. мат-лов конгресса молодых ученых. Томск, 2020:485–489.ZapekinS.G., Shaposhnikov K.V., Suslov N.I., Kulpin P.V., Fedorova Yu.S. Preimushchestva metodiki registracii ul`trazvukovyh vokalizacij pri issledovanii anksioliticheskoj aktivnosti farmakologicheskih substancij [Advantages of the method of recording ultrasonic vocalizations in the study of the anxiolytic activity of pharmacological substances]. Aktual`nye voprosy fundamental`noj i klinicheskoj mediciny [Current issues in fundamental and clinical medicine]. Sb. mat-lov kongressa molodyh uchenyh [Collection of materials of the congress of young scientists]. Tomsk, 2020:485–489. (In Russian)].Каркищенко В.Н., Фокин Ю.В., Чайванов Д.Б., Чудина Ю.А., Николаев А.А. Влияние транскраниальной низкочастотной электростимуляции головного мозга на спектральные характеристики ультразвуковой вокализации мини-свиней светлогорской популяции. Биомедицина. 2015;3:20–26.Karkischenko V.N., Fokin Yu.V., Chayvanov D.B., Chudina Yu.A., Nikolaev A.A. Vliyanie transkranial`noj nizkochastotnoj elektrostimulyacii golovnogo mozga na spektral`nye harakteristiki ul`trazvukovoj vokalizacii mini-svinej svetlogorskoj populyacii [The influence of transcranial low-frequency electrical stimulation of the brain on the spectral characteristics of ultrasonic vocalization of minipigs of the Svetlogorsk population]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2015;3:20–26. (In Russian)].Каркищенко В.Н., Фокин Ю.В., Шустов Е.Б. Анализ поведенческих характеристик и ультразвуковой вокализации лабораторных крыс при фармакологической коррекции их психоэмоционального состояния. Биомедицина. 2015;3:33–42.Karkischenko V.N., Fokin Yu.V., Shustov E.B. Analiz povedencheskih harakteristik i ul`trazvukovoj vokalizacii laboratornyh krys pri farmakologicheskoj korrekcii ix psihoemocional`nogo sostoyaniya [Analysis of behavioral characteristics and ultrasonic vocalization of laboratory rats during pharmacological correction of their psychoemotional state]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2015;3:33–42. (In Russian)].Каркищенко Н.Н. Основы биомоделирования. М.: Изд-во ВПК, 2004:607.Karkischenko N.N. Osnovy biomodelirovaniya [Fundamentals of biomodeling]. Moscow: Izd-vo VPK, 2004:607. (In Russian)].Каркищенко Н.Н. Психоунитропизм лекарственных средств. М.: Медицина, 1993:208.Karkischenko N.N. Psihounitropizm lekarstvennyh sredstv [Psychounitropism of drugs]. Moscow: Medicina Publ., 1993:208. (In Russian)].Каркищенко Н.Н., Фокин Ю.В., Каркищенко В.Н., Сахаров Д.С., Алимкина О.В. Роль нейромедиаторных систем мозга в генерации ультразвуковой вокализации и ее корреляции с поведением животных. Биомедицина. 2011;4:8–18.Karkischenko N.N., Fokin Yu.V., Karkischenko V.N., Sakharov D.S., Alimkina O.V. Rol` nejromediatornyh sistem mozga v generacii ul`trazvukovoj vokalizacii i ee korrelyacii s povedeniem zhivotnyh [The role of neurotransmitter systems of the brain in the generation of ultrasonic vocalization and its correlation with animal behavior]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2011;4:8–18. (In Russian)].Каркищенко Н.Н., Фокин Ю.В., Николаев А.А., Чудина Ю.А., Чайванов Д.Б., Емельянова А.Е. Информативные параметры ультразвуковой вокализации кроликов при высоко- и низкочастотной транскраниальной электростимуляции. Биомедицина. 2017;4:46–52.Karkischenko N.N., Fokin Yu.V., Nikolaev A.A., Chudina Yu.A., Chayvanov D.B., Emelyanova A.E. Informativnye parametry ul`trazvukovoj vokalizacii krolikov pri vysoko- i nizkochastotnoj transkranial`noj elektrostimulyacii [Informative parameters of ultrasonic vocalization of rabbits during high- and low-frequency transcranial electrical stimulation]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2017;4:46–52. (In Russian)].Каркищенко Н.Н., Фокин Ю.В., Сахаров Д.С., Каркищенко В.Н., Капанадзе Г.Д., Чайванов Д.Б. Ультразвуковая вокализация и ее информативные параметры у животных и человека. Биомедицина. 2011;1:4–23.Karkischenko N.N., Fokin Yu.V., Sakharov D.S., Karkischenko V.N., Kapanadze G.D., Chaivanov D.B. Ul`trazvukovaya vokalizaciya i ee informativnye parametry u zhivotnyh i cheloveka [Ultrasonic vocalization and its informative parameters in animals and humans]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2011;1:4–23. (In Russian)].Каркищенко Н.Н., Чайванов Д.Б., Фокин Ю.В. Рекомендации по устранению шумов при записи параметров ультразвуковой вокализации животных и человека. Вестник психофизиологии. 2012;1:45-47.Karkischenko N.N., Chayvanov D.B., Fokin Yu.V. Rekomendacii po ustraneniyu shumov pri zapisi parametrov ul`trazvukovoj vokalizacii zhivotnyh i cheloveka [Recommendations for eliminating noise when recording ultrasonic vocalization parameters of animals and humans]. Vestnik psihofiziologii [Bulletin of Psychophysiology]. 2012;1:45-47. (In Russian)].Лупанова А.С. Сравнительный анализ вокализаций диких и линейных домовых мышей (Mus musculus). Акустический журнал. 2024;70(S5):54.Lupanova A.S. Sravnitel`nyj analiz vokalizacij dikih i linejnyh domovyh myshej (Mus musculus) [Comparative analysis of vocalizations of wild and linear house mice (Mus musculus)]. Acoustic journal. 2024;70(S5):54. (In Russian)].Музыко Е.А., Лукина А.С., Карелина Д.А., Тарасов А.С., Перфилова В.Н., Фролов Е.М., Фролов М.Ю. Исследование поведенческих реакций и длительности ультразвуковой вокализации у крысят от стрессированных в период беременности самок. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2025;125(3):117– 123.Muzyko E.A., Lukina A.S., Karelina D.A., Tarasov A.S., Perfilova V.N., Frolov E.M., Frolov M. Yu. Issledovanie povedencheskih reakcij i dlitel`nosti ul`trazvukovoj vokalizacii u krysyat ot stressirovannyh v period beremennosti samok [Study of behavioral reactions and duration of ultrasonic vocalization in rat pups from females stressed during pregnancy]. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2025;125(3):117–123. (In Russian)].Нестерова Ю.В., Всяких О.В., Кульпин П.В., Поветьева Т.Н., Зюзьков Г.Н., Суслов Н.И., Жданов В.В., Лосев Е.А. Сравнительное исследование анксиолитической активности зонгорина в приподнятом крестообразном лабиринте и методом регистрации ультразвуковых вокализаций. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2024;177(5):612–616.Nesterova Yu.V., Vsyakikh O.V., Kulpin P.V., Povetyeva T.N., Zyuzkov G.N., Suslov N.I., Zhdanov V.V., Losev E.A. Sravnitel`noe issledovanie anksioliticheskoj aktivnosti zongorina v pripodnyatom krestoobraznom labirinte i metodom registracii ul`trazvukovyh vokalizacij [Comparative study of the anxiolytic activity of songorine in the elevated plus maze and by recording ultrasonic vocalizations]. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2024;177(5):612–616. (In Russian)].Пьявченко Г.А., Урываев Ю.В., Ноздрин В.И. Совместное применение комплексов LABORAS и SONOTRACK при исследовании поведенческих реакций у крыс. Ученые записки Орловского государственного университета. Сер.: Естественные, технические и медицинские науки. 2013;6:238–242.Pyavchenko G.A., Uryvaev Yu.V., Nozdrin V.I. Sovmestnoe primenenie kompleksov LABORAS i SONOTRACK pri issledovanii povedencheskih reakcij u krys [Combined use of the LABORAS and SONOTRACK systems in studying behavioral responses in rats]. Uchenye zapiski Orlovskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: Estestvennye, tehnicheskie i medicinskie nauki [Scientific Notes of Oryol State University. Series: Natural, Technical and Medical Sciences]. 2013;6:238–242. (In Russian)].Рига В.Д., Ребик А.А., Смирнов К.С., Сысоева О.В., Мидзяновская И.С. Ультразвуковая вокализация как маркер нарушений зоосоциального взаимодействия у крыс. Сб. тезисов XXVI научной школы — конференции молодых ученых по физиологии высшей нервной деятельности и нейрофизиологии. М., 2022:257-261.Riga V.D., Rebik A.A., Smirnov K.S., Sysoeva O.V., Midzyanovskaya I.S. Ul`trazvukovaya vokalizaciya kak marker narushenij zoosocial`nogo vzaimodejstviya u krys [Ultrasonic vocalization as a marker of disturbances in zoosocial interaction in rats]. Sb. tezisov XXVI nauchnoj shkolykonferencii molodyh uchenyh po fiziologii vysshej nervnoj deyatel`nosti i nejrofiziologii [Collection of abstracts of the XXVI scientific school-conference of young scientists on the physiology of higher nervous activity and neurophysiology]. Moscow, 2022:257261. (In Russian)].Ситникова Е.Ю. Ультразвуковая вокализация лабораторных крыс как новый источник информации для экспериментатора. Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях. Труды VIII Всеросс. конф. Нижний Новгород, 2023:146–147.Sitnikova E.Yu. Ul`trazvukovaya vokalizaciya laboratornyh krys kak novyj istochnik informacii dlya eksperimentatora [Ultrasonic vocalization of laboratory rats as a new source of information for the experimenter]. Nelinejnaya dinamika v kognitivnyh issledovaniyah [Nonlinear dynamics in cognitive research]. Trudy VIII Vseross. konf. [Proceedings of the VIII All-Russian Conf.]. Nizhny Novgorod, 2023:146–147. (In Russian)].Фокин Ю.В. Применение анализа ультразвуковой вокализации лабораторных животных в биомедицинских и доклинических исследованиях: автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.: НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, 2014:28.Fokin Yu.V. Primenenie analiza ul`trazvukovoj vokalizacii laboratornyh zhivotnyh v biomedicinskih i doklinicheskih issledovaniyah [Application of Ultrasonic Vocalization Analysis of Laboratory Animals in Biomedical and Preclinical Research]. Abstract of Dissertation … Cand. Sci. (Biol.). Moscow: NII normal`noj fiziologii im. P.K. Anohina RAMN Publ., 2014:28. (In Russian)].Фокин Ю.В., Берзина А.Г., Каркищенко В.Н., Алимкина О.В., Гамалея Н.Б. Влияние разных доз этанола на ультразвуковую вокализацию крыс. Биомедицина. 2015;1:45–53.Fokin Yu.V., Berzina A.G., Karkischenko V.N., Alimkina O.V., Gamaleya N.B. Vliyanie raznyh doz etanola na ul`trazvukovuyu vokalizaciyu krys [Effect of different doses of ethanol on ultrasonic vocalization of rats]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2015;1:45–53. (In Russian)].Фокин Ю.В., Каркищенко В.Н. Вокализация крыс в ультразвуковом диапазоне как модель оценки стрессового влияния обездвиживания, электрокожного раздражения, физической нагрузки и фармакодинамики лекарств. Биомедицина. 2010;5:17–21.Fokin Yu.V., Karkischenko V.N. Vokalizaciya krys v ul`trazvukovom diapazone kak model` ocenki stressovogo vliyaniya obezdvizhivaniya, elektrokozhnogo razdrazheniya, fizicheskoj nagruzki i farmakodinamiki lekarstv [Vocalization of rats in the ultrasonic range as a model for assessing the stressful effect of immobilization, electrocutaneous stimulation, physical activity and pharmacodynamics of drugs]. Biomedicina [Journal Biomed]. 2010;5:17–21. (In Russian)].Knutson B., Burgdorf J., Panksepp J. Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats. Psychol. Bull. 2002;128:961–977.Knutson B., Burgdorf J., Panksepp J. Ultrasonic vocalizations as indices of affective states in rats. Psychol. Bull. 2002;128:961–977.Liu Ya., Cotton J.A., Shen B., Han X., Rossiter S.J., Zhang Sh. Convergent sequence evolution between echolocating bats and dolphins. Current Biology. 2010;20(2):R53–R54.Liu Ya., Cotton J.A., Shen B., Han X., Rossiter S.J., Zhang Sh. Convergent sequence evolution between echolocating bats and dolphins. Current Biology. 2010;20(2):R53–R54.Panksepp J., Burgdorf J. “Laughing“ rats and the evolutionary antecedents of human joy? Physiology and Behavior. 2003;79:533–547.Panksepp J., Burgdorf J. “Laughing“ rats and the evolutionary antecedents of human joy? Physiology and Behavior. 2003;79:533–547.Portfors C.V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. J. Am. Ass. Lab. An. Sci. 2007;46(1):28–34.Portfors C.V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. J. Am. Ass. Lab. An. Sci. 2007;46(1):28–34.Sanchez C. Stress-induced vocalization in adult animals. A valid model of anxiety? Eur. J. Pharmacol. 2003;28(463(1–3)):133–143.Sanchez C. Stress-induced vocalization in adult animals. A valid model of anxiety? Eur. J. Pharmacol. 2003;28(463(1–3)):133–143.Wöhr M., Borta A., Schwarting R.K.W. Overt behavior and ultrasonic vocalization in fear conditioning paradigm: A dose-response study in the rat. Neurobio Learn Mem. 2005;84:228–240.Wöhr M., Borta A., Schwarting R.K.W. Overt behavior and ultrasonic vocalization in fear conditioning paradigm: A dose-response study in the rat. Neurobio Learn Mem. 2005;84:228–240.Zippelius H.M., Schleidt W.M. Ultraschall-Laute bei jungen Mäusen. Naturwissenschaften. 1956;43:502.Zippelius H.M., Schleidt W.M. Ultraschall-Laute bei jungen Mäusen. Naturwissenschaften. 1956;43:502.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.