Bestimmen Ultraschall Vocalization Preferences in Mäuse mit einer Zwei-Choice-Test-Playback

Zusammenfassung

Ultrasonic vocalizations (USVs) in mice differ depending on age, sex, condition, and genetic background. Using two ultrasound emitters broadcasting simultaneously in different locations, this two-choice test can evaluate murine recognition and preference responses to different characteristics of USVs.

Zusammenfassung

Mice emit ultrasonic vocalizations (USVs) during a variety of conditions, such as pup isolation and adult social interactions. These USVs differ with age, sex, condition, and genetic background of the emitting animal. Although many studies have characterized these differences, whether receiver mice can discriminate among objectively different USVs and show preferences for particular sound traits remains to be elucidated. To determine whether mice can discriminate between different characteristics of USVs, a playback experiment was developed recently, in which preference responses of mice to two different USVs could be evaluated in the form of a place preference.

First, USVs from mice were recorded. Then, the recorded USVs were edited, trimmed accordingly, and exported as stereophonic sound files. Next, the USV amplitudes generated by the two ultrasound emitters used in the experiment were adjusted to the same sound pressure level. Nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitters were used to play the USVs back. Finally, to investigate the preference of subject mice to selected USVs, pairs of two differing USV signals were played back simultaneously in a two-choice test box. By repeatedly entering a defined zone near an ultrasound emitter and searching the wire mesh in front of the emitter, the mouse reveals its preference for one sound over another. This model allows comparing the attractiveness of the various features of mouse USVs, in various contexts.

Einleitung

Viele Tiere nutzen Lautäußerungen für intraspezifische Kommunikation. In der Maus Mus musculus, ist eine wichtige Art der Kommunikationssignal Ultraschall vocalizations (USVs), die höhere Frequenzen als 20 kHz aufweisen. USVs von Mäusen emittiert werden als eine Komponente der sozialen Anerkennung in ^{Mann-Frau-1-4,} Buchse-Buchse ^{1, 5,} und Stecker-Stecker ^{1, 6-Interaktionen.} USVs werden auch von Jungtieren emittiert, wenn sie von ihrer Mutter, die ihrem Welpen-Abrufen Verhalten erhöht isoliert und daher Pup Überleben ^7. Obwohl viele Berichte wurden analysiert und kategorisiert Maus USVs ^{8, 9,} die Verhaltensreaktionen und neuronalen Mechanismen des Aufnahme Tier wurden weniger gut dokumentierte ^{10, 11.} Letzteres ist notwendig, um die biologische Bedeutung der verschiedenen Merkmale der USVs verdeutlichen. Diese Mechanismen offenbaren, ist die Wiedergabeexperiment ein effizientes Verfahren. Aktuelle Wiedergabe Studien haben ergeben, dass weiblicheMäuse werden zur USVs ¹² angezogen wird, und dass sie USVs von Männchen, die von ihren Eltern ^{13, 14} unterschiedlich sind bevorzugen.

Dieser Artikel erklärt, die Wiedergabetest verwendet werden, um USV Präferenz bei Mäusen zu bewerten. Ein Zwei-Choice-Test Feld entwickelt, bei denen zwei unterschiedliche USVs gleichzeitig wieder in zwei Kammern eines Testgehäuse, wie in 1 gezeigt, wiedergegeben werden. Diese Art der Testbox verhindert störende Verunreinigungen durch Dividieren der Testbereich in drei Teilkammern , unter Verwendung von Blei Wänden. Die Ultraschallsender werden vor jedem Zimmer befindet. In der Wand zwischen den Zimmern und Ultraschallsender sind Löcher mit Drahtgeflecht bedeckt. Mäuse können frei in den drei Räumen bewegen und zeigen eine "Suchen Sie das Netz" Verhalten, wie um zu USVs von den Ultraschallsender abgespielt reagieren. Bei diesem Test Mäuse bleiben für Zeiträume von unterschiedlicher Dauer in der Nähe einer Schallsender oder das andere. Diese Parameter können angemeldet sein, um einen empfindlichen measu erhalten re Schall Präferenz.

Um die USVs wiedergeben, nanokristallinen Silizium thermo-akustischen Emitter (dh "nc-Si-Emitter") wurden als in früheren Studien ^15-17 verwendet. Diese Geräte werden von einem Dünnschicht Heizelektrode eine nanoporöse Siliziumschicht, und einem einkristallinen Silicium-Wafer besteht. Die digitale Audiodatei in ein analoges Signal umgewandelt und dann durch den Heizer Elektrode geleitet. Das Gerät wandelt die resultierende spannungsabhängigen thermischen Signale in signifikanten Schalldruck bei geringer Verzerrung. Diese Vorrichtung ist dadurch einzigartig, dass, im Gegensatz zu gemeinsamen Schallgeneratoren, die von mechanischen Schwingungen abhängt, kann Ton, ohne die Notwendigkeit einer Membran, zu reproduzieren. Der Emitter weist eine flache Schalldruckpegel bei Frequenzen von 20 bis 160 kHz (Abbildung 2), und kann digital aufgezeichnet murine USVs sehr genau in Bezug auf die Dauer, Häufigkeit und Schalldruckpegel ^{15, 18, ​​19} zu reproduzieren.

ve_content "> In einer in Figur 3 gezeigten repräsentativen Experiment wurden C57BL / 6 (B6) Weibchen darf zwischen BALB / c (BALB) männliche USVs und Hintergrundrauschen zu wählen. Ferner zeigt 4 die Wahl B6 und BALB Frauen zwischen gleichzeitige USV Wiedergaben von einer BALB und B6 male, wie in einer früheren Studie berichteten ^14. Die Eigenschaften der männlichen USVs unterscheiden zwischen B6 und BALB Stämme ²⁰ dar. Wie gezeigt durch diesen Ergebnissen kann die Attraktivität USVs der vorliegenden Protokoll bewertet werden, in welcher Töne aus einem Live einzelnen aufgezeichnet, akustisch analysiert, und zurück zu anderen Personen gespielt.

Protokoll

Alle Verfahren wurden von der Ethikkommission der Azabu Universität genehmigt. Alle Versuche wurden in einer schalldichten Kammer durchgeführt wird.

1. Vorbereitung der Tiere

1. Männliche Person für die Aufnahme
   1. Erhalten geschlechtsreifen männlichen Mäusen in Paarungs erlebt.
2. Probandinnen
   1. Erhalten jungfräulichen weiblichen Mäusen, die mit 2 bis 5 Wurf pro Käfig gehalten worden sind (in der Regel 8 bis 12 Wochen alt).
   2. Erhalten Vaginalabstrichen täglich, um die Phase des Östruszyklus vor der Prüfung zu bestimmen, nach McLean ^21. Es sollte darauf geachtet, um die vaginale Stimulation zu minimieren, um Scheinträchtigkeit vermeiden.
   3. Färben die Ausstriche mit Giemsa und bestimmen Phase des Östruszyklus basierend auf dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Leukozyten, verhornten Epithelzellen und kernhaltige Epithelzellen, nach Nelson ^22.

2. Geräte (Abbildung 1)

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Abbildung 1. Schematische Darstellung des Zwei-Choice-Test-Box und Geräte. Die Mäuse können durch die kleinen Toren zwischen ihnen und der neutralen Zone zugreifen Räume A und B. Die zwei Auswahlbox und zwei Ultraschallsender sind auf dem Boden von einer schalldichten Kammer platziert. Das Mikrofon ist in der schalldichten Kammer suspendiert. Abkürzung:. PC, PC Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

1. Für Recording
   1. Schließen Sie ein Ultraschallkondensatormikrofon an einen PC über ein USB-A / D-Wandler.
   2. Stellen Sie den Verstärkungspegel des A / D-Wandler auf "7".
   3. Nehmen akustischen Daten in 16-Bit-Format-Dateien mit einer Abtastrate von 400 kHz mittels Audio-Capture-Software.
2. Für die Wiedergabe
   1. Schließen Sie einen D / A-Wandler mit dem PC übereine USB-Schnittstelle.
   2. Verbindung von zwei Verstärkern in den D / A-Wandler durch ein Dämpfungsglied. (Letzteres Einrichtung dient, um eine Überlastung zu verhindern.)
   3. Schließen Sie ein Ultraschallsender an jeden Verstärker.

3. USV Recording

1. Legen Sie eine männliche Maus in einem kleinen (17 x 10 x 11 cm) und mittlere (21 x 14 x 13 cm) Käfig mit einer 6 cm-Durchmesser-Loch in der Seitenwand und dem Loch mit einem 0,5 cm Drahtgitter abgedeckt. Bei der Verwendung eines mittelgroßen Käfig, konstruieren Sie eine Partition auf der Mitte des Käfigs, um den Bereich zu reduzieren.
2. Sie Bettwäsche in den Käfig zu verwenden nicht Rascheln Geräusche, die die Aufnahmen kontaminieren könnten.
3. Legen Sie ein Mikrofon neben dem Mesh.
4. Beginnen Ultraschall vocalization Überwachung mit dem Aufnahme-Setup in Schritt 2.1 dargestellt.
5. Legen Sie eine geschlechtsreifen weiblichen Maus entweder Metöstrus oder Diöstrus in den Käfig mit dem männlichen Maus.
6. Nehmen USVs für 3-5 min.

4. Test Box

1. Erstellen Sie das Testfeld mit Acrylplatte (Abbildung 1).
   Hinweis: Das Testfeld (35 x 20 und x 20 cm hoch) ist in drei Abteilungen unterteilt: eine neutrale Zone (15 x 20 cm), und die Zimmer A und B (20 x 10 cm, jeweils). Zimmer A und B jeweils eine 4 cm Durchmesser Loch, das mit einem 0,5 cm Drahtgewebe abgedeckt ist. Die Löcher und Mesh sind an jedem Ende der Zimmer A und B. Achten Tore (5 x 5 cm jeweils) zwischen der neutralen Zone und Zimmer A und B befindet,
2. Zu verhindern Tonverlust isolieren jedes Ultraschallsender, mit Ausnahme der Seite, die Gitterwand, mit Gummiplatten, Dichtung in die Schachtel um den Umfang jeder Masche.
3. Platz Plomben auf beiden Seiten der Mauer zwischen den Räumen A und B für den Schallschutz.

5. Vorbereitung für Soundwiedergabe

1. Schaffung Wiedergabe Sounds
   1. Nehmen Sie ein 20 sec Segment der USV aus der aufgezeichneten Datei mit digitalen Audio-Editing-Software.
   2. Wählen und erfassen Hintergrund keineise (0,35 sec) aus dem 20 sec USV-Segment-Datei. Erstellen Sie eine 20 Sekunden Hintergrundrauschen-Datei durch Wiederholen des Rauschsegment.
   3. Um die beiden Audio-Dateien gleichzeitig wiedergeben, exportieren Sie sie als eine einzelne Stereo-Sound-Datei mit einer Datei für den "linken Ohr" und die andere Datei für die "rechte Ohr."
   4. Filtern Sie die Sound-Dateien, wobei als Hochpassfilter mit einem Cut-off von 40 kHz.
   5. Verringern Sie Geräusche mit dem Rauschunterdrückungswerkzeug im Post-Processing-Software. Wählen und erfassen ein Segment der Datei, die keine USVs wie die Rauschunterdrückungs Profil enthält, und führen Sie Rauschreduktion mit Level 40.
2. Kalibrierung der Wiedergabe Sounds
   1. Sicherzustellen, dass der Raum zwischen Ultraschallsender und Mikrofon 10 cm.
   2. Schalldruckpegel von den Ultraschallsender zu kalibrieren, führen Ultraschallüberwachung unter Verwendung der in Schritt 2.1 beschriebenen Konfiguration. Messen Sie den Schalldruckpegel von dem Mikrofon in Dezibel (dB).
   3. Using der Dämpfer und Verstärker, die Lautstärke der von den Ultraschallsender auf den gleichen Schalldruck wie die männlichen USVs in Schritt 3 aufgezeichnet erzeugt USVs.
   4. Bei der Verwendung der zwei Ultraschallsender und eine Audio-Datei von USVs und Hintergrundrauschen besteht, zu bestätigen, dass die beiden Ultraschallsender weisen die gleiche Schalldruckpegel unter Verwendung einer Eich Sound (zB ein 75-kHz reiner Ton) vor der Durchführung des Verhaltenstest.
   5. Beim Wiedergeben einer Audiodatei von zwei Strömen von USVs besteht, passen die beiden erzeugten Schalldruckpegel auf den gleichen Pegel, vor dem Test.

6. Zwei-Choice-Test

1. Legen Sie die Ultraschallsender hinter den Maschen des Testfeld.
2. Schließen Sie die Türen zu Räumen A und B mit einer Acrylplatte und gewöhnen die weibliche unterliegen der neutralen Zone für 30 min. Decken Sie die Box mit Acrylbrett, um zu vermeiden, dass die Maus entweichen kann.
3. Starten Sie Videoaufzeichnung mit einer CCÜber der Box montiert D-Kamera. Die Kamera (in 1 nicht dargestellt) deckt den Bereich aller drei Abteilen.
4. Entfernen Sie das Tor und Cover-Board und lassen Sie die weiblichen frei das Testfeld, darunter die Klangzonen zu erkunden.
5. Sobald das Weibchen hat beide Netze untersucht und hat sich in die Neutralzone zurückgeführt, spielen Sie eine 20 sec Tondatei wiederholt für 5 oder 10 min.
6. Zuführen Verhaltensüberwachung für 5 oder 10 min.
7. Um unerwünschte olfaktorischen Signale aus dem vorherigen Thema hinterlegt reduzieren, reinigen Sie die Testkäfige zwischen den Tests mit 70% Ethanol.
8. Schalten Sie den Ort der Ultraschallsender A und B nach dem Zufallsprinzip inhärenten Seiten Bias-Effekt in Richtung Zimmer A oder B zu vermeiden

7. Statistische Analysen

1. Verwenden von Verhaltens Event-Scoring-Software analysiert die folgenden Parameter: Gesamtzahl der Einträge in jedem Zimmer; Gesamtdauer des Aufenthalts in jedem mittleren Zone; Gesamtdauer des Aufenthalts in jedem Ton Zone; undGesamtdauer der Suche nach jeder Masche vor der Ultraschallsender. 1 veranschaulicht, was mit "Mittelzone" und meinte "Sound-Zone."
   Hinweis: In den Fällen, wo die Maus bleibt auf der Trennlinie zwischen den beiden Zonen (Abbildung 1, gestrichelte Linie) entscheiden, die Position durch die Richtung des Kopfes. Wenn der Kopf steht vor der Netzseiten, es als ein Aufenthalt in der Klangzone erzielt wird.
2. Für jede Verhaltensparameter, zu vergleichen, Antworten für Räume A und B mit einem Wilcoxon-Test, oder gepaarten t -Tests mit einem Signifikanzniveau von 0,05.

Ergebnisse

Die USVs von einer BALB-männlich (161 Silben pro 20 sec), als auch Hintergrundgeräusche aufgenommen wurden, wie die Wiedergabe verwendet klingt in der in 3 gezeigten repräsentativen Experiment. In diesem Experiment wurden 7 weiblichen B6-Mäusen am Alter von 9 Wochen verwendet . Zur Ermittlung der besten Testdauer von weiblichen Reaktion zur Wiedergabe von Ton wurden die Verhaltensparameter getrennt für die ersten und letzten fünf Minuten der insgesamt 10 min Testzeit analysiert.

Diskussion

Here, the results of a representative test showed that female mice can discriminate between artificial male USVs and background noise (Figure 3). The conclusion to be drawn from these results is that the discrimination signal is reflected in the duration of stay in the room and sound zone, and in the duration of searching the mesh in the first 5 min of testing, but not in the second 5 min (Figure 3C, E and F). These data indicate that mice become habituated to the playback sounds, possib...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Soundproof chamber	Muromachi Kikai
Small cage	CLEA Japan	CL-0113-1
Middle cage	CLEA Japan	CL-0103-1
Ultrasound condenser microphones	Avisoft Bioacoustics	CM16/CMPA
A/D converter	Avisoft Bioacoustics	UltraSoundGate116H
Audio software	Avisoft Bioacoustics	RECORDER USGH
Adobe Audition 3.0 / Audio editing software	Adobe Systems	Adobe Audition 3.0
Nc-Si emitter	Original		not commercially available but it is planned to be so in near future
D/A converter	National Instruments	NI USB-6251 BNC
Attenuator	Original
Amplifier	Yamatake
PC	Windows 7 professional		Intel® core i7-2600K CPU @ 3.4GHz, 8GB RAM, 64-bit operating system
Event recorder Excel-macro / Event-scoring software	original		Programmed by Naoto Akagawa & Takeru Yamamoto
CCD Camera
Rubber plates (made of elastomer resin)	Tokyo bouon	TI-75BK B4	Cut them to the proper size http://www.piano-bouon.jp/shopping/?pid=1329272401-447630&ca=6&p=3
Giemsa's azur eosin methylene blue solution	Merck Millipore	1.09204.0500