Attività di condizionamento operante per misurare la preferenza canzone in finches zebra

Riepilogo

Descriviamo una tecnica per valutare la preferenza del brano nei fringuelli zebrati. Le femmine sono collocate in una gabbia a due camere e la preferenza del brano è misurata dal numero di volte in cui attiva la riproduzione di una canzone atterrando su un trespolo all'interno di una camera, rispetto all'attivazione di una canzone diversa nella seconda camera. Gli atterraggi di persico vengono conteggiati utilizzando sensori a infrarossi.

Abstract

Un paradigma di condizionamento operante viene utilizzato per testare la preferenza canzone dei fringuelli zebrati femminili. I fringuelli sono collocati in una gabbia a due camere con un'apertura di collegamento e indicano la loro preferenza per una canzone atterrando su un trespolo all'interno di ogni camera. Interrompendo il fascio infrarosso da un sensore fotoelettrico sopra ogni trespolo, l'uccello attiva la riproduzione di un brano attraverso un altoparlante situato su ciascun lato della gabbia. Il software liberamente disponibile viene utilizzato per attivare la riproduzione del brano da ogni posatoio. Per determinare la preferenza canzone di ogni animale, la sua preferenza camera è prima identificata innescando nessuna riproduzione canzone quando atterra su ogni trespolo. Questa preferenza camera viene poi confrontata con la sua preferenza canzone. Viene impostata una soglia minima di attività per garantire che la preferenza sia reale. Utilizzando questo metodo, mostriamo che le femmine in coppia preferiscono la canzone del loro partner. Questo metodo è stato utilizzato per capire il contributo della dopamina alla formazione e al mantenimento della preferenza canzone.

Introduzione

Una delle domande fondamentali in biologia è come gli animali formano legami di affiliazione. In particolare, quali sono i meccanismi neurali con cui vengono realizzati questi legami e sono questi meccanismi di base conservati tra le specie di vertebrati? L'arvicola della prateria ha dato indizi ad alcuni dei sistemi di neurotrasmettitori che sono importanti per la formazione di coppia-bond^1,2,3. In particolare, la dopamina che agisce attraverso i recettori nel nucleo accumbens può indurre la preferenza del partner in entrambe le arvicole maschili e femminili^4,5. Non è chiaro se i principi generali alla base della formazione e del mantenimento delle preferenze dei partner siano conservate evolutivamente.

La monogamia è più comune negli uccelli che nei mammiferi⁶. Pertanto, il confronto dei meccanismi di comportamento di affiliazione negli uccelli con altre specie è fondamentale per comprendere le basi neurali conservate^7,8,9. In generale, tra molte specie di uccelli canori, canto maschile è pensato per servire come un indicatore onesto di fitness maschile^10,11. Gli uccelli canori del fringuello zebra maschile cantano per attirare i compagni e influenzare la formazione di coppie monogame^12,13. Così, il canto può essere utilizzato per determinare la preferenza partner in questi uccelli.

I meccanismi con cui le femmine formano una preferenza per la canzone del loro partner è sconosciuto. La mesotocina, l'omologo aviario dell'ossitocina, sembra svolgere un ruolo nella formazione di coppia-bond in fringuelli^14,15. Inoltre, dopamina ha anche dimostrato di svolgere un ruolo nella formazione di coppia-bond^9,16,17,18. Per esempio, i livelli di dopamina sono più alti nel nucleo accumbens di fringuelli accoppiati contro non accoppiati⁹.

Per studiare il ruolo dei sistemi di neurotrasmettitori sulla formazione e la manutenzione di coppia-bond, abbiamo misurato la preferenza canzone utilizzando un paradigma di test operante dotato di sensori a infrarossi per attivare la riproduzione canzone¹⁹. Il rapporto tra le riproduzioni di brani ha identificato la preferenza della femminile per la canzone di un maschio. Prima del compito di condizionamento operante, ogni femmina era isolata fino a 48 h in una camera anecoica con il suo partner per "femmine accoppiate" o con un maschio sconosciuto, per "femmine non accoppiate". Per testare l'effetto della dopamina sulla preferenza canzone, femmine non accoppiate sono stati trattati due volte con un agonista della dopamina D2R mentre isolato con il maschio sconosciuto. Questo paradigma comportamentale si basa su studi precedenti^19,20 ed è suscettibile di ricerca da parte di studenti universitari.

Protocollo

Tutti gli esperimenti sono stati approvati dal Comitato di cura e uso istituzionale del Dipartimento di Scienza W.M. Keck, in conformità alle linee guida NIH. Tutti gli animali utilizzati erano adulti (>90 giorni dopo il portello).

1. Costruzione della camera di condizionamento operante

1. Costruire una gabbia di prova composta da due camere identiche, 15 x 15 x 17 pollici³ ciascuna (Figura 1A). Fare una piccola porta (come ingresso ad ogni camera) sul lato della gabbia vicino ai posatoi tagliando fuori una piccola finestra 4,5 x 6 pollici² che è 2,5 pollici di distanza dal centro della gabbia tra le camere. Utilizzare un pezzo separato della scaffalatura per fare una porta che copre la finestra.
   NOT: La gabbia è realizzata con scaffalature per armadi che possono essere ottenute da qualsiasi negozio di miglioramento della casa. La cerniera della porta può essere realizzata con zip-ties.
2. Tagliare le scaffalature con frese a filo per fare un'apertura 4 x 6 pollici² tra le due camere per consentire all'uccello di muoversi tra le camere.
3. In ogni camera, posizionare un trespolo 11 pollici dal centro della gabbia e 6 dalla parte inferiore della gabbia. Utilizzare qualsiasi posatoio adatto al tipo di uccello sottoposto a test e che si estenderà per la larghezza della gabbia.
4. Posizionare l'emettitore e il ricevitore del sensore fotoelettrico sulla gabbia direttamente sopra ogni estremità del posatoio. Collegare i sensori al filo sopra il posatoio utilizzando zip-ties.
   NOT: Posizionare i sensori su un sostegno rigido (ad esempio, un depressore della lingua) può aiutare a evitare che i sensori si attorciglino alla gabbia del filo e diventino disallineati. È importante testare il posizionamento dei sensori prima di ogni esperimento rompendo manualmente il fascio infrarosso (IR). Se i sensori non sono allineati correttamente, un uccello non attiva un brano, o l'atterraggio sul posatoio può essere conteggiato come più eventi.
5. Posizionare le luci LED sotto-cabinet sulla parte superiore della gabbia per fornire abbastanza illuminazione in modo che gli animali si muovono liberamente tra le due camere laterali.
6. Posizionare il seme di uccello e l'acqua accanto a ciascuno dei posatoi.
7. Posizionare un altoparlante ad ogni estremità di ogni camera.
8. Per ridurre la diffrazione del suono e le distrazioni audio e visive, posizionare schiuma anecoica sul perimetro dell'intera gabbia, con fori lasciati per le porte della gabbia e bottiglie d'acqua.
9. Collegare l'altoparlante a un amplificatore audio e collegare l'amplificatore audio all'uscita audio su un computer.

2. Collegamento di sensori

NOT: Ci sono due serie di sensori IR, ciascuno con un emettitore e un ricevitore. L'emettitore ha un cavo con quattro fili (marrone, blu, nero e bianco). Il ricevitore ha un cavo con tre fili (marrone, blu e nero). Il filo bianco di un emettitore è collegato direttamente all'ingresso #1 sulla scheda I/O digitale. Il filo bianco del secondo emettitore è collegato direttamente all'ingresso #9. L'ingresso di alimentazione Ca ha due fili (di solito rosso e nero).

1. Installare una scheda I/O digitale (Tabella dei materiali), i relativi driver e il programma associato "Misurazione e automazione".
   NOT: La scheda I/O digitale utilizzata qui richiede un blocco connettore e un cavo a nastro multifunzione per completare l'installazione. In alternativa, un dispositivo i/O USB non richiede alcuna scheda PCI (o il blocco connettore richiesto e gli accessori del cavo a nastro) e può essere eseguito su un computer portatile.
2. Collegare i due fili blu di ciascun emettitore e ricevitore insieme. Collegare due piccoli fili al filo nero del cavo di alimentazione in modo che il filo di alimentazione nero possa collegarsi ai fili blu di ciascun set di sensori.
3. Collegare il filo di alimentazione nero e due fili blu ad un filo comune. Collegare questo cavo comune all'ingresso #2 o al numero 9 sul blocco connettore.
   NOT: Un set di sensori deve essere collegato al #1 di ingresso e #2 e l'altro insieme di sensori deve essere collegato alle #9 di ingresso e ai #10.
4. Per entrambi i set di sensori, collegare il filo marrone dall'emettitore e il ricevitore. Per ogni set di sensori, collegare i due fili marroni al filo di alimentazione rosso AC.
   NOT: Tutti e quattro i fili marroni sono collegati al filo di alimentazione rosso AC. I sensori fotoelettrici sono alimentati da un ingresso da 10 a 30 V e devono essere collegati a un convertitore AC (ad esempio, un convertitore da 120 V a 12 V).
5. All'interno del programma di misurazione e automazione associato alla scheda I/O digitale, determinare l'ID dispositivo per la scheda I/O selezionando il menu Dispositivi e interfacce.
6. Selezionare l'opzione 'Device Pinouts' per determinare la porta e il numero di riga che corrispondono agli ingressi in 2.3.
7. Verificare che l'I/O rilevi quando il fascio IR viene rotto utilizzando i pannelli di prova... nell'opzione del programma. Prendere nota degli ID canale e di porta per ogni set di sensori.
   NOT: Gli indicatori verdi cambieranno colore quando lo stato della trave viene modificato.

3. Installare software e hardware per contare i persico di atterraggi

1. Scaricare e installare Sound Analysis Pro 2011 (SAP2011) e MySQL da http://soundanalysispro.com/.
   NOT: Questo è freeware e viene fornito con le istruzioni di installazione e un manuale utente.
2. Aprire SAP recorder.exe.
3. Per configurare l'input del sensore in modo che SAP possa rilevare gli atterraggi persico e avviare la riproduzione dei brani, fare clic sulla scheda Dispositivi operanti nella finestra di controllo Registratore SAP. Selezionare la casella Abilita formazione operante (scheda NI installata).
4. Selezionare l'ID dispositivo appropriato (il dispositivo di scorrimento Porte può essere impostato su 3). Per ogni rilevatore, indicare la porta e la linea appropriate dalle informazioni raccolte nel passaggio 2.6.
   NOT: Quando la porta e la linea sono impostate correttamente per ogni rilevatore, la luce cambierà da giallo a rosso.
5. Nella finestra Principale per il registratore SAP, premere Train per attivare i sensori per i canali appropriati.
   NOT: Dovrebbe essere visualizzato un pulsante giallo.
6. Registrare il nome dell'uccello selezionando il numero di canale di interesse (premere il canale 1 o 2 scheda sul lato sinistro dello schermo), e nella finestra Identificazione e modalità, digitare l'identificazione dell'uccello nel campo Nome .
7. Per assicurarsi che l'audio venga riprodotto agli altoparlanti, manipolare le impostazioni nella scheda Selezione output per selezionare il dispositivo appropriato collegato al computer (ad esempio, gli altoparlanti) e il canale collegato all'altoparlante.
   NOT: Ulteriori informazioni di configurazione sono disponibili nel manuale dell'utente di Sound Analysis Pro.

4. Isola coppie di uccelli e raccogli il canto maschile

1. Isolare un fringuello maschio e un fringuello femminile in una camera di attenuazione del suono per 24-48 h. Durante questa convivenza, raccogliere la canzone maschile, che è indicato come la 'canzone del partner'.
   NOT: Gli uccelli accoppiati sono un maschio e una femmina che sono stati alloggiati insieme per almeno 2 settimane. Le femmine non accoppiate sono poste con un maschio per soli 24-48 h.
   1. Utilizzare un microfono collegato a un amplificatore audio per acquisire il brano del partner.
   2. Acquisire la canzone utilizzando Sound Analysis Pro 2011 e memorizzare il brano su un disco rigido.
   3. Per verificare l'effetto dei sistemi di neurotrasmettitore sulla preferenza canzone femminile, dare alla femmina un'iniezione sottocutanea di 50 L di salina (controllo del veicolo) o quinpirole (1 mg/mL nello 0,9% salina) quando la coppia viene messa per la prima volta nella camera. Ripetere l'iniezione dopo 6-24 h (vedere La Figura 1B).
2. Crea brani per la riproduzione nella gabbia di condizionamento operante.
   1. Creare un file .wav che riproduca 'silenzio' approssimativamente della stessa lunghezza della riproduzione del brano.
      NOT: Questo può essere fatto utilizzando qualsiasi software di editing del suono (ad esempio, Audacity).
   2. Tagliare una canzone rappresentativa (2-3 motivi) dal maschio partner.
   3. Taglia una canzone rappresentativa (2-3 motivi) da un maschio sconosciuto.
      NOT: Usa la stessa canzone maschile sconosciuta per tutti gli esperimenti.
   4. Filtrare i brani da 300 Hz a 10 kHz.
   5. Regolare il volume in modo che i brani vengano riprodotti a 70 dollari dB (ampiezza media sulla durata del brano dagli altoparlanti nella camera di comportamento).
      NOT: Il volume della canzone viene testato utilizzando un misuratore di pressione sonora posizionato in corrispondenza del posatoio.

5. Test aree di preferenza canzone in femmine accoppiate

1. Determinare la preferenza della camera laterale della femmina.
   1. Prima dei test comportamentali, posizionare la femmina nella gabbia di prova per consentire al suo tempo di adattarsi alla gabbia per almeno 1 h. Assicurarsi che il fringuello esplori entrambe le camere laterali utilizzando un oggetto per far sì che l'uccello si sposti da una camera all'altra attraverso l'apertura.
   2. In Sound Analysis Pro, selezionare la scheda 'Riproduzioni' e quindi il pulsante 'Suoni' nella finestra principale.
   3. Selezionare il file .wav audio per riprodurre 'Silenzio' dalla camera 1 e dalla camera 2.
   4. Tornare a 'Main' e premere 'Reset' sulla parte superiore delle caselle a destra.
   5. Dopo il periodo di acclimatazione, premere 'Start'.
   6. Alla fine della sessione, premere 'Stop'. Annotare il numero di trigger in ogni posatoio, che viene visualizzato nelle caselle blu.
      NOT: I dati vengono salvati in un database MySQL. Avere un numero minimo di trigger per contare la prova per garantire che la femmina sia abbastanza attiva (ad esempio, 12 o più posatoi in totale).
2. Determinare la preferenza del brano.
   1. Ripeti i passaggi nella sezione 5.1, ma scegli la canzone del partner da riprodurre dalla camera laterale con il minor numero di trigger di posatoio (il lato non preferito) e una canzone sconosciuta dalla camera laterale con il maggior numero di trigger di persico (il lato preferito).
      NOT: La canzone del partner viene riprodotta dalla camera laterale con il minor numero di trigger durante la riproduzione del silenzio (il lato non preferito).
   2. Premere 'reset' prima di avviare la 1 h con la riproduzione del brano.
   3. Calcolare la preferenza camera e canzone dividendo il numero di trigger sulla camera laterale che riproduce il brano del partner per il numero totale di trigger.

Risultati

Seguendo il protocollo, abbiamo scoperto che le femmine accoppiate preferivano la canzone del loro partner (Figura 2A). C'era una differenza significativa tra la preferenza camera laterale durante il silenzio a quella durante la riproduzione del brano (t-test corretto per più confronti; p - 0,004; t 3,35, df - 16). Così, la femmina ha innescato preferibilmente il canto del suo partner rispetto al canto di un maschio sconosciuto.

Le femmine che e...

Discussione

Descriviamo un metodo per testare la preferenza canzone dei fringuelli zebrati. Abbiamo usato questo saggio per testare la preferenza di una femmina abbinata per la canzone del suo partner. Inoltre, il saggio è stato utilizzato per testare l'effetto della dopamina sull'induzione della preferenza canzone nelle femmine ingenui. Questo metodo è relativamente poco costoso ed è stato progettato e utilizzato dagli studenti universitari, rendendolo un ottimo strumento di formazione per gli studenti. Diversi altri studi hanno...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
(-)-Quinpirole	sigmaaldrich	Q102
acoustic foam	Coulbourn Instruments, Allentown, PA	H10-24A
audio amplifier - 2 channel	Amazon	Pyle PCAU46A	any small audio amplifier should work
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