Tarefa de condicionamento operante para medir a preferência da canção em tentilhões zebra

Resumo

Descrevemos uma técnica para avaliar a preferência da música em tentilhões-zebra. As fêmeas são colocadas em uma gaiola de duas câmaras e a preferência da canção é medida pelo número de vezes que ela aciona a reprodução de uma música pousando em um poleiro dentro de uma câmara, em comparação com o desencadeamento de uma música diferente na segunda câmara. As aterragens da vara são contadas usando sensores infravermelhos.

Resumo

Um paradigma de condicionamento operário é usado para testar a preferência da música de tentilhões-zebra fêmeas. Tentilhões são colocados em uma gaiola de duas câmaras com uma abertura de conexão e indicam sua preferência por uma música pousando em um poleiro dentro de cada câmara. Interrompendo o feixe infravermelho de um sensor fotoelétrico acima de cada poleiro, o pássaro ativa a reprodução de uma música através de um alto-falante localizado em cada lado da gaiola. Software disponível gratuitamente é usado para acionar a reprodução de músicas de cada poleiro. Para determinar a preferência da música de cada animal, sua preferência de câmara é identificada pela primeira vez, desencadeando nenhuma reprodução de músicaquando ela pousa em cada poleiro. Esta preferência de câmara é então comparada à sua preferência de música. Um limite mínimo de atividade é definido para garantir que a preferência seja real. Usando este método, mostramos que as fêmeas emparelhadas preferem a música de seu parceiro. Este método foi utilizado para compreender a contribuição da dopamina para a formação e manutenção da preferência da música.

Introdução

Uma das questões fundamentais da biologia é como os animais formam laços afiliativos. Em particular, quais são os mecanismos neurais pelos quais essas ligações são feitas e esses mecanismos básicos são conservados em espécies de vertebrados? A ratazana da pradaria deu indícios a alguns dos sistemas do neurotransmissor que são importantes para a formação^dapar-ligação^1,2,3. Em particular, a dopamina agindo através de receptores no núcleo accumbens pode induzir preferência parceiro em ambos os machos e fêmeas ratazanas^4,5. Não está claro se os princípios gerais subjacentes à formação e manutenção da preferência do parceiro são conservados evolutivamente.

A monogamia é mais comum em aves do que em mamíferos^6. Portanto, comparar mecanismos de comportamento afiliativo em aves com outras espécies é fundamental para a compreensão conservadas fundações neurais^7,8,9. Em geral, em muitas espécies de aves canoras, canção masculina é pensado para servir como um indicador honesto de aptidão masculina^10,11. Os songbirds masculinos do finch da zebra cantam para atrair companheiros e para influenciar a formação de pares monogâmicos^12,13. Assim, a canção pode ser usada para determinar a preferência do parceiro nestas aves.

Os mecanismos pelos quais as fêmeas formam uma preferência pela canção de seu parceiro é desconhecido. Mesotocina, o homologode aviário da ocitocina, parece desempenhar um papel na formação de laços par em tentilhões^14,15. Além disso, a dopamina também tem sido mostrado para desempenhar um papel na formação de ligação par^9,16,17,18. Por exemplo, os níveis de dopamina são mais elevados no núcleo accumbens de pares versus não emparelhados tentilhões⁹.

Para estudar o papel dos sistemas de neurotransmissores na formação e manutenção de dois laços, medimos a preferência da música usando um paradigma de teste operante equipado com sensores infravermelhos para desencadear reproduçãos de^{músicas 19}. A proporção de reprodução de músicas identificou a preferência da fêmea pela canção de um homem. Antes da tarefa de condicionamento operário, cada fêmea foi isolada por até 48 h em uma câmara anecóica com seu parceiro para "fêmeas emparelhadas" ou com um macho desconhecido, para "fêmeas não emparelhadas". Para testar o efeito da dopamina na preferência da música, as fêmeas não emparelhadas foram tratadas duas vezes com um agonista de dopamina D2R enquanto estavam isoladas com o macho desconhecido. Esse paradigma comportamental é baseado em estudos anteriores^19,20 e é passível de pesquisa por estudantes de graduação.

Protocolo

Todos os experimentos foram aprovados pelo Comitê de Cuidados E Uso Institucional do Departamento de Ciência w.m. Keck, de acordo com as diretrizes do NIH. Todos os animais utilizados eram adultos (>90 dias após a escotilha).

1. Construção da Câmara de Condicionamento Operante

1. Construa uma gaiola de teste composta por duas câmaras idênticas, 15 x 15 x 17 polegadas³ cada (Figura 1A). Faça uma pequena porta (como uma entrada para cada câmara) no lado da gaiola perto dos poleiros, cortando uma pequena janela de 4,5 x 6 polegadas² que é de 2,5 polegadas de distância do centro da gaiola entre as câmaras. Use uma parte separada das prateleiras para fazer uma porta que cubra a janela.
   Nota: A gaiola é feita das prateleiras do fio para os armários que podem ser obtidos de toda a loja da melhoria home. A dobradre da porta pode ser feita com zip-ties.
2. Corte as prateleiras com cortadores de arame para fazer uma abertura de 4 x 6^{polegadas 2} entre as duas câmaras para permitir que o pássaro se mova entre as câmaras.
3. Em cada câmara, coloque um poleiro a 11 polegadas do centro da gaiola e 6 a partir do fundo da gaiola. Use qualquer poleiro que é adequado para o tipo de pássaro que está sendo testado e que irá abranger a largura da gaiola.
4. Coloque o emissor e receptor do sensor fotoelétrico na gaiola diretamente acima de cada extremidade do poleiro. Amarre os sensores ao fio acima do poleiro usando zíperes.
   Nota: Colocar os sensores em um suporte rígido (por exemplo, um depressor da língua) pode ajudar a manter os sensores de torcer na gaiola de arame e tornar-se desalinhado. É importante testar a colocação dos sensores antes de cada experimento, quebrando manualmente o feixe infravermelho (IR). Se os sensores não estiverem corretamente alinhados, um pássaro não acionará uma música, ou pousar no poleiro pode ser contado como vários eventos.
5. Coloque as luzes LED o armário no topo da gaiola para fornecer iluminação suficiente para que os animais se movam livremente entre as duas câmaras laterais.
6. Coloque a semente de pássaro e água ao lado de cada um dos poleiros.
7. Coloque um alto-falante em cada extremidade de cada câmara.
8. Para reduzir a difração sonora e as distrações de áudio e visual, coloque espuma anecóica no perímetro de toda a gaiola, com buracos deixados para as portas da gaiola e garrafas de água.
9. Conecte o alto-falante a um amplificador de áudio e conecte o amplificador de áudio à saída de som em um computador.

2. Conexão de sensores

Nota: Há dois conjuntos de sensores de IR, cada um com um emissor e receptor. O emissor tem um cabo com quatro fios (marrom, azul, preto e branco). O receptor tem um cabo com três fios (marrom, azul e preto). O fio branco de um emissor está conectado diretamente à entrada #1 no quadro digital de I/O. O fio branco do segundo emissor está conectado diretamente à entrada #9. A entrada de energia AC tem dois fios (geralmente vermelho e preto).

1. Instale um cartão i/o digital(Tabela de Materiais),seus motoristas e o programa associado 'Medição e Automação'.
   Nota: O cartão i/o digital usado aqui requer um bloco de conectores e cabo de fita multifuncional para concluir a instalação. Alternativamente, um dispositivo USB I/O não requer cartão PCI (ou o bloco conector necessário e acessórios de cabo de fita), e pode ser executado em um laptop.
2. Conecte os dois fios azuis de cada emissor e receptor ajustados junto. Anexe dois pequenos fios ao fio preto do cabo de alimentação para que o fio de energia preta possa se conectar aos fios azuis de cada conjunto de sensores.
3. Conecte o fio de poder preto e dois fios azuis a um fio comum. Conecte este fio comum a qualquer entrada #2 ou # 9 no bloco conector.
   Nota: Um conjunto de sensores deve ser conectado a #1 de entrada e #2 e o outro conjunto de sensores deve ser conectado a #9 e #10 de entrada.
4. Para ambos os conjuntos de sensores, conecte o fio marrom do emissor e do receptor juntos. Para cada conjunto de sensores, conecte os dois fios marrons ao fio de energia vermelho AC.
   Nota: Todos os quatro fios marrons são conectados ao fio de poder vermelho do AC. Os sensores fotoelétricos são alimentados por uma entrada de 10-30 V e devem ser conectados a um conversor AC (por exemplo, um conversor v a 12 V 12).
5. Dentro do programa de medição e automação associado ao cartão I/O digital, determine o Documento de Identificação do Dispositivo para o cartão I/O selecionando o menu de dispositivos e interfaces.
6. Selecione a opção 'Pinouts de Dispositivos' para determinar a porta e o número da linha que correspondem às entradas em 2,3.
7. Verifique se o I /O detecta quando o feixe de IR é quebrado usando os painéisde teste ... opção no programa. Observe o canal e as dissídas portuárias para cada conjunto de sensores.
   Nota: Os indicadores verdes mudarão de cor quando o status do feixe for alterado.

3. Instalar software e hardware para contar desembarques Perch

1. Baixe e instale Análise de Som Pro 2011 (SAP2011) e MySQL de http://soundanalysispro.com/.
   Nota: Este é freeware e vem com instruções de instalação e um manual do usuário.
2. Abra o gravador SAP.exe.
3. Para configurar a entrada do sensor para que a SAP possa detectar pousos em poleiro e iniciar reproduçãode músicas, clique na aba Operant Devices na janela de controle sap recorder. Verifique a caixa habilitar treinamento operante (cartão NI instalado).
4. Selecione o dispositivo id apropriado (o controle deslizante portas pode ser definido para 3). Para cada detector, indique a porta e a linha apropriadas das informações coletadas na etapa 2.6.
   Nota: Quando a porta e a linha são definidas corretamente para cada detector, a luz mudará de amarelo para vermelho.
5. Na janela principal para o gravador SAP, bateu trem para ativar os sensores para os canais apropriados.
   Nota: Um botão amarelo deve aparecer.
6. Registre o nome da ave selecionando o número de interesse do canal (canal de imprensa 1 ou 2 guia no lado esquerdo da tela), e na janela de identificação e modo, digite a identificação do pássaro no campo do nome.
7. Para garantir que o som seja reproduzido para os alto-falantes, manipule as configurações da guia Output Selection para selecionar o dispositivo apropriado conectado ao computador (ou seja, alto-falantes) e o canal conectado ao alto-falante.
   Nota: Informações adicionais de configuração podem ser encontradas no manual do usuário Sound Analysis Pro.

4. Isolar pares de pássaros e coletar canção masculina

1. Isolar um macho e um tentilhão fêmea em uma câmara de atenuação de som para 24-48 h. Durante esta coabitação, recolher a canção masculina, que é referido como a "canção do parceiro".
   Nota: Aves emparelhadas são um macho e fêmea que foram alojados juntos por pelo menos 2 semanas. Fêmeas não emparelhadas são colocadas com um macho por apenas 24-48 h.
   1. Use um microfone conectado a um amplificador de áudio para capturar a música do parceiro.
   2. Adquirir a música usando Sound Analysis Pro 2011 e armazenar a música em um disco rígido.
   3. Para testar o efeito dos sistemas de neurotransmissores na preferência de música feminina, dê à fêmea uma injeção subcutânea de soro para soro (controle de veículo) ou quinpirole (1 mg/mL em 0,9% soro latente) quando o par é colocado pela primeira vez na câmara. Repita a injeção após 6-24 h (ver Figura 1B).
2. Criar músicas para reprodução na gaiola de condicionamento operante.
   1. Criar um arquivo .wav que toca 'silêncio' aproximadamente o mesmo comprimento que as reproduçãos de música.
      Nota: Isso pode ser feito usando qualquer software de edição de som (por exemplo, Audacity).
   2. Corte uma canção representativa (2-3 motivos) do macho parceiro.
   3. Corte uma canção representativa (2-3 motivos) de um macho desconhecido.
      Nota: Use a mesma canção masculina desconhecida para todos os experimentos.
   4. Filtre as músicas de 300 Hz-10 kHz.
   5. Ajuste o volume para que as músicas tocam em ~70 dB (amplitude média sobre a duração da música dos alto-falantes na câmara de comportamento).
      Nota: O volume da música é testado usando um medidor de pressão de som que é colocado no poleiro.

5. Testando a preferência da canção em fêmeas emparelhadas

1. Determine a preferência da câmara lateral da fêmea.
   1. Antes do teste comportamental, coloque a fêmea na gaiola de teste para permitir que seu tempo se ajuste à gaiola por pelo menos 1 h. Certifique-se de que o tentilhão explora ambas as câmaras laterais usando um objeto para fazer com que a ave se mova de uma câmara para a outra através da abertura.
   2. Em Sound Analysis Pro, selecione a aba'Reproduçãos'e, em seguida, o botão'Sounds'na janela principal.
   3. Selecione o arquivo de áudio .wav para reproduzir'Silence'da câmara 1 e da câmara 2.
   4. Volte para'Main'e bata 'Reset' no topo das caixas à direita.
   5. Após o período de aclimatação, a imprensa'Comece'.
   6. No final da sessão, a imprensa'Stop'. Anote o número de gatilhos em cada poleiro, que é exibido nas caixas azuis.
      Nota: Os dados são salvos em um banco de dados MySQL. Tenha um número mínimo de gatilhos para contar o julgamento para garantir que a fêmea está ativa o suficiente (por exemplo, 12 ou mais poleiros total).
2. Determinar a preferência da música.
   1. Repita os passos na seção 5.1, mas escolha a música do parceiro para tocar a partir da câmara lateral com o menor poleiro gatilhos (o lado não-preferido), e uma canção desconhecida da câmara lateral com a maioria dos gatilhos poleiro (o lado preferido).
      Nota: A canção do parceiro é tocada a partir da câmara lateral com o menor número de gatilhos durante a reprodução do silêncio (o lado não preferido).
   2. Press 'reset' antes de começar a 1 h com reprodução de músicas.
   3. Calcule a preferência de câmara e música dividindo o número de gatilhos na câmara lateral tocando a música do parceiro pelo número total de gatilhos.

Resultados

Seguindo o protocolo, descobrimos que as fêmeas emparelhadas preferiam a música de seu parceiro(Figura 2A). Houve uma diferença significativa entre a preferência da câmara lateral durante o silêncio durante a reprodução da música (t-teste corrigido para múltiplas comparações; p = 0,004; t = 3,35, df = 16). Assim, a fêmea disparou preferencialmente a canção de seu parceiro em comparação com a canção de um homem desconhecido.

As f...

Discussão

Descrevemos um método para testar a preferência da música de tentilhões-zebra. Usamos este ensaio para testar a preferência de uma mulher emparelhada para a canção de seu parceiro. Além disso, o ensaio foi usado para testar o efeito da dopamina na indução da preferência da música em fêmeas ingênuas. Este método é relativamente barato e foi projetado e usado por estudantes de graduação, tornando-se uma excelente ferramenta de treinamento para os alunos. Vários outros estudos testaram a preferência do c...

Materiais

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
Banner Engineering Q08 Series, emitter. SO60-Q08	https://www.alliedelec.com	Stock #:70659809	photoelectric sensor
Banner Engineering Q08 series, receiver. EO60-Q08-AN6X	https://www.alliedelec.com	Stock #:70699384	photoelectric sensor
Car stereo speakers	Amazon		Pioneer TS - F1643R
Digital I/O card	National Instruments	PCI-6503 or USB-6501
LED lights - under-counter	Amazon
multifunctional ribbon cable	National Instruments	180524-20
sound pressure level meter	Amazon
terminal block	National Instruments	777101-1