Mouse ultrasonic vocalizations are used as proxies to model the genetic bases of vocal communication deficits in mouse models for neuropsychiatric disorders. The present protocol describes three experimental contexts that reliably elicit ultrasonic vocalizations from pups (throughout development) and adult mice (same-sex interactions, male-estrus female interactions).
Mice emit ultrasonic vocalizations in different contexts throughout development and in adulthood. These vocal signals are now currently used as proxies for modeling the genetic bases of vocal communication deficits. Characterizing the vocal behavior of mouse models carrying mutations in genes associated with neuropsychiatric disorders such as autism spectrum disorders will help to understand the mechanisms leading to social communication deficits. We provide here protocols to reliably elicit ultrasonic vocalizations in pups and in adult mice. This standardization will help reduce inter-study variability due to the experimental settings. Pup isolation calls are recorded throughout development from individual pups isolated from dam and littermates. In adulthood, vocalizations are recorded during same-sex interactions (without a sexual component) by exposing socially motivated males or females to an unknown same-sex conspecific. We also provide a protocol to record vocalizations from adult males exposed to an estrus female. In this context, there is a sexual component in the interaction. These protocols are established to elicit a large amount of ultrasonic vocalizations in laboratory mice. However, we point out the important inter-individual variability in the vocal behavior of mice, which should be taken into account by recording a minimal number of individuals (at least 12 in each condition). These recordings of ultrasonic vocalizations are used to evaluate the call rate, the vocal repertoire and the acoustic structure of the calls. Data are combined with the analysis of synchronous video recordings to provide a more complete view on social communication in mice. These protocols are used to characterize the vocal communication deficits in mice lacking ProSAP1/Shank2, a gene associated with autism spectrum disorders. More ultrasonic vocalizations recordings can also be found on the mouseTube database, developed to favor the exchange of such data.
患者神经精神障碍通常显示社会交往障碍( 如 ,患有自闭症,精神分裂症或阿尔茨海默病)1。遗传工程小鼠越来越经常用于这些病症2的遗传原因建模。在这些小鼠模型研究社会的沟通是高利息的了解基因突变导致的非典型社会功能障碍的机制和测试新的疗法。因为老鼠是群居动物,并用嗅觉,触觉,视觉和听觉信号中的每个人沟通,他们是合适的模型来评估社会沟通。
现在鼠标超声波发声目前用于作为代理为有声通信赤字3,4-(但发声学习在这种仍有争议5,6-存在的遗传基础建模,即使大多数最近的研究的申辩E对于没有声乐学习七 )。实验室老鼠被发现发射出超声波发声的母婴关系中,男性与女性的社会性互动,同性社交互动(参考点评 )和少年,少年的社会交往9。鼠标幼仔从大坝和同窝10孤立时,他们的头两个星期的生活中散发出的隔离通话。男性发射出超声波发声的(从她或泌尿线索)11,12的发情女性在场的时候。男性和女性与同性13,14的同种未知交互时发射出超声波发声。该组织与这些发声的功能尚不完全清楚,需要进一步调查。在功能方面目前的知识仅限于检索行为的启发在母亲听到小狗隔离电话,对成年男性vocalizat成年女性接近的便利离子15和成年男性听力成年女性发声16增加的探索行为。
表征在神经精神障碍的小鼠模型有声通信的异常应在标准条件下进行,以排除的实验条件重大贡献。这样的表征,同时与社会交往和神经生物学研究,在各种遗传模型的评价相结合应该提高我们对鼠标的超声波通信的不同方面的遗传贡献知识。在长期,它应该对社会交往的人类神经生物学的一些基地给予进一步的光。目前,我们的目标是提供简单的协议,在开发过程中,并在成年后在实验室雄性和雌性小鼠可靠引起超声波发声。这样的协议将缓解录音更可靠地比较ULTR标准化株和实验室之间asonic发声排放。还应该促进这种录音中具有鼠标超声波发声录音没有现成的经验实验室设立。我们还突出显示当前可能性超声波发声数据与在成年小鼠社会互动同时收集,以获得对社会障碍以及对超声波发声的排放的情况下的关键信息的详细行为数据相结合。这种分析会的组织和老鼠的超声波发声的功能,新的视角。最后,我们还发布给mouseTube数据库(http://mousetube.pasteur.fr)与整个科学界分享超声波发声录音的可能性。音频记录数据开放访问应该允许科学家记录在其他拉波超声波发声比较自己的数据提升鼠标超声波通信知识ratories(具有类似的或不同的菌株/协议)和/或挑战他们的分析方法不同的条件下记录的文件。
这里介绍的协议提供了标准化的,可靠的方式来收集老鼠的超声波发声实验室。这些非常有限的情况下,目前标准化的优势。它们被成功用于比较株18,19,26,27内菌株或基因型。正如代表提出的结果,这些方法让非典型社会沟通的突变为Shank2,与自闭症有关的基因小鼠的鉴定。小鼠品系,不同的上下文实验室之间或者甚至之间的比较将被mouseTube数据库在较大的数据集的可用性被触发。这个工具应该允许多元分析提高鼠标的超声波发声的研究。
这里描述的方案进行了优化,一个应变内测试不同基因型的小鼠,因为它是在大多数研究完成建模遗传Çontribution为神经精神障碍。建议设计实验研究每一个有可能的最好的控制。事实上,垃圾影响可能掩盖或人为夸大遗传效应28,29。因此,建议包括同窝控制每个基因型。因此育种杂家长应该受到青睐,因为它将使突变体和对照组小鼠的窝内的正确匹配。这证明了爪子纹身所有幼崽的标记(盲基因型)在整个录音跟踪个人每两天。基因分型在断奶完成,通过取尾样品。当从P2上录制小狗隔离来电,我们不建议服用尾样本已经幼崽,因为该操作包括补充操纵和压力非常接近的时间来记录会话。
这里建议的协议引发超声波发声成人不允许的EMI明确确定在发声的垃圾。这就解释了为什么我们操纵试验动物的动机。事实上,测试小鼠中分离,而不是新来的和试验动物habituate期间同性相互作用时间长到测试笼中。在男女互动中,介绍了女性不是孤立的,测试的男性habituates更短的时间,因为动机可能是在这种情况下性更高。动机的这些操作应尽可能测试鼠标发射的发声和不引入的一个的概率。要记录在性方面男性超声波发声,与发情雌性新鲜的( 即不冻结)尿一个简单的棉签也可以在笼子里30推出。此方法允许超声发声到测试男性用100%的确定性的分配,但它可以防止收集关于这些发声的发射的实际社会背景的任何具体信息。因此,我们赞成protoco升这里描述(具有可自由移动的发情女性)。我们还建议从突变株的小鼠进行测试时,始终使用一脉相承引入小鼠和分析数据,一对老鼠发声的。最近的一项研究推广使用三角测量来定位发射器31。在这项研究中,发现女性与男性接触时也发出超声波发声。这可能是由以下事实,他们在记录会话之前分离为至少两个星期来解释。使用在本研究中提出的三角测量的泛化仍应允许在大多数情况下,发声的发射极的识别如果录像正确同步。
从开发过程中记录的幼仔隔离呼叫不从被褥背景噪音的干扰。通常一个自动分析作品非常好,提取的主要变量。与此相反,从大人记录发声是d-从动物的被褥移动背景噪声isturbed。自动分析可能会失败,因此应采用人工分析。然而,在测试笼子加入被褥应当提供用于动物比裸土压力较小(老鼠不喜欢)的条件。在社区进一步努力都集中在改善超声波发声的自动检测在各种条件下,即使是那些暗示背景噪声。例如,语音软件允许分析已被手动选择了没有背景噪声32的发声。在该软件中,声变量的提取是自动但需要的手动初始选择。
应当指出的是,个体间变异性是在小鼠的发声特性非常重要。例如,在一个发情女性的存在成年男性的呼叫率是非常分布( 图1)。我们苏ggest这些标准化协议已经引发超声波发声来限制有关的实验内容的可变性。尽管如此,我们想指出的提出不仅均值和SEM的数据的重要性,但最重要的是体积小33样品的各个点。这也是非常相关 – 如果不是必要 – 记录每个组/基因型的至少12个人收集的代表性数据。在许多情况下,个体间变异不应被隐藏(通常它不可能是),它可能是非常重要,以确定携带所研究的基因突变,但不显示任何非典型表型的个体。这样的个人可以提供有关补偿,这可能会打开新的通路遗传性疾病的治疗线索。
在小鼠模型的神经精神障碍,声乐行为和社会交往的行为大部分是刻画考虑ED外( 如 19,27,34,35)。现在最近的分析方法的相互作用(使用MiceProfiler例如)36,以及这种分析与来自录音数据结合的可能性期间提供的社交活动和事件的序列的半自动详细的表征。该方法的主要优点是提供了社会的通信的综合视图中的ASD的小鼠模型,以更精确地确定哪些社会交往的各方面都受到影响。在本协议的同步是仍然手册,但此可通过音频记录软件触发视频记录的提高。这种类型的分析应该成为提供在神经精神障碍的小鼠模型中的社会交流障碍的更全面的标准。此外,到现在为止,歌声信号大多从发射极侧进行分析( 即 ,测试都建有利于沃的发射被测试鼠标校准信号,如在本协议)。重点应现在也对这些信号的接收器进行设置,以更好地识别这些声信号的功能。这应该由也评价在本协议的新来的小鼠在成人的行为(用MiceProfiler例如)36,通过使用播放实验16来完成,或通过建立新的协议。实际上,本协议提供可能不反映在小鼠发声排放的确切行为学条件非常受限制的情况。超声波发声的自发辐射将不得不使用连续录音录像摆脱对小鼠的自发行为声乐更多的光线较好的特点。
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the Fondation de France; by the ANR FLEXNEURIM [ANR09BLAN034003]; by the ANR [ANR- 08-MNPS-037-01-SynGen]; by Neuron-ERANET (EUHF-AUTISM); by the Fondation Orange; by the Fondation FondaMentale; by the Fondation de France; by the Fondation Bettencourt-Schueller. The research leading to this article has also received support from the Innovative Medicine Initiative Joint Undertaking under grant agreement no. 115300, resources of which are composed of financial contribution from the European Union’s Seventh Framework Program (FP7/2007-2013) and EFPIA companies’ in kind contribution. We thank Julie Lévi-Strauss for helpful comments on the manuscript and six anonymous reviewers whose comments noticeably improved the manuscript.
needles 0.3 x 13 mm [30G 1/2"] | BD Microlance | 304000 | – |
green tattoo paste | Ketchum Manufacturing Inc., Ottawa, Canada | 329AA | – |
thermometer | Fisherbrand, Waltham, USA | 4126 (W255NA) | – |
self-made soundproof chamber (pups) | Institut Pasteur, Paris | – | acoustic foam + plexiglas; inside dimensions (W x H x D): 32 x 33 x 32 cm |
small surface thermister + single probe thermocouple | Harvard Apparatus | 599814 + 601956 | – |
smell-less pen | for instance: Giotto | – | ink made with water, washable: these pens are designed for babies |
Ethanol absolute (100%) | Sigma Aldrich, Saint-Quentin Fallavier, France | 24103 | diluted 1/10 |
Condenser ultrasound microphone Avisoft-Bioacoustics CM16/CMPA | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #40011 | furnished with extension cables by the Avisoft company |
Ultrasound Gate 416H | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #34163 | sound card |
Avisoft Recorder USGH | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #10301; #10302 | recording software for Windows Vista, 7 and 8 |
Avisoft SASLab Pro | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #10101, 10111; #10102, 10112; | Windows 10, 8.1, 8, 7 or Vista including Intel-based Apple Macintosh running Boot Camp, Parallels or similar virtualization software. |
Laptop or Apple Macintosh running Boot Camp | – | – | running Windows 10, 8.1, 8, 7 or Vista; for the Apple Macintosh, Boot Camp is preferred to virtualizations softwares such as Parallels due to memory constraints |
plastic recipient (pup recordings) | Lock & Lock, Chatswood, USA | HPL932D | Lock & Lock Stackable Airtight Container Round 700ml; use without the cover; dimensions: 9 cm diameter, 10 cm height |
PBS 1X (pH=7.4) | Gibco (Life Technologies) | 10010-023 | – |
slides | Menzel-Gläser, Thermo Scientific | J1800AMNZ | Superfrost Plus |
May-Grünwald solution 500 ml | RAL Réactifs, Martillac, France | 320070-0500 | – |
Giemsa R 500 ml | RAL Réactifs, Martillac, France | 720-1107 | diluted 1/20 in phosphate buffer solution |
phosphate buffer solution (self-made) | – | – | pH=7, 0.1 M: 39 ml NaH2PO4 0.2 M + 61 ml Na2HPO4 0.2 M + 100 ml H2O (final volume: 200 ml) |
test cage | Institut Pasteur, Paris | – | 50 x 25 cm, 30 cm height; Plexiglas |
self-made soundproof chamber (adult recordings) | Institut Pasteur, Paris | – | acoustic foam + PVC; inside dimensions (W x H x D): 66 x 90 x 46 cm |
video camera | From Noldus Information Technologies, Wageningen, The Netherlands | – | high-resolution CamTech Super-Hi-Res video camera; 25 fps |
EthoVision XT | Noldus Information Technology, Wageningen, The Netherlands | http://www.noldus.com/animal-behavior-research/products/ethovision-xt | video acquisition software |
Mice Profiler Tracker plugin from the ICY platform | Bio Image Analysis, Institut Pasteur, Paris | http://icy.bioimageanalysis.org/plugin/Mice_Profiler_Tracker | tracking software to analyse behavioral events during social interactions |