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.
Patienten mit neuropsychiatrischen Erkrankungen zeigen in der Regel Defizite in der sozialen Kommunikation (zB Patienten mit Autismus – Spektrum – Störungen, Schizophrenie oder Alzheimer – Krankheit) 1. Gentechnisch veränderte Mäuse mehr und häufiger verwendet , um genetische Ursachen dieser Erkrankungen 2 modellieren. Das Studium der sozialen Kommunikation in diesen Mausmodellen ist von großem Interesse für die Mechanismen der genetischen Mutationen zu verstehen, zu atypischen sozialen Dysfunktionen führen und für neue Therapien zu testen. Da Mäuse sind soziale Tiere und die Kommunikation mit der jeweils anderen mit Geruchs-, Tast-, optische und akustische Signale, sie sind geeignete Modelle der sozialen Kommunikation zu bewerten.
Maus Ultraschall-vocalizations sind jetzt aktuell als Proxy verwendet für die Modellierung der genetischen Grundlagen der Sprachkommunikation Defizite 3,4 (aber die Existenz der Spracherwerb in dieser Art noch 5,6 diskutiert wird, auch wenn die meisten neueren Studien ARGUe für das Fehlen von Spracherwerb 7). Labormäuse wurden Ultraschall vocalizations in Mutter-Kind – Beziehungen, in männlich-weiblichen sozio sexuellen Interaktionen zu emittieren gefunden, die in gleichgeschlechtlichen sozialen Interaktionen ( zusammengefasst in Bezug auf 8) und in Jugend-Jugend sozialen Interaktionen 9. Maus Welpen emittieren Isolation Anrufe während ihrer ersten beiden Lebenswochen , wenn sie von Damm und littermates isoliert 10. Männer emittieren Ultraschall-Laute , wenn sie in Gegenwart einer Brunst weiblichen (oder Harn-Signale von ihr) 11,12. Männchen und Weibchen emittieren Ultraschall-Stimmgebung , wenn sie mit einem unbekannten Artgenossen des gleichen Geschlechts 13,14 interagieren. Die Organisation und die Funktionen dieser vocalizations sind nicht ganz klar und brauchen weitere Untersuchungen. Das derzeitige Wissen über die funktionalen Aspekt wird in Mütter hören pup Isolation Anrufe, die Erleichterung der Nähe von erwachsenen Weibchen zu erwachsenen männlichen vocalizat zum Hervorrufen des Abrufs Verhalten begrenztIonen 15 und die erhöhte Explorationsverhalten von erwachsenen Männern zu hören erwachsenen weiblichen vocalizations 16.
Charakterisierung der Anomalien in Sprachkommunikation in Mausmodellen von neuropsychiatrischen Erkrankungen sollten unter standardisierten Bedingungen durchgeführt werden, wichtigen Beitrag der experimentellen Bedingungen auszuschließen. Eine solche Charakterisierungen, mit der Bewertung der gleichzeitigen sozialen Interaktionen und neurobiologische Studien kombiniert, in verschiedenen genetischen Modelle sollten unser Wissen über die genetischen Beitrag zu den verschiedenen Aspekten der Maus Ultraschall-Kommunikation zu verbessern. Über eine lange Sicht sollte sie weiter Licht geben auf einige neurobiologischen Grundlagen der sozialen Kommunikation in den Menschen. Unser Ziel ist derzeit auf einfache Protokolle Bereitstellung zuverlässiger Ultraschall vocalizations während der Entwicklung auslösen und im Erwachsenenalter für männliche und weibliche Mäuse im Labor. Solche Protokolle sollten die Standardisierung von Aufnahmen erleichtern ultr noch zuverlässiger vergleichenAsonic Stimmgebung Emissionen zwischen Stämmen und Labors. Es sollte auch die Einrichtung solcher Aufnahmen im Labor erleichtern keine vorherige Erfahrung mit der Maus Ultraschall vocalizations Aufnahmen mit. Wir heben auch die aktuelle Möglichkeit Ultraschall vocalizations Daten zu kombinieren mit detaillierten Verhaltensdaten gleichzeitig in erwachsenen Mäusen während der sozialen Interaktionen gesammelt, entscheidende Informationen über sozialen Beeinträchtigungen zu erhalten sowie über den Kontext der Emission von Ultraschall vocalizations. Solche Analysen werden ein neues Licht auf die Organisation und die Funktionen der Maus Ultraschall vocalizations vergießen. Schließlich werben wir auch die Möglichkeit , mit der ganzen wissenschaftlichen Gemeinschaft auf der mouseTube Datenbank Ultraschall-Stimmgebung Aufnahmen zu teilen (http://mousetube.pasteur.fr). Offener Zugang zu Audio-Aufzeichnung von Daten sollten Kenntnisse über Maus Ultraschallkommunikation steigern, indem die Wissenschaftler ihre eigenen Daten mit Ultraschall-Laute in anderen Labo aufgezeichnet zu vergleichenrien (mit ähnlichen oder unterschiedlichen Stämmen / Protokolle), und / oder deren Analysemethoden herauszufordern Dateien mit unter verschiedenen Bedingungen aufgezeichnet.
Das Protokoll hier vorgestellten bietet standardisierte und zuverlässige Art und Weise Maus Ultraschall-Laute im Labor zu sammeln. Diese sehr eingeschränkten Situationen haben den Vorteil der Standardisierung. Sie werden mit Erfolg verwendet , um Stämme oder Genotypen innerhalb Stämme 18,19,26,27 zu vergleichen. Wie in den repräsentativen Ergebnissen dargestellt, ermöglichen diese Verfahren die Identifizierung von atypischen sozialen Kommunikation in Mäusen für SHANK2 mutiert, ein Gen mit Autismus – Spektrum – Störungen in Verbindung gebracht. Vergleiche zwischen den Mausstämmen, zwischen unterschiedlichen Kontexten oder sogar zwischen verschiedenen Labors wird durch die Verfügbarkeit von größeren Datenmengen auf der mouseTube Datenbank ausgelöst werden. Dieses Tool sollte steigern Studien über Maus Ultraschall-vocalizations durch multivariate Analysen ermöglicht.
Die Protokolle werden hier beschrieben optimiert Mäuse verschiedener Genotypen innerhalb einer Belastung zu testen, da es in der Mehrzahl der Studien durchgeführt wird, um die genetische c ModellierungEITRAG zu neuropsychiatrischen Störungen. Es wird empfohlen, experimentell jede Studie zu entwerfen, um die besten Kontrollen möglich zu haben. Tatsächlich Wurf Effekte könnten Maske oder künstlich genetische Effekte 28,29 aufzublasen. Es ist daher ratsam, littermate Kontrollen für jeden Genotyp aufzunehmen. Zucht heterozygote Eltern sollten daher bevorzugt werden, da sie die korrekte Abstimmung von mutanten und Kontrollmäuse innerhalb eines Wurfes zu ermöglichen. Dies rechtfertigt die Pfote Tätowierung aller Welpen Kennzeichnung (geblendet Genotyp) Personen alle zwei Tage während der Aufnahmen zu verfolgen. Genotypisierung wird bei der Entwöhnung getan, um Proben Schwanz nehmen. Wenn pup Isolation Anrufe von P2 Aufnahme auf, würden wir nicht empfehlen Proben bereits bei Welpen Schwanz nehmen, da dieser Vorgang ergänzende Manipulation und Stress sehr zeitnah zu einer Aufnahme-Session enthält.
Die Protokolle hier vorgeschlagen, um Ultraschall-Laute bei Erwachsenen entlocken ist eine eindeutige Identifizierung des EWI nicht zulassen,tter der vocalizations. Dies erklärt, warum wir die Motivation des Versuchstieres zu manipulieren. Tatsächlich sind die Testmäuse isoliert und nicht der Neuling und die Versuchstiere für eine lange Zeit auf den Testkäfig während gleichgeschlechtlichen Wechselwirkungen gewöhnen. Bei männlichen-weiblichen Wechselwirkungen ist die eingeführte Weibchen nicht isoliert, und der Test männlichen gewöhnt für kürzere Zeit, da die Motivation in diesem sexuellen Kontext höher sein könnte. Diese Manipulationen Motivations sollte die Wahrscheinlichkeit der Testmaus maximieren die vocalizations emittierenden und nicht die eingeführte ein. Männlichen Ultraschall vocalizations in einem sexuellen Kontext, eine einfache Wattestäbchen mit frischen (dh nicht gefroren) Urin eines Brunst weiblichen aufzeichnen kann auch in den Käfig 30 eingeführt werden. Dieses Verfahren erlaubt die Zuordnung von Ultraschall-vocalizations zum Test männlich mit 100% iger Sicherheit, aber es verhindert, dass bestimmte Informationen über den aktuellen sozialen Kontext der Emission dieser vocalizations zu sammeln. Daher bevorzugen wir die Protocol beschrieben hier (mit einem frei beweglichen Brunst weiblich). Wir empfehlen auch immer aus dem gleichen Stamm eingeführt Mäuse zu verwenden, wenn Mäuse aus einem mutierten Stamm zu testen und Vokalisierung, die Daten als ein Paar von Mäusen zu analysieren. Eine kürzlich durchgeführte Studie fördert die Verwendung von Triangulation den Emitter 31 zu lokalisieren. In dieser Studie wurden Frauen fanden auch Ultraschall vocalizations während Begegnungen mit einem männlichen emittieren. Dies könnte durch die Tatsache erklärt werden, dass sie für mindestens zwei Wochen vor der Aufnahme-Session isoliert. Die Verallgemeinerung der Verwendung der Triangulation in dieser Studie vorgeschlagen, sollten jedoch die Identifizierung des Emitters des vocalizations in den meisten Fällen ermöglichen, wenn Videoaufnahmen korrekt synchronisiert sind.
Die Isolation Anrufe von Welpen während der Entwicklung aufgezeichnet werden nicht durch Hintergrundgeräusche vom Bettzeug gestört. Üblicherweise wird eine automatische Analyse funktioniert sehr gut die wichtigsten Variablen zu extrahieren. Im Gegensatz dazu von den Erwachsenen aufgenommen vocalizations sind disturbed durch Hintergrundrauschen von den Tieren in den Betten zu bewegen. Automatische Analyse scheitern könnte, und deshalb sollten manuelle Analyse verwendet werden. Dennoch sollten die Bedingungen in den Testkäfig Betten Zugabe liefern, die weniger belastend sind für die Tiere als nackten Boden (die Mäuse nicht gefällt). Weitere Anstrengungen in der Gemeinschaft sind auf die Verbesserung der automatischen Erkennung von Ultraschall vocalizations unter verschiedenen Bedingungen konzentriert, auch die impliziert Hintergrundgeräusche. Zum Beispiel erlaubt die Voice – Software vocalizations zu analysieren, die für das Fehlen von Hintergrundrauschen 32 manuell ausgewählt worden waren. In dieser Software ist die Extraktion der akustischen Variablen automatisch, sondern muss die anfängliche manuelle Auswahl.
Es sollte beachtet werden, dass die interindividuelle Variabilität in der Stimmverhalten von Mäusen sehr wichtig ist. Zum Beispiel wird die Anrufrate der erwachsenen Männer in Anwesenheit eines Brunst weiblichen sehr verteilt (Abbildung 1). Wir suggest diese standardisierte Protokolle zu Ultraschall-vocalizations entlocken bereits die Variabilität der experimentellen Kontext mit Bezug zu begrenzen. Dennoch möchten wir auf die Bedeutung hinweisen, der nicht nur den Mittelwert und SEM für die Daten zu liefern , aber am wichtigsten ist, die einzelnen Punkte in Proben von geringer Größe 33. Es ist auch sehr wichtig – wenn nicht notwendig – mindestens 12 Individuen jeder Gruppe / Genotyp aufzuzeichnen repräsentative Daten zu sammeln. In vielen Fällen sollte die interindividuelle Variabilität nicht ausgeblendet werden (in der Regel es nicht sein kann), und es könnte von großer Bedeutung sein, Personen zu identifizieren, die genetische Mutation untersucht tragen aber keine atypischen Phänotyp anzeigt. Solche Personen könnten Hinweise über Kompensationen schaffen, die neue Wege für Therapien von genetischen Störungen öffnen könnten.
In den meisten Verhaltens Charakterisierungen von Mausmodellen für neuropsychiatrische Störungen, Stimmverhalten und die sozialen Kontakte sind berücksichtigened auseinander (zB 19,27,34,35). Recent Analyseverfahren bieten nun eine halbautomatische detaillierte Charakterisierung der gesellschaftlichen Ereignissen und Ereignisfolgen während einer Interaktion (mit MiceProfiler zum Beispiel) 36, sowie die Möglichkeit , diese Analyse mit Daten von Audioaufzeichnungen zu kombinieren. Der Hauptvorteil dieser Methode ist es, einen umfassenden Überblick über die soziale Kommunikation in Mausmodellen von ASD zu schaffen, genauer zu erkennen, welche Aspekte der sozialen Kommunikation betroffen sind. Im vorliegenden Protokoll ist die Synchronisation noch manuell, aber dies kann durch die Auslösung der Videoaufzeichnung durch die Audio-Recording-Software verbessert werden. Diese Art von Analysen sollten zum Standard eine umfassendere Sicht der sozialen Kommunikation Defizite in Mausmodellen von neuropsychiatrischen Störungen zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich Bisher werden Vokalsignale meist von der Emitterseite analysiert (dh sind Tests gebaut , um die Emission von vo zu bevorzugencal Signale, die von dem getesteten Maus, wie in den vorliegenden Protokolle). Der Schwerpunkt sollte nun auch auf dem Empfänger dieser Signale gesetzt werden, um besser auf die Funktionen dieser akustischen Signale zu identifizieren. Dies sollte durch die Auswertung auch das Verhalten der neuen Ecken Mäuse in den vorliegenden Protokolle bei Erwachsenen (mit MiceProfiler zum Beispiel) 36, unter Verwendung von Wiedergabeexperimente 16 oder durch die Einrichtung von neuen Protokollen erfolgen. Tatsächlich stellen die vorliegenden Protokolle sehr eingeschränkten Situationen, die nicht die genauen ethologischen Bedingungen der Stimmgebung Emission bei Mäusen, beeinträchtigen könnten. Die spontane Emission von Ultraschall vocalizations werden müssen besser charakterisierte unter Verwendung einer kontinuierlichen Audio- und Videoaufnahmen, um mehr Licht auf die spontane Gesangsverhalten von Mäusen zu vergießen.
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 |