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.
Les patients souffrant de troubles neuropsychiatriques affichent généralement des déficits dans la communication sociale (par exemple, les patients atteints de troubles du spectre autistique, la schizophrénie ou la maladie d' Alzheimer) 1. Des souris génétiquement modifiées sont de plus en plus fréquemment utilisés pour modéliser les causes génétiques de ces troubles 2. Étudier la communication sociale dans ces modèles de souris est d'un grand intérêt pour la compréhension des mécanismes de mutations génétiques conduisant à des dysfonctionnements sociaux atypiques et pour tester de nouvelles thérapies. Puisque les souris sont des animaux sociaux et de communiquer les uns avec les autres à l'aide olfactive, tactile, des signaux visuels et acoustiques, ils sont des modèles appropriés pour évaluer la communication sociale.
Vocalisations ultrasoniques souris sont maintenant couramment utilisés en tant que proxy pour modéliser les bases génétiques des déficits de communication vocaux 3,4 (mais l'existence de l' apprentissage vocal dans cette espèce est encore débattue 5,6, même si la plupart des études récentes ARGUe l'absence d'apprentissage vocal 7). Des souris de laboratoire ont été trouvés pour émettre vocalisations ultrasoniques dans les relations mère-enfant, dans les interactions socio-sexuelle mâle-femelle, dans les interactions sociales de même sexe (revue en référence 8) et dans les interactions sociales 9 juvéniles-juvénile. Chiots souris émettent des appels d'isolement pendant les deux premières semaines de la vie quand elle est isolée du barrage et littermates 10. Les mâles émettent des vocalisations ultrasonores lorsqu'il est en présence d'une femelle oestrus (ou indices urinaires de son) 11,12. Les mâles et les femelles émettent une vocalisation ultrasonique lors de l' interaction avec un congénère inconnu du même sexe 13,14. L'organisation et les fonctions de ces vocalisations ne sont pas complètement claires et doivent d'autres investigations. Les connaissances actuelles sur l'aspect fonctionnel est limité à l'explicitation du comportement de récupération chez les mères entendre les appels d'isolement des petits, la facilitation de la proximité des femelles adultes vers vocalizat mâle adulteions 15 et le comportement exploratoire accru des hommes adultes auditifs adultes vocalisations femmes 16.
Caractériser les anomalies dans la communication vocale dans des modèles murins de troubles neuropsychiatriques devrait être effectuée dans des conditions normalisées pour exclure la contribution majeure des conditions expérimentales. Ces caractérisations, combinées à l'évaluation des interactions sociales simultanées et des études neurobiologiques, dans divers modèles génétiques devraient améliorer nos connaissances sur la contribution génétique aux différents aspects de la communication par ultrasons de la souris. Sur une longue période, il devrait donner plus de lumière sur certaines bases neurobiologiques de la communication sociale chez les humains. Nous visons actuellement à fournir des protocoles simples à obtenir de manière fiable vocalisations ultrasoniques au cours du développement et à l'âge adulte pour les souris mâles et femelles dans le laboratoire. Ces protocoles devraient faciliter la normalisation des enregistrements à comparer de façon plus fiable ultrles émissions de vocalisation Asonic entre les souches et les laboratoires. Il devrait également faciliter la mise en place de ces enregistrements dans les laboratoires ayant aucune expérience préalable avec la souris vocalisations ultrasoniques enregistrements. Nous soulignons également la possibilité actuelle de combiner les données de vocalisations ultrasoniques avec des données comportementales détaillées collectées simultanément au cours des interactions sociales chez les souris adultes, afin d'obtenir des informations cruciales sur les déficiences sociales, ainsi que sur le contexte de l'émission des vocalisations ultrasoniques. Ces analyses permettront un éclairage nouveau sur l'organisation et les fonctions des vocalisations ultrasoniques de souris. Enfin, nous annonçons également la possibilité de partager des enregistrements de vocalisation ultrasonique avec toute la communauté scientifique sur la base de données mouseTube (http://mousetube.pasteur.fr). Accès libre aux données d'enregistrement audio devrait stimuler la connaissance sur la communication par ultrasons de la souris en permettant aux scientifiques de comparer leurs propres données avec vocalisations ultrasoniques enregistrées dans d'autres laboraratoires (avec des souches / protocoles similaires ou différents), et / ou de contester leurs méthodes d'analyse avec les fichiers enregistrés dans des conditions différentes.
Le protocole présenté ici fournit des méthodes normalisées et fiables pour recueillir des vocalisations ultrasoniques de souris dans le laboratoire. Ces situations très limitées présentent l'avantage de la normalisation. Ils sont utilisés avec succès pour comparer les souches ou génotypes au sein des souches 18,19,26,27. Tel que présenté dans les résultats représentatifs, ces méthodes permettent l'identification de la communication sociale atypique chez les souris mutées pour SHANK2, un gène associé à des troubles du spectre autistique. Les comparaisons entre les souches de souris, entre les différents contextes ou même entre les laboratoires seront déclenchés par la disponibilité de grands ensembles de données sur la base de données mouseTube. Cet outil devrait stimuler les études sur les vocalisations ultrasoniques de souris en permettant des analyses multivariées.
Les protocoles décrits ici sont optimisés pour tester les souris des génotypes différents au sein d'une souche, comme cela se fait dans la majorité des études sur la modélisation de la génétique contribution à des troubles neuropsychiatriques. Il est recommandé de concevoir expérimentalement chaque étude pour avoir les meilleurs contrôles possibles. En effet, les effets de la litière peuvent masquer ou gonfler artificiellement les effets génétiques 28,29. Il est donc conseillé d'inclure des contrôles de même portée pour chaque génotype. Elevage parents hétérozygotes devraient donc être favorisés, car il permettra à l'adaptation correcte des souris mutantes et de contrôle au sein d'une litière. Cela justifie le marquage de tous les chiots tatouage de la patte (aveuglé génotype) pour suivre les individus à travers les enregistrements tous les deux jours. Le génotypage est effectué au moment du sevrage, en prélevant des échantillons de la queue. Lors de l'enregistrement des appels d'isolement de chiot de P2, nous ne recommandons pas de prélever des échantillons de la queue déjà chez les petits, puisque cette opération inclut la manipulation supplémentaire et le stress très proche dans le temps d'une session d'enregistrement.
Les protocoles suggérés ici pour susciter vocalisations ultrasoniques chez les adultes ne permet pas une identification claire de la emitter des vocalisations. Cela explique pourquoi nous manipulons la motivation de l'animal d'essai. En effet, les souris de test sont isolées et non le nouveau venu et les animaux d'essai habituent pendant une longue période à la cage d'essai au cours des interactions du même sexe. Dans les interactions hommes-femmes, la femelle introduit est pas isolé et le mâle de test accoutume pour la réduction du temps depuis la motivation pourrait être plus élevé dans ce contexte sexuel. Ces manipulations de motivation devraient maximiser la probabilité de la souris d'essai émettant des vocalisations et non pas celui présenté. Pour enregistrer les vocalisations ultrasoniques mâles dans un contexte sexuel, un écouvillon simple coton frais urine (ie, non congelés) d'une femelle oestrus peut également être introduit dans la cage 30. Cette méthode permet l'attribution de vocalisations ultrasoniques au mâle de test avec 100% de certitude, mais il empêche la collecte d'informations précises sur le contexte social actuel d'émission de ces vocalisations. Par conséquent, nous sommes favorables à l'protocol décrit ici (avec un oestrus femelle librement en mouvement). Nous vous recommandons également de toujours utiliser des souris introduit à partir de la même souche lors du test de la souris à partir d'une souche mutante et d'analyser les données comme une paire de souris vocalisations. Une étude récente favorise l'utilisation de la triangulation pour localiser l'émetteur 31. Dans cette étude, les femmes ont été trouvées pour émettre également vocalisations ultrasoniques lors de rencontres avec un mâle. Ceci pourrait être expliqué par le fait qu'ils ont été isolés pendant au moins deux semaines avant la session d'enregistrement. La généralisation de l'utilisation de la triangulation proposée dans cette étude devrait néanmoins permettre l'identification de l'émetteur des vocalisations dans la plupart des cas, si les enregistrements vidéo sont correctement synchronisés.
Les appels de chiots enregistrés au cours du développement d'isolement ne sont pas dérangés par le bruit de fond de la literie. Habituellement, une analyse automatique fonctionne très bien pour extraire les principales variables. En revanche, les vocalisations enregistrées des adultes sont disturbed par le bruit de fond provenant des animaux qui se déplacent dans la litière. L'analyse automatique peut échouer, et donc une analyse manuelle doit être utilisée. Néanmoins, l'ajout de literie dans la cage de test devrait fournir des conditions qui sont moins stressant pour les animaux que le sol nu (que les souris n'aiment pas). D'autres efforts de la communauté sont concentrés sur l'amélioration de la détection automatique des vocalisations ultrasoniques dans diverses conditions, y compris ceux impliquant des bruits de fond. Par exemple, le logiciel VOICE permet d'analyser les vocalisations qui avaient été sélectionnés manuellement pour l'absence de bruit de fond 32. Dans ce logiciel, l'extraction des variables acoustiques est automatique, mais il faut la sélection manuelle initiale.
Il convient de noter que la variabilité inter-individuelle est très important dans le comportement vocal de souris. Par exemple, le taux des hommes adultes en présence d'une femelle oestrus d'appel est très distribué (Figure 1). Nous suggest ces protocoles normalisés pour obtenir des vocalisations ultrasoniques déjà pour limiter la variabilité liée au contexte expérimental. Néanmoins, nous tenons à souligner l'importance de présenter non seulement la moyenne et SEM pour les données, mais surtout les points individuels dans des échantillons de petite taille 33. Il est également très pertinent – sinon nécessaire – pour enregistrer au moins 12 individus de chaque groupe / génotype pour recueillir des données représentatives. Dans de nombreux cas, la variabilité inter-individuelle ne doit pas être caché (généralement, il ne peut pas être), et il pourrait être d'une grande importance pour identifier les individus porteurs de la mutation génétique étudiée, mais n'affichant aucun phénotype atypique. Ces personnes pourraient fournir des indices sur les compensations, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles voies pour les thérapies des troubles génétiques.
Dans la plupart des caractérisations du comportement des modèles de souris pour les troubles neuropsychiatriques, le comportement vocal et les contacts sociaux sont considérered à part (par exemple, 19,27,34,35). Les méthodes d'analyse récentes fournissent maintenant une caractérisation détaillée semi-automatique des événements sociaux et les séquences d'événements lors d' une interaction ( à l' aide MiceProfiler par exemple) 36, ainsi que la possibilité de combiner cette analyse avec des données provenant des enregistrements audio. Le principal avantage de cette méthode est de fournir une vue d'ensemble de la communication sociale dans les modèles de souris de TSA, d'identifier plus précisément les aspects de la communication sociale sont touchés. Dans le présent protocole de synchronisation est encore manuel, mais cela peut être amélioré en déclenchant l'enregistrement vidéo via le logiciel d'enregistrement audio. Ce type d'analyse devrait devenir la norme de fournir une vision plus globale des déficits de communication sociale dans les modèles de souris de troubles neuropsychiatriques. En outre, jusqu'à présent, les signaux vocaux sont généralement analysées à partir du côté de l' émetteur ( par exemple, des tests sont conçus pour favoriser l'émission de vosignaux cal par la souris testée, comme dans les protocoles actuels). L'accent doit désormais être mis sur le récepteur de ces signaux, afin de mieux identifier les fonctions de ces signaux acoustiques. Cela devrait être fait en évaluant également le comportement des souris nouveau-venu dans les protocoles actuels chez les adultes ( en utilisant MiceProfiler par exemple) 36, en utilisant des expériences de lecture 16, ou par la mise en place de nouveaux protocoles. En effet, les présents protocoles prévoient des situations très contraints qui pourraient ne pas refléter les conditions éthologiques exactes de vocalisation émission chez la souris. L'émission spontanée de vocalisations ultrasoniques devra être mieux caractérisé en utilisant des enregistrements audio et vidéo en continu à jeter plus de lumière sur le comportement vocal spontanée de souris.
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 |