Summary

Bestemmelse Ultrasonic vokalisation Preferences i mus ved hjælp af en to-valg afspilning Test

Published: September 03, 2015
doi:

Summary

Ultrasonic vocalizations (USVs) in mice differ depending on age, sex, condition, and genetic background. Using two ultrasound emitters broadcasting simultaneously in different locations, this two-choice test can evaluate murine recognition and preference responses to different characteristics of USVs.

Abstract

Mice emit ultrasonic vocalizations (USVs) during a variety of conditions, such as pup isolation and adult social interactions. These USVs differ with age, sex, condition, and genetic background of the emitting animal. Although many studies have characterized these differences, whether receiver mice can discriminate among objectively different USVs and show preferences for particular sound traits remains to be elucidated. To determine whether mice can discriminate between different characteristics of USVs, a playback experiment was developed recently, in which preference responses of mice to two different USVs could be evaluated in the form of a place preference.

First, USVs from mice were recorded. Then, the recorded USVs were edited, trimmed accordingly, and exported as stereophonic sound files. Next, the USV amplitudes generated by the two ultrasound emitters used in the experiment were adjusted to the same sound pressure level. Nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitters were used to play the USVs back. Finally, to investigate the preference of subject mice to selected USVs, pairs of two differing USV signals were played back simultaneously in a two-choice test box. By repeatedly entering a defined zone near an ultrasound emitter and searching the wire mesh in front of the emitter, the mouse reveals its preference for one sound over another. This model allows comparing the attractiveness of the various features of mouse USVs, in various contexts.

Introduction

Mange dyr bruger vokaliseringer for intraspecifikke kommunikation. Hos mus Mus musculus, en vigtig type kommunikation signal er ultralyd vokaliseringer (USVs), som har frekvenser højere end 20 kHz. USVs udsendes af mus betragtes som en del af social anerkendelse i han-hun 1-4, hun-hun 1, 5, og han-han 1, 6 interaktioner. USVs også udsendes af unger, når de er isoleret fra deres mor, hvilket øger hendes Ungen-hentning adfærd, og derfor ungernes overlevelse 7. Selv om mange rapporter har analyseret og kategoriseret mus USVs 8, 9, de adfærdsmæssige responser og neurale mekanismer i modtager animalske blevet mindre dokumenteret 10, 11. Sidstnævnte er nødvendigt at præcisere den biologiske betydning af de forskellige kendetegn ved USVs. At afsløre disse mekanismer, afspilningen eksperiment er en effektiv metode. Nylige playback undersøgelser har afsløret, at kvindeligemus er tiltrukket USVs 12, og at de foretrækker USVs fra mænd, der er forskellige fra deres forældre 13, 14.

Denne artikel forklarer afspilningen test, der anvendes til at evaluere USV præference i mus. En to-choice test box blev udviklet, hvor to forskellige USVs kan afspilles samtidigt i to rum af en test kabinet, som vist i figur 1. Denne type test box forhindrer lyd forurening ved at dividere testområdet i tre delkamre ved anvendelse af bly vægge. Ultralyd udledere er placeret udenfor hvert værelse. I væggen mellem værelser og ultralyd udledere er huller dækket med trådnet. Mus kan bevæge sig frit i de tre værelser, og vise en "søge masken" adfærd, som om at reagere på USVs afspilles af ultralyd udledere. I denne test, mus bo for perioder af forskellig varighed tæt på en lyd emitter eller den anden. Disse parametre kan logges for at opnå en følsom measu re af lyd præference.

For at afspille USVs tilbage, nanokrystallinske silicium termo-akustiske udledere (dvs. "nc-Si emitter") blev anvendt som i tidligere undersøgelser 15-17. Disse indretninger er sammensat af en tynd-filmopvarmeren elektrode, en nano-porøst silicium lag, og en enkelt-krystallinsk siliciumskive. Den digitale lyd-filen konverteres til et analogt signal og ledes derefter gennem varmeren elektrode. Enheden konverterer de resulterende spændingsafhængige termiske signaler til betydeligt lydtryk med lav forvrængning. Denne enhed er unik ved, at i modsætning til almindelige lydgeneratorer der er afhængige af mekaniske vibrationer, kan den reproducere lyd uden brug af en membran. Den emitter udviser en flad lydtrykniveau ved frekvenser fra 20 til 160 kHz (figur 2), og kan gengive digitalt indspillede murine USVs meget præcist med hensyn til varighed, frekvens og lydtryk 15, 18, ​​19.

ve_content "> I et repræsentativt eksperiment vist i figur 3, blev C57BL / 6 (B6) kvinder lov til at vælge mellem BALB / c (BALB) mandlige USVs og baggrundsstøj. Derudover viser figur 4 valget af B6 og BALB kvinder mellem samtidige USV afspilninger fra en BALB og en B6 mandlig, som rapporteret i en tidligere undersøgelse 14. adskiller karakteristika mandlige USVs mellem B6 og BALB stammer 20. Som det fremgår af disse resultater, kan tiltrækningskraft USVs vurderes med den nuværende protokol, hvor lydene er optaget fra en live individ, akustisk analyseret, og afspilles på andre personer.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af den etiske komité i Azabu Universitet. Alle forsøg blev udført i et lydisoleret kammer. 1. Dyrepræparation Hanner for optagelse Opnå kønsmodne hanmus oplevet i parring. Kvindelige forsøgspersoner Opnå jomfru hunmus, der er blevet opstaldet med 2 til 5 kuldsøskende pr bur (normalt 8 – 12 uger gamle). Opnå vaginale udstrygninger dagligt for at bestemme fasen af østrale cyklus før prøv…

Representative Results

De USVs optaget fra en BALB-mænd (161 stavelser pr 20 sek), samt baggrundsstøj blev anvendt som afspilningslydstyrkerne i repræsentativt eksperiment vist i figur 3. I dette eksperiment blev 7 kvindelige B6 mus anvendes ved 9 ugers alderen . At bestemme den bedste varighed afprøvning af kvindelige respons at afspille lyde, blev de adfærdsmæssige parametre analyseret separat for den første og sidste fem minutter af den samlede 10 min testtid. Først var der ingen signif…

Discussion

Here, the results of a representative test showed that female mice can discriminate between artificial male USVs and background noise (Figure 3). The conclusion to be drawn from these results is that the discrimination signal is reflected in the duration of stay in the room and sound zone, and in the duration of searching the mesh in the first 5 min of testing, but not in the second 5 min (Figure 3C, E and F). These data indicate that mice become habituated to the playback sounds, possib…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af en Grant-in-Støtte til JSP'er Fellows til AA; af Grants-in-Aid for Videnskabelig Forskning på innovative områder for JSP'er Fellows (No. 4501 og nr 25132712) til TK; og af et forskningsprojekt tilskud af Azabu Universitet. Figur 2 er genoptrykt fra Kihara, T., Harada, T., & Koshida, N. Wafer-kompatible fabrikation og karakteristika nanokrystallinsk silicium termisk inducerede ultralyd udledere. I: Sensorer og aktuatorer A: Fysiske, volumen 125, Elsevier, s. 426, (2006), med tilladelse fra Elsevier.

Materials

Soundproof chamber Muromachi Kikai
Small cage CLEA Japan CL-0113-1
Middle cage CLEA Japan CL-0103-1
Ultrasound condenser microphones Avisoft Bioacoustics CM16/CMPA
A/D converter Avisoft Bioacoustics UltraSoundGate116H
Audio software Avisoft Bioacoustics RECORDER USGH
Adobe Audition 3.0 / Audio editing software Adobe Systems Adobe Audition 3.0
Nc-Si emitter Original not commercially available but it is planned to be so in near future
D/A converter National Instruments NI USB-6251 BNC
Attenuator Original
Amplifier Yamatake
PC Windows 7 professional Intel® core i7-2600K CPU @ 3.4GHz, 8GB RAM, 64-bit operating system
Event recorder Excel-macro / Event-scoring software original Programmed by Naoto Akagawa & Takeru Yamamoto
CCD Camera
Rubber plates (made of elastomer resin) Tokyo bouon TI-75BK B4 Cut them to the proper size http://www.piano-bouon.jp/shopping/?pid=1329272401-447630&ca=6&p=3
Giemsa's azur eosin methylene blue solution Merck Millipore 1.09204.0500

Referências

  1. Panksepp, J. B., et al. Affiliative behavior, ultrasonic communication and social reward are influenced by genetic variation in adolescent mice. PLoS One. 2 (4), e351 (2007).
  2. Scattoni, M. L., Ricceri, L., Crawley, J. N. Unusual repertoire of vocalizations in adult BTBR T+tf/J mice during three types of social encounters. Genes Brain Behav. 10 (1), 44-56 (2010).
  3. Hammerschmidt, K., Radyushkin, K., Ehrenreich, H., Fischer, J. The structure and usage of female and male mouse ultrasonic vocalizations reveal only minor differences. PLoS One. 7 (7), e41133 (2012).
  4. Merten, S., Hoier, S., Pfeifle, C., Tautz, D. A role for ultrasonic vocalisation in social communication and divergence of natural populations of the house mouse (Mus musculus domesticus). PLoS One. 9 (5), e97244 (2014).
  5. Amato, F. R., Moles, A. Ultrasonic vocalizations as an index of social memory in female mice. Behav. Neurosci. 115 (4), 834-840 (2001).
  6. Chabout, J., et al. Adult male mice emit context-specific ultrasonic vocalizations that are modulated by prior isolation or group rearing environment. PLoS One. 7 (1), e29401 (2012).
  7. Ehret, G. Infant rodent ultrasounds–a gate to the understanding of sound communication. Behav. Genet. 35 (1), 19-29 (2005).
  8. Holy, T. E., Guo, Z. Ultrasonic songs of male mice. PLoS Biol. 3 (1), e386 (2005).
  9. Portfors, C. V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 46 (1), 28-34 (2007).
  10. Holfoth, D. P., Neilans, E. G., Dent, M. L. Discrimination of partial from whole ultrasonic vocalizations using a go/no-go task in mice. J. Acoust. Soc. Am. 136 (6), 3401 (2014).
  11. Neilans, E. G., Holfoth, D. P., Radziwon, K. E., Portfors, C. V., Dent, M. L. Discrimination of ultrasonic vocalizations by CBA/CaJ mice (Mus musculus) is related to spectrotemporal dissimilarity of vocalizations. PLoS One. 9 (1), e85405 (2014).
  12. Hammerschmidt, K., Radyushkin, K., Ehrenreich, H., Fischer, J. Female mice respond to male ultrasonic ‘songs’ with approach behaviour. Biol. Lett. 5 (5), 589-592 (2009).
  13. Musolf, K., Hoffmann, F., Penn, D. J. Ultrasonic courtship vocalizations in wild house mice, Mus musculus musculus. Anim. Behav. 79 (3), 757-764 (2010).
  14. Asaba, A., et al. Developmental social environment imprints female preference for male song in iice. PloS one. 9 (2), e87186 (2014).
  15. Uematsu, A., et al. Maternal approaches to pup ultrasonic vocalizations produced by a nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitter. Brain Res. 1163, 91-99 (2007).
  16. Okabe, S., et al. The effects of social experience and gonadal hormones on retrieving behavior of mice and their responses to pup ultrasonic vocalizations. Zoolog. Sci. 27 (10), 790-795 (2010).
  17. Okabe, S., et al. Pup odor and ultrasonic vocalizations synergistically stimulate maternal attention in mice. Behav. Neurosci. 127 (3), 432-438 (2013).
  18. Shinoda, H., Nakajima, T., Ueno, K., Koshida, N. Thermally induced ultrasonic emission from porous silicon. Nature. 400 (6747), 853-855 (1999).
  19. Kihara, T., Harada, T., Koshida, N. Wafer-compatible fabrication and characteristics of nanocrystalline silicon thermally induced ultrasound emitters. Sensor. Actuat. A-Phys. 125 (2), 422-428 (2006).
  20. Kikusui, T., et al. Cross fostering experiments suggest that mice songs are innate. PloS One. 6 (3), e17721 (2011).
  21. McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. Performing Vaginal Lavage, Crystal Violet Staining, and Vaginal Cytological Evaluation for Mouse Estrous Cycle Staging Identification. J. Vis. Exp. (67), e4389 (2012).
  22. Nelson, J. F., Felicio, L. S., Randall, P. K., Sims, C., Finch, C. E. A longitudinal study of estrous cyclicity in aging C57BL/6J mice: I. Cycle frequency, length and vaginal cytology. Biol. Reprod. 27 (2), 327-339 (1982).
  23. Tomihara, K., et al. Effect of ER-beta gene disruption on estrogenic regulation of anxiety in female mice. Physiol. Behav. 96 (2), 300-306 (2009).
  24. Zheng, Q. Y., Johnson, K. R. Hearing loss associated with the modifier of deaf waddler (mdfw) locus corresponds with age-related hearing loss in 12 inbred strains of mice. Hear. Res. 154 (1-2), 45-53 (2001).
  25. Haga, S., et al. The male mouse pheromone ESP1 enhances female sexual receptive behaviour through a specific vomeronasal receptor. Nature. 466 (7302), 118-122 (2010).
  26. Grimsley, J. M., Monaghan, J. J., Wenstrup, J. J. Development of social vocalizations in mice. PLoS One. 6 (3), e17460 (2011).
  27. Sugimoto, H., et al. A role for strain differences in waveforms of ultrasonic vocalizations during male-female interaction. PLoS ONE. 6 (7), (2011).
  28. Hanson, J. L., Hurley, L. M. Female presence and estrous state influence mouse ultrasonic courtship vocalizations. PLoS One. 7 (7), e40782 (2012).
  29. Wang, H., Liang, S., Burgdorf, J., Wess, J., Yeomans, J. Ultrasonic vocalizations induced by sex and amphetamine in M2, M4, M5 muscarinic and D2 dopamine receptor knockout mice. PLoS One. 3 (4), (2008).
  30. Moles, A., Kieffer, B. L., D’Amato, F. R. Deficit in attachment behavior in mice lacking the mu-opioid receptor gene. Science. 304 (5679), 1983-1986 (2004).
  31. Hiramoto, T., et al. Tbx1: identification of a 22q11.2 gene as a risk factor for autism spectrum disorder in a mouse. Hum. Mol. Genet. 20 (24), 4775-4785 (2011).
  32. Ey, E., et al. Absence of deficits in social behaviors and ultrasonic vocalizations in later generations of mice lacking neuroligin4. Genes Brain Behav. , (2012).
  33. Roy, S., Watkins, N., Heck, D. Comprehensive analysis of ultrasonic vocalizations in a mouse model of fragile X syndrome reveals limited, call type specific deficits. PLoS One. 7 (9), e44816 (2012).
check_url/pt/53074?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Asaba, A., Kato, M., Koshida, N., Kikusui, T. Determining Ultrasonic Vocalization Preferences in Mice using a Two-choice Playback Test. J. Vis. Exp. (103), e53074, doi:10.3791/53074 (2015).

View Video