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.
神経精神障害の患者は通常、社会的コミュニケーションの欠損を表示する( 例えば 、自閉症スペクトラム障害、統合失調症、またはアルツハイマー病患者)1。遺伝子操作されたマウスは、より多くのであり、より頻繁に、これらの障害2の遺伝的原因をモデル化するために使用されます。これらのマウスモデルにおいて、社会的コミュニケーションを研究することは、非定型社会的機能不全につながる遺伝子変異のメカニズムを理解するための、新しい治療法をテストするために高い関心があります。マウスは社会的動物であり、嗅覚、触覚、視覚と音響信号を使用して、お互いに通信するので、彼らは社会的コミュニケーションを評価するのに適したモデルです。
マウス超音波発声は、今現在、3,4声帯通信障害の遺伝的基盤をモデル化するためのプロキシとして使用されている(しかし、この種で発声学習の存在は、最近の研究はにargU場合であっても、5,6をまだ議論されて発声学習7)の不在のための電子。実験用マウスは、(参照して見直さ8)、同性社会的相互作用では、男女の社会の性的相互作用に、母子の関係の中での超音波発声を放出することが見出されていると若年若年社会的相互作用9インチ仔マウスは、ダムや同腹子10から分離された生活の最初の2週間の間に分離・コールを発します。男性は時発情メス(または彼女からの尿の合図)11,12の存在下で超音波発声を発します。同性13,14の未知の同種と相互作用する場合、男性と女性は、超音波発声を放ちます。組織とこれらの発声の機能は完全には明らかではなく、さらなる調査が必要です。機能面での現在の知識は、子犬の分離・コール、成人男性vocalizatに向け成人女性の近接の円滑化を聞いた母親における検索行動の誘発に限定されていますイオン15と成人女性発声16を聞い成人男性の増加探索行動。
精神神経疾患のマウスモデルでボーカル通信の異常を特徴づけることは、実験条件の主要な貢献を除外するために標準化された条件で実施されるべきです。同時に社会的相互作用や神経生物学の研究の評価と組み合わせたこのような特徴付けは、様々な遺伝的モデルでマウスの超音波通信の異なる側面への遺伝的寄与に関する知識を向上させる必要があります。長期的に、それは、ヒトにおける社会的コミュニケーションのいくつかの神経生物学的基盤の更なる光を与える必要があります。我々は現在、確実に、実験室でのオスとメスのマウスの両方のために開発中および成人期に超音波発声を引き出すために、単純なプロトコルを提供することを目指しています。このようなプロトコルは、より確実ultrを比較するために記録の標準化を容易にする必要があります株と研究所間asonic発声の排出量。また、マウスの超音波発声の録音との経験を有していない実験室で、このような記録の設定アップを促進すべきです。また、社会的な障害でだけでなく、超音波発声の排出の状況に重要な情報を得るために、成体マウスにおける社会的相互作用の間に同時に収集され、詳細な行動データを用いて超音波発声のデータを結合するために、現在の可能性を強調表示します。このような分析は、マウスの超音波発声の組織と機能に新たな光を当てるます。最後に、我々はまた、mouseTubeデータベース (http://mousetube.pasteur.fr)上の全体の科学界で超音波発声の録音を共有する可能性をアドバタイズします。録音データへのオープンアクセスは、科学者たちは、他のラボに記録されている超音波発声で自分のデータを比較できるようにすることで、マウスの超音波通信に関する知識を高める必要があります(類似のまたは異なる株/プロトコルと)ratories、および/または異なる条件下で記録されたファイルとその分析方法に挑戦します。
ここで紹介するプロトコルは、実験室でマウスの超音波発声を収集するための標準化と信頼性の高い方法を提供しています。これらの非常に制約の状況は、標準化の利点を提示します。彼らは株18,19,26,27内の株または遺伝子型を比較するのに成功して使用されています。代表的な結果に示されるように、これらの方法はShank2のために突然変異したマウスでは非定型社会的コミュニケーション、自閉症スペクトラム障害に関連する遺伝子の同定を可能にします。異なるコンテキスト間で、あるいは研究所間のマウス系統間の比較は、mouseTubeデータベース上でより大きなデータセットの利用可能性によってトリガされます。このツールは、多変量解析を可能にすることにより、マウスの超音波発声の研究を後押しする必要があります。
それは遺伝Cをモデル化研究の大部分で行われているように、ここで記載されているプロトコルは、株内の異なる遺伝子型のマウスをテストするために最適化されています神経精神障害にontribution。実験的に可能な限り最高のコントロールを持つように各研究を設計することが推奨されます。確かに、ごみの影響は、マスクまたは人工的に遺伝的影響28,29を膨らませる可能性があります。各遺伝子型のための同腹のコントロールを含めることが賢明です。それはゴミの中に変異マウスおよび対照マウスの正確なマッチングを可能にするため、繁殖ヘテロ接合の両親は、したがって、好まれるべきです。これは、2日ごとに録音を通じて個人を追跡するために、すべての仔(遺伝子型を知らされていない)のマーキングが足の入れ墨を正当化します。ジェノタイピングは、尾のサンプルを取ることによって、離乳で行われます。上のP2から子犬の分離呼び出しを記録する場合、この操作は補助的な操作と記録セッションに時間的に非常に近いストレスを含んでいるので、我々は、子犬にすでに尾のサンプルを採取することをお勧めしません。
成人の超音波発声を引き出すためにここで提案プロトコルは、EMIの明確な同定を可能にしません。発声のtter。我々は試験動物のモチベーションを操作する理由を説明します。実際、試験マウスは単離されているといない新しいコーナーと試験動物は同性間の相互作用の間に試験ケージに長い時間のために慣らします。男女の相互作用では、導入された女性は、単離されたものではなく、テスト男性は動機は、この性的な文脈で高くなる可能性がありますので、短い時間habituates。モチベーションのこれらの操作は、発声ではなく、導入された1つを放出試験マウスの確率を最大化する必要があります。性的な文脈での男性の超音波発声を記録するには、発情期の雌の新鮮な( すなわち 、凍結していない)尿と単純な綿棒もケージ30内に導入することができます。この方法は、100%確実にテスト男性に超音波発声の割り当てを可能にするが、それはこれらの発声の排出量の実際の社会的状況に関する特定の情報を収集しないようにします。したがって、我々はprotocoを好みますlは(自由に移動発情メスで)ここで説明します。我々はまた、変異株からマウスをテストするときに常に同じ株から導入されたマウスを使用し、発声マウスのペアとしてデータを分析することをお勧めします。一つの最近の研究では、エミッタ31をローカライズするために三角測量の使用を推進しています。この研究では、女性も男性との遭遇時に超音波発声を放出することが見出されました。これは、記録セッションの前に少なくとも2週間のために単離されたという事実によって説明されるかもしれません。ビデオ録画が適切に同期される場合は、この研究で提案した三角測量の利用の一般化は、それにもかかわらず、ほとんどの場合、発声のエミッタの同定を可能にする必要があります。
開発中に記録された仔マウスからの単離・コールは、寝具からのバックグラウンドノイズによって妨害されていません。通常、自動分析が主な変数を抽出するために非常によく動作します。これとは対照的に、大人から記録された発声がdであります寝具に移動する動物からのバックグラウンドノイズによってisturbed。自動解析が失敗する可能性がありますので、手動分析を使用する必要があります。それにもかかわらず、試験ケージに寝具を追加すると(マウスは好きではないこと)裸地よりも動物にとってストレスの少ないな条件を提供する必要があります。コミュニティのさらなる努力があっても、バックグラウンドノイズを暗示しているものを、様々な条件下での超音波発声の自動検出を向上させることに集中しています。例えば、音声ソフトウェアを手動で背景雑音32が存在しないために選択された発声を分析することを可能にします。このソフトウェアでは、音響変数の抽出は自動ですが、初期手動で選択する必要があります。
個体間変動が、マウスのボーカル動作において非常に重要であることに留意すべきです。例えば、発情期の雌の存在下で、成人男性のコールレートは非常に( 図1)が配布されます。私たちのsu実験的コンテキストに関連する変動を制限するために、すでに超音波発声を引き出すために、これらの標準化されたプロトコルをggest。それにもかかわらず、我々はデータの平均値及びSEMないだけを提示することの重要性を指摘したいと思いますが、小さなサイズ33のサンプルの中で最も重要なのは個々の点。代表的なデータを収集するために、各グループ/遺伝子型の少なくとも12個体を記録するために – そうでない場合は、必要な – それはまた、非常に関連性があります。多くの場合、個体間変動は、(通常はそれをすることはできません)隠されるべきではない、それは任意の非定型表現型を示す研究の遺伝的変異を保有するではなく、個人を識別するために非常に重要であるかもしれません。このような個体は、遺伝性疾患の治療のための新しい経路を開くことがあります補償、についての手がかりを提供することができます。
精神神経疾患、ボーカルの行動や社会的接触のためのマウスモデルのほとんどの行動の特徴付けで検討されていますエド離れて( 例えば 、19,27,34,35)。最近の分析方法は今(例えばMiceProfilerを使用して)相互作用36、ならびにオーディオ録音からのデータと、この分析を組み合わせる可能性の間に社会的なイベントとイベントのシーケンスの半自動詳細な特徴づけを提供しています。この方法の主な利点は、より正確に社会的コミュニケーションの側面が影響を受けているかを識別するために、ASDのマウスモデルにおいて、社会的コミュニケーションの包括的なビューを提供することにあります。現在のプロトコルでは、同期はまだマニュアルですが、これはオーディオ録音ソフトウェアを介してビデオ録画をトリガすることによって改善することができます。分析のこのタイプは、精神神経疾患のマウスモデルにおけるソーシャルコミュニケーション障害のより包括的なビューを提供するための標準となるべきです。また、今までの、ボーカル信号は主にエミッタ側から分析している( すなわち 、テストはVOの排出量を優先するように構築されていますテストしたマウスによるCAL信号は、本プロトコルのように)。焦点は、今も、より良いこれらの音響信号の機能を識別するために、これらの信号の受信機に設定する必要があります。これはまた、(例えばMiceProfilerを使用して)、成人に存在するプロトコルで新しいコーナーマウス36の動作を評価することによって、再生実験16を使用して、または新しいプロトコルを設定することによって行われるべきです。実際、本プロトコルは、マウスでの発声放射の正確な動物行動学の条件を反映していない可能性があり、非常に制約された状況を提供します。超音波発声の自然放出は、マウスの自発的なボーカルの行動に、より多くの光を当てるために連続的なオーディオおよびビデオ録画を使用して、より良い特徴づけする必要があります。
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 |