Muizen produceren een complex multisyllabic repertoire van ultrasone vocalisaties (USV's). Deze USV's worden op grote schaal gebruikt als uitlezingen voor neuropsychiatrische stoornissen. Dit protocol beschrijft enkele van de praktijken die we hebben geleerd en ontwikkeld om consequent de akoestische eigenschappen en syntaxis van muisliedjes te induceren, verzamelen en analyseren.
Muizen produceren ultrasone vocalisaties (USV's) in een verscheidenheid aan sociale contexten gedurende de ontwikkeling en volwassenheid. Deze USV's worden gebruikt voor moeder-pup retrieval 1 , jeugdinteracties 2 , tegengestelde en hetzelfde geslachtsinteracties 3 , 4 , 5 en territoriale interacties 6 . Gedurende decennia zijn de onderzoekers gebruikt als proxies om neuropsychiatrische en ontwikkelings- of gedragsstoornissen 7 , 8 , 9 te bestuderen en meer recentelijk mechanismen en evolutie van vocale communicatie bij vertebraten 10 te begrijpen. Binnen de seksuele interacties produceren volwassen mannelijke muizen USV-liedjes, die een aantal eigenschappen hebben die vergelijkbaar zijn met hoflieden van zangvogels 11 . Het gebruik van een dergelijke multisyllabische reperToires kunnen de potentiële flexibiliteit en informatie die ze dragen, vergroten, omdat ze kunnen worden gevarieerd in de wijze waarop elementen worden georganiseerd en gecombineerd, namelijk syntaxis. In dit protocol wordt een betrouwbare methode beschreven om USV-liedjes uit mannelijke muizen in verschillende sociale contexten te ontwaken, zoals blootstelling aan verse vrouwelijke urine, verdovende dieren en estrusvrouwen. Dit omvat voorwaarden om een grote hoeveelheid lettergrepen uit de muizen te induceren. We verminderen de opname van omgevingsgeluiden met goedkope geluidskamers, en presenteren een kwantificeringsmethode om de USV's automatisch te detecteren, classificeren en analyseren. Het laatstgenoemde omvat evaluatie van bellen, vocale repertoire, akoestische parameters en syntaxis. Verschillende benaderingen en inzicht in het gebruik van afspelen om de voorkeur van een dier voor specifieke liedsoorten te bestuderen worden beschreven. Deze methoden werden gebruikt om akoestische en syntaxveranderingen te omschrijven in verschillende contexten in mannelijke muizen en liedvoorkeuren bij vrouwelijke muizen.
In vergelijking met mensen produceren muizen zowel lage als hoge frequentie vocalisaties, die later bekend staan als ultrasone vocalisaties (USV's) boven ons gehoorbereik. De USV's worden geproduceerd in een verscheidenheid van contexten, waaronder van moeder-pup herwinning, jeugdinteracties, tegenovergestelde of hetzelfde geslachtsvolwasseneninteracties 4 , 12 . Deze USV's bestaan uit een divers multisyllabic repertoire dat manueel 9 of automatisch 10 , 11 kan categoriseren. De rol van deze USV's in communicatie is in de afgelopen jaren onder toenemend onderzoek geweest. Deze omvatten het gebruik van de USV's als uitleesingen van muismodellen van neuropsychiatrische, ontwikkelings- of gedragsstoornissen 7 , 8 en interne motiverende / emotionele toestanden 13 . De USV's zijn van mening dat betrouwbare informatie over de e wordt overgedragenMitter's toestand die nuttig is voor de ontvanger 14 , 15 .
In 2005 bracht Holy and Guo 11 het idee dat volwassen mannelijke muizen USV's werden georganiseerd als een opvolging van multisyllabische oproepelementen of lettergrepen die vergelijkbaar zijn met zangvogels. Bij veel soorten biedt een multisyllabische repertoire de emitter de lettergrepen op verschillende manieren te combineren en ordenen om de potentiële informatie die door het lied wordt gedragen te vergroten. Variatie in deze syntaxis wordt geacht een ethologische relevantie te hebben voor seksueel gedrag en mate voorkeuren 16 , 17 . Uitgaande studies toonden aan dat mannelijke muizen de relatieve samenstelling van lettergreepstypen die zij voor, tijdens en na de aanwezigheid van een vrouw 5 , 18 kunnen veranderen, veranderen. Dat wil zeggen, de volwassen mannelijke muizen gebruiken hun USV's voor het gedrag van het hof, ofwel om te trekkenOf in contact houden met een vrouw, of om paring 19 , 20 , 21 te vergemakkelijken. Ze worden ook uitgezonden in mannelijke interacties, waarschijnlijk sociale informatie overdragen tijdens interacties 4 . Om deze veranderingen in repertoires vast te leggen, meet de wetenschappers meestal de spectrale eigenschappen (akoestische parameters, zoals amplitude, frequenties, enz. ), Aantal USV's lettergrepen of oproepen en latentie aan de eerste USV. Echter, weinig bekijken in werkelijkheid de sequentiedynamiek van deze USV's in detail 22 . Onlangs ontwikkelde onze groep een nieuwe methode om dynamische veranderingen in de USV-lettergreepsequenties te meten 23 . We hebben aangetoond dat de lettergreep in een lied over (syntaxis) niet willekeurig is, dat het verandert afhankelijk van de sociale context en dat de luisterende dieren deze veranderingen als ethologisch relevant detecteren.
Wij noteren thBij veel onderzoekers die dierencommunicatie bestuderen, verbinden de term 'syntax' niet dezelfde betekenis als syntaxis die in menselijke toespraak wordt gebruikt. Voor dierlijke communicatiestudies bedoelen we gewoon een geordende, niet-willekeurige volgorde van geluiden met enkele regels. Voor mensen zijn bovendien specifieke sequenties bekend om specifieke betekenissen te hebben. We weten niet of dit het geval is voor muizen.
In dit document en bijbehorende video streven wij ernaar om betrouwbare protocollen te leveren om mannelijke muizencommissie USV's in verschillende contexten op te nemen en afspelen te verrichten. Het gebruik van drie opeenvolgende gebruikt software voor: 1) geautomatiseerde opnames; 2) lettergreep detectie en codering; En 3) een diepgaande analyse van de lettergreep en syntaxis wordt aangetoond ( figuur 1 ). Dit stelt ons in staat om meer te weten te komen over mannelijke muizen USV structuur en functie. Wij geloven dat dergelijke methoden gegevensanalyses vergemakkelijken en nieuwe horizonten kunnen openbaren om normale en abnormale vocale communicatie in mou te herkennen.Zie respectievelijk modellen van communicatie en neuropsychiatrische aandoeningen.
Dit protocol biedt aanpakken om mannelijke muizencommissie vocalisaties in het laboratorium te verzamelen, te kwantificeren en te bestuderen over een groot aantal meestal vrouwelijke gerelateerde stimuli. Zoals eerder in Chabout, et al. 23 en in de representatieve resultaten heeft het gebruik van deze methode ons mogelijk gemaakt om contextafhankelijke vocalisaties en syntaxen te ontdekken die voor de ontvangende vrouwtjes van belang zijn. De standaardisatie van deze stimuli zorgt voor het verzamelen van een betrouwbaar aantal USV's en laat gedetailleerde analyses van de mannelijke feestliedjes en repertoires toe.
Wanneer een live vrouw aanwezig is bij de man, laat het protocol ons niet toe om de emitter van de vocalisaties duidelijk te identificeren. Echter, eerdere studies toonden aan dat de meerderheid van de vocalisaties die in deze context werden uitgezonden, door de man 26 , 29 waren . De meeste studies gebruiken een conspecific (man of vrouw)Als een stimulans voor de mannen geloven dat het aantal vrouwelijke vocalisaties in deze context onbeduidend is 4 , 5 , 22 , 30 . Echter, in een recent papier gebruikte triangulatie om de vocalisatie van de emitter in gelokaliseerde condities 31 te lokaliseren, en bleek dat het vrouwelijk binnen een dyad draagt bij tot ~ 10% van de USV's. In het onderhavige protocol kan het gebruik van het verdoofde vrouw de gebruiker de mannelijke vocalisaties bestuderen in de aanwezigheid van een vrouw zonder haar vocalisering. In tegenstelling tot de verwachtingen van deze recente studie 31 , vonden we geen verschil in het aantal lettergrepen dat is uitgezonden tussen de FE en AF-omstandigheden 23 . Het is mogelijk dat levende vrouwtjes niet significant bijgedragen hebben aan de opnames of dat de mannen minder minder in aanwezigheid van levende vrouwen versus verdoofd femdenales. Desalniettemin geloven we dat toekomstige experimenten het gebruik van deze triangulatie methode moeten overwegen om het potentiële effect van de vrouwelijke bijdrage te beoordelen.
Er zijn andere software beschikbaar die de stappen die we hebben beschreven kunnen doen, hoewel we niet voldoende geloven op de vragen die we hebben gevraagd met behulp van een combinatie van drie programma's: Software A, Mouse Song Analyzer software script C met software B, de Syntaxanalysesoftware met behulp van een D + E-berekening van de spreadsheetsoftware en een syntaxdecorator met behulp van R. Bijvoorbeeld, in een recent document werd een software genaamd VoICE voorgesteld waarmee de gebruiker akoestische variabelen automatisch uit de sonogrammen of rechtstreeks op eenheden die handmatig werden gehaald Geselecteerd door de gebruiker 32 . Maar de geautomatiseerde of semi-geautomatiseerde sequentieanalyses zijn niet zo gedetailleerd als onze aanpak. Sommige commerciële software kan de akoestische eigenschappen automatisch analyseren, maar bieden geen automAtische classificatie van de lettergrepen; De gebruiker moet daarna de verschillende lettergrepen sorteren. Grimsley, Gadziola, et al. 33 ontwikkelde een Tabel-based virtueel muis vocaal orgelprogramma dat clusters lettergrepen op basis van gedeelde akoestische eigenschappen, maar biedt geen automatische detectie van de lettergrepen. Hun programma 34 is uniek omdat het nieuwe sequenties van opgenomen liedjes maakt met behulp van Markov-modellen, en heeft dus meer geavanceerde functies dan eenvoudig bewerken.
De meeste eerdere communicatiestudies op muizen hebben zich gericht op de emitter's zijde 35 , 36 . Weinig studies hebben de kant 30 , 37 , 38 van de ontvanger onderzocht . Afspeel- en discriminatieprotocollen geven een eenvoudige test om de kant van de ontvanger te bestuderen, zoals die ook onlangs beschreven door Asaba, Kato, etal. 39 . In die studie gebruikden de auteurs een twee-keus testbox gescheiden met akoestisch schuim in plaats van de hier beschreven Y-labyrint. Beide keuzemogelijkheden hebben voor- en nadelen. Ten eerste isoleren de Y-doolhof het geluid niet van de ene arm naar de andere, maar de twee-keuzedoos doet het. Door het Y-doolhofontwerp te gebruiken, kan het dier echter snel de twee liedjes die gelijktijdig worden gespeeld, evalueren en naar de gewenste voorkeur gaan. Niettemin bepalen experimenten met behulp van afspeel experimenten de betekenis en daarmee de functies van de vocalisaties die worden gegenereerd voor specifieke dieren. Concluderend, na het beheersen van de technieken van dit protocol en analyses, moeten de lezers veel vragen kunnen aanpakken die de context, de genetica en de neurobiologie van muisgebruikers beïnvloeden.
Met behulp van B6D2F1 / J muizen trekken de vrouwelijke geassocieerde stimuli bijna altijd USV's uit de mannen die we in ons lab hebben getest. Het is cruciaal voor colCt genoeg lettergrepen (> 100 in 5 minuten) om een sterke statistische analyse te kunnen verkrijgen. Voor het oplossen van problemen, als er geen USV's zijn opgenomen (of niet genoeg), controleer dan de configuratie om ervoor te zorgen dat er geluiden worden opgenomen. Doe een live inspectie van wat er in de kooi gebeurt tijdens opname door na het introduceren van de stimulus het real-time sonogram op het computerscherm te bekijken. Probeer het mannetje om een nacht na een seksueel volwassen / ontvankelijke vrouw opnieuw te openbinden en houd ze dan enkele dagen of maximaal een week voor de opname opnieuw. Op basis van anekdotische waarnemingen vinden we dat sommige mannen zelden veel zingen (voor bijna de volledige 5 minuten) en niet veel de volgende dag, en dan weer een andere dag. We kennen niet de reden waarom zulke binnenvakvariatie optreedt, maar we vermoeden dat het waarschijnlijk een motivatie of seizoensgebonden is voor de mannen en de estrusstaat voor vrouwelijke urine. Als er geen USV's zijn opgenomen, probeer het dier op meerdere dagen op te nemen om deze variabele effecten op te halen. UnlIke in zangvogels, we hebben geen openlijke verschillen in het aantal zingen op basis van de tijd van de dag genoteerd. We vinden dat de mannen niet zingen veel (<100 lettergrepen in 5 minuten) voordat ze 7 weken oud zijn.
De hier beschreven detectiemethoden kunnen duizenden lettergrepen en alle akoestische parameters in een paar minuten herhalen. Maar als een automatische detectiemethode is het zeer gevoelig voor achtergrondgeluid. Met behulp van de Muis Song Analyzer detectie software met lawaaierige opnamen (bijv. Van dieren die zijn opgenomen met beddengoed) kunnen aanpassingen van de detectie "drempel" nodig zijn om meer flexibiliteit mogelijk te maken. Dit zal echter ook het aantal verkeerde positieve lettergrepen verhogen en de automatische detectie kan mislukken. Onder dergelijke omstandigheden kan handmatige codering worden gebruikt.
Zoals eerder vermeld is het aantal, de repertoire en de latentie van vocalisaties veel variabel afhankelijk van de spanning, dus men moet parameters wijzigen (opname lengte,Stimulus, geautomatiseerde lettergreepdetectie, enz. ) Voor sommige stammen om optimale opnames voor statistische analyses te waarborgen.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door de fondsen van Howard Hughes Medical Institute aan EDJ. Wij bedanken Pr. Sylvie Granon (NeuroPSI – Universiteit Parijs Zuid-XI – FRANKRIJK) om ons de luidsprekerhardware uit te lenen. We bedanken ook leden van het Jarvis Lab voor hun steun, discussies, correcties en opmerkingen over dit werk, met name Joshua Jones Macopson voor hulp bij cijfers en tests. Wij danken Dr. Gustavo Arriaga voor hulp met de Mouse Song Analyzer-software, die het voor ons opvullen naar V1.3 en andere aspecten van dit protocol. V1.0 van de software is ontwikkeld door Holy and Guo, en v1.1 en v1.3 door Arriaga.
Sound proof beach cooler | See Gus paper has more info on specific kind | Inside dimensions (L 27 x W 23 x H 47 cm): | |
Condenser ultrasound microphone CM16/CMPA | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #40011 | Includes extension cable |
Ultrasound Gate 1216H sound card | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #34175 | 12 channel sound card |
Ultrasound Gate Player 216H | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #70117 | 2 channels playback player |
Ultrasonic Electrostatic Speaker ESS polaroid | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #60103 | 2 playback speakers |
Test cage | Ace | #PC75J | 30 x 8 x 13 cm height; plexiglas |
plexiglas separation | home made | – | 4 x 13 cm plexiglas with 1cm holes |
Video camera | Logitech | C920 | logitech HD Pro webcam C920 |
Heat pad | Sunbeam | 722-810-000 | |
Y-maze | Home made | – | Inside dimensions (L 30 x W 11 x H 29 cm): |
Tweezers | |||
Software | |||
Avisoft Recorder (Software A) | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #10101, #10111, #10102, #10112 | http://www.avisoft.com |
MATLAB R2013a (Software B) | MathWorks | – | MATLAB R2013a (8.1.0.604) |
Mouse Song Analyzer v1.3 (Software C) | Custom designed by Holy, Guo, Arriaga, & Jarvis; Runs with software B | http://jarvislab.net/wp-content/uploads/2014/12/Mouse_Song_Analyzer_v1.3-2015-03-23.zip | |
Microsoft Office Excel 2013 (Software D) | Microsoft | – | Microsoft Office Excel |
Song Analysis Guide v1.1 (Software E) | Custom designed by Chabout & Jarvis. Excel calculator sheets, runs with software D | http://jarvislab.net/wp-content/uploads/2014/12/Song-analysis_Guided.xlsx | |
Syntax decorder v1.1 (Software F) | Custom designed by Sakar, Chabout, Dunson, Jarvis – in R studio | https://www.rstudio.com/products/rstudio/download/ | |
Graphiz (Software G) | AT&T Research and others | http:// www.graphviz.org; | |
Avisoft SASLab (Software H) | Avisoft Bioacoustics, Berlin, Germany | #10101, #10111, #10102, #10112 | http://www.avisoft.com |
Reagents | |||
Xylazine (20mg/ml) | Anased | – | |
Ketamine HCL (100mg/ml) | Henry Schein | #045822 | |
distilled water | |||
Eye ointment | Puralube Vet Ointment | NDC 17033-211-38 | |
Cotton tips | |||
Petri dish |