Een laboratoriummethode om besmettelijke geeuwen bij ratten te meten

Traditioneel, communicatory gedrag is bestudeerd vanuit twee perspectieven. Vanuit het ene perspectief observeren en registreren ethologen het gedrag van dieren in natuurlijke omgevingen en proberen ze de adaptieve waarde¹te herkennen. De specifieke betekenis of zintuigen die betrokken zijn niet het primaire belang van deze studies. Vanuit een ander perspectief, fysiologen zijn meer geïnteresseerd in het ontrafelen van de mechanismen waarmee dieren communiceren¹; Vandaar, hebben de laboratoriumstudies methodes verstrekt om de rol aan te pakken die de sensorische modaliteiten in mededeling^2,3spelen. Deze twee perspectieven zijn inderdaad complementair, omdat kennis van zowel adaptieve waarde en onmiddellijke mechanismen nodig is om een uitgebreid begrip van communicatory gedrag in het sociale leven van dieren te krijgen.

Geeuwen gedrag is een opvallende component van de gedrags-repertoire in verschillende soorten gewervelde dieren⁴, variërend van vis tot primaten⁵. Het kan worden omschreven als een langzame opening van de mond en het onderhoud van de open positie, gevolgd door een snellere afsluiting van de mond⁵. De duur van de hele sequentie is afhankelijk van de soort; bijvoorbeeld, primaten geeuwen voor langere duur dan niet-primaat soorten⁶. In vele soorten, met mensen die de uitzondering zijn, neigen de mannetjes om vaker te geeuwen dan wijfjes⁷. Deze eigenschap zou de mogelijke communicatory functie van het geeuwen kunnen onderbouwen, hoewel de regelmatige patronen van het geeuwen en zijn dagelijkse frequentie ook een fysiologische functie kunnen voorstellen. Bij ratten, spontane geeuwen volgt een dag ritme, met pieken van hoge frequentie die zich in de ochtend en middag^8,9.

Een interessante eigenschap van geeuwen gedrag is dat het kan een besmettelijke daad (wanneer het vrijgeven van stimulus van een gedrag gebeurt er met een ander dier gedraagt op dezelfde manier¹⁰) in verschillende soorten gewervelde dieren^{11,12, 13,14,15},¹⁶, met inbegrip van vogels¹⁷ en knaagdieren¹⁸. Voorts heeft het recente bewijsmateriaal dat het besmettelijke geeuwen een communicatory rol kan weerspiegelen, omdat het geeuwen van één rat de fysiologische staat van een andere kan beïnvloeden wanneer blootgesteld aan reuk cues¹⁹. Echter, al dan niet geeuwen heeft een communicatory rol is nog steeds onder debat^20,21, en het analyseren van besmettelijke geeuwen is een essentiële eerste stap om dit probleem op te lossen.

Aan de andere kant, besmettelijke geeuwen is gekoppeld aan het vermogen van een dier om te inleven met de perspectieven van andere dieren; Vandaar dat nauw verwante individuen meer kans om besmetting te tonen⁴. Deze hypothese is vaak getest in laboratoriumomstandigheden waarin dieren worden gepresenteerd met geeuw prikkels op video^12,13; Vandaar, kan de besmetting slechts door visuele cues voorkomen. Andere onderzoeken hebben geoordeeld geeuw besmetting in meer natuurlijke omstandigheden met behulp van groepen van dieren^14,15. Een groot probleem hierbij is dat sociaal werkende dieren vaak reageren op cues en signalen uitwisselen die door combinaties van zintuiglijke modaliteiten worden overgebracht. Ontwarren de werkelijke zintuigen die betrokken zijn bij een bepaald gedrag van hun gecombineerde effecten is niet altijd een gemakkelijke taak. Typisch, onderzoekers farmacologisch of chirurgisch belemmeren het gebruik van een dier van een bepaalde zin, dan concluderen de rol van die zin in het relevante gedrag^2,3,18,22. Gelukkig zijn er nog andere methoden waarbij alleen fysieke barrières worden gebruikt om de communicatie tussen dieren^23,24,25toe te staan of te belemmeren, waardoor een grotere biologische geldigheid wordt bereikt.

De hier voorgestelde methode is speciaal ontworpen om besmettelijke geeuwen in bekende en onbekende ratten in een sociale setting te bestuderen. Volgens de empathische hypothese, de voormalige groep moet meer vatbaar zijn voor besmettelijke geeuwen. De methode vereist niet dat de dieren chirurgisch of farmacologisch worden beroofd van enige zintuigen. In plaats daarvan, het werkt door het plaatsen van de ratten in aangrenzende kooien met gaten en fysiek belemmeren hun communicatie met behulp van een duidelijke of ondoorzichtige verdelers met of zonder gaten. Zo kunnen vier testomstandigheden worden onderzocht: (1) reuk communicatie (OC, geperforeerde ondoorzichtige Divider), (2) visuele communicatie (VC, niet-geperforeerde Clear Divider), (3) visuele en reuk communicatie (VOC, geperforeerde Clear Divider), en (4) noch visuele of reuk communicatie (NVOC, niet-geperforeerde ondoorzichtige verdeler). Daarom kunnen onderzoekers vergelijken de relatieve bijdragen van reuk, visueel, en tot op zekere hoogte, auditieve cues in gapende besmetting. Deze aanpak is niet nieuw, zoals soortgelijke methoden zijn gebruikt om de zintuigen die betrokken zijn bij bepaalde communicatory gedrag bij dieren zoals hagedissen²³ en muizen²⁶te isoleren. In feite, Gallup en collega’s²⁷ hebben gebruikt een soortgelijke methode om de rol van visuele cues aantonen in besmettelijke geeuwen in budgerigars. De belangrijkste kenmerken van deze methoden zijn simulatie van een sociale context en de minimale stress toegebracht aan de dieren. Bovendien vergroot het gebruik van met elkaar werkende dieren de biologische geldigheid van de conclusies.

Er zijn verschillende manieren om te meten besmettelijke geeuwen^25,28. Dr Stephen E. G. Lea (persoonlijke communicatie, 2015) hielp ons numeriek aanpassen van een methode die eerder in dienst van primatologists^13,14 voor een eerdere analyse van de gegevens die hier worden gebruikt¹⁸. Gepresenteerd in dit protocol is een verbeterde versie van deze methode met een breder scala van toepassingen. Het bestaat uit weging van het totale aantal geeuwen van een rat, binnen en buiten een bepaalde tijdvenster, door het aandeel van de observatietijd die overeenkomt met de geeuwen binnen en buiten het tijdsvenster.

Bijvoorbeeld, als wordt aangenomen dat ratten A en B worden waargenomen voor 12 min, hun geeuwen wordt geregistreerd op de dichtstbijzijnde minuut, en een 3 min tijdvenster is ingesteld op besmettelijke geeuwen te meten. Vervolgens worden de volgende sequenties van geeuwen voor elk van deze ratten worden beschouwd: Rat A (0,1, 0, 1, 0, 2, 0, 0, 2, 1) en rat B (0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 3). Opgemerkt moet worden dat elk nummer (0-3) overeenkomt met het aantal geeuwen gescoord op elke min. Voor rat A, tijdens notulen 1, 10, en 11 (getallen in vet type), rat B niet geeuwen binnen de voorgaande 3 min (de gekozen tijdvenster) of binnen die minuut. In die notulen, rat een geeuwen een totaal van 2 keer. Daarom is de geeuw snelheid van de rat A zonder geeuw stimulus (niet-post-geeuw geeuw tarief) is 2/3 (dat wil zeggen, 0,67 geeuwen/min). In de resterende 9 min, rat B gaapt ten minste een keer in een van beide dezelfde minuut of de 3 vorige minuten. Rat een geeuwen een totaal van vier keer in die 9 min. Daarom is de geeuw snelheid van Rat A in reactie op een geeuw stimulus (post-geeuw geeuw tarief) is 4/9 (dat wil zeggen, 0,44 geeuwen/min). De toepassing van dezelfde procedure om rat B levert een niet-post-geeuw geeuw tarief van 2/3 (dat wil zeggen, 0,66) en post-geeuw geeuw tarief van 5/9 (0,55).

Aan de andere kant, als geeuwen wordt geregistreerd op de dichtstbijzijnde decimaal van een minuut, GAAP besmetting zal resulteren in een aangepaste post-geeuw tijd. Bijvoorbeeld, als de volgende geeuw tijden worden geregistreerd over een 12 min observatieperiode voor ratten A en B: Rat A (2,3, 5,1, 5,8, 10,4, 10,8, 11,1) en rat b (1,2, 2,4, 4,5, 5,1, 11,2, 11,6, 11,8). Voor rat A, de perioden waarover rat B niet geeuwen in de afgelopen 3 min variëren van 0 tot 1,2 min en van 8,1 tot 11,2 min (dat wil zeggen, 3,1 min), die een totaal van 4,3 min van niet-post-geeuw tijd oplevert. Het aantal keren dat rat een geeuwen in die tijd is drie (getallen in vet type), dus de niet-post-geeuw geeuw tarief is 3/4.3 (dat wil zeggen, 0,69), terwijl de post-geeuw geeuw tarief is 3/7.7 (dat wil zeggen, 0,38; de noemer van 12-4,3 min). Evenzo, voor rat B, de perioden waarover rat A niet geeuwen in de afgelopen 3 min bereik van 0 tot 2,3 min en van 8,8 tot 10,4 min, die een totaal van 3,9 min. levert. Het aantal keren dat rat B geeuwen binnen die periodes is een, zodat de niet-post-geeuw geeuw tarief is 1/3.9 (dat wil zeggen, 0,25). Dienovereenkomstig, is de post-geeuw geeuw tarief 6/8.1 (d.w.z., 0,74).

Terwijl een bijna-gelijktijdige match in gedrag is een ideaal criterium om de aanwezigheid van een besmetting aan te tonen, aspecten zoals de beperkingen op wat een individu woont, tijd van de reactie op een stimulus, distributie van het gedrag in de tijd (bijv. geeuwen kan optreden in afleveringen), en de tijd om te acclimatiseren aan de experimentele instelling alle aanleiding geven tot soorten verschillen, waardoor het moeilijk is om een unieke tijdvenster te gebruiken. Dit kan de reden zijn waarom de onderzoekers tijdvensters hebben gebruikt die van seconden⁵ tot verscheidene notulen¹¹variëren, wat problemen veroorzaakt wanneer het vergelijken van resultaten²⁸. Vanwege dit, wordt voorgesteld om de hierboven beschreven procedure te herhalen voor een reeks van tijdramen te gapene besmetting bochten te verkrijgen en de gapende besmettings krommen tussen soorten te vergelijken.

Gelijkwaardige GAAP besmetting bochten kunnen worden vergeleken door willekeurig verdelen van het aantal geeuwen waargenomen voor elke rat over de observatieperiode. Zo is de voorgestelde methode om geeuw besmetting te meten biedt twee soorten controles: de (1) geeuw tarief die zich buiten de tijdvenster (niet-post-geeuw tijd) en (2) kunstmatige geeuwen besmetting curve verkregen uit de willekeurige verdeling van het aantal geeuwen. Daarom is deze benadering van het analyseren van gapende besmetting is een stap voorwaarts van andere procedures, zoals die het vergelijken van het percentage of de frequentie van geeuwen binnen een enkele tijdvenster om die zich buiten dit venster²⁵, zonder rekening te houden met de werkelijke tijden frames. De methode wordt aangevuld door een R-based programma²⁹ om gemakkelijk en objectief berekenen van de kans op besmettelijke geeuwen voor een of meer tijdramen.

Om het nut van deze methode en voordelen van het R-based programma te illustreren, wordt een dataverzameling van een eerder gepubliceerde studie¹⁸ gebruikt. De experimentele voorwaarde bestond uit 144 mannelijke ratten die aan of een vertrouwde of onbekende voorwaarde worden toegewezen. De ratten in elke experimentele voorwaarde werden onderverdeeld in vier subgroepen van negen paren en blootgesteld aan een van de vier hierboven beschreven testsituaties. Het gapende gedrag van de ratten in elke experimentele voorwaarde en testsituatie werd toen geregistreerd over een periode van 60 min.