Operant conditioning taak om lied voorkeur te meten in Zebra vinken
Summary
We beschrijven een techniek om de lied voorkeuren in Zebravinken te evalueren. Vrouwtjes worden geplaatst in een kooi met twee Chambered en de lied voorkeur wordt gemeten aan de hand van het aantal keren dat ze het afspelen van een nummer activeert door op een baars in een kamer te landen, vergeleken met het triggeren van een ander nummer in de tweede kamer. Baars landingen worden geteld met behulp van infrarood sensoren.
Abstract
Een Operante conditionering conditionerings paradigma wordt gebruikt om de lied voorkeur van vrouwelijke Zebravinken te testen. De vinken worden geplaatst in een kooi met twee kamers met een verbindende opening en geven hun voorkeur aan een lied door op een baars in elke kamer te landen. Door de infraroodstraal van een foto-elektrische sensor boven elke baars te onderbreken, activeert de vogel het afspelen van een lied via een luidspreker aan elke kant van de kooi. Vrij beschikbare software wordt gebruikt om de song afspelen van elke baars te triggeren. Om de lied voorkeur van elk dier te bepalen, wordt haar kamer voorkeur eerst geïdentificeerd door het activeren van geen lied afspelen wanneer ze landt op elke baars. Deze kamer voorkeur wordt dan vergeleken met haar lied voorkeur. Er wordt een minimale activiteitsdrempel ingesteld om ervoor te zorgen dat de voorkeur reëel is. Met deze methode laten we zien dat gepaarde vrouwtjes het lied van hun partner verkiezen. Deze methode werd gebruikt om te begrijpen van de bijdrage van dopamine aan de vorming en het onderhoud van lied voorkeur.
Introduction
Een van de fundamentele vragen in de biologie is hoe dieren affiliatieve obligaties vormen. In het bijzonder, wat zijn de neurale mechanismen waarmee deze obligaties worden gemaakt en zijn deze basismechanismen over gewervelde soorten bewaard? De Prairie vole heeft aanwijzingen gegeven aan enkele van de neurotransmitter systemen die belangrijk zijn voor pair-Bond formatie1,2,3. In het bijzonder, dopamine handelen via receptoren in de Nucleus accumbens kan partner voorkeur in zowel mannelijke als vrouwelijke woel4,5induceren. Het is onduidelijk of de algemene beginselen van de vorming van partnervoorkeuren en het onderhoud evolutionair worden bewaard.
Monogamie komt vaker voor bij vogels dan bij zoogdieren6. Daarom is het vergelijken van mechanismen van affiliatief gedrag bij vogels aan andere soorten van cruciaal belang voor het begrijpen van de geconfungeerde neurale stichtingen7,8,9. In het algemeen, over vele soorten zangvogels, mannelijke lied wordt verondersteld te dienen als een eerlijke indicator van de mannelijke fitness10,11. Mannelijke Zebra Finch zangvogels zingen om vrienden te trekken en invloed op de vorming van monogameuze paren12,13. Zo kan lied worden gebruikt om de voorkeur van de partner in deze vogels te bepalen.
De mechanismen waarmee vrouwtjes een voorkeur voor het lied van hun partner vormen, is onbekend. Mesotocine, de aviaire homoloog van oxytocine, lijkt een rol te spelen bij de vorming van paren obligaties in vinken14,15. Bovendien, dopamine is ook aangetoond dat het spelen van een rol in pair-Bond vorming9,16,17,18. Bijvoorbeeld, dopamine niveaus zijn hoger in de Nucleus accumbens van gekoppelde versus niet-gekoppelde vinken9.
Om de rol van neurotransmitter systemen op pair-Bond vorming en onderhoud te bestuderen, hebben we de lied voorkeuren gemeten met behulp van een Operante conditionering test paradigma uitgerust met infraroodsensoren om Song playbacks19te activeren. De verhouding van Song playbacks identificeerde de vrouwelijke voorkeur voor het lied van een man. Vóór de operante conditionerings taak werd elk vrouwtje tot 48 uur geïsoleerd in een anechoïsche kamer met haar partner voor ‘ gepaarde vrouwtjes ‘ of met een onbekend mannetje, voor ‘ ongepaarde vrouwtjes ‘. Om het effect van dopamine op lied voorkeur testen, ongepaarde vrouwtjes werden tweemaal behandeld met een D2R Dopamine agonist terwijl geïsoleerd met de onbekende man. Dit gedrags paradigma is gebaseerd op eerdere studies19,20 en is vatbaar voor onderzoek door undergraduate studenten.
Protocol
Representative Results
Discussion
We beschrijven een methode om de lied voorkeuren van Zebravinken te testen. We gebruikten deze test om de voorkeur te testen van een gepaarde vrouw voor het lied van haar partner. Bovendien, de assay werd gebruikt voor het testen van het effect van dopamine op inductie van lied voorkeur in naïeve vrouwtjes. Deze methode is relatief goedkoop en is ontworpen en gebruikt door undergraduate studenten, waardoor het een uitstekende trainingstool voor studenten. Verschillende andere studies hebben de lied voorkeuren getest in …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken Petra Grutzik voor de bouw van de gedrags kooi, Dr. Thomas Borowski voor hulp bij het ontwerpen van het experiment, en Dr. Stephanie White voor haar genereuze ondersteuning. Financiering van een HHMI undergraduate Summer Research Grant (HHMI #30052007536 naar D.S. en L. H).
Materials
| (-)-Quinpirole | sigmaaldrich | Q102 | |
| acoustic foam | Coulbourn Instruments, Allentown, PA | H10-24A | |
| audio amplifier – 2 channel | Amazon | Pyle PCAU46A | any small audio amplifier should work |
| Banner Engineering Q08 Series, emitter. SO60-Q08 | https://www.alliedelec.com | Stock #:70659809 | photoelectric sensor |
| Banner Engineering Q08 series, receiver. EO60-Q08-AN6X | https://www.alliedelec.com | Stock #:70699384 | photoelectric sensor |
| Car stereo speakers | Amazon | Pioneer TS – F1643R | |
| Digital I/O card | National Instruments | PCI-6503 or USB-6501 | |
| LED lights – under-counter | Amazon | ||
| multifunctional ribbon cable | National Instruments | 180524-20 | |
| sound pressure level meter | Amazon | ||
| terminal block | National Instruments | 777101-1 |
References
- McGraw, L. A., Young, L. J. The prairie vole: an emerging model organism for understanding the social brain. Trends in Neuroscience. 33 (2), 103-109 (2010).
- Young, K. A., Gobrogge, K. L., Liu, Y., Wang, Z. The neurobiology of pair bonding: Insights from a socially monogamous rodent. Frontiers in Neuroendocrinology. 32 (1), 53-69 (2011).
- Young, L. J., Wang, Z. The neurobiology of pair bonding. Nature Neuroscience. 7 (10), 1048-1054 (2004).
- Aragona, B. J., Liu, Y., Curtis, J. T., Stephan, F. K., Wang, Z. A critical role for nucleus accumbens dopamine in partner-preference formation in male prairie voles. Journal of Neuroscience. 23 (8), 3483-3490 (2003).
- Lippert, R. N., et al. Time-dependent assessment of stimulus-evoked regional dopamine release. Nature Communications. 10 (1), 336 (2019).
- Lack, D. L. . Ecological adaptations for breeding in birds. , (1968).
- O’Connell, L. A., Hofmann, H. A. The vertebrate mesolimbic reward system and social behavior network: a comparative synthesis. Journal of Comparative Neurology. 519 (18), 3599-3639 (2011).
- O’Connell, L. A., Hofmann, H. A. Genes, hormones, and circuits: an integrative approach to study the evolution of social behavior. Frontiers in Neuroendocrinology. 32 (3), 320-335 (2011).
- Banerjee, S. B., Dias, B. G., Crews, D., Adkins-Regan, E. Newly paired zebra finches have higher dopamine levels and immediate early gene Fos expression in dopaminergic neurons. European Journal of Neuroscience. 38 (12), 3731-3739 (2013).
- Gil, D., Gahr, M. The honesty of bird song: multiple constraints for multiple traits. Trends in Ecology & Evolution. 17 (3), 133-141 (2002).
- Tomaszycki, M. L., Adkins-Regan, E. Experimental alteration of male song quality and output affects female mate choice and pair bond formation in zebra finches. Animal Behaviour. 70 (4), 785-794 (2005).
- Woodgate, J. L., Mariette, M. M., Bennett, A. T. D., Griffith, S. C., Buchanan, K. L. Male song structure predicts reproductive success in a wild zebra finch population. Animal Behaviour. 83 (3), 773-781 (2012).
- Zann, R. Reproduction in a Zebra Finch Colony in South-eastern Australia: the Significance of Monogamy, Precocial Breeding and Multiple Broods in a Highly Mobile Species. Emu. 94 (4), 285-299 (1994).
- Klatt, J. D., Goodson, J. L. Oxytocin-like receptors mediate pair bonding in a socially monogamous songbird. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 280 (1750), 20122396 (2013).
- Pedersen, A., Tomaszycki, M. L. Oxytocin antagonist treatments alter the formation of pair relationships in zebra finches of both sexes. Hormones and Behavior. 62 (2), 113-119 (2012).
- Adkins-Regan, E. Neuroendocrinology of social behavior. Ilar Journal. 50 (1), 5-14 (2009).
- Goodson, J. L., Kabelik, D., Kelly, A. M., Rinaldi, J., Klatt, J. D. Midbrain dopamine neurons reflect affiliation phenotypes in finches and are tightly coupled to courtship. Proceedings of the National Academy of Sciences the United States of America. 106 (21), 8737-8742 (2009).
- Iwasaki, M., Poulsen, T. M., Oka, K., Hessler, N. A. Sexually dimorphic activation of dopaminergic areas depends on affiliation during courtship and pair formation. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8 (210), (2014).
- Gess, A., Schneider, D. M., Vyas, A., Woolley, S. M. Automated auditory recognition training and testing. Animal Behavior. 82 (2), 285-293 (2011).
- Woolley, S. C., Doupe, A. J. Social context-induced song variation affects female behavior and gene expression. PLoS Biology. 6 (3), 62 (2008).
- Day, N. F., et al. D2 dopamine receptor activation induces female preference for male song in the monogamous zebra finch. Journal of Experimental Biology. 222, (2019).
- Hahn, A. H., et al. Discrimination of male black-capped chickadee songs: relationship between acoustic preference and performance accuracy. Animal Behaviour. 126, 107-121 (2017).
- Leitão, A., ten Cate, C., Riebel, K. Within-song complexity in a songbird is meaningful to both male and female receivers. Animal Behaviour. 71 (6), 1289-1296 (2006).
- Day, N. F., Hobbs, T. G., Heston, J. B., White, S. A. Beyond Critical Period Learning: Striatal FoxP2 Affects the Active Maintenance of Learned Vocalizations in Adulthood. eNeuro. 6 (2), (2019).
- Chen, Y., Clark, O., Woolley, S. C. Courtship song preferences in female zebra finches are shaped by developmental auditory experience. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 284 (1855), 20170054 (2017).
- Heston, J. B., White, S. A. Behavior-linked FoxP2 regulation enables zebra finch vocal learning. Journal of Neuroscience. 35 (7), 2885-2894 (2015).
- Adkins-Regan, E., Tomaszycki, M. Monogamy on the fast track. Biological Letters. 3 (6), 617-619 (2007).
- Young, R. L., et al. Conserved transcriptomic profiles underpin monogamy across vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2019).
