Tarefa de condicionamento operante para medir a preferência da canção em tentilhões zebra
Summary
Descrevemos uma técnica para avaliar a preferência da música em tentilhões-zebra. As fêmeas são colocadas em uma gaiola de duas câmaras e a preferência da canção é medida pelo número de vezes que ela aciona a reprodução de uma música pousando em um poleiro dentro de uma câmara, em comparação com o desencadeamento de uma música diferente na segunda câmara. As aterragens da vara são contadas usando sensores infravermelhos.
Abstract
Um paradigma de condicionamento operário é usado para testar a preferência da música de tentilhões-zebra fêmeas. Tentilhões são colocados em uma gaiola de duas câmaras com uma abertura de conexão e indicam sua preferência por uma música pousando em um poleiro dentro de cada câmara. Interrompendo o feixe infravermelho de um sensor fotoelétrico acima de cada poleiro, o pássaro ativa a reprodução de uma música através de um alto-falante localizado em cada lado da gaiola. Software disponível gratuitamente é usado para acionar a reprodução de músicas de cada poleiro. Para determinar a preferência da música de cada animal, sua preferência de câmara é identificada pela primeira vez, desencadeando nenhuma reprodução de músicaquando ela pousa em cada poleiro. Esta preferência de câmara é então comparada à sua preferência de música. Um limite mínimo de atividade é definido para garantir que a preferência seja real. Usando este método, mostramos que as fêmeas emparelhadas preferem a música de seu parceiro. Este método foi utilizado para compreender a contribuição da dopamina para a formação e manutenção da preferência da música.
Introduction
Uma das questões fundamentais da biologia é como os animais formam laços afiliativos. Em particular, quais são os mecanismos neurais pelos quais essas ligações são feitas e esses mecanismos básicos são conservados em espécies de vertebrados? A ratazana da pradaria deu indícios a alguns dos sistemas do neurotransmissor que são importantes para a formaçãodapar-ligação1,2,3. Em particular, a dopamina agindo através de receptores no núcleo accumbens pode induzir preferência parceiro em ambos os machos e fêmeas ratazanas4,5. Não está claro se os princípios gerais subjacentes à formação e manutenção da preferência do parceiro são conservados evolutivamente.
A monogamia é mais comum em aves do que em mamíferos6. Portanto, comparar mecanismos de comportamento afiliativo em aves com outras espécies é fundamental para a compreensão conservadas fundações neurais7,8,9. Em geral, em muitas espécies de aves canoras, canção masculina é pensado para servir como um indicador honesto de aptidão masculina10,11. Os songbirds masculinos do finch da zebra cantam para atrair companheiros e para influenciar a formação de pares monogâmicos12,13. Assim, a canção pode ser usada para determinar a preferência do parceiro nestas aves.
Os mecanismos pelos quais as fêmeas formam uma preferência pela canção de seu parceiro é desconhecido. Mesotocina, o homologode aviário da ocitocina, parece desempenhar um papel na formação de laços par em tentilhões14,15. Além disso, a dopamina também tem sido mostrado para desempenhar um papel na formação de ligação par9,16,17,18. Por exemplo, os níveis de dopamina são mais elevados no núcleo accumbens de pares versus não emparelhados tentilhões9.
Para estudar o papel dos sistemas de neurotransmissores na formação e manutenção de dois laços, medimos a preferência da música usando um paradigma de teste operante equipado com sensores infravermelhos para desencadear reproduçãos demúsicas 19. A proporção de reprodução de músicas identificou a preferência da fêmea pela canção de um homem. Antes da tarefa de condicionamento operário, cada fêmea foi isolada por até 48 h em uma câmara anecóica com seu parceiro para “fêmeas emparelhadas” ou com um macho desconhecido, para “fêmeas não emparelhadas”. Para testar o efeito da dopamina na preferência da música, as fêmeas não emparelhadas foram tratadas duas vezes com um agonista de dopamina D2R enquanto estavam isoladas com o macho desconhecido. Esse paradigma comportamental é baseado em estudos anteriores19,20 e é passível de pesquisa por estudantes de graduação.
Protocol
Representative Results
Discussion
Descrevemos um método para testar a preferência da música de tentilhões-zebra. Usamos este ensaio para testar a preferência de uma mulher emparelhada para a canção de seu parceiro. Além disso, o ensaio foi usado para testar o efeito da dopamina na indução da preferência da música em fêmeas ingênuas. Este método é relativamente barato e foi projetado e usado por estudantes de graduação, tornando-se uma excelente ferramenta de treinamento para os alunos. Vários outros estudos testaram a preferência do c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos Petra Grutzik para a construção da gaiola comportamental, Dr. Thomas Borowski para ajudar a projetar o experimento, e Dr. Stephanie White por seu generoso apoio. Financiamento de uma bolsa de pesquisa de verão de graduação hhmi (HHMI #30052007536 para DS e 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).
