Mit Pharmakologische Manipulation und Hochpräzisions-Radiotelemetrie die Spatial Cognition in frei lebenden Tiere zu studieren
Summary
Dieses Papier beschreibt ein neues Protokoll, das die pharmakologische Manipulation des Gedächtnisses und der Radiotelemetrie zu dokumentieren und zu quantifizieren, um die Rolle der Kognition in der Navigation kombiniert.
Abstract
Die Fähigkeit einer Tier wahrnehmen und über seine Umwelt spielt eine wichtige Rolle in vielen Verhaltensprozesse, einschließlich Navigation, Migration, Ausbreitung und Nahrungssuche zu lernen. Allerdings ist das Verständnis der Rolle der Kognition bei der Entwicklung von Navigationsstrategien und die Mechanismen dieser Strategien zugrunde liegenden von methodischen Schwierigkeiten bei der Überwachung beteiligt begrenzt, die Manipulation der Erkenntnis und die Verfolgung wilde Tiere. Diese Studie beschreibt ein Protokoll, um die Rolle der Kognition in der Navigation für die Adressierung, die pharmakologische Manipulation des Verhaltens mit hochpräzisen Radiotelemetrie kombiniert. Der Ansatz nutzt Scopolamin, ein Muscarin-Acetylcholin-Rezeptor-Antagonist, der kognitiven räumliche Fähigkeiten zu manipulieren. Die behandelten Tiere werden dann mit hoher Frequenz und hoher räumlicher Auflösung über Remote – Triangulation überwacht. Dieses Protokoll wurde innerhalb einer Population angewendet östlicher gemalt Schildkröten (Chrysemys picta) , die bewohntsaison ephemeren Wasserquellen für ~ 100 Jahren (± 3,5 m) mit präzise zwischen weit entfernten Quellen zu bewegen, komplex (dh nicht-linear mit hoher Tortuosität , die mehrere Lebensräume durchqueren) und vorhersehbare Routen gelernt hat vor 4 Jahren. Diese Studie zeigte, dass die durch diese Schildkröten verwendeten Prozesse im Einklang mit räumlichen Gedächtnisbildung und Rückruf. Zusammen sind diese Ergebnisse mit einer Rolle der räumlichen Kognition in komplexen Navigation konsistent und die Integration von ökologischen und pharmakologischen Techniken bei der Untersuchung von Kognition und Navigation markieren.
Introduction
Cognition (hier als "alle Prozesse in den Erwerb beteiligt, Speicherung und Verwendung von Informationen aus der Umwelt" definiert 1) ist von zentraler Bedeutung für eine Reihe von komplexen Navigationsaufgaben 2. Zum Beispiel Kraniche (Grus canadensis) zeigen eine deutliche Verbesserung der Migrations Präzision mit Erfahrung 3 und Meeresschildkrötenarten Abdruck auf ihrer Geburts- Strände wie Schlüpflinge und zurück , wie Erwachsene 4-6. Ähnlich erfolgreiche Migration, Ausbreitung und Nahrungssuche Scharnier auf die Fähigkeit des Tieres Informationen über ihre räumliche Umgebung 7,8 zu sammeln. Einige Tiere scheinen Navigationsrouten in Bezug auf bestimmte Landschaftselemente 9 lernen und kann eine räumliche Wahrnehmung verwenden , wenn zwischen Brut- und Nahrungsgebiete 10 zu bewegen. Neuere Arbeiten über Eastern Gemalten Schildkröten (Chrysemys picta) schlägt vor , eine kritische Periode in der Navigation, wo eine erfolgreiche Navigation in Hochland Lebensraum als Erwachsene auf juve Scharnierennil Erfahrung in einem engen Altersbereich (<4 Jahre alt 11-13). Obwohl zusammen den Fortschritt diese Studien zeigen , dass 4-6 in das Verständnis der Rolle des Lernens in die Navigation durchgeführt wurde, 14-16, die Mechanismen, die ein solches Verhalten und die volle Rolle der Kognition in Navigations zugrunde liegen bleiben rätselhaft, vor allem in Vertebraten 8, 17 , 18.
Felduntersuchungen in die Rolle der Kognition in der Navigation sind selten 2, 8, 18, was vor allem mit der methodischen bei der Überwachung der Schwierigkeiten, Bearbeitung und Verfolgung wilde Tiere. Zum Beispiel sind die großen räumlichen und zeitlichen Skalen, auf denen viele Tiere oft navigate ausschließen beide Arten von Informationen zu untersuchen, dass diese Tiere möglicherweise lernen und wie diese Informationen erfasst werden. Experimentatoren stehen oft die logistischen Schwierigkeiten zu erkennen und zu Tieren Ortung, wenn Verhalten über solche großen Flächen und Zeitrahmen überwacht wird, wodurch die Art Begrenzungvon Daten, die gesammelt werden können, und die Schlussfolgerungen, die gezogen werden kann. Obwohl die Verwendung von Tier montierten Global Positioning System (GPS) Recordern die Wahrscheinlichkeit der Detektion von weit reich Tiere verbessern kann, auf diese Weise gesammelten räumlichen Daten sind im allgemeinen von sehr groben Auflösung und es fehlt ihnen eine detaillierte Verhaltenskomponente. Folglich, dass die Daten unter solchen Umständen gesammelt sind von beschränktem Wert für die Prüfung subtile Veränderung im Verhalten zwischen verschiedenen Gruppen oder experimentelle Behandlungen. In ähnlicher Weise wird die direkte, kontrollierte Manipulation von Zielverhalten oft von den räumlichen und zeitlichen Skalen verboten typische Verhaltensweisen von Navigation, sowie durch inhärente logistischen von Feldstudien. Die Suche nach Tiere in ihrem natürlichen Lebensraum, zu fangen und zu manipulieren sie, und dann ohne Verhaltensdaten zu sammeln versehentlich produzieren falsche Verhaltensweisen sind wichtige Herausforderungen im Bereich der Arbeit mit Tieren. Daher ist die Gestaltung von Experimenten an free reich Tiere ist oft eingeschränkt und die Fähigkeit, strengen, kontrollierten Feldversuchen über die Rolle der Kognition in der Navigation zu führen, ist begrenzt.
Die vorliegende Studie umgeht viele der bisherigen Schwierigkeiten bei der die Beziehung zwischen Kognition und Navigation auf dem Gebiet der Untersuchung durch eine neuartige Kombination von pharmakologischen Manipulation und hochauflösende Verfolgung von frei navigieren Tiere unter Feldbedingungen. Scopolamin, ein Muscarin – Acetylcholin – Rezeptor (mAChR) -Antagonisten, räumliche Gedächtnisbildung und Rückruf gezeigt zu blockieren durch die Blockierung cholinerge Aktivität im Gehirn von einer Vielzahl von Wirbel Taxa 18-24 wurde. Scopolamin kann 11, effektiv auf Bedingungen , unter Feld frei lebenden Tieren verwendet werden 18 und hat einen deutlichen , aber vorübergehende Wirkung (zB 6 – 8 h bei Reptilien). Methylscopolamin, einem mAChR – Antagonisten , die die Blut-Hirn-Schranke 19-21 nicht kreuzt, kann verwendet werden , um zu steuern ,die möglichen peripheren Wirkungen von Scopolamin und für nicht-kognitiven Aspekte des Verhaltens 11. Pharmacology ermöglicht die präzise Manipulation des Erkennens von direkt beeinflussen Rezeptoren und hochgenauen Funktelemetrie ermöglicht die Beobachtung der resultierenden Auswirkungen auf das Verhalten. Messungen über Remote – Triangulation genommen sowohl mit hoher räumlicher (± 2,5 m) und zeitliche (15 min) Auflösung für die präzise Dokumentation und Quantifizierung von Tierverhalten in Bezug auf die experimentelle Manipulation der Erkenntnis ermöglichen.
Diese Studie 11 wurde zwischen Mai und August 2013 und 2014 in Chesapeake Farms, einem 3.300 Acre Wildtiermanagement und Landwirtschaft Forschungsgebiet in Kent Co., MD, USA (39,194 ° N, 76,187 ° W) durchgeführt. Das Protokoll umfasst fünf Hauptschritte: (1) die Erfassung und Handhabung Tiere (2) Anbringen von Funksendern (3), um die pharmakologische Wirkstoffe Herstellung von (4) Überwachung und Tierbewegungen zu manipulieren, und (5) analyzing Geodaten. Die Studie hier beschriebene konzentrierte sich auf den östlichen gemalten Schildkröte (Chrysemys picta). Schildkröten in der Brenn Bevölkerung engagieren sich in jährlichen Überland Bewegungen , in denen sie ihre Heimat Teiche verlassen und alternative aquatische Lebensräume navigieren mit einer von vier sehr präzise (± 3,5 m), komplex und in hohem Maße vorhersehbar Strecken 11, 12. Pharmakologische Manipulation von Tieren in dieses System gepaart mit hochauflösenden Radiotelemetrie wirft ein Licht auf die Rolle der Kognition bei Wildtieren frei navigieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Protokoll hier vorgestellten ermöglicht es dem Experimentator zu dokumentieren und die Rolle der Kognition in der Navigation zu quantifizieren. Manipulieren Erkenntnis hat sich auf dem Gebiet als schwierig erwiesen, da die meisten Ansätze Experimentatoren nicht in der Lage zu wissen lassen, welche spezifischen Aspekte der das Verhalten des Tieres manipuliert werden. Allerdings stellte das Protokoll hier kann der Experimentator genau zu manipulieren und damit die Rolle der Kognition in der Navigation zu bewerten. D…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was funded by Washington College’s Provost’s Office, Middendorf Fund, Hodson Trust, and Franklin and Marshall’s Hackman Fund and College of Grants. We thank E. Counihan, S. Giordano, F. Rauh, and A. Roth for assistance in the field. We thank M. Conner, R. Fleegle, and D. Startt at Chesapeake Farms, and Chino Farms for permission and access. The Washington College GIS Program helped with the preparation of maps.
Materials
| Scopolamine bromide | Sigma | S0929 | USP |
| Scopolamine methylbromide | Sigma | S8502, 1421009 | USP and non USP versions |
| Saline | Hanna Pharmaceutical Supply Co., Inc. | 409488850 | USP, formulated as an injectable |
| Syringe filter | Fisher | 09-720-004 | |
| Syringe | Fisher | 14-823-30 | |
| Hypodermic needle | Fisher | 14-823-13 | |
| Antenna | Wildlife Materials | 3 Element Folding Yagi | Antennae with additional elements are available, but can be cumbersome in the field. |
| Radio Receiver | Wildlife Materials | TRX-2000S | Water resistant models are also available. |
| Compass | Brunton | Truarc 15 | |
| Radio transmitters | Holohil Inc. | BD-2, PD-2, RI-2B | Transmitter models vary in lifespan and signal output as a function of battery size and pulse rate settings, which can be customized based on the study question and organism. |
| GPS | Garmin | eTrex Venture | |
| Coaxial cable | newegg.com | C2G 40026 | BNC connections are necessary. |
| Hoop net | Memphis Net and Twine | TN325 | Net mesh size should be chosen based on the minimum size of the target animal. |
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