Brug Farmakologisk manipulation og Høj præcision RF at studere den Spatial Cognition i fritgående dyr

Summary

Dette papir beskriver en roman protokol, der kombinerer den farmakologiske manipulation af hukommelse og radio telemetri at dokumentere og kvantificere rolle kognition i navigation.

Abstract

Et dyrs evne til at opfatte og lære om dens omgivelser spiller en central rolle i mange adfærdsmæssige processer, herunder navigation, migration, spredning og fouragering. Imidlertid er forståelsen af ​​den rolle, kognition i udviklingen af ​​navigations strategier og mekanismerne bag disse strategier begrænset af de metodologiske vanskeligheder forbundet med overvågning, manipulere kognition af, og tracking vilde dyr. Denne undersøgelse beskriver en protokol til adressering rolle kognition i navigation, der kombinerer farmakologisk manipulation af adfærd med høj præcision radio telemetri. Den fremgangsmåde anvender scopolamin, en muskarin acetylcholin-receptor-antagonist, til at manipulere kognitive rumlige evner. Behandlede dyr derefter overvåges med høj frekvens og høj rumlig opløsning via remote triangulering. Denne protokol blev anvendt inden for en population af østlige malet skildpadder (Chrysemys picta), der har beboetsæsonmæssigt flygtige vandkilder til ~ 100 år, der bevæger sig mellem fjerntliggende kilder ved hjælp præcis (± 3,5 m), kompleks (dvs. ikke-lineær med høj snoning, der krydse flere levesteder), og forudsigelige ruter lært før 4 års alderen. Denne undersøgelse viste, at de processer, der anvendes af disse skildpadder er i overensstemmelse med rumlig hukommelse dannelse og tilbagekaldelse. Tilsammen udgør disse resultater er i overensstemmelse med en rolle rumlig erkendelse i komplekse navigation og fremhæve integration af økologiske og farmakologiske teknikker i studiet af kognition og navigation.

Introduction

Kognition (heri defineret som "alle involverede i at erhverve, opbevaring og brug af oplysninger fra miljøet processer" ¹⁾ er central for en bred vifte af komplekse navigation opgaver ^2. For eksempel Sandhill kraner (Grus canadensis) viser en markant forbedring i vandrende præcision med erfaring ^3, og havskildpadden arter aftryk på deres natal strande som larver og vende tilbage som voksne ^4-6. Tilsvarende til en vellykket migration, spredning og fouragering hængsel på et dyrs evne indsamle oplysninger om deres fysiske miljø ^7,8. Nogle dyr ser ud til at lære navigationsmæssige ruter i forhold til specifikke landskabstræk ⁹ og kan anvende rumlige kognition, når du flytter mellem rugende og fourageringsområder ^10. Nyligt arbejde på østlige Malede skildpadder (Chrysemys picta) foreslår en kritisk periode i navigation, hvor vellykket navigation i højlandet levested som voksne afhænger juvenile erfaring inden for et snævert aldersgruppe (<4 år ^11-13). Selv om disse undersøgelser sammen demonstrere fremskridt, der er gjort i forståelsen af rollen som læring i navigation ^{4-6, 14-16,} de mekanismer, der ligger til grund for en sådan adfærd og den fulde rolle kognition i navigation forblive gådefulde, især i hvirveldyr ^{8, 17 , 18.}

Felt undersøgelser rolle kognition i navigation er sjældne ^{2, 8, 18,} i vid udstrækning skyldes de metodiske vanskeligheder ved overvågning, manipulering og sporing vilde dyr. For eksempel er de store rumlige og tidsmæssige skalaer, hvor mange dyr navigere ofte udelukker undersøge både type oplysninger, at disse dyr potentielt lære og hvordan disse oplysninger er erhvervet. Eksperimentatorer ofte står over for de logistiske vanskeligheder opdage og lokalisere dyr når de overvåger opførsel over så store områder og tidsrammer, hvilket begrænser den typeaf data, som kan indsamles og de konklusioner, der kan drages. Selv om brugen af ​​dyr monteret Global Positioning System (GPS) optagere kan forbedre sandsynligheden for påvisning af bredt spænder dyr, rumlige data indsamlet af disse midler er generelt af meget grov opløsning og mangler en detaljeret adfærdsmæssige komponent. Følgelig data, der kan indsamles under sådanne omstændigheder er af begrænset værdi for behandlingen subtil variation i adfærd blandt forskellige grupper eller eksperimentelle behandlinger. Tilsvarende er den direkte, styret manipulation af target adfærd ofte forbudt ved de rumlige og tidsmæssige skalaer typiske for navigation adfærd, samt ved iboende logistiske begrænsninger af feltstudier. Finde dyr i deres naturlige habitat, fangst og manipulere dem, og derefter indsamle adfærdsmæssige data uden uforvarende at producere falske adfærd er store udfordringer i at arbejde med dyr i området. Derfor er udformningen af ​​forsøg med free omfattende dyr er ofte begrænset og evnen til at gennemføre strenge, kontrollerede markforsøg på den rolle, kognition i navigation er begrænset.

Den foreliggende undersøgelse omgår mange af de tidligere vanskeligheder undersøge forholdet mellem kognition og navigation i marken ved hjælp af en ny kombination af farmakologisk manipulation og høj opløsning sporing af frit navigere dyr under markforhold. Scopolamin, en muskarin acetylcholin receptor (mAChR) antagonist, har vist sig at blokere rumlig hukommelse dannelse og tilbagekaldelse ved at blokere cholinerg aktivitet i hjernen hos forskellige hvirveldyr systematiske enheder ^18-24. Skopolamin kan bruges effektivt på fritgående dyr under markforhold ^{11, 18} og har en markant, men midlertidig effekt (f.eks 6 – 8 t i krybdyr). Methylscopolamin, en mAChR antagonist, der ikke krydser blod-hjerne-barrieren ^19-21, kan anvendes til at styre forde mulige perifere virkninger af skopolamin og til ikke-kognitive aspekter af adfærd ^11. Farmakologi giver mulighed for præcis manipulation af kognition ved direkte påvirker receptorer, og høj præcision radio telemetri giver mulighed for observation af de resulterende effekter på adfærd. Målinger taget via remote triangulering med både høj rumlig (± 2,5 m) og tidsmæssig (15 min) opløsning muliggøre den præcise dokumentation og kvantificering af dyrs adfærd i forhold til den eksperimentelle manipulering af kognition.

Denne undersøgelse ¹¹ blev gennemført mellem maj og august 2013 og 2014 på Chesapeake Farms, en 3300 acre vildtforvaltning og landbrug forskningsområde i Kent Co., MD, USA (39,194 ° N, 76,187 ° W). Protokollen omfatter fem vigtigste trin: (1) indfange og håndterer dyrene (2) anbringelse radiosendere (3) forbereder de farmakologiske midler (4) overvågning og manipulere flytninger af dyr, og (5) analyzing geodata. Den her beskrevne fokuseret på den østlige studiet malet skildpadde (Chrysemys picta). Skildpadder i omdrejningspunktet befolkning engagere sig i årlige overland bevægelser, hvor de forlader deres hjem damme og navigere til alternative akvatiske naturtyper ved hjælp af en af fire meget præcis (± 3,5 m), komplekse, og yderst forudsigelige ruter ^{11, 12.} Farmakologisk manipulation af dyr i dette system parret med høj opløsning radio telemetri kaster lys over den rolle, kognition i frit navigere vilde dyr.

Protocol

Alle procedurer, der involverer dyr forsøgspersoner blev godkendt af Institutional Animal Care og Brug udvalg i Franklin og Marshall og Washington Gymnasier og fulgt alle lokale, statslige og føderale bestemmelser. 1. Opsamling og håndtering Placer hoop fælder i målet vandmassen, der er kendt for at indeholde skildpadder. Identificer vanddybde sikrer, at 4 – 5 inches af fælden forbliver over vandet for at tillade indespærrede skildpadder til overfladen og trække vejret. Vær sikker på at udvi…

Representative Results

Ved hjælp af ovennævnte protokol, blev vurderet rolle kognition i navigation i en population af østlige malet skildpadder (Chrysemys picta), der har oplevet sæsonmæssige flygtige vandkilder til ~ 100 år. Denne population lever en blanding af flygtig (drænet årligt og hurtigt – i flere timer) og permanente akvatiske naturtyper (figur 1). Tidligere undersøgelser tyder på, at efter deres damme er drænet, hjemmehørende skildpadder navigere til alternativ…

Discussion

Protokollen præsenteres her giver forsøgslederen at dokumentere og kvantificere rolle kognition i navigation. Manipulering kognition på området har vist sig vanskelig, da de fleste tilgange forlade eksperimentatorer ude af stand til at vide, hvilke specifikke aspekter af dyrets adfærd bliver manipuleret. , Protokollen præsenteres her giver dog forsøgslederen til præcist manipulere og dermed vurdere, hvilken rolle kognition i navigation. Teknikken endvidere tillader eksperimentatorer at overvåge dyr navigation i…

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.