Usando manipulação farmacológica e de alta precisão Radio Telemetry para estudar a cognição espacial em animais livres de variando

Summary

Este documento descreve um protocolo romance que combina a manipulação farmacológica da memória e rádio telemetria para documentar e quantificar o papel da cognição na navegação.

Abstract

a capacidade de um animal para perceber e aprender sobre seu ambiente desempenha um papel fundamental em muitos processos comportamentais, incluindo a navegação, a migração, a dispersão e forrageamento. No entanto, a compreensão do papel da cognição no desenvolvimento de estratégias de navegação e os mecanismos subjacentes a estas estratégias é limitado pelas dificuldades metodológicas envolvidas na monitorização, a manipulação de cognição, e rastrear os animais selvagens. Este estudo descreve um protocolo para abordar o papel da cognição na navegação que combina manipulação farmacológica do comportamento com telemetria de rádio de alta precisão. A abordagem utiliza a escopolamina, um antagonista do receptor de acetilcolina muscarínico, para manipular habilidades cognitivas espaciais. Os animais tratados são então monitorados com alta frequência e alta resolução espacial via triangulação remoto. Este protocolo foi aplicado dentro de uma população de Eastern pintado tartarugas (Chrysemys picta), que tem habitadosazonalmente fontes efêmeras de água para ~ 100 anos, movendo-se entre as fontes distantes usando preciso (± 3,5 m), complexo (ou seja, não-linear com alta tortuosidade que atravessar vários habitats) e rotas previsíveis aprendeu antes dos 4 anos de idade. Este estudo mostrou que os processos utilizados por estas tartarugas são consistentes com a formação da memória espacial e recall. Juntos, estes resultados são consistentes com um papel de cognição espacial na navegação complexa e realçar a integração de técnicas e ecológicas farmacológicos no estudo da cognição e de navegação.

Introduction

Cognition (aqui definida como "todos os processos envolvidos na aquisição, armazenamento e uso de informações provenientes do meio ambiente" ¹⁾ é central para uma variedade de tarefas de navegação complexos ^2. Por exemplo, guindastes de Sandhill (Grus canadensis) mostram uma acentuada melhoria na precisão migratória com a experiência ^3, e marca espécies de tartarugas marinhas em suas praias Natal como filhotes e retornar como adultos ^4-6. Da mesma forma, bem-sucedida migração, dispersão e forrageamento dobradiça sobre a capacidade de um animal para reunir informações sobre seu ambiente espacial ^7,8. Alguns animais parecem aprender as rotas de navegação em relação às características específicas da paisagem ⁹ e pode usar cognição espacial quando se deslocam entre nidificação e alimentação áreas ^10. Trabalhos recentes sobre tartarugas pintadas Oriental (Chrysemys picta) sugere um período crítico na navegação, onde a navegação bem sucedida do habitat de sequeiro como adultos depende de juveexperiência Nilo dentro de uma estreita faixa etária (<4 anos de idade ^11-13). Embora em conjunto, estes estudos demonstram o progresso que tem sido feito na compreensão do papel da aprendizagem na navegação ^{4-6, 14-16,} os mecanismos subjacentes a esses comportamentos e o papel cheio de cognição na navegação permanecerá enigmático, especialmente em vertebrados ^{8, 17 , 18.}

As investigações de campo sobre o papel da cognição na navegação são raros ^{2, 8, 18,} em grande parte devido às dificuldades metodológicas envolvidas na monitorização, manipular e rastreamento de animais selvagens. Por exemplo, os grandes escalas espaciais e temporais em que muitos animais navegar muitas vezes impede a investigar tanto o tipo de informação que esses animais potencialmente aprender e como essa informação é adquirida. Experimentadores muitas vezes enfrentam as dificuldades logísticas de detecção e localização de animais quando monitorando o comportamento sobre tais áreas grandes e prazos, limitando assim o tipode dados que podem ser recolhidos e as conclusões que podem ser extraídas. Embora o uso de sistema de posicionamento global montado animal (GPS) gravadores podem aumentar a probabilidade de detecção de animais que variam amplamente, os dados geográficos recolhidos por estes meios são geralmente muito de resolução grosseira e carecem de um componente comportamental detalhada. Consequentemente, os dados que podem ser recolhidos sob tais circunstâncias são de valor limitado para a análise sutil variação no comportamento entre os diferentes grupos ou tratamentos experimentais. Da mesma forma, a manipulação direta, controlado de comportamentos alvo é muitas vezes proibida pelas escalas espaciais e temporais típicos de comportamentos de navegação, bem como por restrições logísticas inerentes a estudos de campo. Encontrar animais em seu habitat natural, captar e manipulá-los, e, em seguida, a coleta de dados comportamentais sem produzir inadvertidamente comportamentos espúrios são grandes desafios de trabalhar com animais no campo. Por conseguinte, o desenho de experiências em FRee-variando animais é muitas vezes limitado ea capacidade de realizar rigorosos, experimentos de campo controlados sobre o papel da cognição na navegação é limitada.

O presente estudo contorna muitas das dificuldades anteriores de investigar a relação entre cognição e navegação no campo usando uma combinação nova de manipulação farmacológica e rastreamento de alta resolução de animais que navegam livremente em condições de campo. A escopolamina, um antagonista do receptor de acetilcolina muscarínicos (mAChR), foi mostrado para bloquear a formação de memória espacial e Sensibilidade por bloquear a actividade colinérgica nos cérebros de uma variedade de taxa vertebrado ^18-24. A escopolamina pode ser utilizada de forma eficaz em animais de vida livre sob condições de campo ^{11, 18} e tem um efeito marcado mas temporária (por exemplo, 6-8 horas em répteis). Metilescopolamina, um antagonista de mAChR que não atravessa a barreira sangue-cérebro-barreira ^19-21, pode ser usado para controlaros possíveis efeitos periféricos da escopolamina e para aspectos não cognitivos de comportamento ^11. Farmacologia permite a manipulação precisa de cognição por receptores que afectam directamente, e radio-telemetria alta precisão permite a observação dos efeitos que resultam em comportamento. As medições efectuadas por meio de triangulação remoto com tanto alta espacial (± 2,5 m) e de resolução temporal (15 minutos) para permitir que a documentação precisa e quantificação do comportamento animal em relação à manipulação experimental da cognição.

Este estudo ¹¹ foi realizado entre Maio e Agosto de 2013 e de 2014, Chesapeake Farms, uma área de pesquisa gestão da vida selvagem 3.300 acre e da agricultura em Kent Co., MD, EUA (39,194 ° N, 76,187 ° W). O protocolo envolve cinco etapas principais: (1) a captura e manipulação de animais (2) A aposição de transmissores de rádio (3) preparar os agentes farmacológicos (4) monitoramento e manipular os movimentos dos animais, e (5) analisando dados espaciais. O estudo aqui descrito focado no Oriente tartaruga pintada (picta do Chrysemys). Tartarugas na população focal envolver em movimentos terrestres anuais em que deixam suas lagoas inicial e navegue até habitats aquáticos alternativos usando um dos quatro muito precisas (± 3,5 m), complexas e altamente previsíveis rotas ^{11, 12.} Manipulação farmacológica de animais em este sistema emparelhado com radiotelemetria de alta resolução lança luz sobre o papel da cognição em navegar livremente animais selvagens.

Protocol

Todos os procedimentos que envolvem indivíduos animais foram aprovados pelos Comitês Institucionais de Animais cuidado e uso de Franklin and Marshall e Washington Faculdades e seguiu todos os regulamentos locais, estaduais e federais. 1. Captura e manuseamento Coloque armadilhas de argola no organismo alvo de água que é conhecido por conter tartarugas. Identificar a profundidade da água assegurando que 4 – 5 polegadas da armadilha permanece acima da água para permitir que as tartarugas presas à…

Representative Results

Usando o protocolo acima, o papel da cognição na navegação foi avaliada em uma população de Eastern pintado tartarugas (Chrysemys picta), que tem experimentado fontes de água efémeros sazonais para ~ 100 anos. Esta população habita uma mistura de efémero (drenado anualmente e rapidamente – em vários hr) e habitats aquáticos permanentes (Figura 1). Estudos anteriores sugerem que, após suas lagoas são drenados, tartarugas residentes navegar para fon…

Discussion

O protocolo aqui apresentado permite que o experimentador para documentar e quantificar o papel da cognição em navegação. Manipulando cognição no campo tem sido difícil, como a maioria das abordagens deixar experimentadores incapazes de saber quais aspectos específicos do comportamento do animal estão sendo manipulados. No entanto, o protocolo aqui apresentado permite que o experimentador para manipular com precisão e, assim, avaliar o papel da cognição em navegação. A técnica permite ainda experimentador…

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.