Utilisation Manipulation pharmacologique et de haute précision Radio Télémesure pour étudier la cognition spatiale chez les animaux en liberté

Summary

Cet article décrit un nouveau protocole qui combine la manipulation pharmacologique de la mémoire et la radio télémétrie pour documenter et quantifier le rôle de la cognition dans la navigation.

Abstract

La capacité d'un animal à percevoir et à en apprendre davantage sur son environnement joue un rôle clé dans de nombreux processus de comportement, y compris la navigation, la migration, la dispersion et la recherche de nourriture. Cependant, la compréhension du rôle de la cognition dans le développement de stratégies et les mécanismes sous-jacents de ces stratégies de navigation est limitée par les difficultés méthodologiques liées à la surveillance, la manipulation de la connaissance de, et le suivi des animaux sauvages. Cette étude décrit un protocole pour aborder le rôle de la cognition dans la navigation qui combine la manipulation pharmacologique du comportement avec haute précision télémétrie radio. L'approche utilise la scopolamine, un antagoniste des récepteurs de l'acétylcholine muscariniques, pour manipuler les capacités spatiales cognitives. Les animaux traités sont ensuite contrôlés à haute fréquence et haute résolution spatiale par triangulation à distance. Ce protocole a été appliqué à l' intérieur d' une population de l' Est de tortues peintes (Chrysemys picta) qui a habitésaisonnièrement sources éphémères d'eau pour environ 100 ans, se déplaçant entre les lointaines sources en utilisant précise (± 3,5 m), complexe (ie, non-linéaire de tortuosité élevée qui traversent plusieurs habitats) et des itinéraires prévisibles appris avant 4 ans. Cette étude a montré que les processus utilisés par ces tortues sont compatibles avec la formation de la mémoire spatiale et de rappel. Ensemble, ces résultats sont cohérents avec un rôle de la cognition spatiale dans la navigation complexe et mettent en évidence l'intégration des techniques écologiques et pharmacologiques dans l'étude de la cognition et de la navigation.

Introduction

Cognition (défini ici comme «tous les processus impliqués dans l' acquisition, le stockage et l' utilisation des informations de l'environnement" ¹⁾ est au centre d'une gamme de tâches de navigation complexes ^2. Par exemple, grues du Canada (Grus canadensis) montrent une nette amélioration de la précision migratoire avec l' expérience ^3, et la tortue de mer empreinte des espèces sur leurs plages natales comme hatchlings et reviennent comme des adultes ^4-6. De même, avec succès la migration, la dispersion, et la charnière de butinage sur la capacité d'un animal à recueillir des informations sur leur environnement spatial ^7,8. Certains animaux semblent apprendre les routes de navigation par rapport aux caractéristiques spécifiques du paysage ⁹ et peuvent utiliser la cognition spatiale lors du déplacement entre les zones de nidification et d' alimentation ^10. Des travaux récents sur les tortues peintes de l' Est (Chrysemys picta) suggère une période critique dans la navigation, où la navigation réussie de l' habitat des hautes terres comme des adultes repose sur juveexpérience nile dans une étroite fourchette d'âge (<4 ans ^11-13). Bien que l' ensemble de ces études démontrent les progrès qui ont été accomplis dans la compréhension du rôle de l' apprentissage dans la navigation ^{4-6, 14-16,} les mécanismes qui sous – tendent ces comportements et pleinement le rôle de la cognition dans la navigation restent énigmatiques, en particulier chez les vertébrés ^{8, 17 , 18.}

Des enquêtes de terrain sur le rôle de la cognition dans la navigation sont rares ^{2, 8, 18,} principalement en raison des difficultés méthodologiques liées à la surveillance, la manipulation et le suivi des animaux sauvages. Par exemple, les grandes échelles spatiales et temporelles sur lesquelles de nombreux animaux naviguent empêchent souvent enquêter sur les deux types d'informations que ces animaux potentiellement apprennent et comment cette information est acquise. Les expérimentateurs sont souvent confrontés à des difficultés logistiques de détection et de localisation des animaux lors de la surveillance des comportements sur ces grandes surfaces et les délais, ce qui limite le typedes données qui peuvent être recueillies et les conclusions qui peuvent être tirées. Bien que l'utilisation du système de positionnement global animal monté (GPS) enregistreurs peut améliorer la probabilité de détection des animaux largement allant, les données spatiales collectées par ces moyens sont généralement de résolution très grossière et manquent d'une composante comportementale détaillée. Par conséquent, les données qui peuvent être recueillies dans de telles circonstances sont d'une valeur limitée pour l'examen des variations subtiles de comportement entre les différents groupes ou traitements expérimentaux. De même, la manipulation directe, contrôlée de comportements cibles est souvent interdite par les échelles spatiales et temporelles typiques des comportements de navigation, ainsi que par des contraintes logistiques inhérentes à des études de terrain. Constatation des animaux dans leur habitat naturel, la capture et de les manipuler, puis la collecte de données comportementales sans produire par inadvertance des comportements parasites sont des défis majeurs de travailler avec les animaux dans le domaine. Par conséquent, la conception des expériences sur free-allant des animaux est souvent limitée et la capacité de mener, des expériences de terrain contrôlées rigoureuses sur le rôle de la cognition dans la navigation est limitée.

La présente étude contourne bon nombre des difficultés antérieures d'enquêter sur la relation entre la cognition et la navigation dans le domaine en utilisant une nouvelle combinaison de manipulation pharmacologique et à haute résolution de suivi des animaux qui naviguent librement dans des conditions de terrain. Scopolamine, un récepteur acétylcholine (mAChR) antagoniste muscarinique, a été montré pour bloquer la formation de la mémoire spatiale et le rappel en bloquant l' activité cholinergique dans le cerveau d'une variété de taxons de vertébrés ^18-24. La scopolamine peut être utilisé efficacement sur les animaux en liberté dans des conditions de terrain ^{11, 18} et a un effet marqué , mais temporaire (par exemple, 6-8 h chez les reptiles). Méthylscopolamine, un antagoniste mAChR qui ne traverse pas la barrière sang-cerveau barrière ^19-21, peut être utilisé pour contrôlerles effets périphériques possibles de scopolamine et pour les aspects non cognitifs de comportement ^11. Pharmacologie permet la manipulation précise de la cognition par des récepteurs qui affectent directement, et la télémétrie radio de haute précision permet l'observation des effets qui en résultent sur le comportement. Les mesures prises par triangulation à distance à la fois spatiale élevée (± 2,5 m) et temporelle (15 min) résolution permettent la documentation précise et la quantification du comportement animal par rapport à la manipulation expérimentale de la cognition.

Cette étude ¹¹ a été réalisée entre Mai et Août 2013 et 2014 à Chesapeake Farms, une zone de recherche en gestion de la faune de 3300 acres et l' agriculture dans le Kent Co., MD, États – Unis (39,194 ° N, 76,187 ° W). Le protocole comporte cinq étapes principales: (1) la capture et la manipulation des animaux (2) l'apposition d'émetteurs radio (3) préparer les agents pharmacologiques (4) le suivi et la manipulation de mouvements d'animaux, et (5) analyser les données spatiales. L'étude décrit ici l' accent sur l'est peint tortue (Chrysemys picta). Tortues à la population focale se livrent à des mouvements terrestres annuels dans lesquels ils quittent leurs étangs d'origine et de naviguer vers les habitats aquatiques alternatives en utilisant les routes l' une des quatre très précis (± 3,5 m), complexes et hautement prévisibles ^{11, 12.} Manipulation pharmacologique des animaux ce système jumelé avec télémétrie radio haute résolution met en lumière le rôle de la cognition dans la navigation librement des animaux sauvages.

Protocol

Toutes les procédures impliquant des sujets animaux ont été approuvés par les soins et l'utilisation des comités institutionnels animaux de Franklin et Marshall et Washington Collèges et suivi tous les règlements municipaux, provinciaux et fédéraux. 1. Capturer et manipulation Placez des pièges hoop dans le corps de la cible de l'eau qui est connu pour contenir des tortues. Identifier la profondeur d'eau assurant que 4 – 5 pouces du piège reste au-dessus de l'eau pour permet…

Representative Results

En utilisant le protocole ci – dessus, le rôle de la cognition dans la navigation a été évaluée dans une population de l' Est de tortues peintes (Chrysemys picta) qui a connu des sources d'eau éphémères saisonniers pour environ 100 ans. Cette population habite un mélange d'éphémère (égouttés annuellement et rapidement – dans plusieurs heures) et des habitats aquatiques permanents (Figure 1). Des études antérieures suggèrent que , apr…

Discussion

Le protocole présenté ici permet à l'expérimentateur de documenter et de quantifier le rôle de la cognition dans la navigation. Manipuler la cognition dans le domaine est avéré difficile, car la plupart des approches laissent expérimentateurs incapables de savoir quels aspects spécifiques du comportement de l'animal sont manipulés. Cependant, le protocole présenté ici permet à l'expérimentateur de manipuler avec précision et évaluer le rôle de la cognition dans la navigation ainsi. La techni…

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.