En laboratorium metoden å mål smittsom gjesping inne rotter

Summary

Metoden beskrevet her har som mål å få gjesp smitte kurver i par av kjente eller ukjente hannrotter. Burene med hullene adskilt av enten den ene eller den andre av helt eller ugjennomsiktig deler med (eller uten) hullene er pleide merker hvorvidt synlig, olfactory, eller begge to typer av sensorisk stikkordene kanne stimulere gjesp smitte.

Abstract

Kommunikasjon er en viktig del av dyre sosiale liv. Dyr kan påvirke hverandre og kommer sammen i skoler, flokker og flokker. Kommunikasjon er også måten kjønnene samhandler på i løpet av frieri og hvordan rivaler avgjøre tvister uten å slåss. Det er imidlertid noen atferdsmønstre som det er vanskelig å teste eksistensen av en communicatory funksjon, fordi flere typer sensoriske modaliteter er sannsynlig involvert. For eksempel er smittsom gjesping en communicatory handling i pattedyr som potensielt oppstår gjennom synet, hørsel, lukt, eller en kombinasjon av disse sansene avhengig av om dyrene er kjent for hverandre. Derfor, for å teste hypoteser om mulige communicatory rolle av slik atferd, er en passende metode nødvendig for å identifisere de deltakende sensoriske modaliteter.

Metoden foreslo her har som mål å få gjesp smitte kurver for kjente og ukjente rotter og evaluere den relative deltakelse av visuelle og olfactory sensoriske modaliteter. Metoden bruker billig materialer, og med noen mindre endringer, kan det også brukes med andre gnagerarter som mus. Samlet, metoden innebærer substitusjon av klare skillevegger (med eller uten hull) med ugjennomsiktige skillevegger (med eller uten hull) som enten tillater eller hindrer kommunikasjon mellom rotter plassert i tilstøtende bur med hull i tilstøtende sider. Følgelig kan fire tilstander testes: olfactory kommunikasjon, visuell kommunikasjon, både visuell og olfactory kommunikasjon, og hverken visuell eller olfactory kommunikasjon. Idet sosiale vekselvirkningen hender imellom rottene, disse test vilkårene simulere hva kanskje finnes inne en naturlig omgivelsene. I denne forbindelse, metoden foreslått her er mer effektiv enn tradisjonelle metoder som er avhengige av video presentasjoner som biologisk gyldighet kan øke bekymringer. Likevel, det ikke diskriminerer mellom den potensielle rollen til hørsel og roller av lukt og visjon i gjesp smitte.

Introduction

Tradisjonelt har communicatory atferd blitt studert fra to perspektiver. Fra ett perspektiv, Ethologists observere og registrere atferden til dyr i naturlige innstillinger og forsøke å gjenkjenne sin adaptive verdi¹. Den spesielle forstand eller sanser involvert har ikke vært den primære interesse for disse studiene. Fra et annet perspektiv, fysiologer er mer interessert i unraveling mekanismene der dyrene kommuniserer¹; Derfor har laboratoriestudier gitt metoder for å ta opp rollen som sensoriske modaliteter spiller i kommunikasjon^2,3. Disse to perspektivene er faktisk komplementære, fordi kunnskap om både adaptiv verdi og umiddelbare mekanismer er nødvendig for å få en helhetlig forståelse av communicatory atferd i det sosiale livet til dyr.

Gjesping atferd er en iøynefallende komponent i atferdsdata repertoar i flere arter av virveldyr⁴, alt fra fisk til primater⁵. Det kan beskrives som en langsom åpning av munnen og vedlikehold av sin åpne stilling, etterfulgt av en raskere lukking av munnen⁵. Varigheten av hele sekvensen avhenger av arten; for eksempel, primater gjesp for lengre varighet enn ikke-primater arter⁶. Inne mange art, med human tilværelse unntaket, hanndyr har tendens til gjesp flere hyppig enn kvinner⁷. Denne funksjonen kan underbygge den mulige communicatory funksjon av gjesping, selv om vanlige mønstre av gjesping og den daglige frekvensen kan også foreslå en fysiologisk funksjon. Hos rotter følger spontan gjesping en døgnrytme, med topper med høy frekvens som oppstår om morgenen og ettermiddagen^8,9.

En interessant trekk ved gjesping atferd er at det kan være en smittsom handling (når slippe stimulans av en atferd som skjer for å være et annet dyr oppfører seg på samme måte¹⁰) i flere arter av virveldyr^{11,12, 13,14,15,16}, inkludert fugler¹⁷ og gnagere¹⁸. Videre har nyere bevis indikert at smittsom gjesping kan reflektere en communicatory rolle, fordi gjesping av en rotte kan påvirke den fysiologiske tilstanden til en annen når de utsettes for olfactory stikkord¹⁹. Men hvorvidt gjesping har en communicatory rolle er fortsatt under debatt^20,21, og analysere smittsom gjesping er et viktig første skritt for å løse dette problemet.

På den annen side, smittsom gjesping har vært knyttet til et dyrs evne til å føle med perspektiver av andre dyr; Derfor er det mer sannsynlig at nært beslektede individer viser smitte⁴. Denne hypotesen har blitt hyppig testet i laboratorieforhold der dyr blir presentert med gjesp stimuli på video^12,13; Derfor kan smitte bare forekomme gjennom visuelle signaler. Andre undersøkelser har vurdert gjesp smitte i mer naturlige forhold ved hjelp av grupper av dyr^14,15. Et stort problem med dette er at sosialt samspill dyr ofte reagerer på signaler og utveksle signaler som formidles gjennom kombinasjoner av sensoriske modaliteter. Disentangling de faktiske sansene involvert i en gitt atferd fra deres kombinerte effekter er ikke alltid en lett oppgave. Karakteristisk, forskning farmakologisk eller inngrep hindre en dyrene ‘ bruk av en gitt fornemme, så antyde rollen av det fornemme inne det relevant opptreden^2,3,18,22. Heldigvis finnes det andre metoder der bare fysiske barrierer er brukt til å enten tillate eller hindre kommunikasjon mellom dyr^23,24,25, og dermed oppnå større biologisk gyldighet.

Metoden foreslo her over er blitt spesielt beregnet på studere smittsom gjesping inne familiær og ukjent rotter inne en sosiale innfatning. Ifølge empatisk hypotese, bør den tidligere gruppen være mer utsatt for smittsom gjesping. Metoden krever ikke at dyrene skal kirurgisk eller farmakologisk fratatt noen sanser. I stedet, den arbeider av sted rottene inne nærliggende burene med hullene og fysisk hindre deres kommunikasjon benytter enten den ene eller den andre av helt eller ugjennomsiktig dividere med eller uten hullene. Dermed kan fire testforhold undersøkes: (1) olfactory kommunikasjon (OC, perforert ugjennomsiktig skillelinje), (2) visuell kommunikasjon (VC, nonperforated klar skillelinje), (3) visuell og olfactory kommunikasjon (VOC, perforert klar skillelinje), og (4) verken visuell eller olfactory kommunikasjon (NVOC, nonperforated ugjennomsiktig skillelinje). Derfor kan forskerne sammenligne den relative bidrag av olfactory, visuell, og til en viss grad, hørbar stikkord i gjesp smitte. Denne tilnærmingen er ikke ny, som lignende metoder har blitt brukt til å isolere sansene involvert i visse communicatory atferd i dyr som øgler²³ og mus²⁶. Faktisk Gallup og kolleger²⁷ har brukt en lignende metode for å demonstrere rollen som visuelle signaler i smittsom gjesping i undulaten. Hovedtrekkene i disse metodene er simulering av en sosial kontekst og minimal belastning påført dyrene. Videre, bruk av samspill dyr øker biologisk gyldighet av konklusjonene.

Det finnes flere måter å måle smittsom gjespingpå. Dr. Stephen E. G. Lea (personlig kommunikasjon, 2015) hjalp oss numerisk tilpasse en metode tidligere ansatt av primatologists^13,14 for en tidligere analyse av dataene som brukes her¹⁸. Presentert i denne protokollen er en forbedret versjon av denne metoden med et bredere spekter av applikasjoner. Den består av vekt det sum antallet av en rotten ‘ gjesper, innen og ytterside av en gitt tid vindu, av andelen av observasjon tid tilsvarende å det gjesper innen og ytterside klokken vindu.

For eksempel, hvis det antas at rotter A og B er observert i 12 min, er deres gjesping registrert til nærmeste minutt, og en 3 min tid vinduet er satt til å måle smittsom gjesping. Neste, det fulgte sekvenser av gjesper for hver av dem rotter er betraktet som: rotten en (0, 0,1,0, 1, 0, 0, 2, 0,0, 2, 1) og rotten B (0, 1, 1, 0, 1, 1,0, 0, 0, 0, 3). Det bør bemerkes at hvert nummer (0-3) tilsvarer antall gjesper scoret på hver min. For rotte A, i løpet av minutter 1, 10 og 11 (tall i fet skrift), gjesp ikke Rat B innen de foregående 3 minuttene (det valgte tidsvinduet) eller innen dette minuttet. I disse minuttene, rotte A gjesper totalt 2 ganger. Derfor, gjesp rate av rotten en uten alle gjesp stimulans (ingen-stolpe-gjesp gjesp rate) er 2/3 (i.e., 0,67 gjesper/min). Inne det resterende 9 min, rotten B gjesper det vil si ettall tid inne enten den ene eller det samme minutt eller det 3 foregående minuttene. Rat A gjesper totalt fire ganger i de 9 min. Derfor, gjesp rate av rotten en inne svaret å en gjesp stimulans (stolpe-gjesp gjesp rate) er 4/9 (i.e., 0,44 gjesper/min). Søknaden av det likt fremgangsmåte å rotten B gir en ingen-stolpe-gjesp gjesp rate av 2/3 (i.e., 0,66) og stolpe-gjesp gjesp rate av 5/9 (0,55).

På den annen side, hvis gjesping er registrert til nærmeste desimal av et minutt, vil gjesp smitte resultere i en justert etter gjesp tid. Hvis for eksempel følgende gjesp tider registreres i løpet av en 12 minutters observasjons periode for rotter A og B: Rat A (2,3, 5,1, 5,8, 10,4, 10,8, 11,1) og Rat B (1,2, 2,4, 4,5, 5,1, 11,2, 11,6, 11,8). For rotten en, klokken perioder over hvilke rotten B er ikke gjesp innen fortiden 3 min omfang fra 0 å 1,2 min og fra 8,1 å 11,2 min (i.e., 3,1 min), hvilke gir en samlet sum 4,3 min av ingen-stolpe-gjesp tid. Antallet av timene det rotten en gjesper i løpet av disse timene er tre (numrene inne dristig type), så det ingen-stolpe-gjesp gjesp rate er 3/4.3 (i.e., 0,69), stund det stolpe-gjesp gjesp rate er 3/7.7 (i.e., 0,38; det nevner fra 12-4.3 min). Tilsvarende, for rotte B, tidsperiodene som rotte A ikke gjesp i løpet av de siste 3 min rekkevidde fra 0 til 2,3 min og fra 8,8 til 10,4 min, noe som gir totalt 3,9 min. Antall ganger rotte B gjesper innenfor disse periodene er ett, så ikke-post-gjesp gjesp rate er 1/3.9 (dvs. 0,25). Følgelig er post-gjesp gjesp rate 6/8.1 (dvs. 0,74).

Mens en nær-samtidige kamp i atferd er et ideelt kriterium for å demonstrere tilstedeværelsen av en smitte, aspekter som begrensningene på hva en person deltar på, tidspunktet for reaksjon på en stimulans, distribusjon av atferden over tid (f. eks gjesping kan forekomme i episoder), og tid til å akklimatisere seg til den eksperimentelle innstillingen alle gi opphav til arter forskjeller, noe som gjør det vanskelig å bruke en unik tid vindu. Dette kan være grunnen til at forskerne har brukt tid Vinduer som varierer fra sekunder⁵ til flere minutter¹¹, noe som skaper problemer ved sammenligning resultater²⁸. På grunn av dette, er det foreslått å gjenta prosedyren beskrevet ovenfor for en rekke tidsvinduer for å få gjesp smitte kurver og sammenligne gjesp smitte kurver mellom arter.

Tilsvarende gjesp smitte kurver kan sammenlignes ved tilfeldig distribusjon av antall gjesper observert for hver rotte over observasjonsperioden. Således, det foreslo metoden å mål gjesp smitte tilbyder to typer av kontroller: det (1) gjesp rate skjer ytterside av klokken vindu (ingen-stolpe-gjesp tid) og (2) kunstig gjesp smitte kurven oppnådd fra det tilfeldig distribusjon av antallet av gjesper. Derfor er denne tilnærmingen til å analysere gjesp smitte et skritt fremover fra andre prosedyrer, slik som de sammenligner prosentandelen eller hyppigheten av gjesping i en enkelt tid vindu til det som skjer utenfor dette vinduet²⁵, uten å ta hensyn til faktiske tidsrammer. Metoden kompletteres med en R-basert program²⁹ til praktisk og objektivt beregne sannsynligheten for smittsom gjesping for en eller flere tidsvinduer.

For å illustrere nytten av denne metoden og fordelene ved R-basert program, brukes et datasett fra en tidligere publisert studie¹⁸ . Det eksperimentelle forfatning besto av 144 hannrotter fordelt å enten den ene eller den andre av en familiær eller ukjent forfatning. Rottene i hver eksperimentelle tilstand ble delt inn i fire undergrupper av ni par og utsatt for noen av de fire test situasjoner beskrevet ovenfor. Det gjesping opptreden av rottene inne hver eksperimentelle forfatning og test plassering var så registrert over en periode av 60 min.

Protocol

De eksperimentelle protokollene og husdyrhold ble gjennomført i samsvar med institusjonelle retningslinjer. 1. materialer Finn en fullstendig liste over materialene som brukes til å implementere metoden i materialfortegnelsen. Bruk figur 1 og søke ekspertråd å konstruere en invertert T-formet bord, observasjon bur, og bur skillevegger. Følg sikkerhets indikasjonene for bruk av skarpe redskaper og potensielt farlige materialer….

Representative Results

Rottene var valgt fra en tidligere produsert sub-line av Sprague-Dawley rotter det var valgt for hyppig gjesping (ca 22 gjesper per timen31). Imidlertid, det ni parene av ukjent og ni parene av familiær mannlig rotter (imellom 2,5 og 3 måneder av alderen) anvendt per test plassering gjesper ca 12 timene per timen, gjennomsnittlig18. Derfor test situasjoner for å måle gjesp smitte delvis hemmet gjesping atferd. <p class="jove_content"…

Discussion

Det er kritiske trinn i metoden som bør tas i betraktning for å oppnå vellykkede resultater. Familiær rotter må aksje hjem burene for det vil si 1,5 måneder etter venne og tidligere running eksperimentene. Imidlertid, ukjent rotter må høre hjemme i separat hjem burene. Inne begge to sakene, parene av rotter må komme fra annerledes søppel bortsett fra være idet lignende inne alderen idet mulig. Når det gjelder observasjon bur, bør deres hull samsvarer med de i skillevegger, fordi dette er den eneste måten å…

Materials

Acrylic dividers	Handcrafted	Not available	Two dividers, one clear and one opaque, will have 24 holes each. The other two dividers, one clear and one opaque, will have no holes. See the main text for details of construction.
An R-based program	Benemérita Universidad Autónoma de Puebla	Not available	This is the program used to assess yawn contagion in rats. See the main text for information about the way the program is used.
Data sheets	The user can elaborate them	Not available	These forms will be used for the observer to record the frequency of yawning behaviour by viewing the video recordings. Alternatively, a notebook can be use provided you follow the suggestions given in the main text.
Desktop computer	Any maker	Not available	Make sure the computer has a video card capable of conveniently processing the video recordings of yawning behaviour.
Digital camcorders	Any maker	Not available	They will be used to video record yawning behaviour of each pair of rats; there will be 2 pairs of rats per experimental session.
Flash drive	Any maker	Not available	Each experimental session will last 60 min, and so you will require sufficient memory to store the video recording.
Glass cages	Handcrafted	Not available	Each cage (19 X 19 X 10 cm height) will have 24 holes (0.5 cm diameter) forming three rows in the middle of one of its sides. See the main text for more details about their construction. It is recommended to fabricate one extra cage in case one of them is accidentally broken.
Markers	Sharpie or any other maker	Not available	Permanent markers to number the rats. See the main text to see one way of using painting symbols on the rat's tail.
Pencils	Any maker	Not available	They are used by the observer to record the frequency of yawning. It is important that the observer has previously been trained to recognize yawning behaviour and operate the video player system.
R software	R Development Core Team	Not available	Download R at: http://cran.r-project.org/
Rail-like wooden bars	Handcrafted	Not available	They will be fixed in the middle of the rectangular wooden sheet  forming a track, where a second wooden sheet is placed. See the main text for additional instructions for construction.
Rectangular table	Any maker	Not available	This is the table (approximately 2 x 1 m) where the inverted T-shaped table will be placed for performing the observation of yawning behaviour.
Sprague-Dawley male rats	Any local supplier of laboratory animals	Not available	Nine pairs of male rats per test situation are necessary for each group, familiar and unfamiliar rats, because with this sample size the interindividual variation that might exist in yawning frequency will not severely affect the conclusions drawn from the statistical analysis performed to the data.
Spreadsheet software	Microsoft	Not available	Excel will be the software used to store the yawning recordings initially recorded on the data sheets. Revise the main text for instructions about the recommended way of doing the transcription.
Square filter papers	Any maker	Not available	They are used for covering the cage's bottom.
Tripods	Any maker	Not available	They will be used for fixing the camcorders in front of each pair of observation cages.
Wooden Inverted T-shaped table	Handcrafted	Not available	Read the instructions in the main text to see the way of constructing it. If preferred, a different material to wood can be used. Make sure any material is as resistant as possible to the transmission of ultrasounds, which the rats might use for communication.