تحديد تفضيلات بالموجات فوق الصوتية غناء في الفئران باستخدام تشغيل اختبار اثنين الاختيار
Summary
Ultrasonic vocalizations (USVs) in mice differ depending on age, sex, condition, and genetic background. Using two ultrasound emitters broadcasting simultaneously in different locations, this two-choice test can evaluate murine recognition and preference responses to different characteristics of USVs.
Abstract
Mice emit ultrasonic vocalizations (USVs) during a variety of conditions, such as pup isolation and adult social interactions. These USVs differ with age, sex, condition, and genetic background of the emitting animal. Although many studies have characterized these differences, whether receiver mice can discriminate among objectively different USVs and show preferences for particular sound traits remains to be elucidated. To determine whether mice can discriminate between different characteristics of USVs, a playback experiment was developed recently, in which preference responses of mice to two different USVs could be evaluated in the form of a place preference.
First, USVs from mice were recorded. Then, the recorded USVs were edited, trimmed accordingly, and exported as stereophonic sound files. Next, the USV amplitudes generated by the two ultrasound emitters used in the experiment were adjusted to the same sound pressure level. Nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitters were used to play the USVs back. Finally, to investigate the preference of subject mice to selected USVs, pairs of two differing USV signals were played back simultaneously in a two-choice test box. By repeatedly entering a defined zone near an ultrasound emitter and searching the wire mesh in front of the emitter, the mouse reveals its preference for one sound over another. This model allows comparing the attractiveness of the various features of mouse USVs, in various contexts.
Introduction
العديد من الحيوانات تستخدم الالفاظ للاتصالات ضمن النوع. في العضلة الماوس المصحف، نوع واحد من المهم الإشارة البلاغ الالفاظ بالموجات فوق الصوتية (USVs)، والتي لها ترددات أعلى من 20 كيلو هرتز. تعتبر USVs المنبعثة من الفئران مكون من الاعتراف الاجتماعي في بين الذكور والإناث 1-4، الإناث والإناث 1 و 5 و الذكور الذكور 1، 6 التفاعلات. وتنبعث USVs أيضا الجراء عندما يتم عزل أنها من والدتهم، مما يزيد من سلوكها-استرجاع الجرو، وبالتالي الجرو البقاء على قيد الحياة (7). على الرغم من أن العديد من التقارير وتحليلها وتصنيفها USVs الماوس 8، 9، والاستجابات السلوكية والآليات العصبية للحيوان تلقي تم توثيقها أقل 10، 11. وهذا الأخير هو ضروري لتوضيح الأهمية البيولوجية للخصائص مختلفة من USVs. للكشف عن هذه الآليات، وتجربة التشغيل هو وسيلة فعالة. وقد كشفت دراسات حديثة أن النساء التشغيلتنجذب الفئران لUSVs 12، وأنهم يفضلون USVs من الذكور تختلف عن آبائهم 13 و 14.
يشرح هذا المقال اختبار التشغيل المستخدمة لتقييم تفضيل USV في الفئران. وقد وضعت مربع اختبار الاختيار اثنين في اثنين من USVs مختلفة يمكن تشغيلها في وقت واحد في اثنين من مقصورات من الضميمة الاختبار، كما هو مبين في الشكل 1. وهذا النوع من مربع اختبار يمنع تلوث الصوت من خلال تقسيم منطقة الاختبار في ثلاث دوائر فرعية ، وذلك باستخدام الجدران الرصاص. توجد بواعث الموجات فوق الصوتية خارج كل غرفة. في الجدار الفاصل بين الغرف وبواعث الموجات فوق الصوتية ثقوب مغطاة سلكية. الفئران يمكن ان تتحرك بحرية في ثلاث غرف، وتظهر "البحث في شبكة" السلوك، كما لو أن الرد على USVs تشغيله عن طريق لبواعث الموجات فوق الصوتية. في هذا الاختبار، والفئران البقاء لفترات مدة مختلفة قريبة من واحد باعث الصوت أو أخرى. ويمكن تسجيل هذه المعلمات للحصول على measu حساسة إعادة تفضيل الصوت.
للعب USVs الوراء، nanocrystalline السيليكون الحرارية الصوتية بواعث (أي، "NC-سي باعث") كانت تستخدم في الدراسات السابقة 15-17. وتتكون هذه الأجهزة من سخان الكهربائي الأغشية الرقيقة، وطبقة السيليكون النانوية التي يسهل اختراقها، ورقاقة السيليكون واحدة البلورية. يتم تحويل ملف الصوت الرقمية إلى إشارة تناظرية ثم مرت القطب سخان. جهاز يحول الإشارات الحرارية التي تعتمد على الجهد مما أدى إلى ضغط الصوت كبير مع تشويه منخفضة. هذا الجهاز هي فريدة من نوعها في ذلك، على عكس المولدات الصوت المشتركة التي تعتمد على الاهتزازات الميكانيكية، فإنه يمكن إعادة إنتاج الصوت دون الحاجة إلى وجود الحجاب الحاجز. باعث يسلك مستوى ضغط الصوت مستقرا عند ترددات 20-160 كيلو هرتز (الشكل 2)، ويمكن أن تتكاثر USVs الفئران المسجلة رقميا بشكل دقيق جدا من حيث المدة، والتردد، ومستوى الصوت ضغط 15 و 18 و 19.
ve_content "> في تجربة تمثيلية هو مبين في الشكل (3)، وسمح C57BL / 6 (B6) إناث أن تختار بين BALB / ج (BALB) USVs الذكور والضوضاء الخلفية. وبالإضافة إلى ذلك، ويبين الشكل 4 اختيار الإناث B6 وBALB بين قراءات USV في وقت واحد من BALB وB6 الذكور، كما ورد في دراسة سابقة 14. خصائص USVs الذكور تختلف بين B6 وBALB سلالات 20. وكما يتضح من هذه النتائج، وجاذبية USVs يمكن تقييم لهذا البروتوكول، حيث يتم تسجيل الأصوات من شخص حي، تحليل سمعيا، ولعب إلى أشخاص آخرين.Protocol
Representative Results
Discussion
Here, the results of a representative test showed that female mice can discriminate between artificial male USVs and background noise (Figure 3). The conclusion to be drawn from these results is that the discrimination signal is reflected in the duration of stay in the room and sound zone, and in the duration of searching the mesh in the first 5 min of testing, but not in the second 5 min (Figure 3C, E and F). These data indicate that mice become habituated to the playback sounds, possib…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من خلال منحة في والمعونة من أجل JSPS الزملاء إلى AA. عن طريق المنح في والمعونة للبحوث العلمية في المجالات المبتكرة لJSPS الزملاء (رقم 4501 ورقم 25132712) لTK؛ وبمنحة مشروع بحثي التي تمنحها جامعة أزابو. الشكل 2 وأعيد طبعه من Kihara، T.، هارادا، T.، وKoshida، N. يفر متوافق مع تلفيق وخصائص nanocrystalline السيليكون بواعث الموجات فوق الصوتية التي يسببها حراريا. في: أجهزة الاستشعار والمحركات A: المادية، وحجم 125، إلسفير، ص. 426، (2006)، بإذن من السيفير.
Materials
| Soundproof chamber | Muromachi Kikai | ||
| Small cage | CLEA Japan | CL-0113-1 | |
| Middle cage | CLEA Japan | CL-0103-1 | |
| Ultrasound condenser microphones | Avisoft Bioacoustics | CM16/CMPA | |
| A/D converter | Avisoft Bioacoustics | UltraSoundGate116H | |
| Audio software | Avisoft Bioacoustics | RECORDER USGH | |
| Adobe Audition 3.0 / Audio editing software | Adobe Systems | Adobe Audition 3.0 | |
| Nc-Si emitter | Original | not commercially available but it is planned to be so in near future | |
| D/A converter | National Instruments | NI USB-6251 BNC | |
| Attenuator | Original | ||
| Amplifier | Yamatake | ||
| PC | Windows 7 professional | Intel® core i7-2600K CPU @ 3.4GHz, 8GB RAM, 64-bit operating system | |
| Event recorder Excel-macro / Event-scoring software | original | Programmed by Naoto Akagawa & Takeru Yamamoto | |
| CCD Camera | |||
| Rubber plates (made of elastomer resin) | Tokyo bouon | TI-75BK B4 | Cut them to the proper size http://www.piano-bouon.jp/shopping/?pid=1329272401-447630&ca=6&p=3 |
| Giemsa's azur eosin methylene blue solution | Merck Millipore | 1.09204.0500 |
References
- Panksepp, J. B., et al. Affiliative behavior, ultrasonic communication and social reward are influenced by genetic variation in adolescent mice. PLoS One. 2 (4), e351 (2007).
- Scattoni, M. L., Ricceri, L., Crawley, J. N. Unusual repertoire of vocalizations in adult BTBR T+tf/J mice during three types of social encounters. Genes Brain Behav. 10 (1), 44-56 (2010).
- Hammerschmidt, K., Radyushkin, K., Ehrenreich, H., Fischer, J. The structure and usage of female and male mouse ultrasonic vocalizations reveal only minor differences. PLoS One. 7 (7), e41133 (2012).
- Merten, S., Hoier, S., Pfeifle, C., Tautz, D. A role for ultrasonic vocalisation in social communication and divergence of natural populations of the house mouse (Mus musculus domesticus). PLoS One. 9 (5), e97244 (2014).
- Amato, F. R., Moles, A. Ultrasonic vocalizations as an index of social memory in female mice. Behav. Neurosci. 115 (4), 834-840 (2001).
- Chabout, J., et al. Adult male mice emit context-specific ultrasonic vocalizations that are modulated by prior isolation or group rearing environment. PLoS One. 7 (1), e29401 (2012).
- Ehret, G. Infant rodent ultrasounds–a gate to the understanding of sound communication. Behav. Genet. 35 (1), 19-29 (2005).
- Holy, T. E., Guo, Z. Ultrasonic songs of male mice. PLoS Biol. 3 (1), e386 (2005).
- Portfors, C. V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 46 (1), 28-34 (2007).
- Holfoth, D. P., Neilans, E. G., Dent, M. L. Discrimination of partial from whole ultrasonic vocalizations using a go/no-go task in mice. J. Acoust. Soc. Am. 136 (6), 3401 (2014).
- Neilans, E. G., Holfoth, D. P., Radziwon, K. E., Portfors, C. V., Dent, M. L. Discrimination of ultrasonic vocalizations by CBA/CaJ mice (Mus musculus) is related to spectrotemporal dissimilarity of vocalizations. PLoS One. 9 (1), e85405 (2014).
- Hammerschmidt, K., Radyushkin, K., Ehrenreich, H., Fischer, J. Female mice respond to male ultrasonic ‘songs’ with approach behaviour. Biol. Lett. 5 (5), 589-592 (2009).
- Musolf, K., Hoffmann, F., Penn, D. J. Ultrasonic courtship vocalizations in wild house mice, Mus musculus musculus. Anim. Behav. 79 (3), 757-764 (2010).
- Asaba, A., et al. Developmental social environment imprints female preference for male song in iice. PloS one. 9 (2), e87186 (2014).
- Uematsu, A., et al. Maternal approaches to pup ultrasonic vocalizations produced by a nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitter. Brain Res. 1163, 91-99 (2007).
- Okabe, S., et al. The effects of social experience and gonadal hormones on retrieving behavior of mice and their responses to pup ultrasonic vocalizations. Zoolog. Sci. 27 (10), 790-795 (2010).
- Okabe, S., et al. Pup odor and ultrasonic vocalizations synergistically stimulate maternal attention in mice. Behav. Neurosci. 127 (3), 432-438 (2013).
- Shinoda, H., Nakajima, T., Ueno, K., Koshida, N. Thermally induced ultrasonic emission from porous silicon. Nature. 400 (6747), 853-855 (1999).
- Kihara, T., Harada, T., Koshida, N. Wafer-compatible fabrication and characteristics of nanocrystalline silicon thermally induced ultrasound emitters. Sensor. Actuat. A-Phys. 125 (2), 422-428 (2006).
- Kikusui, T., et al. Cross fostering experiments suggest that mice songs are innate. PloS One. 6 (3), e17721 (2011).
- McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. Performing Vaginal Lavage, Crystal Violet Staining, and Vaginal Cytological Evaluation for Mouse Estrous Cycle Staging Identification. J. Vis. Exp. (67), e4389 (2012).
- Nelson, J. F., Felicio, L. S., Randall, P. K., Sims, C., Finch, C. E. A longitudinal study of estrous cyclicity in aging C57BL/6J mice: I. Cycle frequency, length and vaginal cytology. Biol. Reprod. 27 (2), 327-339 (1982).
- Tomihara, K., et al. Effect of ER-beta gene disruption on estrogenic regulation of anxiety in female mice. Physiol. Behav. 96 (2), 300-306 (2009).
- Zheng, Q. Y., Johnson, K. R. Hearing loss associated with the modifier of deaf waddler (mdfw) locus corresponds with age-related hearing loss in 12 inbred strains of mice. Hear. Res. 154 (1-2), 45-53 (2001).
- Haga, S., et al. The male mouse pheromone ESP1 enhances female sexual receptive behaviour through a specific vomeronasal receptor. Nature. 466 (7302), 118-122 (2010).
- Grimsley, J. M., Monaghan, J. J., Wenstrup, J. J. Development of social vocalizations in mice. PLoS One. 6 (3), e17460 (2011).
- Sugimoto, H., et al. A role for strain differences in waveforms of ultrasonic vocalizations during male-female interaction. PLoS ONE. 6 (7), (2011).
- Hanson, J. L., Hurley, L. M. Female presence and estrous state influence mouse ultrasonic courtship vocalizations. PLoS One. 7 (7), e40782 (2012).
- Wang, H., Liang, S., Burgdorf, J., Wess, J., Yeomans, J. Ultrasonic vocalizations induced by sex and amphetamine in M2, M4, M5 muscarinic and D2 dopamine receptor knockout mice. PLoS One. 3 (4), (2008).
- Moles, A., Kieffer, B. L., D’Amato, F. R. Deficit in attachment behavior in mice lacking the mu-opioid receptor gene. Science. 304 (5679), 1983-1986 (2004).
- Hiramoto, T., et al. Tbx1: identification of a 22q11.2 gene as a risk factor for autism spectrum disorder in a mouse. Hum. Mol. Genet. 20 (24), 4775-4785 (2011).
- Ey, E., et al. Absence of deficits in social behaviors and ultrasonic vocalizations in later generations of mice lacking neuroligin4. Genes Brain Behav. , (2012).
- Roy, S., Watkins, N., Heck, D. Comprehensive analysis of ultrasonic vocalizations in a mouse model of fragile X syndrome reveals limited, call type specific deficits. PLoS One. 7 (9), e44816 (2012).
