Het bepalen van Ultrasonic Vocalisatie Voorkeuren in Muizen met behulp van een twee-keuze afspelen Test
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
Veel dieren gebruiken geluiden voor intraspecifieke communicatie. In de muis Mus musculus, een belangrijke vorm van communicatie signaal ultrasone geluiden (USVs), welke frequenties hoger dan 20 kHz. USVs uitgezonden door muizen worden beschouwd als een onderdeel van de sociale erkenning in man-vrouw 1-4, female-female 1, 5, en man-man 1, 6 interacties. USVs worden ook uitgestoten door pups wanneer ze geïsoleerd van hun moeder, die haar-pup ophalen gedrag toeneemt, en dus overleving van de jongen 7. Hoewel veel rapporten hebben geanalyseerd en gecategoriseerd muis USVs 8, 9, de gedragsreacties en neurale mechanismen van de ontvangende dieren zijn minder gedocumenteerd 10, 11. Dit laatste is noodzakelijk om de biologische significantie van de verschillende kenmerken van USVs verduidelijken. Om deze mechanismen onthullen de weergave experiment is een efficiënte methode. Recente afspelen studies hebben aangetoond dat vrouwelijkemuizen worden aangetrokken USVs 12, en dat ze liever USVs van mannetjes die verschillen van hun ouders 13, 14.
Dit artikel legt de playback-test gebruikt om USV voorkeur in muizen te evalueren. Een twee-choice test box ontwikkeld waarbij twee verschillende USVs weer tegelijk kunnen worden gespeeld in twee compartimenten van een test behuizing, zoals weergegeven in figuur 1. Dit type test box voorkomt geluid besmetting door het testgebied verdelen in drie sub-kamers gebruik lead wanden. De ultrasone emitters bevinden zich buiten elke kamer. In de wand tussen de kamers en de ultrasone emitters gaten bedekt met gaas. Muizen kunnen vrij bewegen in de drie kamers, en tonen een "zoeken de mazen" gedrag, als om te reageren op USVs afgespeeld door de ultrasone emitters. In deze test muizen verblijven perioden van verschillende duur dichtbij een geluid emitter of andere. Deze parameters kunnen worden ingelogd zijn om een gevoelige measu verkrijgen re van geluid voorkeur.
Om de USVs afspelen, nanokristallijne silicium thermo-akoestische zenders (dwz "nc-Si emitter") werden gebruikt als in eerdere studies 15-17. Deze apparaten bestaan uit een dunne-film verwarmer elektrode, een nanoporeuze siliciumlaag, en een kristallijne siliciumwafel. De digitaal geluidsbestand wordt geconverteerd naar een analoog signaal en vervolgens door de verwarmingselektrode. Het apparaat zet de resulterende voltage-afhankelijke thermische signalen in aanzienlijke geluidsdruk met een lage vervorming. Deze inrichting is uniek doordat, anders dan gewone geluidsgeneratoren die afhankelijk zijn van mechanische trillingen, kan het geluid reproduceren zonder de noodzaak van een diafragma. De zender vertoont een vlak geluidsdrukniveau bij frequenties 20-160 kHz (figuur 2), en kan digitaal opgenomen muizen USVs reproduceren zeer nauwkeurig in termen van duur, frequentie en geluidsdrukniveau 15, 18, 19.
ve_content "> In een representatief experiment is getoond in figuur 3, werden C57BL / 6 (B6) vrouwtjes kunnen kiezen tussen BALB / c (BALB) mannelijke USVs en achtergrondruis. Bovendien Figuur 4 toont de keuze van B6 en BALB vrouwen tussen gelijktijdige USV playback van een BALB en B6 mannelijke, zoals gerapporteerd in een eerdere studie 14. De kenmerken van de mannelijke USVs verschillen tussen B6 en BALB stammen 20. Zoals blijkt uit deze resultaten, kan de aantrekkelijkheid van USVs worden beoordeeld met het huidige protocol, waarin geluiden worden opgenomen van een live individu, akoestisch geanalyseerd, en afgespeeld met andere individuen.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
Dit werk werd ondersteund door een Grant-in-Steun voor JSPS Fellows AA; door Grants-in-Steun voor Wetenschappelijk Onderzoek inzake innovatieve gebieden voor JSPS Fellows (nr 4501 en nr 25132712) naar TK; en door een onderzoek subsidie van Azabu University. Figuur 2 is overgenomen uit Kihara, T., Harada, T., & Koshida, N. Wafer-compatibele fabricage en eigenschappen van nanokristallijne silicium thermisch geïnduceerde ultrasone emitters. In: sensoren en actuatoren A: Fysiek, volume 125, Elsevier, p. 426, (2006), met toestemming van Elsevier.
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).
