El uso de la manipulación farmacológica y de alta precisión de radio telemetría para estudiar la cognición espacial en animales criados en libertad
Summary
En este trabajo se describe un nuevo protocolo que combina la manipulación farmacológica de la memoria y de radio telemetría para documentar y cuantificar el papel de la cognición en la navegación.
Abstract
la capacidad del animal para percibir y aprender sobre su medio ambiente juega un papel clave en muchos procesos de comportamiento, incluyendo la navegación, la migración, la dispersión y la búsqueda de alimento. Sin embargo, la comprensión del papel de la cognición en el desarrollo de estrategias de navegación y los mecanismos subyacentes a estas estrategias está limitada por las dificultades metodológicas implicadas en la supervisión, la manipulación de la cognición de, y el seguimiento de los animales salvajes. Este estudio describe un protocolo para abordar el papel de la cognición en la navegación que combina la manipulación farmacológica de la conducta con alta precisión de radio telemetría. El enfoque utiliza la escopolamina, un antagonista del receptor muscarínico de acetilcolina, para manipular las habilidades espaciales cognitivos. Los animales tratados permanecen bajo observación con alta frecuencia y alta resolución espacial a través de la triangulación a distancia. Este protocolo se aplicó dentro de una población de tortugas oriental pintado (Chrysemys picta) que ha habitadoestacionalmente fuentes de agua para efímeras ~ 100 años, que se mueven entre las fuentes lejanas utilizando preciso (± 3,5 m), complejo (es decir, no lineal con alta tortuosidad que atraviesan múltiples hábitats), y las rutas predecibles aprendido antes de los 4 años de edad. Este estudio mostró que los procesos utilizados por estas tortugas son consistentes con la formación de la memoria espacial y la memoria. En conjunto, estos resultados son consistentes con un papel de la cognición espacial en la navegación complejo y ponen de manifiesto la integración de técnicas ecológicas y farmacológicas en el estudio de la cognición y la navegación.
Introduction
Cognición (en adelante definido como "todos los procesos relacionados con la adquisición, almacenamiento y uso de la información del ambiente" 1) es central para una variedad de tareas complejas de navegación 2. Por ejemplo, las grúas de Sandhill (Grus canadensis) muestran una notable mejora en la precisión con la experiencia migratoria 3, y las especies de tortugas marinas impronta en sus playas natales como crías y regresan como adultos 4-6. Del mismo modo, la migración exitosa, la dispersión, y la bisagra de forrajeo en la capacidad del animal para recopilar información acerca de su entorno espacial 7,8. Algunos animales parecen aprender rutas de navegación en relación con las características del paisaje específicas 9 y pueden utilizar la cognición espacial cuando se mueve entre la anidación y las zonas de alimentación 10. Un trabajo reciente sobre tortugas pintada del este (Chrysemys picta) sugiere un período crítico en la navegación, donde la navegación exitosa de hábitat de tierras altas que los adultos depende de la juvenilo experiencia dentro de un estrecho rango de edad (<4 años de edad 11-13). Aunque en conjunto, estos estudios demuestran el progreso que se ha hecho en la comprensión del papel de la educación en la navegación 4-6, 14-16, los mecanismos que subyacen a este tipo de comportamientos y la función completa de la cognición en la navegación siguen siendo enigmática, sobre todo en los vertebrados 8, 17 , 18.
Las investigaciones de campo sobre el papel de la cognición en la navegación son raras 2, 8, 18, debido en gran parte a las dificultades metodológicas implicadas en el control, la manipulación y el seguimiento de los animales salvajes. Por ejemplo, las grandes escalas espaciales y temporales en los que muchos animales navegan a menudo impiden la investigación de ambos tipos de información que esos animales potencialmente aprenden y cómo se adquiere la información. Los experimentadores menudo se enfrentan a las dificultades logísticas de detección y localización de los animales cuando se monitorea el comportamiento sobre superficies tan grandes y marcos de tiempo, lo que limita el tipode los datos que pueden ser recogidos y las conclusiones que se pueden extraer. Aunque el uso de sistema de posicionamiento global montado animal (GPS) grabadoras puede mejorar la probabilidad de detección de los animales que van ampliamente, los datos espaciales recogidos por estos medios son generalmente de resolución muy gruesa y carecen de un componente de comportamiento detallada. En consecuencia, los datos que se pueden recoger en estas circunstancias tienen un valor limitado para el examen de sutil variación en el comportamiento entre los diferentes grupos o tratamientos experimentales. Del mismo modo, la manipulación directa y controlada de las conductas objetivo es a menudo prohibido por las escalas espaciales y temporales típicos de los comportamientos de navegación, así como por las limitaciones logísticas inherentes de los estudios de campo. Encontrando los animales en su hábitat natural, la captura y la manipulación de ellos, y luego recoger datos de comportamiento sin producir inadvertidamente comportamientos no esencial se principales retos de trabajar con los animales en el campo. Por lo tanto, el diseño de experimentos en free-van animales es a menudo limitado y la capacidad para llevar a cabo rigurosos, experimentos de campo controlados sobre el papel de la cognición en la navegación es limitado.
El presente estudio evita muchas de las dificultades anteriores de la investigación de la relación entre la cognición y la navegación en el campo mediante el uso de una combinación nueva de la manipulación farmacológica y seguimiento de alta resolución de los animales libremente naveguen en condiciones de campo. La escopolamina, un antagonista de los receptores muscarínicos de acetilcolina (mAChR), se ha demostrado que bloquear la formación de la memoria espacial y la memoria mediante el bloqueo de la actividad colinérgica en el cerebro de una variedad de taxones de vertebrados 18-24. La escopolamina puede ser utilizado con eficacia en animales criados en libertad en condiciones de campo 11, 18 y tiene un efecto marcado pero temporal (por ejemplo, 6 – 8 horas en los reptiles). Metilescopolamina, un antagonista de mAChR que no cruza la barrera sangre-cerebro-barrera 19 a 21, se puede utilizar para el control delos posibles efectos periféricos de escopolamina y para los aspectos no cognitivos de la conducta 11. Farmacología permite la manipulación precisa de la cognición por los receptores que afectan directamente, y de telemetría de radio de alta precisión permite la observación de los efectos resultantes sobre el comportamiento. Las mediciones realizadas a través de la triangulación a distancia tanto con alta resolución espacial (± 2,5 m) y la resolución temporal (15 min) permiten la documentación precisa y cuantificación del comportamiento animal en relación con la manipulación experimental de la cognición.
Este estudio se llevó a cabo 11 entre mayo y agosto de 2013 y de 2014 a Chesapeake Farms, un área de investigación manejo de vida silvestre 3.300 acres y la agricultura en Kent Co., MD, EE.UU. (39.194 ° N, 76.187 ° W). El protocolo consta de cinco pasos principales: (1) la captura y manejo de animales (2) la colocación de transmisores de radio (3) la preparación de los agentes farmacológicos (4) el seguimiento y la manipulación de los movimientos de animales, y (5) analizarla, los datos espaciales. El estudio descrito en este documento se centró en el oriente tortuga pintada (Chrysemys picta). Tortugas en la población focal se involucran en movimientos terrestres anuales en los que dejan sus estanques de inicio y desplácese a los hábitats acuáticos alternativos utilizando uno de los cuatro muy preciso (± 3,5 m), complejas y altamente predecibles rutas 11, 12. La manipulación farmacológica de los animales en este sistema se combina con alta resolución de radio telemetría arroja luz sobre el papel de la cognición en la navegación libremente animales salvajes.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo que aquí se presenta permite al experimentador para documentar y cuantificar el papel de la cognición en la navegación. La manipulación de la cognición en el campo ha demostrado ser difícil, ya que la mayoría de los enfoques dejan experimentadores no pueden saber qué aspectos específicos del comportamiento del animal están siendo manipulados. Sin embargo, el protocolo presentado aquí permite al experimentador para manipular con precisión y evaluar el papel de la cognición en la navegación de e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was funded by Washington College’s Provost’s Office, Middendorf Fund, Hodson Trust, and Franklin and Marshall’s Hackman Fund and College of Grants. We thank E. Counihan, S. Giordano, F. Rauh, and A. Roth for assistance in the field. We thank M. Conner, R. Fleegle, and D. Startt at Chesapeake Farms, and Chino Farms for permission and access. The Washington College GIS Program helped with the preparation of maps.
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. |
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