שיטה מעבדה למדוד מדבק מפהק בחולדות

Summary

השיטה המתוארת כאן שואפת להשיג עקומות הדבקה מפהק בזוגות של חולדות גבריות מוכרות או לא מוכרות. כלובים עם חורים המופרדים באמצעות מחיצות ברורות או אטומות עם (או ללא) חורים משמשים כדי לזהות אם חזותי, חוש הריח, או שני סוגי הרמזים הסנסוריים יכולים לעורר מדבקת פיהוק.

Abstract

תקשורת היא היבט חיוני של חיי חברה בעלי חיים. בעלי חיים יכולים להשפיע אחד על השני ולהתאחד בבתי ספר, להקות ועדרים. תקשורת היא גם דרך המינים אינטראקציה במהלך חיזור ואיך יריבים ליישב סכסוכים בלי להילחם. עם זאת, יש כמה דפוסי התנהגות שקשה לבחון את קיומו של הפעילות הכרוכה בתקשורת, משום שכמה סוגים של שיטות חישה מעורבות. לדוגמה, הפיהוק המדבק הוא מעשה תקשורת ביונקים שעלולים להתרחש באמצעות ראייה, שמיעה, ריח או שילוב של חושים אלה, בהתאם לשאלה אם החיות מוכרות זו לזה. לכן, כדי לבחון השערות על התפקיד האפשרי של התנהגויות כאלה, יש צורך בשיטה מתאימה כדי לזהות את השיטות התחושתיות המשתתפות.

השיטה המוצעת כאן מבקשת לקבל עקומות הדבקה מפהק לחולדות מוכרות ובלתי מוכרות ולהעריך את ההשתתפות היחסית של השיטות החושיות החזותיות והריח. השיטה משתמשת בחומרים זולים, ובשינויים משניים, ניתן להשתמש בה גם עם מינים אחרים של מכרסמים כגון עכברים. באופן כללי, השיטה כרוכה בהחלפת חוצצים ברורים (עם או בלי חורים) עם חוצצים אטומים (עם או בלי חורים) המאפשרים או למנוע תקשורת בין חולדות הנמצאות בכלובים סמוכים עם חורים בצדדים סמוכים. בהתאם, ניתן לבחון ארבעה תנאים: תקשורת הריח, תקשורת חזותית, הן תקשורת חזותית וריח, וגם תקשורת חזותית ולא ריח. כאשר האינטראקציה החברתית מתרחשת בין העכברושים, תנאי הבדיקה הללו מדמות מה שעלול להתרחש בסביבה טבעית. במובן זה, השיטה המוצעת כאן יעילה יותר מאשר שיטות מסורתיות המסתמכות על מצגות וידאו שתוקפם הביולוגי יכול לעורר חששות. עם זאת, הוא אינו מפלה בין התפקיד הפוטנציאלי של שמיעה ותפקידים של ריח וחזון בפיהוק מדבקת.

Introduction

באופן מסורתי, התנהגות התקשורת נחקרה משתי נקודות מבט. מנקודת מבט אחת, ethologists להתבונן ולתעד את ההתנהגות של בעלי חיים בהגדרות טבעיות ולנסות לזהות את הערך האדפטיבית שלה¹. התחושה המסוימת או החושים המעורבים לא היו האינטרס העיקרי של מחקרים אלה. מנקודת מבט אחרת, פיזיקולוגים מעוניינים יותר להתיר את המנגנונים שבהם בעלי החיים מתקשרים¹; מכאן, לימודי מעבדה סיפקו שיטות להתמודדות עם התפקיד שדפוסי החישה מנגנים בתקשורת^2,3. שתי הפרספקטיבות הללו אכן משלימות, משום שהידע הן על הערך הגמיש והן על מנגנונים מיידיים יש צורך להבין הבנה מקיפה של התנהגויות תקשורת בחיי החברה.

התנהגות מפהק היא מרכיב בולט ברפרטואר התנהגותי במספר מינים של בעלי חוליות⁴, החל מדגים לפרימטים⁵. ניתן לתאר אותה כפתיחה איטית של הפה והתחזוקה של העמדה הפתוחה שלה, ולאחריה סגירה מהירה יותר של הפה⁵. משך כל הרצף תלוי במין; לדוגמה, פרימטים מפהק למשך זמן רב יותר מאשר מינים שאינם פרימטים⁶. במינים רבים, כאשר בני האדם הם יוצאי דופן, הזכרים נוטים לפהק בתדירות גבוהה יותר מאשר נקבות⁷. תכונה זו עשויה להיות מתחת לפונקציית התקשורת האפשרית של הפיהוק, למרות שדפוסים רגילים של הפיהוק והתדר היומי שלה עשויים גם הם להציע פונקציה פיזיולוגית. בחולדות, הפיהוק הספונטני עוקב אחר קצב מעגלי, עם פסגות של תדר גבוה המתרחשים בבוקר ואחר הצהריים^8,9.

תכונה מעניינת אחת של התנהגות מפהק היא שזה יכול להיות מעשה מדבק (כאשר הגירוי שחרור של התנהגות במקרה היא חיה אחרת המתרחשת באותה הדרך¹⁰) בכמה מינים של בעלי חוליות^{11,12, 13,14,15,16}, כולל ציפורים¹⁷ ו מכרסמים¹⁸. יתר על כן, הראיות האחרונות הראו כי מפהק מדבקת עשוי לשקף תפקיד בתקשורת, כי הפיהוק של עכברוש אחד יכול להשפיע על המצב הפיזיולוגי של האחר כאשר נחשף הריח רמזים¹⁹. עם זאת, בין אם לפהק יש תפקיד מתקשר הוא עדיין תחת הדיון^20,21, וניתוח מפהק מדבקת הוא צעד ראשון חיוני כדי לפתור את הבעיה.

מצד שני, הפיהוק המדבק נקשר ליכולת של בעל חיים להזדהות עם הפרספקטיבות של בעלי חיים אחרים; מכאן, אנשים קרובים יותר סביר יותר להראות הזיהום⁴. השערה זו נבדקה לעתים קרובות במצבי מעבדה שבהם בעלי חיים מוצגים עם גירויים מפהק בוידאו^12,13; לכן, הזיהום יכול להתרחש רק באמצעות רמזים חזותיים. חקירות אחרות העריכו פיהוק מדבקת בתנאים טבעיים יותר באמצעות קבוצות של בעלי חיים^14,15. הבעיה העיקרית לכך היא שבעלי חיים בעלי אינטראקציה חברתית מגיבים לעתים קרובות לרמזים ולאותות החלפה המעבירים דרך שילובים של שיטות חישה. לשלול את החושים הממשיים המעורבים בהתנהגות נתונה מההשפעות המשולבות שלהם היא לא תמיד משימה קלה. בדרך כלל, חוקרים פרמקואובולוגית או בניתוח לעכב את השימוש של בעל חיים במובן נתון, ולאחר מכן להסיק את התפקיד של התחושה הזאת בהתנהגות הרלוונטית^2,3,18,22. למרבה המזל, ישנן שיטות נוספות בהן רק מחסומים פיזיים משמשים כדי לאפשר או לעכב את התקשורת בין בעלי חיים^23,24,25, ובכך להשיג תוקף ביולוגי גדול יותר.

השיטה המוצעת כאן תוכננה במיוחד כדי ללמוד מפהק מדבקת בחולדות מוכרות ולא מוכרות בסביבה חברתית. על פי ההשערה האמפטית, הקבוצה הקודמת צריכה להיות חשופה יותר לפיהוק מדבק. השיטה אינה דורשת מבעלי החיים להיות מונעים באופן כירורגי או תרופתי של כל החושים. במקום זה, זה עובד על ידי הצבת חולדות בכלובים סמוכים עם חורים ומפריעה פיזית התקשורת שלהם באמצעות חוצצים ברורים או אטומים עם או בלי חורים. כך, ארבעה מבחנים ניתן לבחון: (1) הריח תקשורת (OC, מחורר המפריד אטום), (2) תקשורת חזותית (VC, מפריד ברור לא מחורר), (3) תקשורת חזותית וריח (VOC, מחורר ברור מנוקב), ו (4) לא תקשורת חזותית ולא ריח (NVOC, מפריד אטום ללא מחורר). לכן, החוקרים יכולים להשוות את התרומה היחסית של חוש הריח, ויזואלית, ובמידה מסוימת, רמזים שמיעתי הדבקה מפהק. גישה זו אינה חדשה, כמו שיטות דומות שימשו כדי לבודד את החושים הכרוכים בתקשורת מסויימת בבעלי חיים כגון לטאות²³ ועכברים²⁶. למעשה, גאלופ ועמיתים²⁷ השתמשו בשיטה דומה כדי להדגים את התפקיד של רמזים חזותיים מדבקת מפהק ב budgerigars. התכונות העיקריות של שיטות אלה הן הדמיה של הקשר החברתי ואת הלחץ המינימלי שנגרם על החיות. יתרה מזאת, השימוש בבעלי חיים באינטראקציה מגביר את תוקפו הביולוגי של המסקנות.

ישנן מספר דרכים למדוד מדבק מפהק^25,28. ד ר סטפן א. ג. לאה (תקשורת אישית, 2015) עזר לנו להתאים מספרית שיטה שעבדה בעבר על ידי primatologists^13,14 עבור ניתוח מוקדם יותר של הנתונים המשמשים כאן¹⁸. המוצג בפרוטוקול זה הוא גרסה משופרת של שיטה זו עם מגוון רחב יותר של יישומים. הוא כולל שקלול את המספר הכולל של הצרחה של החולדה, בתוך ומחוץ לחלון זמן נתון, ביחס לזמן ההתבוננות המתאים לפיהוק בתוך ומחוץ לחלון הזמן.

לדוגמה, אם מניחים שחולדות A ו-B נצפו במשך 12 דקות, הפיהוק שלהם נרשם לדקה הקרובה ביותר, וחלון 3 דקות של זמן מוגדר למדוד מדבק מידבק. לאחר מכן, רצפי הפיהוק הבאים עבור כל אחד מאותם חולדות נחשבים: עכברוש A (0, 0, 0, 1, 0, 0, 2, 0, 0, 0, 2, 1) ו-B עכברוש (0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0,0, 0, 3). יש לציין כי כל מספר (0-3) מקביל למספר הפיהוק הבקיע בכל דקה. עבור עכברוש A, במהלך הדקות 1, 10, ו -11 (מספרים באותיות מודגשות), עכברוש B אינו מפהק בתוך 3 דקות לפני (חלון הזמן שנבחר) או בתוך אותו דקה. . בדקות האלה, עכברוש. מפהק לגמרי 2 פעמים לכן, שיעור פיהוק של עכברוש ללא גירוי מפהק (שיעור הפיהוק לא לאחר הפיהוק) הוא 2/3 (כלומר, 0.67 פיאנס/מינימום). ב 9 דקות הנותרות, עכברוש B מפהק לפחות פעם אחת באותה דקה או 3 הדקות הקודמות. חולדה-הצרחה הכוללת ארבע פעמים ב -9 הדקות הללו. לכן, שיעור הפיהוק של חולדה A בתגובה גירוי מפהק (שיעור הפיהוק לאחר הפיהוק) הוא 4/9 (כלומר, 0.44 פיאנס/דקות). היישום של אותו הליך כדי עכברוש B תשואות שיעור שאינו לאחר הפיהוק מפהק של 2/3 (כלומר, 0.66) ושיעור הפיהוק לאחר הפיהוק של 5/9 (0.55).

מצד שני, אם מפהק נרשם לנקודה העשרונית הקרובה ביותר של דקה, הדבקת הפיהוק תגרום לזמן מותאם לאחר הפיהוק. לדוגמה, אם שעות הפיהוק הבאות נרשמות לאורך 12 דקות של תצפית על חולדות A ו-B: עכברוש A (2.3, 5.1, 5.8, 10.4, 10.8, 11.1) ו-rat B (1.2, 2.4, 4.5, 5.1, 11.2, 11.6, 11.8). עבור עכברוש A, תקופות הזמן שבהן עכברוש B לא מפהק בתוך העבר 3 דקות טווח מ -0 עד 1.2 דקות ו מ 8.1 ל 11.2 דקות (כלומר, 3.1 דקות), אשר מניב סך של כ-4.3 מינימום של זמן שאינו לאחר הפיהוק. מספר הפעמים שעכברוש מפהק בתקופה הזאת הוא שלושה (מספרים באותיות מודגשות), כך שיעור הפיהוק שאינו לאחר הפיהוק הוא 3/4.3 (כלומר, 0.69), ואילו שיעור הפיהוק לאחר הפיהוק הוא 3/7.7 (כלומר, 0.38; המכנה מ-12-4.3 דקות). באופן דומה, עבור עכברוש B, תקופות הזמן שבהן עכברוש A לא מפהק בתוך העבר 3 דקות טווח מ -0 עד 2.3 דקות ו מ 8.8 ל 10.4 min, אשר מניב סך של 3.9 min. מספר פעמים עכברוש B מפהק בתוך תקופות אלה הוא אחד, כך שיעור הפיהוק שאינו לאחר הפיהוק הוא 1/3.9 (כלומר, 0.25). לפיכך, שיעור הפיהוק לאחר הפיהוק הוא 6/8.1 (כלומר, 0.74).

בעוד התאמה כמעט ההסכמה בהתנהגות הוא קריטריון אידיאלי כדי להדגים את הנוכחות של המצאות, היבטים כגון האילוצים על מה אדם משתתף, זמן התגובה גירוי, התפלגות ההתנהגות לאורך זמן (למשל, מפהק עלול להתרחש בפרקים), והזמן להפוך את ההגדרה הניסיונית כל להצמיח הבדלים המינים, מה שמקשה על השימוש בחלון זמן ייחודי. זו עשויה להיות הסיבה מדוע החוקרים השתמשו בחלונות זמן שמשתנים בין שניות⁵ למספר דקות¹¹, אשר יוצר בעיות בעת השוואת תוצאות²⁸. בגלל זה, הוא מוצע לחזור על ההליך המתואר לעיל עבור מגוון של חלונות זמן לקבל עקומות הדבקה מפהק ולהשוות את העקומות הדבקה הפיהוק בין המינים.

עקומות הדבקה מקבילה של פיהוק ניתן להשוות על ידי הפצת באופן אקראי את מספר הפימות שנצפו עבור כל חולדה על פני תקופת התצפית. כך, השיטה המוצעת כדי למדוד הדבקה פיהוק מציעה שני סוגים של פקדים: שיעור הפיהוק (1) המתרחשים מחוץ לחלון הזמן (זמן שאינו לאחר הפיהוק) ו (2) עקומת מלאכותי הדבקה השיגה מתוך התפלגות אקראית של מספר הצרחה. לפיכך, גישה זו לניתוח הדבקה מפהק היא צעד קדימה מהליכים אחרים, כגון אלה המשווה בין אחוז או תדירות הפיהוק בתוך חלון זמן בודד שמתרחש מחוץ לחלון זה²⁵, מבלי לקחת בחשבון את ה מסגרות לפעמים בפועל. השיטה משלימה תוכנית מבוססת R²⁹ כדי לחשב בנוחות ובאופן אובייקטיבי את ההסתברות לפיהוק מדבק עבור חלון זמן אחד או יותר.

כדי להמחיש את השימושיות של שיטה זו והיתרונות של התוכנית מבוססת R, ערכת נתונים ממחקר שפורסם בעבר¹⁸ משמש. המצב הניסיוני כללה 144 עכברים זכרים שהוקצו למצב מוכר או לא מוכר. החולדות בכל מצב ניסיוני היו מחולקת לארבע קבוצות של תשעה זוגות ונחשפו לכל אחד מארבעת מצבי המבחן שתוארו לעיל. התנהגויות מפהק של החולדות בכל מצב ניסיוני ומצב בדיקה נרשמו לאחר מכן על פני תקופה של 60 דקות.

Protocol

הפרוטוקולים הניסיוניים והגידול בבעלי חיים נערכו בהתאם להנחיות המוסדיים. 1. חומרים מצא רשימה מלאה של החומרים המשמשים למימוש השיטה בטבלת החומרים. השתמש באיור 1 וחפש ייעוץ מומחה לבניית שולחן הפוך בצורת T, כלובי תצפית וחוצצים בכלוב. בצע את אינדיקצ?…

Representative Results

העכברושים נבחרו משושלת משנה שנוצרה בעבר משני עכברי הג-דאולי שנבחרו לפיהוק תדיר (כ -22 פינקרים לשעה31). עם זאת, תשעה זוגות של מוכר ותשעה זוגות של חולדות גברים מוכרות (בין 2.5 ו-3 חודשים של גיל) השתמשו בכל מצב מבחן פיהק כ 12 פעמים בשעה, בממוצע18. לכן, מצבי הב?…

Discussion

ישנם שלבים קריטיים בשיטה שיש לקחת בחשבון כדי להשיג תוצאות מוצלחות. חולדות מוכרות חייב לחלוק בכלובים בבית לפחות 1.5 חודשים לאחר הגמילה ולפני הפעלת ניסויים. עם זאת, חולדות לא מוכרות חייבות לחיות בכלובים ביתיים נפרדים. בשני המקרים, זוגות העכברושים חייבים לבוא מתוך מטות שונות, אך להיות דומים ככ…

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.