Лабораторный метод измерения заразного зева в крысах

Summary

Описанный здесь метод направлен на получение кривых зеваций в парах знакомых или незнакомых самцов крыс. Клетки с отверстиями, разделенными либо четкими или непрозрачными перегородками с (или без) отверстия используются для обнаружения того, визуальные, обонятельные, или оба типа сенсорных сигналов могут стимулировать заразу зевоты.

Abstract

Общение является важным аспектом социальной жизни животных. Звери могут влиять друг на друга и собираются вместе в школах, стаях и стадах. Общение также способ половых взаимодействий во время ухаживания и как соперники урегулировать споры без борьбы. Тем не менее, есть некоторые поведенческие модели, для которых трудно проверить существование функции коммуникативной связи, потому что несколько типов сенсорных методов, вероятно, участвуют. Например, заразное зевая является коммуникационным актом у млекопитающих, который потенциально происходит через зрение, слух, запах, или сочетание этих чувств в зависимости от того, животные знакомы друг с другом. Поэтому для проверки гипотез о возможной коммуникативной роли такого поведения необходим подходящий метод для определения участвующих сенсорных условий.

Предложенный здесь метод направлен на получение кривых зеваций для знакомых и незнакомых крыс и оценку относительного участия визуальных и обонятельных сенсорных методов. Метод использует недорогие материалы, и с некоторыми незначительными изменениями, он также может быть использован с другими видами грызунов, таких как мыши. В целом, метод предполагает замену четких разделителей (с или без отверстий) непрозрачными разделителями (с отверстиями или без них), которые либо позволяют, либо препятствуют общению между крысами, помещенными в соседние клетки с отверстиями в соседних сторонах. Соответственно, можно протестировать четыре условия: обонятельная коммуникация, визуальная коммуникация, как зрительная, так и обонятельная коммуникация, и ни зрительная, ни обонятельная коммуникация. Как социальное взаимодействие происходит между крысами, эти условия испытаний моделируют то, что может произойти в естественной среде. В этой связи предлагаемый здесь метод более эффективен, чем традиционные методы, которые опираются на видеопрезентации, биологическая достоверность которых может вызывать озабоченность. Тем не менее, он не делает различий между потенциальной ролью слуха и ролью запаха и зрения в зевать заразу.

Introduction

Традиционно, коммуникативное поведение было изучено с двух точек зрения. С одной стороны, этиологи наблюдают и фиксируют поведение животных вестественных условиях и пытаются распознать его адаптивное значение 1. Особое чувство или чувства участие не были основным интересом этих исследований. С другой стороны, физиологи больше заинтересованы в распутывании механизмов, с помощью которых животные общаются^1; следовательно, лабораторные исследования предоставили методы для решения роли, которую сенсорные методы играют в связи^2,3. Эти две точки зрения действительно взаимодополняют друг друга, поскольку знание как адаптивной ценности, так и непосредственных механизмов необходимо для получения всестороннего понимания коммуникативного поведения в социальной жизни животных.

Зевая поведение является заметным компонентом поведенческого репертуара в нескольких видов позвоночных⁴, начиная от рыбы до приматов⁵. Его можно охарактеризовать как медленное открытие рта и поддержание его открытогоположения, за которым следует более быстрое закрытие рта 5. Продолжительность всей последовательности зависит от вида; например, приматы зевают дольше, чемнеприматные виды 6. Во многих видах, с людьми, являясь исключением, мужчины, как правило, зевают чаще, чем женщины⁷. Эта функция может лежать в основе возможной коммуникативной функции зевая, хотя регулярные модели зевая и его ежедневная частота может также предложить физиологическую функцию. У крыс спонтанное зевая следует циркадный ритм, с пиками высокой частоты, происходящими утром и днем^8,9.

Одна интересная особенность зевая поведение является то, что это может быть заразным актом (когда освобождение стимул поведения случается быть другое животное ведет себя таким же образом¹⁰) в нескольких видов позвоночных^{11,12, 13,14,15,16}, в том числе птиц¹⁷ и грызунов¹⁸. Кроме того, последние данные показали, что заразное зевая может отражать коммуникативную роль, потому что зевая одной крысы может повлиять на физиологическое состояние другого при воздействии обонятельных сигналов¹⁹. Однако, является ли или не зевая имеет коммуникальную роль по-прежнему обсуждается^20,21, и анализ заразных зевая является важным первым шагом для решения этого вопроса.

С другой стороны, заразное зевая было связано со способностью животного сопереживать взглядам других животных; следовательно, тесно связанные лица, скорее всего, чтобы показать заразу⁴. Эта гипотеза часто тестировалась в лабораторных условиях, в которых животные представлены с зевотой стимулы на видео^12,13; следовательно, заражение может произойти только через визуальные сигналы. Другие исследования оценили зевоту инфекции в более естественных условиях с использованием групп животных^14,15. Основная проблема заключается в том, что социально взаимодействующие животные часто реагируют на сигналы и обмениваются сигналами, которые передаются через комбинации сенсорных способов. Разъяснение фактических чувств, участвующих в данном поведении от их комбинированных эффектов не всегда является легкой задачей. Как правило, исследователи фармакологически или хирургически препятствуют использованию животным того или иногочувства, а затем делают вывод о роли этого чувства в соответствующем поведении 2,^3,18,22. К счастью, есть и другие методы, в которых только физические барьеры используются либо позволяют или препятствуют общению между животными^23,24,25, тем самым достигнув большей биологической достоверности.

Предложенный здесь метод был специально разработан для изучения заразной зевая у знакомых и незнакомых крыс в социальной обстановке. Согласно эмпатической гипотезе, бывшая группа должна быть более восприимчива к заразному зевну. Метод не требует, чтобы животные были хирургически или фармакологически лишены каких-либо чувств. Вместо этого, он работает путем размещения крыс в соседних клетках с отверстиями и физически препятствуя их связи с помощью либо четкие или непрозрачные разделители с или без отверстий. Таким образом, можно изучить четыре тестовых условия: (1) обонятельная коммуникация (OC, перфорированный непрозрачный разделитель), (2) визуальная коммуникация (VC, неперфорированный прозрачный разделитель), (3) зрительная и обонятельная связь (VOC, перфорированный четкий разделитель) и (4) ни визуальной или обонятельной связи (NVOC, неперфорированный непрозрачный разделитель). Таким образом, исследователи могут сравнить относительный вклад обонятельных, визуальных и в некоторой степени, слуховые сигналы в зевоту инфекции. Этот подход не является новым, так как аналогичные методы были использованы для изоляции чувств, участвующих в некоторых коммуникативного поведения у животных, таких как ящерицы²³ и мышей²⁶. В самом деле, Gallup и коллеги²⁷ использовали аналогичный метод, чтобы продемонстрировать роль визуальных сигналов в заразной зевая в budgerigars. Основными особенностями этих методов являются моделирование социального контекста и минимального стресса, нанесенного животным. Кроме того, использование взаимодействующих животных повышает биологическую обоснованность выводов.

Есть несколько способов измерения заразной зевая^25,28. Д-р Стивен Е. Г. Леа (личное общение, 2015) помог нам численно адаптировать метод, ранее используемый приматологами^13,14 для более раннего анализа данных, используемых здесь¹⁸. Представленный в этом протоколе расширенный вариант этого метода с более широким спектром приложений. Она состоит из взвешивания общего числа зевков крысы, внутри и за пределами данного временного окна, по доле времени наблюдения, соответствующей зевая внутри и за пределами временного окна.

Например, если предполагается, что крысы А и В наблюдаются в течение 12 мин, их зевая записывается до ближайшей минуты, и 3 мин время окна установлен для измерения заразной зевая. Далее рассматриваются следующие последовательности зевок для каждой из этих крыс: крыса А (0,0,0,0,0,0,2,0,0,0,0,2,1) и крыса B (0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,3). Следует отметить, что каждое число (0-3) соответствует количеству зевок, забитых на каждом минуте. Для крысы А, в течение минут 1, 10 и 11 (числа жирным шрифтом), крыса B не зевает в течение предыдущих 3 минут (выбранное время) или в течение этой минуты. В эти минуты, крыса зевает в общей сложности 2 раза. Таким образом, скорость зевоты крысы без каких-либо зевать стимул (не-пост-зевок зевать скорость) составляет 2/3 (т.е., 0,67 зевает / мин). В оставшиеся 9 мин, крыса B зевает по крайней мере один раз в той же минуте или 3 предыдущих минут. Крыса зевает в общей сложности четыре раза в эти 9 мин. Таким образом, скорость зевоты крысы в ответ на зевоту стимула (пост-зевок зевать скорость) составляет 4/9 (т.е., 0,44 зевает / мин). Применение той же процедуры к крысе B дает не-пост-зевок скорость 2/3 (т.е., 0,66) и после зевоты скорость 5/9 (0,55).

С другой стороны, если зевая записывается до ближайшего десятичной минуты, зевать зараза приведет к скорректированной пост-зевая времени. Например, если в течение 12 мин период наблюдения за крысами А и В регистрируются следующие случаи зевоты: крысы А (2,3, 5,1, 5,8, 10,4, 10,8, 11,1)и крысы В (1,2, 2,4, 4,5, 5,1, 11,2, 11,6, 11,8). Для крысы А, периоды времени, в течение которых крыса B не зевает в течение последних 3 мин, варьируются от 0 до 1,2 мин и от 8,1 до 11,2 мин (т.е. 3,1 мин), что дает в общей сложности 4,3 мин не-пост-зевав времени. Количество раз, что крыса зевает в те времена составляет три (числа жирным шрифтом), так что не-пост-зевок зевать ставка 3/4.3 (т.е., 0,69), в то время как после зевоты зевать ставка 3/7.7 (т.е., 0.38; деноминация от 12-4.3 мин). Аналогичным образом, для крысb B, периоды времени, в течение которых крыса не зевать в течение последних 3 мин варьируются от 0 до 2,3 мин и от 8,8 до 10,4 мин, что дает в общей сложности 3,9 мин. Количество раз крысы B зевает в течение этих периодов является одним, так что не-пост-зевок зевать ставка 1/3.9 (т.е., 0,25). Соответственно, скорость зевоты после зевоты составляет 6/8,1 (т.е. 0,74).

В то время как почти современный матч в поведении является идеальным критерием, чтобы продемонстрировать наличие инфекции, такие аспекты, как ограничения на то, что человек посещает, время реакции на стимул, распределение поведения с течением времени (например, зевая может произойти в эпизодах), и время, чтобы акклиматизироваться к экспериментальной настройки все приводят к различиям видов, что затрудняет использование уникального временного окна. Это может быть причиной, почему исследователи использовали временные окна, которые варьируются от секунд⁵ до нескольких минут¹¹, что создает проблемы при сравнении результатов²⁸. В связи с этим предлагается повторить описанную выше процедуру для различных временных окон для получения кривых зевать заразы и сравнить кривые заразы зевоты между видами.

Эквивалентные кривые заразы зевоты можно сравнить путем случайного распределения количества зевок, наблюдаемых для каждой крысы в течение периода наблюдения. Таким образом, предлагаемый метод измерения заразы зевоты предлагает два типа элементов управления: (1) скорость зевоты, возникающая вне временного окна (не после зевоты) и (2) кривая искусственного зевоты, полученная из случайного распределения числа зевоков. Таким образом, этот подход к анализу зевоты инфекции является шагом вперед от других процедур, таких, как сравнение процента или частоты зевая в течение одного временного окна, что происходит за пределами этого окна²⁵, без учета фактические кадры раз. Метод дополняется R-программой²⁹ для удобного и объективного расчета вероятности заразного зевания на один или несколько временных окон.

Чтобы проиллюстрировать полезность этого метода и преимущества программы на основе R, используется набор данных из ранее опубликованного исследования^18. Экспериментальное состояние состояло из 144 крыс-самцов, выделенных либо в знакомое, либо в незнакомом состоянии. Крысы в каждом экспериментальном состоянии были подразделены на четыре подгруппы по девять пар и подверглись воздействию любой из четырех описанных выше ситуаций тестирования. Зевая поведения крыс в каждом экспериментальном состоянии и испытания ситуации были затем записаны в течение 60 минут.

Protocol

Экспериментальные протоколы и животноводство проводились в соответствии с институциональными руководящими принципами. 1. Материалы Найдите полный список материалов, используемых для реализации метода, в таблицематериалов. Используйте рисуно…

Representative Results

Крысы были отобраны из ранее произведенной подлинии Крыс Ыпраг-Доули, которые были выбраны для частого зевая (примерно 22 зевает в час31). Тем не менее, девять пар незнакомых и девять пар знакомых крыс мужского пола (между 2,5 и 3 месяцев) используется в тестово?…

Discussion

Есть критические шаги в методе, которые должны быть приняты во внимание для получения успешных результатов. Знакомые крысы должны делить домашние клетки, по крайней мере 1,5 месяца после отлохоты и перед запуском экспериментов. Однако незнакомые крысы должны жить в отдельных домашних к?…

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.