Operant konditionering opgave at måle sang præference i Zebra finker
Summary
Vi beskriver en teknik til at evaluere sang præference i zebrafinker. Kvinder er placeret i en to-kammer ed bur og sang præference måles ved antallet af gange hun udløser afspilning af en sang ved landing på en aborre inden for et kammer, sammenlignet med udløsning af en anden sang i det andet kammer. Aborre landinger tælles ved hjælp af infrarøde sensorer.
Abstract
En operant conditioning paradigme bruges til at teste sang præference af kvindelige zebrafinker. Finker anbringes i et to-kammer-bur med en forbindende åbning og angiver deres præference for en sang ved at lande på en aborre inden for hvert kammer. Ved at afbryde den infrarøde stråle fra en fotoelektrisk sensor over hver aborre, aktiverer fuglen afspilningen af en sang gennem en højttaler placeret på hver side af buret. Frit tilgængelig software bruges til at udløse sangen afspilning fra hver aborre. For at bestemme sang præference for hvert dyr, hendes kammer præference først identificeres ved at udløse ingen sang afspilning, når hun lander på hver aborre. Dette kammer præference er derefter sammenlignet med hendes sang præference. Der er angivet en minimums aktivitets tærskel for at sikre, at præferencen er reel. Ved hjælp af denne metode, viser vi, at parret hunner foretrækker sangen af deres partner. Denne metode blev brugt til at forstå bidraget af dopamin til dannelse og vedligeholdelse af sang præference.
Introduction
Et af de grundlæggende spørgsmål i biologi er, hvordan dyr danner affiliative obligationer. I særdeleshed, hvad er de neurale mekanismer, hvormed disse obligationer er lavet, og er disse grundlæggende mekanismer bevares på tværs af hvirveldyr arter? Prærie vole har givet spor til nogle af de neurotransmittersystemer, der er vigtige for pair-Bond dannelse1,2,3. Især, dopamin handler gennem receptorer i Nucleus akkumulbens kan inducere partner præference i både mandlige og kvindelige mosegrise4,5. Det er uklart, om de generelle principper, der ligger til grund for partner præference dannelse og-vedligeholdelse, er evolutionært bevaret.
Monogamy er mere almindelig i fugle end i pattedyr6. Derfor er at sammenligne mekanismer for affiliativ adfærd i fugle til andre arter er afgørende for forståelsen bevaret neurale fundamenter7,8,9. I almindelighed, på tværs af mange arter af sangfugle, mandlige sang menes at tjene som en ærlig indikator for mandlige fitness10,11. Mandlige Zebra Finch sangfugle synge for at tiltrække kammerater og påvirke dannelsen af monogame par12,13. Således kan sangen bruges til at bestemme partner præference i disse fugle.
De mekanismer, som hunnerne danner en præference for deres Partners sang er ukendt. Mesotocin, den aviær homolog af oxytocin, synes at spille en rolle i pair-Bond dannelse i finker14,15. Desuden, dopamin har også vist sig at spille en rolle i pair-Bond dannelse9,16,17,18. For eksempel, dopamin niveauer er højere i Nucleus akkumulbens af parret versus ikke-parret finker9.
For at studere rollen af neurotransmittersystemer på pair-Bond dannelse og vedligeholdelse, vi målte sang præference ved hjælp af en operant test paradigme udstyret med infrarøde sensorer til at udløse Song Afspilninger19. Forholdet mellem Song Afspilninger identificerede kvindens præference for en mandlig sang. Inden den opererende konditionerings opgave blev hver kvinde isoleret i op til 48 timer i et afskærmet rum-kammer med sin partner for “parrede hunner” eller med en ukendt mand, for “ikke-parrede hunner”. For at teste effekten af dopamin på sang præference, uparret hunner blev behandlet to gange med en D2R Dopaminagonist mens isoleret med den ukendte mandlige. Denne adfærdsmæssige paradigme er baseret på tidligere undersøgelser19,20 og er modtagelig for forskning af bachelor studerende.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi beskriver en metode til at teste sang præference af zebrafinker. Vi brugte denne analyse til at teste præference for en parret kvinde for hendes Partners sang. Desuden blev analysen brugt til at teste effekten af dopamin på induktion af sang præference hos naive kvinder. Denne metode er relativt billig og blev designet og brugt af bachelor studerende, hvilket gør det til et fremragende træningsværktøj for studerende. Flere andre undersøgelser har testet sang præference i flere sang arter, hvilket gør denne …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Petra Grutzik for opførelsen af den adfærdsmæssige bur, Dr. Thomas Borowski for at hjælpe med at designe eksperimentet, og Dr. Stephanie White for hendes gavmilde støtte. Finansiering fra et HHMI bachelor sommer forsknings legat (HHMI #30052007536 til D.S. og L. H).
Materials
| (-)-Quinpirole | sigmaaldrich | Q102 | |
| acoustic foam | Coulbourn Instruments, Allentown, PA | H10-24A | |
| audio amplifier – 2 channel | Amazon | Pyle PCAU46A | any small audio amplifier should work |
| Banner Engineering Q08 Series, emitter. SO60-Q08 | https://www.alliedelec.com | Stock #:70659809 | photoelectric sensor |
| Banner Engineering Q08 series, receiver. EO60-Q08-AN6X | https://www.alliedelec.com | Stock #:70699384 | photoelectric sensor |
| Car stereo speakers | Amazon | Pioneer TS – F1643R | |
| Digital I/O card | National Instruments | PCI-6503 or USB-6501 | |
| LED lights – under-counter | Amazon | ||
| multifunctional ribbon cable | National Instruments | 180524-20 | |
| sound pressure level meter | Amazon | ||
| terminal block | National Instruments | 777101-1 |
References
- McGraw, L. A., Young, L. J. The prairie vole: an emerging model organism for understanding the social brain. Trends in Neuroscience. 33 (2), 103-109 (2010).
- Young, K. A., Gobrogge, K. L., Liu, Y., Wang, Z. The neurobiology of pair bonding: Insights from a socially monogamous rodent. Frontiers in Neuroendocrinology. 32 (1), 53-69 (2011).
- Young, L. J., Wang, Z. The neurobiology of pair bonding. Nature Neuroscience. 7 (10), 1048-1054 (2004).
- Aragona, B. J., Liu, Y., Curtis, J. T., Stephan, F. K., Wang, Z. A critical role for nucleus accumbens dopamine in partner-preference formation in male prairie voles. Journal of Neuroscience. 23 (8), 3483-3490 (2003).
- Lippert, R. N., et al. Time-dependent assessment of stimulus-evoked regional dopamine release. Nature Communications. 10 (1), 336 (2019).
- Lack, D. L. . Ecological adaptations for breeding in birds. , (1968).
- O’Connell, L. A., Hofmann, H. A. The vertebrate mesolimbic reward system and social behavior network: a comparative synthesis. Journal of Comparative Neurology. 519 (18), 3599-3639 (2011).
- O’Connell, L. A., Hofmann, H. A. Genes, hormones, and circuits: an integrative approach to study the evolution of social behavior. Frontiers in Neuroendocrinology. 32 (3), 320-335 (2011).
- Banerjee, S. B., Dias, B. G., Crews, D., Adkins-Regan, E. Newly paired zebra finches have higher dopamine levels and immediate early gene Fos expression in dopaminergic neurons. European Journal of Neuroscience. 38 (12), 3731-3739 (2013).
- Gil, D., Gahr, M. The honesty of bird song: multiple constraints for multiple traits. Trends in Ecology & Evolution. 17 (3), 133-141 (2002).
- Tomaszycki, M. L., Adkins-Regan, E. Experimental alteration of male song quality and output affects female mate choice and pair bond formation in zebra finches. Animal Behaviour. 70 (4), 785-794 (2005).
- Woodgate, J. L., Mariette, M. M., Bennett, A. T. D., Griffith, S. C., Buchanan, K. L. Male song structure predicts reproductive success in a wild zebra finch population. Animal Behaviour. 83 (3), 773-781 (2012).
- Zann, R. Reproduction in a Zebra Finch Colony in South-eastern Australia: the Significance of Monogamy, Precocial Breeding and Multiple Broods in a Highly Mobile Species. Emu. 94 (4), 285-299 (1994).
- Klatt, J. D., Goodson, J. L. Oxytocin-like receptors mediate pair bonding in a socially monogamous songbird. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 280 (1750), 20122396 (2013).
- Pedersen, A., Tomaszycki, M. L. Oxytocin antagonist treatments alter the formation of pair relationships in zebra finches of both sexes. Hormones and Behavior. 62 (2), 113-119 (2012).
- Adkins-Regan, E. Neuroendocrinology of social behavior. Ilar Journal. 50 (1), 5-14 (2009).
- Goodson, J. L., Kabelik, D., Kelly, A. M., Rinaldi, J., Klatt, J. D. Midbrain dopamine neurons reflect affiliation phenotypes in finches and are tightly coupled to courtship. Proceedings of the National Academy of Sciences the United States of America. 106 (21), 8737-8742 (2009).
- Iwasaki, M., Poulsen, T. M., Oka, K., Hessler, N. A. Sexually dimorphic activation of dopaminergic areas depends on affiliation during courtship and pair formation. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8 (210), (2014).
- Gess, A., Schneider, D. M., Vyas, A., Woolley, S. M. Automated auditory recognition training and testing. Animal Behavior. 82 (2), 285-293 (2011).
- Woolley, S. C., Doupe, A. J. Social context-induced song variation affects female behavior and gene expression. PLoS Biology. 6 (3), 62 (2008).
- Day, N. F., et al. D2 dopamine receptor activation induces female preference for male song in the monogamous zebra finch. Journal of Experimental Biology. 222, (2019).
- Hahn, A. H., et al. Discrimination of male black-capped chickadee songs: relationship between acoustic preference and performance accuracy. Animal Behaviour. 126, 107-121 (2017).
- Leitão, A., ten Cate, C., Riebel, K. Within-song complexity in a songbird is meaningful to both male and female receivers. Animal Behaviour. 71 (6), 1289-1296 (2006).
- Day, N. F., Hobbs, T. G., Heston, J. B., White, S. A. Beyond Critical Period Learning: Striatal FoxP2 Affects the Active Maintenance of Learned Vocalizations in Adulthood. eNeuro. 6 (2), (2019).
- Chen, Y., Clark, O., Woolley, S. C. Courtship song preferences in female zebra finches are shaped by developmental auditory experience. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 284 (1855), 20170054 (2017).
- Heston, J. B., White, S. A. Behavior-linked FoxP2 regulation enables zebra finch vocal learning. Journal of Neuroscience. 35 (7), 2885-2894 (2015).
- Adkins-Regan, E., Tomaszycki, M. Monogamy on the fast track. Biological Letters. 3 (6), 617-619 (2007).
- Young, R. L., et al. Conserved transcriptomic profiles underpin monogamy across vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2019).
