Une méthode de laboratoire pour mesurer le bâillement contagieux chez les rats

Summary

La méthode décrite ici vise à obtenir des courbes de contagion bâillement dans des paires de rats mâles familiers ou inconnus. Les cages avec des trous séparés par des cloisons claires ou opaques avec (ou sans) trous sont utilisées pour détecter si visuelle, olfactive, ou les deux types de signaux sensoriels peuvent stimuler la contagion bâillement.

Abstract

La communication est un aspect essentiel de la vie sociale animale. Les animaux peuvent s’influencer les uns les autres et se réunir dans les écoles, les troupeaux et les troupeaux. La communication est aussi la façon dont les sexes interagissent pendant la parade nuptiale et comment les rivaux règlent les différends sans se battre. Cependant, il y a quelques modèles comportementaux pour lesquels il est difficile de tester l’existence d’une fonction communicative, parce que plusieurs types de modalités sensorielles sont probablement impliqués. Par exemple, le bâillement contagieux est un acte communicatif chez les mammifères qui se produit potentiellement par la vue, l’ouïe, l’odorat, ou une combinaison de ces sens selon que les animaux sont familiers les uns aux autres. Par conséquent, pour tester des hypothèses sur le rôle communicatif possible de tels comportements, une méthode appropriée est nécessaire pour identifier les modalités sensorielles participantes.

La méthode proposée ici vise à obtenir des courbes de contagion bâillement pour les rats familiers et inconnus et d’évaluer la participation relative des modalités sensorielles visuelles et olfactives. La méthode utilise des matériaux peu coûteux, et avec quelques changements mineurs, il peut également être utilisé avec d’autres espèces de rongeurs tels que les souris. Dans l’ensemble, la méthode consiste à remplacer les séparateurs clairs (avec ou sans trous) par des séparateurs opaques (avec ou sans trous) qui permettent ou empêchent la communication entre les rats placés dans des cages adjacentes avec des trous dans les côtés adjacents. En conséquence, quatre conditions peuvent être testées : la communication olfactive, la communication visuelle, la communication visuelle et olfactive, et ni la communication visuelle ni olfactive. Comme l’interaction sociale se produit entre les rats, ces conditions d’essai simulent ce qui peut se produire dans un environnement naturel. À cet égard, la méthode proposée ici est plus efficace que les méthodes traditionnelles qui reposent sur des présentations vidéo dont la validité biologique peut soulever des préoccupations. Néanmoins, il ne fait pas de distinction entre le rôle potentiel de l’ouïe et les rôles de l’odorat et de la vision dans la contagion du bâillement.

Introduction

Traditionnellement, le comportement communicatif a été étudié à partir de deux points de vue. D’un point de vue, les éthologues observent et enregistrent le comportement des animaux dans des milieux naturels et tentent de reconnaître sa valeur adaptative¹. Le sens ou les sens particuliers en cause n’ont pas été l’intérêt principal de ces études. D’un autre point de vue, les physiologistes sont plus intéressés à démêler les mécanismes par lesquels les animaux communiquent¹; par conséquent, des études de laboratoire ont fourni des méthodes pour aborder le rôle que les modalités sensorielles jouent dans la communication^2,3. Ces deux perspectives sont en effet complémentaires, car la connaissance de la valeur adaptative et des mécanismes immédiats est nécessaire pour acquérir une compréhension complète des comportements communicatifs dans la vie sociale des animaux.

Le comportement de bâillement est une composante remarquable du répertoire comportemental dans plusieurs espèces de vertébrés⁴, allant des poissons aux primates⁵. Il peut être décrit comme une ouverture lente de la bouche et le maintien de sa position ouverte, suivie d’une fermeture plus rapide de la bouche⁵. La durée de la séquence dépend de l’espèce; par exemple, les primates bâillent plus longtemps que les espèces non primates⁶. Chez de nombreuses espèces, l’homme étant l’exception, les mâles ont tendance à bâiller plus fréquemment que les femelles⁷. Cette caractéristique pourrait étayer la fonction communicative possible du bâillement, bien que les modèles réguliers du bâillement et sa fréquence quotidienne puissent également suggérer une fonction physiologique. Chez les rats, le bâillement spontané suit un rythme circadien, avec des pics de haute fréquence se produisant le matin et l’après-midi^8,9.

Une caractéristique intéressante du comportement bâillant est qu’il peut être un acte contagieux (lorsque le stimulus de libération d’un comportement se trouve être un autre animal se comporter de la même manière¹⁰) dans plusieurs espèces de vertébrés^{11,12, 13,14,15,16}, y compris les oiseaux¹⁷ et les rongeurs¹⁸. En outre, des preuves récentes ont indiqué que le bâillement contagieux peut refléter un rôle communicatif, parce que le bâillement d’un rat peut affecter l’état physiologique d’un autre lorsqu’il est exposé à des indices olfactifs¹⁹. Cependant, si oui ou non le bâillement a un rôle communicatif est encore en débat^20,21, et l’analyse du bâillement contagieux est une première étape essentielle pour résoudre cette question.

D’autre part, le bâillement contagieux a été lié à la capacité d’un animal à sympathiser avec les perspectives d’autres animaux; par conséquent, les individus étroitement liés sont plus susceptibles de montrer la contagion⁴. Cette hypothèse a été fréquemment testée dans des conditions de laboratoire dans lesquelles les animaux sont présentés avec des stimuli bâillements sur la vidéo^12,13; par conséquent, la contagion ne peut se produire que par des indices visuels. D’autres enquêtes ont évalué la contagion du bâillement dans des conditions plus naturelles à l’aide de groupes d’animaux^14,15. Un problème majeur est que les animaux qui interagissent socialement réagissent souvent aux signaux et aux signaux d’échange qui sont transmis par des combinaisons de modalités sensorielles. Démêler les sens réels impliqués dans un comportement donné de leurs effets combinés n’est pas toujours une tâche facile. Typiquement, les chercheurs pharmacologiquement ou chirurgicalement entraver l’utilisation d’un animal d’un sens donné, puis déduire le rôle de ce sens dans le comportement pertinent^2,3,18,22. Heureusement, il existe d’autres méthodes dans lesquelles seules les barrières physiques sont utilisées pour permettre ou entraver la communication entre les animaux^23,24,25, réalisant ainsi une plus grande validité biologique.

La méthode proposée ici a été spécifiquement conçue pour étudier le bâillement contagieux chez les rats familiers et inconnus dans un cadre social. Selon l’hypothèse empathique, l’ancien groupe devrait être plus sensible au bâillement contagieux. La méthode n’exige pas que les animaux soient privés chirurgicalement ou pharmacologiquement de tout sens. Au lieu de cela, il fonctionne en plaçant les rats dans des cages adjacentes avec des trous et physiquement obstruer leur communication en utilisant des diviseurs clairs ou opaques avec ou sans trous. Ainsi, quatre conditions d’essai peuvent être examinées : (1) communication olfactive (OC, diviseur opaque perforé), (2) communication visuelle (VC, diviseur clair non perforé), (3) communication visuelle et olfactive (COV, diviseur clair perforé), et (4) ni communication visuelle ou olfactive (NVOC, diviseur opaque non perforé). Par conséquent, les chercheurs peuvent comparer les contributions relatives des indices olfactifs, visuels et, dans une certaine mesure, auditifs dans la contagion du bâillement. Cette approche n’est pas nouvelle, car des méthodes similaires ont été utilisées pour isoler les sens impliqués dans certains comportements communicatifs chez les animaux tels que les lézards²³ et les souris²⁶. En fait, Gallup et ses collègues²⁷ ont utilisé une méthode similaire pour démontrer le rôle des indices visuels dans le bâillement contagieux chez les budgerigars. Les principales caractéristiques de ces méthodes sont la simulation d’un contexte social et le stress minimal infligé aux animaux. En outre, l’utilisation d’animaux en interaction augmente la validité biologique des conclusions.

Il existe plusieurs façons de mesurer le bâillement contagieux^25,28. Dr Stephen E. G. Lea (communication personnelle, 2015) nous a aidés à adapter numériquement une méthode précédemment utilisée par les primatologues^13,14 pour une analyse plus précoce des données utilisées ici¹⁸. Présenté dans ce protocole est une version améliorée de cette méthode avec un plus large éventail d’applications. Il consiste à pondérer le nombre total de bâillements d’un rat, à l’intérieur et à l’extérieur d’une fenêtre de temps donnée, par la proportion de temps d’observation correspondant aux bâillements à l’intérieur et à l’extérieur de la fenêtre temporelle.

Par exemple, si l’on suppose que les rats A et B sont observés pendant 12 min, leur bâillement est enregistré à la minute la plus proche, et une fenêtre de temps de 3 minutes est fixée pour mesurer le bâillement contagieux. Ensuite, les séquences suivantes de bâillements pour chacun de ces rats sont considérées: rat A (0,0,0,0,0,0,0,0,2,1) et rat B (0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,3). Il est à noter que chaque nombre (0-3) correspond au nombre de bâillements marqués à chaque min. Pour le rat A, pendant les minutes 1, 10 et 11 (nombres en caractères gras), le rat B ne bâille pas dans les 3 minutes précédentes (la fenêtre de temps choisie) ou dans cette minute. Dans ces minutes, le rat A bâille un total de 2 fois. Par conséquent, le taux de bâillement du rat A sans aucun stimulus de bâillement (taux de bâillement non-post-bâillement) est 2/3 (c.-à-d., 0.67 bâillements/min). Dans les 9 minutes restantes, le rat B bâille au moins une fois dans la même minute ou les 3 minutes précédentes. Rat A bâille un total de quatre fois dans ces 9 min. Par conséquent, le taux de bâillement du rat A en réponse à un stimulus de bâillement (taux de bâillement post-bâillement) est de 4/9 (c.-à-d., 0,44 bâillement/min). L’application de la même procédure au rat B donne un taux de bâillement non-post-bâillement de 2/3 (c.-à-d., 0,66) et un taux de bâillement post-bâillement de 5/9 (0,55).

D’autre part, si le bâillement est enregistré à la décimale la plus proche d’une minute, la contagion bâillement entraînera un temps de bâillement ajusté. Par exemple, si les temps de bâillement suivants sont enregistrés sur une période d’observation de 12 min pour les rats A et B : rat A (2,3, 5,1, 5,8, 10,4, 10,8, 11,1) et rat B (1,2, 2,4, 4,5, 5,1, 11,2, 11,6, 11,8). Pour le rat A, les périodes pendant lesquelles le rat B ne bâille pas dans les 3 dernières minutes vont de 0 à 1,2 min et de 8,1 à 11,2 min (c.-à-d. 3,1 min), ce qui donne un total de 4,3 min de temps de non-bâillement. Le nombre de fois que le rat A bâille pendant ces périodes est de trois (nombres en caractères gras), de sorte que le taux de bâillement non-post-bâillement est de 3/4,3 (c.-à-d., 0,69), tandis que le taux de bâillement post-bâillement est de 3/7,7 (c.-à-d., 0,38; le dénominateur de 12-4,3 min). De même, pour le rat B, les périodes pendant lesquelles le rat A ne bâille pas dans les 3 dernières minutes vont de 0 à 2,3 min et de 8,8 à 10,4 min, ce qui donne un total de 3,9 min. Le nombre de fois que le rat B bâille au cours de ces périodes est un, de sorte que le taux de bâillement non-post-bâillement est de 1/3,9 (c.-à-d., 0,25). Par conséquent, le taux de bâillement post-bâillement est de 6/8,1 (c.-à-d., 0,74).

Bien qu’une correspondance quasi-contemporaine dans le comportement est un critère idéal pour démontrer la présence d’une contagion, des aspects tels que les contraintes sur ce qu’un individu s’occupe, le temps de réaction à un stimulus, la distribution du comportement au fil du temps (par exemple, bâillement peuvent se produire dans les épisodes), et le temps de s’acclimater au cadre expérimental donne lieu à des différences d’espèces, ce qui rend difficile l’utilisation d’une fenêtre temporelle unique. C’est peut-être la raison pour laquelle les chercheurs ont utilisé des fenêtres de temps qui varient de secondes⁵ à plusieurs minutes¹¹, ce qui crée des problèmes lors de la comparaison des résultats²⁸. Pour cette raison, il est proposé de répéter la procédure décrite ci-dessus pour une gamme de fenêtres de temps pour obtenir des courbes de contagion bâillement et de comparer les courbes de contagion bâillement entre les espèces.

Les courbes de contagion du bâillement équivalent peuvent être comparées en distribuant au hasard le nombre de bâillements observés pour chaque rat au cours de la période d’observation. Ainsi, la méthode proposée pour mesurer la contagion du bâillement offre deux types de contrôles : le taux de bâillement (1) se produisant en dehors de la fenêtre temporelle (temps de non-post-bâillement) et (2) la courbe artificielle de contagion du bâillement obtenue à partir de la distribution aléatoire du nombre de bâillements. Par conséquent, cette approche pour analyser la contagion bâillement est un pas en avant par rapport à d’autres procédures, telles que celles comparant le pourcentage ou la fréquence du bâillement dans une fenêtre de temps unique à celle qui se produit en dehors de cette fenêtre²⁵, sans tenir compte de la cadres de temps réels. La méthode est complétée par un programme R-basé²⁹ pour calculer commodément et objectivement la probabilité de bâillement contagieux pour une ou plusieurs fenêtres de temps.

Pour illustrer l’utilité de cette méthode et les avantages du programme basé sur la R, un ensemble de données provenant d’une étude publiée antérieurement¹⁸ est utilisé. L’état expérimental s’est composé de 144 rats mâles attribués à une condition familière ou peu familière. Les rats dans chaque condition expérimentale ont été subdivisés en quatre sous-groupes de neuf paires et exposés à l’une des quatre situations d’essai décrites ci-dessus. Les comportements bâillants des rats dans chaque condition expérimentale et situation d’essai ont été alors enregistrés sur une période de 60 min.

Protocol

Les protocoles expérimentaux et l’élevage ont été menés conformément aux directives institutionnelles. 1. Matériaux Trouvez une liste complète des matériaux utilisés pour mettre en œuvre la méthode dans la Table des Matériaux. Utilisez la figure 1 et demandez l’avis d’experts pour construire une table en forme de T inversée, des cages d’observation et des diviseurs de cages. Suivez les indications de sécurité pour l’utili…

Representative Results

Les rats ont été sélectionnés à partir d’une sous-ligne précédemment produite de rats Sprague-Dawley qui ont été sélectionnés pour le bâillement fréquent (environ 22 bâillements par heure31). Cependant, les neuf paires de rats mâles inconnus et neuf couples de rats mâles familiers (entre 2,5 et 3 mois) utilisés par situation d’essai bâillaient environ 12 fois par heure, en moyenne18. Par conséquent, les situations d’essai …

Discussion

Il y a des étapes critiques dans la méthode qui devraient être prises en compte pour obtenir des résultats réussis. Les rats familiers doivent partager les cages à la maison pendant au moins 1,5 mois après le séaudage et avant d’exécuter les expériences. Cependant, les rats inconnus doivent vivre dans des cages séparées. Dans les deux cas, les paires de rats doivent provenir de portées différentes, mais être aussi semblables que possible en âge. En ce qui concerne les cages d’observation, leurs trous devr…

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.