קביעת העדפות Ultrasonic ניקוד בעכברים באמצעות מבחן השמעה דו בחירה
Summary
Ultrasonic vocalizations (USVs) in mice differ depending on age, sex, condition, and genetic background. Using two ultrasound emitters broadcasting simultaneously in different locations, this two-choice test can evaluate murine recognition and preference responses to different characteristics of USVs.
Abstract
Mice emit ultrasonic vocalizations (USVs) during a variety of conditions, such as pup isolation and adult social interactions. These USVs differ with age, sex, condition, and genetic background of the emitting animal. Although many studies have characterized these differences, whether receiver mice can discriminate among objectively different USVs and show preferences for particular sound traits remains to be elucidated. To determine whether mice can discriminate between different characteristics of USVs, a playback experiment was developed recently, in which preference responses of mice to two different USVs could be evaluated in the form of a place preference.
First, USVs from mice were recorded. Then, the recorded USVs were edited, trimmed accordingly, and exported as stereophonic sound files. Next, the USV amplitudes generated by the two ultrasound emitters used in the experiment were adjusted to the same sound pressure level. Nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitters were used to play the USVs back. Finally, to investigate the preference of subject mice to selected USVs, pairs of two differing USV signals were played back simultaneously in a two-choice test box. By repeatedly entering a defined zone near an ultrasound emitter and searching the wire mesh in front of the emitter, the mouse reveals its preference for one sound over another. This model allows comparing the attractiveness of the various features of mouse USVs, in various contexts.
Introduction
בעלי חיים רבים משתמשים בקולות לתקשורת intraspecific. במאסכאלאס העכבר, סוג אחד חשוב של אות תקשורת הוא קולות קוליים (USVs), שיש לי תדרים גבוהים יותר מ -20 קילו-הרץ. USVs נפלט על ידי עכברים נחשב מרכיב של הכרה חברתית בזכר-נקבת 1-4, נקבה-נקבה 1, 5, וגבר-גבר 1, 6 אינטראקציות. USVs גם נפלטים על ידי גורים כשהם מבודדים מאמם, אשר מגדיל אחזור-גור התנהגותה, ולכן כלבון הישרדות 7. למרות דיווחים רבים ניתחו ומסווג USVs עכבר 8, 9, תגובות התנהגותיות ומנגנונים עצביים של בעלי החיים שקיבלו כבר פחות מתועד 10, 11. האחרון הוא צורך להבהיר את המשמעות הביולוגית של המאפיינים השונים של USVs. לחשוף מנגנונים אלה, ניסוי ההשמעה הוא שיטה יעילה. מחקרי השמעה לאחרונה עולים כי נקבהעכברים נמשכים 12 USVs, וכי הם מעדיפים USVs מזכרים שהם שונים מהוריהם 13, 14.
מאמר זה מסביר את מבחן ההשמעה משמש להערכת העדפת USV בעכברים. תיבת מבחן דו-בחירה פותחה באשר ניתן לשחק שתי USVs שונה בחזרה בו זמנית בשני תאים של מתחם בדיקה, כפי שמוצג באיור 1. סוג זה של תיבת המבחן מונע זיהום צליל על ידי חלוקת אזור הבדיקה בשלושה תת-תאים , באמצעות קירות עופרת. קרינת אולטרא-סאונד נמצאות מחוץ לכל חדר. בקיר שבין החדרים וקרינת אולטרא-סאונד חורים מכוסים ברשת תיל. עכברים יכולים לנוע בחופשיות בשלושה חדרים, ולהראות התנהגות "חיפוש ברשת", כאילו כדי להגיב לUSVs שיחק בחזרה על ידי קרינת אולטרא-סאונד. בבדיקה זו, עכברים להישאר לתקופות של משך שונה קרוב לפולט קול אחד או אחר. יכולים להיות מחוברים פרמטרים אלה כדי להשיג measu רגיש מחדש של העדפת קול.
כדי שתוכל לשחק USVs בחזרה, קרינה תרמו-אקוסטי סיליקון nanocrystalline (כלומר, "NC-סי פולט") שימשה כבמחקרים קודמים 15-17. התקנים אלה מורכבים מהאלקטרודה סרט דק דוד, שכבת סיליקון ננו-נקבובי, ופרוסות סיליקון חד גבישיים. קובץ הקול הדיגיטלי מומר לאות אנלוגי ולאחר מכן עבר דרך אלקטרודה דוד. המכשיר ממיר את אותות תרמית מתח תלוי וכתוצאה מכך ללחץ קול משמעותי עם עיוות נמוכה. מכשיר זה הוא ייחודי בכך ש, שלא כמו מחוללי צליל משותפים שתלויות בתנודות מכאניות, זה יכול להתרבות קול ללא הצורך בסרעפת. הפולט מציג רמת לחץ קול שטוחה בתדרי 20-160 קילו-הרץ (איור 2), ויכול להתרבות USVs עכברי נרשם דיגיטלי מאוד מדויק במונחים של זמן, תדירות, ורמת צליל לחץ 15, 18, 19.
ve_content "> בניסוי נציג מוצג באיור 3, / 6 נקבות C57BL (B6) הורשו לבחור בין BALB / ג (BALB) USVs זכר ורעשי רקע. בנוסף, איור 4 מראה את הבחירה של נקבות B6 וBALB בין פלייבקים USV בו זמנית מBALB וזכר B6, כפי שדווחו במחקר קודם 14. המאפיינים של USVs הגברי שונים בין B6 וBALB זני 20. כפי שניתן לראות בתוצאות אלה, את האטרקטיביות של USVs ניתן להעריך בפרוטוקול הנוכחי, שבו צלילים נרשמים מאדם חי, ניתחו אקוסטית, ושיחקו בחזרה לאנשים אחרים.Protocol
Representative Results
Discussion
Here, the results of a representative test showed that female mice can discriminate between artificial male USVs and background noise (Figure 3). The conclusion to be drawn from these results is that the discrimination signal is reflected in the duration of stay in the room and sound zone, and in the duration of searching the mesh in the first 5 min of testing, but not in the second 5 min (Figure 3C, E and F). These data indicate that mice become habituated to the playback sounds, possib…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט ב- סיוע לJSPs עמיתים לAA; על ידי מענקים ב-סיוע למחקר מדעי על תחומי חדשניים לעמיתי JSPs (מס '4501 ומס' 25,132,712) לTK; ועל ידי מענק מחקר מטעם אוניברסיטת Azabu. איור 2 הודפס מחדש מKihara, ט, Harada, ט, וKoshida, ייצור תואם ופל נ ומאפיינים של קרינת אולטרא-סאונד מושרה תרמית סיליקון nanocrystalline. ב: חיישנים ומפעילים: פיסיים, נפח 125, Elsevier, עמ '. 426, (2006), באישור Elsevier.
Materials
| Soundproof chamber | Muromachi Kikai | ||
| Small cage | CLEA Japan | CL-0113-1 | |
| Middle cage | CLEA Japan | CL-0103-1 | |
| Ultrasound condenser microphones | Avisoft Bioacoustics | CM16/CMPA | |
| A/D converter | Avisoft Bioacoustics | UltraSoundGate116H | |
| Audio software | Avisoft Bioacoustics | RECORDER USGH | |
| Adobe Audition 3.0 / Audio editing software | Adobe Systems | Adobe Audition 3.0 | |
| Nc-Si emitter | Original | not commercially available but it is planned to be so in near future | |
| D/A converter | National Instruments | NI USB-6251 BNC | |
| Attenuator | Original | ||
| Amplifier | Yamatake | ||
| PC | Windows 7 professional | Intel® core i7-2600K CPU @ 3.4GHz, 8GB RAM, 64-bit operating system | |
| Event recorder Excel-macro / Event-scoring software | original | Programmed by Naoto Akagawa & Takeru Yamamoto | |
| CCD Camera | |||
| Rubber plates (made of elastomer resin) | Tokyo bouon | TI-75BK B4 | Cut them to the proper size http://www.piano-bouon.jp/shopping/?pid=1329272401-447630&ca=6&p=3 |
| Giemsa's azur eosin methylene blue solution | Merck Millipore | 1.09204.0500 |
References
- Panksepp, J. B., et al. Affiliative behavior, ultrasonic communication and social reward are influenced by genetic variation in adolescent mice. PLoS One. 2 (4), e351 (2007).
- Scattoni, M. L., Ricceri, L., Crawley, J. N. Unusual repertoire of vocalizations in adult BTBR T+tf/J mice during three types of social encounters. Genes Brain Behav. 10 (1), 44-56 (2010).
- Hammerschmidt, K., Radyushkin, K., Ehrenreich, H., Fischer, J. The structure and usage of female and male mouse ultrasonic vocalizations reveal only minor differences. PLoS One. 7 (7), e41133 (2012).
- Merten, S., Hoier, S., Pfeifle, C., Tautz, D. A role for ultrasonic vocalisation in social communication and divergence of natural populations of the house mouse (Mus musculus domesticus). PLoS One. 9 (5), e97244 (2014).
- Amato, F. R., Moles, A. Ultrasonic vocalizations as an index of social memory in female mice. Behav. Neurosci. 115 (4), 834-840 (2001).
- Chabout, J., et al. Adult male mice emit context-specific ultrasonic vocalizations that are modulated by prior isolation or group rearing environment. PLoS One. 7 (1), e29401 (2012).
- Ehret, G. Infant rodent ultrasounds–a gate to the understanding of sound communication. Behav. Genet. 35 (1), 19-29 (2005).
- Holy, T. E., Guo, Z. Ultrasonic songs of male mice. PLoS Biol. 3 (1), e386 (2005).
- Portfors, C. V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 46 (1), 28-34 (2007).
- Holfoth, D. P., Neilans, E. G., Dent, M. L. Discrimination of partial from whole ultrasonic vocalizations using a go/no-go task in mice. J. Acoust. Soc. Am. 136 (6), 3401 (2014).
- Neilans, E. G., Holfoth, D. P., Radziwon, K. E., Portfors, C. V., Dent, M. L. Discrimination of ultrasonic vocalizations by CBA/CaJ mice (Mus musculus) is related to spectrotemporal dissimilarity of vocalizations. PLoS One. 9 (1), e85405 (2014).
- Hammerschmidt, K., Radyushkin, K., Ehrenreich, H., Fischer, J. Female mice respond to male ultrasonic ‘songs’ with approach behaviour. Biol. Lett. 5 (5), 589-592 (2009).
- Musolf, K., Hoffmann, F., Penn, D. J. Ultrasonic courtship vocalizations in wild house mice, Mus musculus musculus. Anim. Behav. 79 (3), 757-764 (2010).
- Asaba, A., et al. Developmental social environment imprints female preference for male song in iice. PloS one. 9 (2), e87186 (2014).
- Uematsu, A., et al. Maternal approaches to pup ultrasonic vocalizations produced by a nanocrystalline silicon thermo-acoustic emitter. Brain Res. 1163, 91-99 (2007).
- Okabe, S., et al. The effects of social experience and gonadal hormones on retrieving behavior of mice and their responses to pup ultrasonic vocalizations. Zoolog. Sci. 27 (10), 790-795 (2010).
- Okabe, S., et al. Pup odor and ultrasonic vocalizations synergistically stimulate maternal attention in mice. Behav. Neurosci. 127 (3), 432-438 (2013).
- Shinoda, H., Nakajima, T., Ueno, K., Koshida, N. Thermally induced ultrasonic emission from porous silicon. Nature. 400 (6747), 853-855 (1999).
- Kihara, T., Harada, T., Koshida, N. Wafer-compatible fabrication and characteristics of nanocrystalline silicon thermally induced ultrasound emitters. Sensor. Actuat. A-Phys. 125 (2), 422-428 (2006).
- Kikusui, T., et al. Cross fostering experiments suggest that mice songs are innate. PloS One. 6 (3), e17721 (2011).
- McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. Performing Vaginal Lavage, Crystal Violet Staining, and Vaginal Cytological Evaluation for Mouse Estrous Cycle Staging Identification. J. Vis. Exp. (67), e4389 (2012).
- Nelson, J. F., Felicio, L. S., Randall, P. K., Sims, C., Finch, C. E. A longitudinal study of estrous cyclicity in aging C57BL/6J mice: I. Cycle frequency, length and vaginal cytology. Biol. Reprod. 27 (2), 327-339 (1982).
- Tomihara, K., et al. Effect of ER-beta gene disruption on estrogenic regulation of anxiety in female mice. Physiol. Behav. 96 (2), 300-306 (2009).
- Zheng, Q. Y., Johnson, K. R. Hearing loss associated with the modifier of deaf waddler (mdfw) locus corresponds with age-related hearing loss in 12 inbred strains of mice. Hear. Res. 154 (1-2), 45-53 (2001).
- Haga, S., et al. The male mouse pheromone ESP1 enhances female sexual receptive behaviour through a specific vomeronasal receptor. Nature. 466 (7302), 118-122 (2010).
- Grimsley, J. M., Monaghan, J. J., Wenstrup, J. J. Development of social vocalizations in mice. PLoS One. 6 (3), e17460 (2011).
- Sugimoto, H., et al. A role for strain differences in waveforms of ultrasonic vocalizations during male-female interaction. PLoS ONE. 6 (7), (2011).
- Hanson, J. L., Hurley, L. M. Female presence and estrous state influence mouse ultrasonic courtship vocalizations. PLoS One. 7 (7), e40782 (2012).
- Wang, H., Liang, S., Burgdorf, J., Wess, J., Yeomans, J. Ultrasonic vocalizations induced by sex and amphetamine in M2, M4, M5 muscarinic and D2 dopamine receptor knockout mice. PLoS One. 3 (4), (2008).
- Moles, A., Kieffer, B. L., D’Amato, F. R. Deficit in attachment behavior in mice lacking the mu-opioid receptor gene. Science. 304 (5679), 1983-1986 (2004).
- Hiramoto, T., et al. Tbx1: identification of a 22q11.2 gene as a risk factor for autism spectrum disorder in a mouse. Hum. Mol. Genet. 20 (24), 4775-4785 (2011).
- Ey, E., et al. Absence of deficits in social behaviors and ultrasonic vocalizations in later generations of mice lacking neuroligin4. Genes Brain Behav. , (2012).
- Roy, S., Watkins, N., Heck, D. Comprehensive analysis of ultrasonic vocalizations in a mouse model of fragile X syndrome reveals limited, call type specific deficits. PLoS One. 7 (9), e44816 (2012).
