Определение Ультразвуковой вокализации предпочтения у мышей с использованием Два выбора теста воспроизведения
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
Многие животные используют вокализации для внутривидовой коммуникации. В мыши Mus Musculus, один важный тип сигнала связи ультразвуковые вокализации (USVs), которые имеют частоты выше 20 кГц. USVs испускаемые мышей считаются составной частью общественного признания в мужской женский 1-4, женщина-женщина 1, 5, и между мужчинами 1, 6 взаимодействий. USVs также излучаемый щенков, когда они изолированы от своей матери, что повышает ее щенок-извлечения поведение, и, следовательно, щенок выживание 7. Хотя многие доклады были проанализированы и классифицированы мыши USVs 8, 9, поведенческие реакции и нервные механизмы принимающей животного были менее документально 10, 11. Последнее необходимо для уточнения биологической значимости различных характеристик USVs. Чтобы выявить эти механизмы, эксперимент воспроизведения является эффективным методом. Недавние исследования показали, воспроизведение, что бы женщинамышей привлекают USVs 12, и что они предпочитают USVs из мужчин, которые отличаются от своих родителей 13, 14.
Эта статья объясняет, тест воспроизведения, используемый для оценки USV предпочтение у мышей. Два выбора теста окно был разработан, в котором два различных USVs могут быть воспроизведены одновременно в двух отсеках испытательном корпусе, как показано на рисунке 1. Этот тип испытательной коробке предотвращает звука загрязнения путем деления испытательной зоны, в трех суб-камер , используя свинцовые стены. Ультразвуковые излучатели В находятся за пределами каждой комнате. В стене между комнатами и ультразвуковых излучателей дыры, покрытые проволочной сетки. Мыши могут свободно перемещаться в трех номерах, и показать "Поиск сетку" поведение, как будто в ответ на USVs воспроизводимых ультразвуковых излучателей в. В этом тесте, мыши остаться на периоды различной продолжительности, близкой к одной звуковой излучатель или другой. Эти параметры могут быть зарегистрированы для получения чувствительной measu Re звука предпочтений.
Для воспроизведения USVs назад, нанокристаллических кремния термоакустическое излучатели (например, "NC-Си излучатель") были использованы в качестве и в предыдущих исследованиях 15-17. Эти устройства состоят из тонкопленочного электрода, нагреватель слоем кремния нанопористого и монокристаллической кремниевой пластины. Цифровой звуковой файл преобразуется в аналоговый сигнал и затем пропускали через нагреватель электрода. Устройство преобразует результирующее напряжение зависит от тепловых сигналов в значительной звукового давления с низким уровнем искажений. Это устройство уникально тем, что, в отличие от распространенных генераторы звука, которые зависят от механических вибраций, он может воспроизводить звук без необходимости диафрагмы. Излучатель имеет плоскую уровень звукового давления на частотах от 20 до 160 кГц (рис 2), и может воспроизводить записанные в цифровом мышиные USVs очень точно с точки зрения продолжительности, частоты и уровня звукового давления 15, 18, 19.
ve_content "> В типичном эксперименте, показанном на фиг.3, C57BL / 6 (В6) самки могут выбирать между BALB / C (BALB) мужчин USVs и фоновый шум. Кроме того, Фиг.4 показывает выбор B6 и BALB женщин между одновременные USV воспроизведений из BALB и В6 мужчина, как сообщается в предыдущем исследовании 14. Характеристики мужских USVs отличаются между B6 и BALB штаммы 20. Как показали эти результаты, привлекательность USVs может быть оценена с настоящим Протоколом, в котором звуки записываются с живой личности, акустически проанализированы и воспроизводятся с другими лицами.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
Эта работа была поддержана грантом-в-помощь для JSPS стипендиатов до АА; грантами-в-помощь для научных исследований на инновационных направлений для JSPS стипендиатов (№ 4501 и № 25132712) к ТЗ; и грантом исследовательского проекта награжден Azabu университета. рис 2 перепечатана из Кихара, Т. Харада, Т., и Koshida, Н. вафли-совместимого изготовления и характеристик нанокристаллических кремниевых термонаведенных ультразвуковых излучателей. В: датчиков и исполнительных устройств A: Physical, объем 125, Elsevier, стр. 426, (2006), с разрешения 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).
