En laboratorie metod för att mäta smittsam gäspningar i råttor

Summary

Den metod som beskrivs här syftar till att få gäspning smittspridning kurvor i par välbekanta eller okända hanråttor. Burar med hål åtskilda av antingen klara eller ogenomskinliga partitioner med (eller utan) hål används för att upptäcka om visuella, lukt sinnet, eller båda typerna av sensoriska signaler kan stimulera gäspning smitta.

Abstract

Kommunikation är en viktig aspekt av djurens sociala liv. Djuren kan påverka varandra och samlas i skolor, flockar och hjordar. Kommunikation är också det sätt könen interagerar under uppvaktning och hur rivaler lösa tvister utan att slåss. Det finns dock vissa beteende mönster som det är svårt att testa förekomsten av en communicatory funktion, eftersom flera typer av sensoriska modaliteter är sannolikt inblandade. Till exempel smittar gäspningar är en communicatory handling i däggdjur som kan uppstå genom syn, hörsel, lukt, eller en kombination av dessa sinnen beroende på om djuren är bekant för varandra. Därför, för att testa hypoteser om den möjliga communicatory roll sådana beteenden, en lämplig metod är nödvändig för att identifiera de deltagande sensoriska modaliteter.

Den metod som föreslås här syftar till att få gäspning smittspridning kurvor för bekanta och okända råttor och utvärdera den relativa deltagandet av visuella och lukt sinnet sensoriska metoder. Metoden använder billiga material, och med några smärre förändringar, kan det också användas med andra gnagare arter såsom möss. Sammantaget innebär metoden att man ersätter tydliga avdelare (med eller utan hål) med ogenomskinliga avdelare (med eller utan hål) som antingen tillåter eller förhindrar kommunikation mellan råttor placerade i intilliggande burar med hål i angränsande sidor. Följaktligen kan fyra villkor testas: lukt kommunikation, visuell kommunikation, både visuell och lukt kommunikation, och varken visuell eller lukt kommunikation. Som social interaktion uppstår mellan råttor, dessa test förhållanden simulera vad som kan uppstå i en naturlig miljö. I detta hänseende är den metod som föreslås här mer effektiv än traditionella metoder som förlitar sig på video presentationer vars biologiska giltighet kan ge upphov till oro. Icke desto mindre diskriminerar den inte mellan den potentiella roll som hörsel och roller av lukt och vision i gäspa smitta.

Introduction

Traditionellt har kommunikcatory beteende studerats från två perspektiv. Ur ett perspektiv, Etologer observera och registrera beteendet hos djur i naturliga miljöer och försök att känna igen dess adaptiva värde¹. Den särskilda känsla eller sinnen som berörs har inte varit det primära intresset för dessa studier. Från ett annat perspektiv är fysiologer mer intresserade av att reda ut de mekanismer genom vilka djur kommunicerar¹; Därför har laboratorie studier tillhandahållit metoder för att ta itu med den roll som sensoriska modaliteter spelar i kommunikation^2,3. Dessa två perspektiv är verkligen kompletterande, eftersom kunskap om både adaptiva värde och omedelbara mekanismer är nödvändigt för att få en omfattande förståelse för kommunikkatoriska beteenden i det sociala livet av djur.

Gäspningar beteende är en iögonfallande del av beteendemässiga repertoaren i flera arter av ryggradsdjur⁴, allt från fisk till primater⁵. Det kan beskrivas som en långsam öppning av munnen och underhåll av dess öppna läge, följt av en snabbare stängning av munnen⁵. Varaktigheten av hela sekvensen beror på arten; till exempel primater gäspa för längre löp tider än icke-primater art⁶. I många arter, med människor är undantaget, män tenderar att gäspa oftare än Honor⁷. Denna funktion kan ligga till grund för den möjliga communicatory funktionen av gäspningar, även om regelbundna mönster av gäspningar och dess dagliga frekvens kan också föreslå en fysiologisk funktion. Hos råttor följer spontan gäspningar en dygns rytm, med toppar av hög frekvens som förekommer på morgonen och eftermiddagen^8,9.

Ett intressant inslag i gäspningar beteende är att det kan vara en smittsam handling (när släppa stimulans av ett beteende råkar vara ett annat djur beter sig på samma sätt¹⁰) i flera arter av ryggradsdjur^{11,12, 13,14,15,16}, inklusive fåglar¹⁷ och gnagare¹⁸. Dessutom har de senaste rönen antytt att smittsam gäspning kan återspegla en gemenskap roll, eftersom gäspning av en råtta kan påverka det fysiologiska tillståndet i en annan när de utsätts för lukt LED trådar¹⁹. Men om gäspningar har en communicatory roll är fortfarande under debatt^20,21, och analysera smittsam gäspningar är ett viktigt första steg för att lösa denna fråga.

Å andra sidan har smittsam gäspningar kopplats till ett djurs förmåga att känna empati med andra djurs perspektiv. Därför, nära besläktade individer är mer benägna att Visa smitta⁴. Denna hypotes har testats ofta i laboratorie situationer där djur presenteras med gäspning stimuli på video^12,13; Därför kan smitta endast ske genom visuella signaler. Andra undersökningar har bedömt gäspning smitta i mer naturliga förhållanden med hjälp av grupper av djur^14,15. Ett stort problem med detta är att socialt samverkande djur ofta reagerar på LED trådar och utbyta signaler som förmedlas genom kombinationer av sensoriska modaliteter. Disentangling de faktiska sinnen inblandade i ett visst beteende från deras kombinerade effekter är inte alltid en lätt uppgift. Typiskt, forskare farmakologiskt eller kirurgiskt hindrar ett djurs användning av en given mening, sedan härleda den roll som denna känsla i det relevanta beteendet^2,3,18,22. Lyckligt vis finns det andra metoder där endast fysiska barriärer används för att antingen tillåta eller hindra kommunikation mellan djur^23,24och25, och därigenom uppnå större biologisk giltighet.

Den metod som föreslås här har utformats speciellt för att studera smittsam gäspningar i bekanta och okända råttor i en social miljö. Enligt empatisk hypotes, den tidigare gruppen bör vara mer mottagliga för smittsam gäspningar. Metoden kräver inte att djuren kirurgiskt eller farmakologiskt berövas några sinnen. Istället, det fungerar genom att placera råttor i intilliggande burar med hål och fysiskt hindrar deras kommunikation med antingen klara eller ogenomskinliga avdelare med eller utan hål. Således kan fyra test förhållanden undersökas: (1) lukt kommunikation (OC, perforerad ogenomskinlig avdelare), (2) visuell kommunikation (VC, icke-perforerad klar avdelare), (3) visuell och lukt kommunikation (VOC, perforerad klar avdelare), och (4) varken visuell eller lukt kommunikation (NVOC, icke-perforerad ogenomskinlig avdelare). Därför kan forskarna jämföra de relativa bidragen från lukt, visuell, och till viss del auditiva LED trådar i gäspa smitta. Detta tillvägagångs sätt är inte nytt, eftersom liknande metoder har använts för att isolera sinnen inblandade i vissa communicatory beteenden hos djur som ödlor²³ och möss²⁶. I själva verket har Gallup och kollegor²⁷ använt en liknande metod för att demonstrera rollen av visuella signaler i smittsam gäspningar i undulater. De viktigaste inslagen i dessa metoder är simulering av ett socialt sammanhang och den minimala påfrestning som drabbar djuren. Dessutom ökar användningen av interagerande djur den biologiska giltigheten av satserna.

Det finns flera sätt att mäta smittsam gäspning^25,28. Dr Stephen E. G. Lea (personlig kommunikation, 2015) hjälpte oss att numeriskt anpassa en metod som tidigare använts av primatologer^13,14 för en tidigare analys av de uppgifter som används här¹⁸. Presenteras i detta protokoll är en förbättrad version av denna metod med ett bredare spektrum av applikationer. Den består av viktning av det totala antalet en råttans gäspar, inom och utanför en given tidsfönster, av den andel av observations tiden som motsvarar gäspar inom och utanför tidsfönstret.

Till exempel, om det antas att råttor A och B observeras för 12 min, är deras gäspningar registreras till närmaste minut, och en 3 min tidsfönster är inställd på att mäta smittsam gäspningar. Nästa, följande sekvenser av gäspar för var och en av dessa råttor anses: råtta a (0, 0, 1,0, 0,0,0,0,0,0,0, 2, 1) och råtta B (0, 1, 1, 0, 1, 1,0, 0,0,0,0, 0,3). Det bör noteras att varje nummer (0-3) motsvarar antalet gäspar görs vid varje min. För råtta A, under minuterna 1, 10, och 11 (antalen i djärv typ), råtta B er icke gäspa inom det föregående 3 min (den valde tid fönster) eller inom så pass minut. I dessa minuter, råtta a gäspar totalt 2 gånger. Därför gäspning hastighet av råtta A utan någon gäspning stimulans (icke-post-gäspning gäspning ränta) är 2/3 (dvs., 0,67 yawns/min). I de återstående 9 min, råtta B gäspar minst en gång i antingen samma minut eller 3 tidigare minuter. Råtta a gäspar totalt fyra gånger i dessa 9 min. Därför gäspning hastighet av råtta A som svar på en gäspa stimulans (efter gäspning gäspning ränta) är 4/9 (dvs., 0,44 yawns/min). Tillämpningen av samma förfarande till råtta B ger en icke-post-gäspning gäspning skattes ATS på 2/3 (dvs. 0,66) och efter gäspning gäspning skattes ATS på 5/9 (0,55).

Å andra sidan, om gäspningar registreras till närmaste decimal i en minut, kommer gäspning smitta resultera i en justerad efter gäspning tid. Till exempel, om följande gäspning gånger registreras under en 12 min observations period för råttor a och B: råtta a (2,3, 5,1, 5,8, 10,4, 10,8, 11,1) och råtta B (1,2, 2,4, 4,5, 5,1, 11,2, 11,6, 11,8). För råtta A, de tids perioder över vilka råtta B inte gäspa inom de senaste 3 min sträcker sig från 0 till 1,2 min och från 8,1 till 11,2 min (dvs. 3,1 min), vilket ger totalt 4,3 min av icke-post-gäspning tid. Antalet gånger som råtta en gäspar under dessa tider är tre (siffror i fetstil), så den icke-post-gäspning gäspning skattes ATS är 3/4.3 (dvs., 0,69), medan efter gäspning gäspning skattes ATS är 3/7.7 (dvs., 0,38; nämnaren från 12-4.3 min). Likaså för råtta B, de tids perioder över vilka råtta A inte gäspa inom de senaste 3 min sträcker sig från 0 till 2,3 min och från 8,8 till 10,4 min, vilket ger totalt 3,9 min. Antalet gånger råtta B gäspar inom dessa perioder är en, så den icke-post-gäspning gäspning skattes ATS är 1/3.9 (dvs., 0,25). Följaktligen är den post-gäspning gäspning skattes ATS 6/8.1 (dvs., 0,74).

Medan en nästan samtida match i beteende är ett idealiskt kriterium för att påvisa närvaron av en smitta, aspekter såsom begränsningar på vad en individ deltar i, tid för reaktion på en stimulans, distribution av beteendet över tiden (t. ex. gäspningar kan förekomma i episoder), och tid att vänja sig vid den experimentella inställningen alla ger upphov till art skillnader, vilket gör det svårt att använda en unik tidsfönster. Detta kan vara anledningen till att forskare har använt tidsfönster som varierar från sekunder⁵ till flera minuter¹¹, vilket skapar problem när man jämför resultat²⁸. På grund av detta, det föreslås att upprepa det förfarande som beskrivs ovan för en rad tids fönster för att få gäspning smittspridning kurvor och jämföra gäspning smittspridning kurvor mellan arter.

Likvärdiga gäspning smitta kurvor kan jämföras genom att slumpmässigt fördela antalet gäspar observerats för varje råtta under observations perioden. Sålunda, den föreslagna metoden för att mäta gäspning smitta erbjuder två typer av kontroller: den (1) gäspning takt som inträffar utanför tidsfönstret (icke-post-gäspning tid) och (2) konstgjord gäspning smitta kurva erhålls från slumpmässig fördelning av antalet yawns. Därför är detta tillvägagångs sätt för att analysera gäspning smitta ett steg framåt från andra förfaranden, såsom de som jämför den procentuella eller frekvensen av gäspningar inom en enda tidsfönster till det som sker utanför detta fönster²⁵, utan att ta hänsyn till faktiska tids ramar. Metoden kompletteras av ett R-baserat program²⁹ för att bekvämt och objektivt beräkna sannolikheten för smittsam gäspning för en eller flera tidsfönster.

För att illustrera nyttan av denna metod och fördelarna med det R-baserade programmet används en data uppsättning från en tidigare publicerad studie¹⁸ . Det experimentella tillståndet bestod av 144 hanråttor som tilldelats antingen ett välbekant eller okänt tillstånd. Råttorna i varje experimentellt tillstånd var indelade i fyra under grupper av nio par och utsätts för någon av de fyra test situationer som beskrivs ovan. Den gäspningar beteenden av råttor i varje experimentellt tillstånd och test situation registrerades sedan under en period av 60 min.

Protocol

Försöks protokollen och djur hållningen genomfördes i enlighet med de institutionella rikt linjerna. 1. material som Hitta en komplett lista över de material som används för att implementera metoden i material tabellen. Använd figur 1 och Sök expert råd för att konstruera en inverterad T-formad tabell, observations burar och bur avdelare. Följ säkerhets anvisningarna för användning av vassa verktyg och potentiellt farliga …

Representative Results

Råttorna valdes ut från en tidigare producerad sub-line av Sprague-Dawley råttor som valdes ut för täta gäspningar (cirka 22 gäspar per timme31). Men de nio par obekanta och nio par bekanta hanråttor (mellan 2,5 och 3 månaders ålder) som används per test situation gäspade cirka 12 gånger per timme, i genomsnitt18. Därför test situationer för att mäta gäspning smitta delvis hämmad gäspningar beteende. <p class="jove_co…

Discussion

Det finns kritiska steg i den metod som bör beaktas för att få lyckade resultat. Bekanta råttor måste dela hem burar i minst 1,5 månader efter avvänjning och innan du kör experimenten. Men obekanta råttor måste leva i separata hem burar. I båda fallen måste par råttor komma från olika kullar men vara så lika i ålder som möjligt. När det gäller observations burar, bör deras hål matcha dem i avdelare, eftersom detta är det enda sättet att garantera lukt kontakt mellan råttorna. Avdelarna, å andra s…

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.