Methodenartikel

Bestimmen Ultraschall Vocalization Preferences in Mäuse mit einer Zwei-Choice-Test-Playback

DOI:

10.3791/53074

⸱

3. September 2015

 ,  ,  , 
1School of Veterinary Medicine, Azabu University, 2Division of Electric and Information Engineering, Tokyo University of Agriculture and Technology, 3Kato Acoustics Consulting Office

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Ultraschall-Vokalisationen (USVs) bei Mäusen unterscheiden sich je nach Alter, Geschlecht, Zustand und genetischem Hintergrund. Unter Verwendung von zwei Ultraschallstrahlern, die gleichzeitig an verschiedenen Orten senden, kann dieser Zwei-Auswahl-Test die Erkennung von Mäusen und die Präferenzreaktionen auf unterschiedliche Merkmale von USVs bewerten.

Zusammenfassung

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Mäuse geben Ultraschalllaute (USVs) unter einer Vielzahl von Bedingungen ab, wie z.B. bei der Isolation von Welpen und bei sozialen Interaktionen bei Erwachsenen. Diese USVs unterscheiden sich je nach Alter, Geschlecht, Zustand und genetischem Hintergrund des emittierenden Tieres. Obwohl viele Studien diese Unterschiede charakterisiert haben, muss noch geklärt werden, ob Empfängermäuse zwischen objektiv unterschiedlichen USVs unterscheiden können und Präferenzen für bestimmte Klangmerkmale zeigen. Um festzustellen, ob Mäuse zwischen verschiedenen Merkmalen von USVs unterscheiden können, wurde kürzlich ein Playback-Experiment entwickelt, in dem die Präferenzreaktionen von Mäusen auf zwei verschiedene USVs in Form einer Ortspräferenz ausgewertet werden konnten.

Zuerst wurden USVs von Mäusen aufgezeichnet. Anschließend wurden die aufgenommenen USVs bearbeitet, entsprechend getrimmt und als stereophone Sounddateien exportiert. Anschließend wurden die USV-Amplituden, die von den beiden im Experiment verwendeten Ultraschallstrahlern erzeugt wurden, auf den gleichen Schalldruckpegel eingestellt. Nanokristalline Silizium-Thermoakustik-Emitter wurden verwendet, um die USVs abzuspielen. Um schließlich die Präferenz der Probandenmäuse gegenüber ausgewählten USVs zu untersuchen, wurden Paare von zwei unterschiedlichen USV-Signalen gleichzeitig in einer Zwei-Choice-Testbox abgespielt. Durch das wiederholte Betreten einer definierten Zone in der Nähe eines Ultraschallstrahlers und das Absuchen des Drahtgeflechts vor dem Strahler verrät die Maus ihre Präferenz für einen Schall gegenüber einem anderen. Dieses Modell ermöglicht es, die Attraktivität der verschiedenen Funktionen von Maus-USVs in verschiedenen Kontexten zu vergleichen.

Einleitung

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Viele Tiere nutzen Lautäußerungen für intraspezifische Kommunikation. In der Maus Mus musculus, ist eine wichtige Art der Kommunikationssignal Ultraschall vocalizations (USVs), die höhere Frequenzen als 20 kHz aufweisen. USVs von Mäusen emittiert werden als eine Komponente der sozialen Anerkennung in Mann-Frau-1-4, Buchse-Buchse 1, 5, und Stecker-Stecker 1, 6-Interaktionen. USVs werden auch von Jungtieren emittiert, wenn sie von ihrer Mutter, die ihrem Welpen-Abrufen Verhalten erhöht isoliert und daher Pup Überleben 7. Obwohl viele Berichte wurden analysiert und kategorisiert Maus USVs 8, 9, die Verhaltensreaktionen und neuronalen Mechanismen des Aufnahme Tier wurden weniger gut dokumentierte 10, 11. Letzteres ist notwendig, um die biologische Bedeutung der verschiedenen Merkmale der USVs verdeutlichen. Diese Mechanismen offenbaren, ist die Wiedergabeexperiment ein effizientes Verfahren. Aktuelle Wiedergabe Studien haben ergeben, dass weiblicheMäuse werden zur USVs 12 angezogen wird, und dass sie USVs von Männchen, die von ihren Eltern 13, 14 unterschiedlich sind bevorzugen.

Dieser Artikel erklärt, die Wiedergabetest verwendet werden, um USV Präferenz bei Mäusen zu bewerten. Ein Zwei-Choice-Test Feld entwickelt, bei denen zwei unterschiedliche USVs gleichzeitig wieder in zwei Kammern eines Testgehäuse, wie in 1 gezeigt, wiedergegeben werden. Diese Art der Testbox verhindert störende Verunreinigungen durch Dividieren der Testbereich in drei Teilkammern , unter Verwendung von Blei Wänden. Die Ultraschallsender werden vor jedem Zimmer befindet. In der Wand zwischen den Zimmern und Ultraschallsender sind Löcher mit Drahtgeflecht bedeckt. Mäuse können frei in den drei Räumen bewegen und zeigen eine "Suchen Sie das Netz" Verhalten, wie um zu USVs von den Ultraschallsender abgespielt reagieren. Bei diesem Test Mäuse bleiben für Zeiträume von unterschiedlicher Dauer in der Nähe einer Schallsender oder das andere. Diese Parameter können angemeldet sein, um einen empfindlichen measu erhalten re Schall Präferenz.

Um die USVs wiedergeben, nanokristallinen Silizium thermo-akustischen Emitter (dh "nc-Si-Emitter") wurden als in früheren Studien 15-17 verwendet. Diese Geräte werden von einem Dünnschicht Heizelektrode eine nanoporöse Siliziumschicht, und einem einkristallinen Silicium-Wafer besteht. Die digitale Audiodatei in ein analoges Signal umgewandelt und dann durch den Heizer Elektrode geleitet. Das Gerät wandelt die resultierende spannungsabhängigen thermischen Signale in signifikanten Schalldruck bei geringer Verzerrung. Diese Vorrichtung ist dadurch einzigartig, dass, im Gegensatz zu gemeinsamen Schallgeneratoren, die von mechanischen Schwingungen abhängt, kann Ton, ohne die Notwendigkeit einer Membran, zu reproduzieren. Der Emitter weist eine flache Schalldruckpegel bei Frequenzen von 20 bis 160 kHz (Abbildung 2), und kann digital aufgezeichnet murine USVs sehr genau in Bezug auf die Dauer, Häufigkeit und Schalldruckpegel 15, 18, ​​19 zu reproduzieren.

ve_content "> In einer in Figur 3 gezeigten repräsentativen Experiment wurden C57BL / 6 (B6) Weibchen darf zwischen BALB / c (BALB) männliche USVs und Hintergrundrauschen zu wählen. Ferner zeigt 4 die Wahl B6 und BALB Frauen zwischen gleichzeitige USV Wiedergaben von einer BALB und B6 male, wie in einer früheren Studie berichteten 14. Die Eigenschaften der männlichen USVs unterscheiden zwischen B6 und BALB Stämme 20 dar. Wie gezeigt durch diesen Ergebnissen kann die Attraktivität USVs der vorliegenden Protokoll bewertet werden, in welcher Töne aus einem Live einzelnen aufgezeichnet, akustisch analysiert, und zurück zu anderen Personen gespielt.

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Protokoll

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Alle Verfahren wurden von der Ethikkommission der Azabu Universität genehmigt. Alle Versuche wurden in einer schalldichten Kammer durchgeführt wird.

1. Vorbereitung der Tiere

  1. Männliche Person für die Aufnahme
    1. Erhalten geschlechtsreifen männlichen Mäusen in Paarungs erlebt.
  2. Probandinnen
    1. Erhalten jungfräulichen weiblichen Mäusen, die mit 2 bis 5 Wurf pro Käfig gehalten worden sind (in der Regel 8 bis 12 Wochen alt).
    2. Erhalten Vaginalabstrichen täglich, um die Phase des Östruszyklus vor der Prüfung zu bestimmen, nach McLean 21. Es sollte darauf geachtet, um die vaginale Stimulation zu minimieren, um Scheinträchtigkeit vermeiden.
    3. Färben die Ausstriche mit Giemsa und bestimmen Phase des Östruszyklus basierend auf dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Leukozyten, verhornten Epithelzellen und kernhaltige Epithelzellen, nach Nelson 22.

2. Geräte (Abbildung 1)

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Abbildung 1. Schematische Darstellung des Zwei-Choice-Test-Box und Geräte. Die Mäuse können durch die kleinen Toren zwischen ihnen und der neutralen Zone zugreifen Räume A und B. Die zwei Auswahlbox und zwei Ultraschallsender sind auf dem Boden von einer schalldichten Kammer platziert. Das Mikrofon ist in der schalldichten Kammer suspendiert. Abkürzung:. PC, PC Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
  1. Für Recording
    1. Schließen Sie ein Ultraschallkondensatormikrofon an einen PC über ein USB-A / D-Wandler.
    2. Stellen Sie den Verstärkungspegel des A / D-Wandler auf "7".
    3. Nehmen akustischen Daten in 16-Bit-Format-Dateien mit einer Abtastrate von 400 kHz mittels Audio-Capture-Software.
  2. Für die Wiedergabe
    1. Schließen Sie einen D / A-Wandler mit dem PC übereine USB-Schnittstelle.
    2. Verbindung von zwei Verstärkern in den D / A-Wandler durch ein Dämpfungsglied. (Letzteres Einrichtung dient, um eine Überlastung zu verhindern.)
    3. Schließen Sie ein Ultraschallsender an jeden Verstärker.

3. USV Recording

  1. Legen Sie eine männliche Maus in einem kleinen (17 x 10 x 11 cm) und mittlere (21 x 14 x 13 cm) Käfig mit einer 6 cm-Durchmesser-Loch in der Seitenwand und dem Loch mit einem 0,5 cm Drahtgitter abgedeckt. Bei der Verwendung eines mittelgroßen Käfig, konstruieren Sie eine Partition auf der Mitte des Käfigs, um den Bereich zu reduzieren.
  2. Sie Bettwäsche in den Käfig zu verwenden nicht Rascheln Geräusche, die die Aufnahmen kontaminieren könnten.
  3. Legen Sie ein Mikrofon neben dem Mesh.
  4. Beginnen Ultraschall vocalization Überwachung mit dem Aufnahme-Setup in Schritt 2.1 dargestellt.
  5. Legen Sie eine geschlechtsreifen weiblichen Maus entweder Metöstrus oder Diöstrus in den Käfig mit dem männlichen Maus.
  6. Nehmen USVs für 3-5 min.

4. Test Box

  1. Erstellen Sie das Testfeld mit Acrylplatte (Abbildung 1).
    Hinweis: Das Testfeld (35 x 20 und x 20 cm hoch) ist in drei Abteilungen unterteilt: eine neutrale Zone (15 x 20 cm), und die Zimmer A und B (20 x 10 cm, jeweils). Zimmer A und B jeweils eine 4 cm Durchmesser Loch, das mit einem 0,5 cm Drahtgewebe abgedeckt ist. Die Löcher und Mesh sind an jedem Ende der Zimmer A und B. Achten Tore (5 x 5 cm jeweils) zwischen der neutralen Zone und Zimmer A und B befindet,
  2. Zu verhindern Tonverlust isolieren jedes Ultraschallsender, mit Ausnahme der Seite, die Gitterwand, mit Gummiplatten, Dichtung in die Schachtel um den Umfang jeder Masche.
  3. Platz Plomben auf beiden Seiten der Mauer zwischen den Räumen A und B für den Schallschutz.

5. Vorbereitung für Soundwiedergabe

  1. Schaffung Wiedergabe Sounds
    1. Nehmen Sie ein 20 sec Segment der USV aus der aufgezeichneten Datei mit digitalen Audio-Editing-Software.
    2. Wählen und erfassen Hintergrund keineise (0,35 sec) aus dem 20 sec USV-Segment-Datei. Erstellen Sie eine 20 Sekunden Hintergrundrauschen-Datei durch Wiederholen des Rauschsegment.
    3. Um die beiden Audio-Dateien gleichzeitig wiedergeben, exportieren Sie sie als eine einzelne Stereo-Sound-Datei mit einer Datei für den "linken Ohr" und die andere Datei für die "rechte Ohr."
    4. Filtern Sie die Sound-Dateien, wobei als Hochpassfilter mit einem Cut-off von 40 kHz.
    5. Verringern Sie Geräusche mit dem Rauschunterdrückungswerkzeug im Post-Processing-Software. Wählen und erfassen ein Segment der Datei, die keine USVs wie die Rauschunterdrückungs Profil enthält, und führen Sie Rauschreduktion mit Level 40.
  2. Kalibrierung der Wiedergabe Sounds
    1. Sicherzustellen, dass der Raum zwischen Ultraschallsender und Mikrofon 10 cm.
    2. Schalldruckpegel von den Ultraschallsender zu kalibrieren, führen Ultraschallüberwachung unter Verwendung der in Schritt 2.1 beschriebenen Konfiguration. Messen Sie den Schalldruckpegel von dem Mikrofon in Dezibel (dB).
    3. Using der Dämpfer und Verstärker, die Lautstärke der von den Ultraschallsender auf den gleichen Schalldruck wie die männlichen USVs in Schritt 3 aufgezeichnet erzeugt USVs.
    4. Bei der Verwendung der zwei Ultraschallsender und eine Audio-Datei von USVs und Hintergrundrauschen besteht, zu bestätigen, dass die beiden Ultraschallsender weisen die gleiche Schalldruckpegel unter Verwendung einer Eich Sound (zB ein 75-kHz reiner Ton) vor der Durchführung des Verhaltenstest.
    5. Beim Wiedergeben einer Audiodatei von zwei Strömen von USVs besteht, passen die beiden erzeugten Schalldruckpegel auf den gleichen Pegel, vor dem Test.

6. Zwei-Choice-Test

  1. Legen Sie die Ultraschallsender hinter den Maschen des Testfeld.
  2. Schließen Sie die Türen zu Räumen A und B mit einer Acrylplatte und gewöhnen die weibliche unterliegen der neutralen Zone für 30 min. Decken Sie die Box mit Acrylbrett, um zu vermeiden, dass die Maus entweichen kann.
  3. Starten Sie Videoaufzeichnung mit einer CCÜber der Box montiert D-Kamera. Die Kamera (in 1 nicht dargestellt) deckt den Bereich aller drei Abteilen.
  4. Entfernen Sie das Tor und Cover-Board und lassen Sie die weiblichen frei das Testfeld, darunter die Klangzonen zu erkunden.
  5. Sobald das Weibchen hat beide Netze untersucht und hat sich in die Neutralzone zurückgeführt, spielen Sie eine 20 sec Tondatei wiederholt für 5 oder 10 min.
  6. Zuführen Verhaltensüberwachung für 5 oder 10 min.
  7. Um unerwünschte olfaktorischen Signale aus dem vorherigen Thema hinterlegt reduzieren, reinigen Sie die Testkäfige zwischen den Tests mit 70% Ethanol.
  8. Schalten Sie den Ort der Ultraschallsender A und B nach dem Zufallsprinzip inhärenten Seiten Bias-Effekt in Richtung Zimmer A oder B zu vermeiden

7. Statistische Analysen

  1. Verwenden von Verhaltens Event-Scoring-Software analysiert die folgenden Parameter: Gesamtzahl der Einträge in jedem Zimmer; Gesamtdauer des Aufenthalts in jedem mittleren Zone; Gesamtdauer des Aufenthalts in jedem Ton Zone; undGesamtdauer der Suche nach jeder Masche vor der Ultraschallsender. 1 veranschaulicht, was mit "Mittelzone" und meinte "Sound-Zone."
    Hinweis: In den Fällen, wo die Maus bleibt auf der Trennlinie zwischen den beiden Zonen (Abbildung 1, gestrichelte Linie) entscheiden, die Position durch die Richtung des Kopfes. Wenn der Kopf steht vor der Netzseiten, es als ein Aufenthalt in der Klangzone erzielt wird.
  2. Für jede Verhaltensparameter, zu vergleichen, Antworten für Räume A und B mit einem Wilcoxon-Test, oder gepaarten t -Tests mit einem Signifikanzniveau von 0,05.

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Ergebnisse

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Die USVs von einer BALB-männlich (161 Silben pro 20 sec), als auch Hintergrundgeräusche aufgenommen wurden, wie die Wiedergabe verwendet klingt in der in 3 gezeigten repräsentativen Experiment. In diesem Experiment wurden 7 weiblichen B6-Mäusen am Alter von 9 Wochen verwendet . Zur Ermittlung der besten Testdauer von weiblichen Reaktion zur Wiedergabe von Ton wurden die Verhaltensparameter getrennt für die ersten und letzten fünf Minuten der insgesamt 10 min Testzeit analysiert.

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Diskussion

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Hier zeigten die Ergebnisse eines repräsentativen Tests, dass weibliche Mäuse zwischen künstlichen männlichen USVs und Hintergrundgeräuschen unterscheiden können (Abbildung 3). Aus diesen Ergebnissen lässt sich schließen, dass sich das Diskriminationssignal in der Verweildauer in der Raum- und Schallzone sowie in der Dauer der Durchsuchung des Netzes in den ersten 5 Minuten des Versuchs widerspiegelt, nicht aber in den zweiten 5 Minuten (Abbildung 3C, E und F). Diese Daten deuten darauf ...

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Offenlegungen

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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Danksagungen

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Diese Arbeit wurde durch ein Grant-in-Aid für JSPS-Stipendiaten auf AA; von Grants-in-Aid for Scientific Research für innovative Bereiche für JSPS-Stipendiaten (No. 4501 und Nr 25132712) zu TK; und von einem Forschungsprojekt Zuschuss von Azabu University. Abbildung 2 verliehen wird aus Kihara, T., Harada, T., & Koshida, N. Wafer-kompatible Herstellung und Eigenschaften der nanokristallinen Silizium thermisch induzierte Ultraschallsender nachgedruckt. In: Sensors and Actuators A: Physical, Band 125, Elsevier, p. 426, (2006), mit Genehmigung von Elsevier.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
SchallschutzkammerMuromachi Kikai
Kleiner KäfigCLEA JapanCL-0113-1
Mittlerer KäfigCLEA JapanCL-0103-1
Ultraschall-KondensatormikrofoneAvisoft BioacousticsCM16/CMPA
A/D-WandlerAvisoft BioacousticsUltraSoundGate116H
Audio SoftwareAvisoft BioacousticsRECORDER USGH
Adobe Audition 3.0 / AudiobearbeitungssoftwareAdobe SystemsAdobe Audition 3.0
Nc-Si EmitterOriginalnicht im Handel erhältlich, aber es ist geplant, dies in naher Zukunft zu tun
D/A-WandlerNational InstrumentsNI USB-6251 BNC
AttenuatorOriginal
VerstärkerYamatake
PCWindows 7 professionalIntel® Core i7-2600K CPU @ 3,4GHz, 8GB RAM, 64-bit Betriebssystem
Event Recorder Excel-Makro / Event-Scoring SoftwareoriginalProgrammiert von Naoto Akagawa & Takeru Yamamoto
CCD Kamera
Gummiplatten (aus Elastomerharz)Tokyo bouonTI-75BK B4Schneiden Sie sie auf die richtige Größe zu http://www.piano-bouon.jp/shopping/?pid=1329272401-447630&ca=6&p=3
Giemsas Azur Eosin Methylenblau LösungMerck Millipore1.09204.0500

Referenzen

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MausverhaltenZwei Wahl TestSound WiedergabeUSV AufzeichnungAudiobearbeitungEmitter KalibrierungSchalldruckpegelVerhaltens berwachungPr ferenztestung

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