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Methodenartikel

Operant Conditioning Task zum Messen der Song-Präferenz in Zebrafinken

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DOI:

10.3791/60590

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26. Dezember 2019

 ,  ,  ,  , 
1W.M. Keck Science Department, Claremont McKenna College – Pitzer College – Scripps College, 2Department of Psychology, Whitman College

In diesem Artikel

Erratum-Hinweis

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Zusammenfassung

Wir beschreiben eine Technik, um die Vorliebe von Liedliedern bei Zebrafinken zu bewerten. Weibchen werden in einem zweikammerigen Käfig platziert und die Liedpräferenz wird daran gemessen, wie oft sie die Wiedergabe eines Liedes auslöst, indem sie auf einem Barsch in einer Kammer landet, verglichen mit dem Auslösen eines anderen Liedes in der zweiten Kammer. Barschlandungen werden mit Infrarotsensoren gezählt.

Zusammenfassung

Ein opernhaftes Konditionierungsparadigma wird verwendet, um die Liedpräferenz weiblicher Zebrafinken zu testen. Finken werden in einem zweikammerigen Käfig mit einer Verbindungsöffnung platziert und zeigen ihre Präferenz für ein Lied an, indem sie auf einem Barsch in jeder Kammer landen. Durch Unterbrechen des Infrarotstrahls von einem photoelektrischen Sensor über jedem Barsch aktiviert der Vogel die Wiedergabe eines Liedes über einen Lautsprecher auf jeder Seite des Käfigs. Frei verfügbare Software wird verwendet, um die Songwiedergabe von jedem Barsch auszulösen. Um die Songpräferenz jedes Tieres zu bestimmen, wird ihre Kammerpräferenz zuerst identifiziert, indem keine Songwiedergabe ausgelöst wird, wenn sie auf jedem Barsch landet. Diese Kammerpräferenz wird dann mit ihrer Liedpräferenz verglichen. Ein Mindestaktivitätsschwellenwert wird festgelegt, um sicherzustellen, dass die Präferenz real ist. Mit dieser Methode zeigen wir, dass gepaarte Frauen das Lied ihres Partners bevorzugen. Diese Methode wurde verwendet, um den Beitrag von Dopamin zur Bildung und Aufrechterhaltung der Liedpräferenz zu verstehen.

Einleitung

Eine der grundlegenden Fragen in der Biologie ist, wie Tiere affiliative Bindungen bilden. Was sind insbesondere die neuronalen Mechanismen, mit denen diese Bindungen hergestellt werden, und werden diese grundlegenden Mechanismen über Wirbeltierarten hinweg konserviert? Die PrärieWühlmaus hat Hinweise auf einige der Neurotransmitter-Systeme gegeben, die für die Paarbindungsbildung1,2,3wichtig sind. Insbesondere Dopamin, das durch Rezeptoren im Nucleus accumbens wirkt, kann Partnerpräferenz bei männlichen und weiblichen Wühlmäusen induzieren4,5. Es ist unklar, ob die allgemeinen Prinzipien, die der Präferenzbildung und -erhaltung der Partner zugrunde liegen, evolutionär konserviert werden.

Monogamie ist häufiger bei Vögeln als bei Säugetieren6. Daher ist der Vergleich von Mechanismen des affiliativen Verhaltens bei Vögeln mit anderen Arten entscheidend für das Verständnis konservierter neuronaler Grundlagen7,8,9. Im Allgemeinen, über viele Arten von Singvögeln, männliche Singvögel wird gedacht, um als ein ehrlicher Indikator für männliche Fitnessdienen 10,11. Männliche Zebrafinken Singvögel singen, um Kumpels anzuziehen und die Bildung von monogamen Paarenbeeinflussen 12,13. So kann Lied verwendet werden, um Partnerpräferenz bei diesen Vögeln zu bestimmen.

Die Mechanismen, mit denen Frauen eine Vorliebe für das Lied ihres Partners bilden, sind unbekannt. Mesotocin, der Vogelhomologe von Oxytocin, scheint eine Rolle bei der Paarbindungsbildung bei Finken14,15zu spielen. Darüber hinaus, Dopamin hat auch gezeigt, dass eine Rolle in paarbindung Bildungspielen 9,16,17,18. Zum Beispiel, Dopamin-Spiegel sind höher in den Kern accumbens von gepaarten im Vergleich zu nicht-gepaarten Finken9.

Um die Rolle von Neurotransmitter-Systemen bei der Paarbindungsbildung und -wartung zu untersuchen, haben wir die Songpräferenz mit einem operantesten Testparadigma gemessen, das mit Infrarotsensoren ausgestattet ist, um Song-Wiedergaben auszulösen19. Das Verhältnis der Song-Wiedergaben identifizierte die Vorliebe der Frau für ein Männerlied. Vor der Opernkonditionierungsaufgabe wurde jede Frau bis zu 48 stunden in einer anechoischen Kammer mit ihrem Partner für "gepaarte Weibchen" oder mit einem unbekannten Männchen, für "ungepaarte Weibchen" isoliert. Um die Wirkung von Dopamin auf die Songpräferenz zu testen, wurden ungepaarte Weibchen zweimal mit einem D2R-Dopamin-Agonisten behandelt, während sie mit dem unbekannten Männchen isoliert wurden. Dieses Verhaltensparadigma basiert auf früheren Studien19,20 und ist für die Forschung von Studenten zugänglich.

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Protokoll

Alle Experimente wurden vom Institutional Care and Use Committee des W.M. Keck Science Department gemäß den NIH-Richtlinien genehmigt. Alle verwendeten Tiere waren Erwachsene (>90 Tage nach der Luke).

1. Bau der Operant Conditioning Chamber

  1. Bauen Sie einen Testkäfig bestehend aus zwei identischen Kammern, 15 x 15 x 17 Zoll3 jeweils (Abbildung 1A). Machen Sie eine kleine Tür (als Eingang zu jeder Kammer) auf der Seite des Käfigs in der Nähe der Barsche, indem Sie ein kleines 4,5 x 6 Zoll2 Fenster, das 2,5 Zoll von der Mitte des Käfigs zwischen den Kammern ist. Verwenden Sie ein separates Stück des Regals, um eine Tür zu machen, die das Fenster bedeckt.
    HINWEIS: Der Käfig besteht aus Drahtregalen für Schränke, die von jedem Baumarkt bezogen werden können. Das Scharnier der Tür kann mit Reißverschlüssen hergestellt werden.
  2. Schneiden Sie das Regal mit Drahtschneidern, um eine 4 x 6 Zoll2 Öffnung zwischen den beiden Kammern zu machen, damit der Vogel zwischen den Kammern bewegen kann.
  3. Legen Sie in jeder Kammer einen Barsch 11 Zoll von der Mitte des Käfigs und 6 zoll von der Unterseite des Käfigs ein. Verwenden Sie alle Barsch, die für die Art des Vogels geeignet ist, der getestet wird und die breite des Käfigs überspannt.
  4. Stellen Sie den Emitter und Empfänger des photoelektrischen Sensors direkt über jedem Ende des Barschs auf den Käfig. Die Sensoren mit Reißverschlüssen an den Draht über dem Barsch binden.
    HINWEIS: Das Aufstellen der Sensoren auf eine starre Unterlage (z. B. ein Zungendruckgerät) kann dazu beitragen, dass sich die Sensoren nicht am Drahtkäfig verdrehen und falsch ausgerichtet werden. Es ist wichtig, die Platzierung der Sensoren vor jedem Experiment zu testen, indem Sie den Infrarotstrahl (IR) manuell brechen. Wenn die Sensoren nicht richtig ausgerichtet sind, löst ein Vogel kein Lied aus, oder die Landung auf dem Barsch kann als mehrere Ereignisse gezählt werden.
  5. Legen Sie LED-Leuchten unter dem Schrank auf die Oberseite des Käfigs, um genügend Beleuchtung zu bieten, so dass sich die Tiere frei zwischen den beiden Seitenkammern bewegen.
  6. Platzieren Sie Vogelsamen und Wasser neben jedem der Barsche.
  7. Platzieren Sie einen Lautsprecher an jedem Ende jeder Kammer.
  8. Um Schallbeugung und Audio- und visuelle Ablenkungen zu reduzieren, legen Sie anechoischen Schaum auf den Umfang des gesamten Käfigs, mit Löchern für die Käfigtüren und Wasserflaschen links.
  9. Schließen Sie den Lautsprecher an einen Audioverstärker an und schließen Sie den Audioverstärker an den Soundausgang eines Computers an.

2. Anschluss von Sensoren

HINWEIS: Es gibt zwei Sätze von IR-Sensoren, jeder mit einem Emitter und Empfänger. Der Emitter hat ein Kabel mit vier Drähten (braun, blau, schwarz und weiß). Der Empfänger hat ein Kabel mit drei Drähten (braun, blau und schwarz). Der weiße Draht eines Emitters wird direkt an die Eingabe#1 auf der digitalen I/O-Platine angeschlossen. Der weiße Draht des zweiten Emitters wird direkt mit der #9 verbunden. Der Netzteileingang hat zwei Drähte (in der Regel rot und schwarz).

  1. Installieren Sie eine digitale E/A-Karte (Tabelle der Materialien), ihre Treiber und das zugehörige Programm 'Messung und Automatisierung'.
    HINWEIS: Die hier verwendete digitale I/O-Karte benötigt zum Abschluss der Installation einen Steckerblock und ein Multifunktionsbandkabel. Alternativ benötigt ein USB-E/A-Gerät keine PCI-Karte (oder das erforderliche Anschlussblock- und Flachbandkabelzubehör) und kann auf einem Laptop ausgeführt werden.
  2. Schließen Sie die beiden blauen Drähte jedes Emitters und Empfängers zusammen. Befestigen Sie zwei kleine Drähte am schwarzen Draht des Netzkabels, sodass der schwarze Stromdraht an die blauen Drähte jedes Sensorsatzes angeschlossen werden kann.
  3. Schließen Sie den schwarzen Stromkabel und zwei blaue Drähte an einen gemeinsamen Draht an. Schließen Sie diesen gemeinsamen Draht entweder an #2 oder 9 € am Steckerblock an.
    HINWEIS: Ein Satz von Sensoren sollte an die Eingabe #1 und #2 angeschlossen werden, und der andere Satz von Sensoren sollte an die #9 und #10 angeschlossen werden.
  4. Schließen Sie bei beiden Sensorsätzen den braunen Draht vom Emitter und dem Empfänger miteinander an. Schließen Sie für jedes Sensorset die beiden braunen Drähte an den roten Wechselstromkabel an.
    HINWEIS: Alle vier braunen Drähte sind mit dem roten Wechselstromkabel verbunden. Die photoelektrischen Sensoren werden über einen 10-30 V-Eingang angetrieben und müssen an einen AC-Wandler angeschlossen werden (z. B. einen 120 V bis 12 V-Wandler).
  5. Bestimmen Sie im Programm "Messung und Automatisierung", das der digitalen E/A-Karte zugeordnet ist, die Geräte-ID für die E/A-Karte, indem Sie das Menü Geräte und Schnittstellen auswählen.
  6. Wählen Sie die Option "Geräte-Pinouts", um die Port- und Leitungsnummer zu bestimmen, die den Eingängen in 2.3 entsprechen.
  7. Stellen Sie sicher, dass die E/A erkennt, wenn der IR-Strahl durch die Testpanelsunterbrochen wird ... Option im Programm. Beachten Sie die Kanal- und Port-IDs für jeden Sensorsatz.
    HINWEIS: Grüne Indikatoren ändern die Farbe, wenn der Status des Balkens geändert wird.

3. Installieren Sie Software und Hardware, um Barschlandungen zu zählen

  1. Laden Sie Sound Analysis Pro 2011 (SAP2011) und MySQL von http://soundanalysispro.com/ herunter und installieren Sie es.
    HINWEIS: Dies ist Freeware und kommt mit Installationsanweisungen und eine Bedienungsanleitung.
  2. Öffnen Sie SAP recorder.exe.
  3. Um den Sensoreingang so zu konfigurieren, dass SAP Barschlandungen erkennen und Songwiedergaben initiieren kann, klicken Sie im SAP Recorder-Steuerfenster auf die Registerkarte Operant Devices. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Operant Training aktivieren (NI-Karte installiert).
  4. Wählen Sie die entsprechende Geräte-ID (der Schieberegler Ports kann auf 3gesetzt werden). Geben Sie für jeden Detektor den entsprechenden Anschluss und die entsprechende Leitung aus den in Schritt 2.6 gesammelten Informationen an.
    HINWEIS: Wenn Der Port und die Leitung für jeden Detektor korrekt eingestellt sind, ändert sich das Licht von gelb zu rot.
  5. Klicken Sie im Hauptfenster für den SAP-Recorder auf Zug, um die Sensoren für die entsprechenden Kanäle zu aktivieren.
    HINWEIS: Eine gelbe Schaltfläche sollte angezeigt werden.
  6. Zeichnen Sie den Namen des Vogels auf, indem Sie die Kanalnummer auswählen (Drücken Sie kanal 1 oder 2 auf der linken Seite des Bildschirms), und geben Sie im Fenster Identifikation und Modus die Vogelidentifikation in das Feld Name ein.
  7. Um sicherzustellen, dass der Ton auf den Lautsprechern abgespielt wird, bearbeiten Sie die Einstellungen auf der Registerkarte Ausgabeauswahl, um das entsprechende Gerät auszuwählen, das mit dem Computer verbunden ist (d. h. Lautsprecher) und den Kanal, der mit dem Lautsprecher verbunden ist.
    HINWEIS: Weitere Einrichtungsinformationen finden Sie im Sound Analysis Pro-Benutzerhandbuch.

4. Isolieren Paare von Vögeln und sammeln männliche Lied

  1. Isolieren Sie einen männlichen und einen weiblichen Finken in einer Schalldämpfungskammer für 24–48 h. Sammeln Sie während dieses Zusammenlebens das Männerlied, das als "Partnerlied" bezeichnet wird.
    HINWEIS: Gepaarte Vögel sind ein Männchen und Weibchen, die zusammen für mindestens 2 Wochen untergebracht wurden. Ungepaarte Weibchen werden mit einem Männchen für nur 24-48 h platziert.
    1. Verwenden Sie ein Mikrofon, das an einen Audioverstärker angeschlossen ist, um den Song des Partners aufzunehmen.
    2. Erwerben Sie den Song mit Sound Analysis Pro 2011 und speichern Sie den Song auf einer Festplatte.
    3. Um die Wirkung der Neurotransmitter-Systeme auf die vorlieben weibliche Liedangaben zu testen, geben Sie dem Weibchen eine 50-L-subkutane Injektion von Saline (Fahrzeugkontrolle) oder Quinpirole (1 mg/ml in 0,9% Saline), wenn das Paar zum ersten Mal in die Kammer gelegt wird. Wiederholen Sie die Injektion nach 6–24 h (siehe Abbildung 1B).
  2. Erstellen Sie Songs für die Wiedergabe im Operant-Konditionierungskäfig.
    1. Erstellen Sie eine WAV-Datei, die 'Silence' ungefähr die gleiche Länge wie die Song-Wiedergabe abspielt.
      HINWEIS: Dies kann mit jeder Beliebigen stoltot-Software (z.B. Audacity) erfolgen.
    2. Schneiden Sie ein repräsentatives Lied (2–3 Motive) vom Partnermännchen.
    3. Schneiden Sie ein repräsentatives Lied (2–3 Motive) von einem unbekannten Männchen.
      HINWEIS: Verwenden Sie das gleiche unbekannte Männerlied für alle Experimente.
    4. Filtern Sie die Songs von 300 Hz–10 kHz.
    5. Passen Sie die Lautstärke so an, dass die Songs bei 70 dB abgespielt werden (durchschnittliche Amplitude über die Songdauer von den Lautsprechern in der Verhaltenskammer).
      HINWEIS: Die Lautstärke des Songs wird mit einem Schalldruckmesser getestet, das am Barsch platziert wird.

5. Song-Präferenz bei gepaarten Weibchen testen

  1. Bestimmen Sie die Seitenkammerpräferenz des Weibchens.
    1. Stellen Sie das Weibchen vor der Verhaltensprüfung in den Testkäfig, damit es sich mindestens 1 H an den Käfig anpassen kann. Stellen Sie sicher, dass der Finke beide Seitenkammern erforscht, indem Sie ein Objekt verwenden, das den Vogel durch die Öffnung dazu veranlasst, sich von einer Kammer zur anderen zu bewegen.
    2. Wählen Sie in Sound Analysis Pro die Registerkarte 'Wiedergaben' und dann die Schaltfläche 'Sounds' im Hauptfenster aus.
    3. Wählen Sie die Audio -WAV-Datei aus, um 'Silence' aus Kammer 1 und Kammer 2 abzuspielen.
    4. Gehen Sie zurück zu 'Main' und drücken Sie 'Reset' auf der Oberseite der Boxen auf der rechten Seite.
    5. Nach der Akklimatisierungsphase drücken Sie 'Start'.
    6. Am Ende der Sitzung drücken Sie 'Stop'. Notieren Sie sich die Anzahl der Auslöser an jedem Barsch, der in den blauen Feldern angezeigt wird.
      HINWEIS: Die Daten werden in einer MySQL-Datenbank gespeichert. Haben Sie eine Mindestanzahl von Triggern, um die Studie zu zählen, um sicherzustellen, dass das Weibchen aktiv genug ist (z. B. 12 oder mehr Barsche insgesamt).
  2. Bestimmen Sie die Songpräferenz.
    1. Wiederholen Sie die Schritte in Abschnitt 5.1, wählen Sie aber das Lied des Partners aus, um aus der Seitenkammer mit den wenigsten Barschauslösern (der nicht bevorzugten Seite) und einem unbekannten Lied aus der Seitenkammer mit den meisten Barschauslösern (der bevorzugten Seite) zu spielen.
      HINWEIS: Das Lied des Partners wird aus der Seitenkammer mit den wenigsten Auslösern während der Wiedergabe von Stille (der nicht bevorzugten Seite) gespielt.
    2. Drücken Sie 'Reset' vor dem Start der 1 h mit Songwiedergabe.
    3. Berechnen Sie die Kammer- und Songpräferenz, indem Sie die Anzahl der Trigger in der Seitenkammer, die das Lied des Partners abspielen, durch die Gesamtzahl der Auslöser dividieren.

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Ergebnisse

Im Anschluss an das Protokoll fanden wir heraus, dass gepaarte Frauen den Song ihres Partners bevorzugten (Abbildung 2A). Es gab einen signifikanten Unterschied zwischen der Seitenkammerpräferenz während der Stille zu der während der Songwiedergabe (t-Test für mehrere Vergleiche korrigiert; p = 0,004; t = 3,35, df = 16). So löste die Hündin bevorzugt das Lied ihres Partners im Vergleich zum Lied eines unbekannten Männchens aus.

Weibchen, die mit e...

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Diskussion

Wir beschreiben eine Methode, um die Songpräferenz von Zebrafinken zu testen. Wir nutzten diesen Test, um die Präferenz einer gepaarten Hündin für den Song ihres Partners zu testen. Darüber hinaus wurde der Assay verwendet, um die Wirkung von Dopamin auf die Induktion der Songpräferenz bei naiven Weibchen zu testen. Diese Methode ist relativ kostengünstig und wurde von Studenten entwickelt und verwendet, was sie zu einem ausgezeichneten Schulungswerkzeug für Studenten macht. Mehrere andere Studien haben Die Liedpräferenz...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Danksagungen

Wir danken Petra Grutzik für den Bau des Verhaltenskäfigs, Dr. Thomas Borowski für die Unterstützung bei der Planung des Experiments und Dr. Stephanie White für ihre großzügige Unterstützung. Finanzierung durch ein HHMI-Studienstipendium für Sommerforschung (HHMI #30052007536 d.S. und L.H.).

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
(-)-QuinpirolesigmaaldrichQ102
AkustikschaumCoulbourn Instruments, Allentown, PAH10-24A
Audioverstärker - 2 KanalAmazonPyle PCAU46Ajeder kleine Audioverstärker sollte funktionieren
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Digitale I/O-KarteNational InstrumentsPCI-6503 oder USB-6501
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multifunktionales FlachbandkabelNational Instruments180524-20
SchalldruckpegelmesserAmazon
ReihenklemmeNational Instruments777101-1

Referenzen

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Nachdrucke und Genehmigungen

Erratum


Formal Correction: Erratum: Operant Conditioning Task to Measure Song Preference in Zebra Finches
Posted by JoVE Editors on 2/18/2020. Citeable Link.

An erratum was issued for: Operant Conditioning Task to Measure Song Preference in Zebra Finches. An affiliation was updated.

One of the affiliations was updated from:

W.M. Keck Science Department, Clarmont McKenna College – Pitzer College – Scripps College

to:

W.M. Keck Science Department, Claremont McKenna College – Pitzer College – Scripps College

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