באמצעות מניפולציה תרופתית ו-דיוק גבוה טלמטריה רדיו לחקר הקוגניציה המרחבי בעלי חיים חינם היריעה

סיכום

מאמר זה מתאר פרוטוקול רומן המשלב המניפולציה התרופתית של טלמטריה זיכרון ורדיו לתעד ולכמת את תפקיד הקוגניציה בניווט.

תקציר

יכולתו של בהמה לחוש וללמוד על סביבתו ממלאת תפקיד מרכזי בתהליכים רבים התנהגותיים, כוללים ניווט, הגירה, פיזור ליקוט. עם זאת, ההבנה של תפקיד הקוגניציה בפיתוח אסטרטגיות ניווט ואת המנגנונים אסטרטגיות אלה הוא מוגבל על ידי קשיים מתודולוגיים מעורב ניטור, מניפולציה של קוגניציה של, ומעקב אחר חיות בר. מחקר זה מתאר פרוטוקול להתמודדות עם תפקיד הקוגניציה בניווט המשלב מניפולציה תרופתית של התנהגות עם טלמטריה רדיו דיוק גבוה. הגישה משתמשת סקופולמין, אנטגוניסט קולטן מוסקריני, לתמרן יכולות מרחביות קוגניטיבית. חיות שטופלו אז מנוטרות בתדירות גבוהה ברזולוציה מרחבית גבוהה באמצעות טריאנגולציה מרחוק. פרוטוקול זה יושם בתוך אוכלוסיה של מזרח צבוע צבים (Chrysemys picta) אשר מיושבמקורות מי חלוף עונתיות ~ 100 שנים, נעו בין מקורות הרחוקים באמצעות מדויק (± 3.5 מ '), מורכבות (כלומר, שאינו ליניארי עם tortuosity הגבוה החוצים בתי גידול מרובים), ומסלולים צפויים לומדים לפני 4 שנים. מחקר זה הראה כי התהליכים שמוצגים צבים אלה עולים בקנה אחד עם היווצרות ויזכור זיכרון המרחבי. יחד, תוצאות אלו עולות בקנה אחד עם תפקיד של קוגניציה מרחבית בניווט מורכב ולהאיר את האינטגרציה של טכניקות אקולוגיות תרופתיות בחקר הקוגניציה וניווט.

מבוא

קוגניציה (להלן מוגדרים "כל התהליכים כרוכים ברכישה, אחסון, ושימוש במידע מהסביבה" ¹⁾ היא מרכזית מערך של משימות ניווט מורכבות ^2. לדוגמא, עגור קנדי (canadensis עגור) מראה שיפור ניכר דיוק נודדות עם ניסיון ^3, והטבעת מינים של צבי הים בחופי הולדתן כמו גוזלים ולחזור כמבוגרים ^4-6. בדומה לכך, הגירה, פיזור מוצלח, ואת ציר ליקוט על יכולתו של בעל חיים כדי לאסוף מידע על הסביבה המרחבית שלהם ^7,8. חלק מבעלי החיים מופיעים ללמוד דרכי ניווט ביחס לתכונות נוף ספציפיות ⁹ ועלולים להשתמש קוגניציה מרחבית בעת מעבר בין קינון ומחפש מזון באזורים ^10. מחקר שנערך לאחרונה על צבים צבועים מזרח (Chrysemys picta) מרמז תקופה קריטית ניווט, שבו ניווט מוצלח של בית גידול שבהרים כבוגרים תלוי Juveניסיון הנילוס בטווח גילאים צר (<4 שנים ^11-13). למרות יחד מחקרים אלה להדגים את ההתקדמות שחלה בהבנת התפקיד של למידה בניווט ^{4-6, 14-16,} המנגנונים העומדים בבסיס התנהגויות כאלה והתפקיד מלא קוגניציה בניווט להישאר חידתית, במיוחד בקרב בעלי חוליות ^{8, 17 , 18.}

תחקירים מבצעיים לתוך התפקיד של קוגניציה בניווט הם נדירים ^{2, 8, 18,} בעיקר בשל קשיים מתודולוגיים מעורב ניטור, מניפולציה, ומעקב אחר חיות בר. לדוגמה, את הכף במרחב ובזמן גדול שעליו בעלי חיים רבים מנווט לעתים קרובות ימנע חקירות הן סוג של מידע כי החיות האלה פוטנציאל ללמוד וכיצד מידע כי היא רכשה. מבצעי ניסוי לעתים קרובות להתמודד עם הקשיים הלוגיסטיים גילוי ואיתור חיות כאשר ניטור התנהגות על פני שטחים גדולים כגון ומסגרות זמן, וכך להגביל את הסוגנתונים שניתן לגבות והמסקנות שניתן להסיק. למרות השימוש של מערכת מיקום הגלובלי רכוב בעלי חיים (GPS) חליליות עשוי לשפר את ההסתברות לגילוי של חיות החל נרחב, נתונים מרחביים שנאספו על ידי אמצעים אלה הם בדרך כלל החלטה מאוד גסה חסר מרכיב ההתנהגותי מפורט. כתוצאה מכך, הנתונים שניתן לגבות בנסיבות כאלה הם בעלי ערך המוגבל לבחינת וריאציה קלה בביצועים בין קבוצות שונות או טיפולים ניסיוניים. באופן דומה, המניפולציה הישירה, המבוקר של התנהגויות היעד אסורה לעתים קרובות על ידי המאזניים במרחב ובזמן הטיפוסיים של התנהגויות ניווט, כמו גם על ידי אילוצים לוגיסטיים טבועים של מחקרי שדה. מציאת בעלי חיים בסביבתם הטבעית, ללכוד לתמרן אותם, ולאחר מכן לאסוף נתונים התנהגותיים מבלי לייצר התנהגויות מזויפות בשוגג אתגרים גדולים של עבודה עם בעלי חיים בתחום. לכן, את העיצוב של ניסויים על frEE יריעת חיות מוגבל לעתים קרובות את היכולת לבצע ניסויים בשדה קפדניים, נשלטו על עצם את התפקיד של קוגניציה בניווט מוגבלת.

המחקר הנוכחי עוקף רבים מהקשיים הקודמים של חוקר את היחסים בין קוגניציה וניווט בתחום באמצעות שילוב רומן של מניפולציה תרופתית ומעקב ברזולוציה גבוהה של חיות ניווט בחופשיות בתנאי שדה. Scopolamine, קולטן אצטילכולין מוסקריניים (mAChR) אנטגוניסט, הוכח לחסום היווצרות הזיכרון המרחבי ותזכרו ידי חסימת פעילות כולינרגית במוחם של מגוון מינים חוליות ^18-24. Scopolamine ניתן להשתמש ביעילות על חיות חינם היקף בתנאי שדה ^{11, 18} ויש לו השפעה ניכרת אך זמנית (למשל, 6 - 8 שעות אצל זוחלים). Methylscopolamine, אנטגוניסט mAChR שאינו לחצות מחסום הדם-מוח-מחסום ^19-21, יכול לשמש כדי לשלוט עלההשפעות שנלוות האפשריות של סקופולמין ועבור בהיבטים הלא-קוגניטיביים של התנהגות ^11. פרמקולוגיה מאפשרת המניפולציה והמדויקת של הכרה על ידי קולטנים המשפיעים ישירות, וטלמטריה רדיו דיוק גבוה מאפשרת התצפית של תופעות הנובעות על התנהגות. מדידות שבוצעו באמצעות טריאנגולציה מרחוק בשתי מרחבית גבוהה (± 2.5 מ ') ובזמן (15 דקה') ברזולוציה לאפשר תיעוד כימות המדויק של יחסים בהתנהגות בעלי החיים אל המניפולציה הניסויית של קוגניציה.

המחקר ¹¹ זה נערך בין החודשים מאי ואוגוסט 2013 ו 2014 בחוות Chesapeake, אזור מחקר וניהול בטבע 3,300 דונם וחקלאות בקנט ושות 'MD, ארה"ב (39.194 ° N, 76.187 ° W). הפרוטוקול כולל חמישה שלבים עיקריים: (1) לכידה וטיפול בבעלי חיים (2) הדבקת משדרי רדיו (3) הכינו הסוכנים התרופתיים (4) ניטור וטיפול תנועות של בעלי חיים, (5) analyzing נתונים מרחביים. המחקר שיתואר בהמשך התמקד המזרח צבוע צב (Chrysemys picta). צבי באוכלוסייה מוקדי לעסוק בתנועות יבשות שנתיות שבה הם עוזבים ברכות ביתם ונווט אל בתי גידול מימיים חלופיים באמצעות אחד מארבעה מאוד מדויק (± 3.5 מ '), מורכבים, וצפויים למדי נתיבים ^{11, 12.} מניפולציה תרופתית של בעלי חיים מערכת זו יחד עם טלמטריה רדיו ברזולוציה גבוהה שופכת אור על תפקיד הקוגניציה בניווט חיות ברות חופשי.

פרוטוקול

כל הנהלים הקשורים בנושאי בעלי חיים אושרו על ידי ועדות הטיפול בבעלי החיים המוסדיים השתמש של פרנקלין מרשל וושינגטון מכללות אחרי כל התקנות מקומיות, המדינה, פדרלית.

לכידה וטיפול 1.

1. מניחים מלכודות חישוק בגוף היעד של מים כי ידוע מכילים צבים. לזהות עומק מים להבטיח כי 4 - 5 אינץ 'של המלכודת נשאר מעל מים כדי לאפשר צבי מלכודת פני מים ולנשום. כדי להיות בטוח להרחיב ומאובטח מלכודות חישוק לאורך המרבי שלהם עם קורות הצלב כדי למנוע קריסה מלכודת. מלכודות Stake למיטה של ​​הגוף של מים על מנת למנוע סחף.
2. מלכודות פיתיון עם כמה דגים מתים, כבד עוף, או צוואר עוף, פחית של מזון חתולים, ו / או פחית ירקות ^25.
3. בדוק מלכודות פעמיים ביום ולהסיר צבים. כשמוציאים צבים מן מלכודות, להחזיק בעלי חיים על ידי הצד ולהשתמש זהירות כדי למנוע פגיעה מפני ציפורניו או המקור.
   1. שחרור על ידי מסלקת דואר. מִחָדָשׁמלכודות אם שמנת משיכה היא רצויה. הערכת מצב הפיתיון. אם הפיתיון היה נצרך, להוסיף יותר. משוך מלכודות לחוף אם השמנה נוספת אינה רצויה.
4. לקבוע את מין וגיל של צבים אם רוצים ^{26, 27.}
5. מניח צב בשקית החזקה ולמדוד מסת גוף עם סולם המעיין אל גרמת הקרוב.
6. צבי תחבורה למעבדה בקופסות תחבורת אקלים מבוקר עם כמות קטנה של מים. חיות בית ביחידים באקווריום עם מים בבריכה מטופל שנערכה כ -25 מעלות צלזיוס ועמוק מספיק כדי לכסות את הראש בלבד.

2. משדר רדיו פרזול

1. כדי למקסם משדר החיים ופלט, לבחור את משדר הרדיו הגדול ביותר האפשרי שאינו עולה על 5% ממסת הגוף של בעל החיים ^28.
2. זהה את המיקום של מיקום משדר על שריון בערך באמצע הדרך בין קו האמצע לקצה הלטרלי של שריון כ 1/3 ליטרength עד מהקצה האחורי של השריון.
3. הכן באזור על ידי הסרת בוץ, לכלוך, וצמיחה אצות עם מטלית יבשה. אזור ספוגי עם isopropanol 70%.
4. צרף משדר עם כמות קטנה של אפוקסי 5 דקות. אוריינט המשדר למקסם במגע עם פני השטח של השריון. מקם את האנטנה כך מפגרת מאחורי במקביל חיה על ציר זמן של הגוף.
5. לאחר מיקומו כראוי, לכסות את המשדר כולו וכ 1 סנטימטר של משטח השריון שמסביב עם אפוקסי 5 דקות.
6. החזר את הצב לאקווריום ולאפשר אפוקסי לרפא לילה.

3. הכנה תרופתית

זהירות: hydrobromide Scopolamine ו methylbromide סקופולמין הם אנטגוניסטים אצטילכולין חזק. כשעובד עם תרופות אלה, עיינו בגיליון בטיחות חומרים, להשתמש בציוד מגן אישי מתאים (למשל, כפפות, קטר מכסה מנוע), אחרי פרוטוקולי בטיחות במעבדה להימנע accidenקשר טל.

1. שימוש בחומרים מתכלים סטרילית antipyrogenic, מתחם פתרון המניות של hydrobromide סקופולמין. תשקול את הכמות הרצויה של התרופה על איזון אנליטית. מערבבים את סקופולמין עם מי מלח הזרקת צינור חרוטי לריכוז של 1 מ"ג / מ"ל. הפתרון וורטקס עד שהיא נמסה. ודא וניקיונו הכימי של כימיקלים בסיס עונה או עולה Pharmacopeia הברית ארצות ניסוח (USP) כאשר ¹¹ אפשרי.
2. 3.1 חזור על שלב עם סקופולמין methylbromide.
3. פתרון תהליך באמצעות ניילון 0.22 מיקרומטר נקבוביים או אסטרים תאיים מעורבים מזרק מסנן לתוך בקבוקון בסרום אטום סטרילית.
4. חנות בטמפרטורת החדר. יש להשתמש תוך 24 שעות.

4. תנועות צב מסלול באמצעות ¹¹ טלמטריה ^{רדיו, 12}

1. לעבור את המיקום הכללי של בעל חי היעד, שנותר לפחות 25 מ 'מן החיה. באמצעות אנטנה יאגי כיוונית וקביעת רווח במקלט בינוני, לסרוק את horizעל מנת לקבוע את הכיוון ואת המיקום המחוספס של החיה. בעת קבלת הפרעות או אות חלשה, למצוא משרה חדשה. גדל העלאה או להחזיק יאגי באוויר כאשר ניתן לשפר אות.
2. לאחר מיקום מתאים נמצא לקחת מיסב, להקליט עמדתך עם GPS.
3. בשיטת null / שיא ^28, לקבוע את הכיוון של השמאל nulls תקין.
   1. לזהות את הכיוון של האות החזק ביותר. סובב את הרווח למטה ככל האפשר תוך עדיין מקבל אות לזיהוי. השתמש בבורר מחליש על המקלט אם כך מאובזר. הזז את האנטנה שמאלה ולהקליט את המצפן שבו האות לאיבוד.
   2. חזור על השלב הקודם עבור הנושאות התקינות.
4. 4.3 חזור על שלב מלפחות שני מקומות נוספים עבור אותה חיה.
   הערה: נקודות נוספות אלה צריכות להילקח באופן כגון להקיף את החיה.
   1. כאשר קבוצה של מסבי לקוח מתוך greaמרחק t או עם הפרעות בלתי נמנעות, לקחת לפחות שני מסבים נוספים כדי להגדיל את הדיוק. אסוף סטים של מיסבים להשתמש כדי להעריך במקום אחד מהר ככל האפשר, במיוחד אם החיה נעה.
      הערה: לחלופין, אנשים מרובים יכולים לתאם לקחת מסבים עצמאיים רבים על החיה אותו בעת ובעונה אחת.
5. שיא מיקומם של חיות דיגיטליות או ביד כל 10 - 15 דקות באמצעות שלבים לעיל.
6. מניפולציה של עיבוד קוגניטיבי
   1. לאחר הנתיב של החיה unmanipulated מתועדת (שליטה בתוך-נושאים), לספק מנה של אחד סקופולמין או methylscopolamine. השימוש ההמוני שנאסף בשלב 1.5, לחשב את כמות התרופה יינתן לבעל החיים כדי להשיג מנה סופית ספציפי זוחלת של 6.4 מ"ג / קילו של סקופולמין או 6.8 מ"ג / קילו של methylscopolamine ^{19, 20.}
   2. לספק את התרופה ישירות לתוך הצפק דרך הסינוס הצפק הזנב באמצעות 1.0 מ 'מזרק l עם מחט 22 מד. ודא שעוצמת הקול הכולל נמסר אינו עולה על 1 מ"ל.
   3. שחרר חיה בהקדם האפשרי באתר שלה של לכידה.
   4. המשך מעקב אחר התנועה של החיה כל 10 - 15 דקות עד שהוא מגיע ליעד הצפוי שלו.

5. ניתוח מרחבים

1. לחישוב אומדן מיקום חיה.
   1. עבור כל קבוצה של מסבי null, החוצה את הזווית (במסירה ביד או באמצעות תוכנה) כדי למצוא את נושאות משדר נגזרים מהם. חזור לכל המסבים בנקודת זמן נתונה.
   2. באמצעות תוכנת טריאנגולציה על פי הפרוטוקול של היצרן, להעריך את המיקום של החיה וטעייה הקשורים מסבי משדר המרובים. המרת הערכות בעמדת x / y קואורדינטות אם תוכנה מספקת פלט שונה.
2. חזור על שלבי 5.1 עבור כל הסטים של מיסבים.
3. חשבתי את דיוק מרחבית של תנועה.
   1. חשב אתממוצע גיאומטרי מצטבר (נתיב כלומר, ממוצע) של חיות unmanipulated (שליטה שלילית) כפי שהם לנוע לעבר המטרה שלהם ^12.
   2. לכל אחד מפרטי קבוצות הטיפול ושליטה חיובית, לחשב את המספר המצטבר של נקודות החופפים נתחים גדולים ברציפויות מקו הגיאומטרי ב 5 מ 'מרווח עד 100% מכלל הנקודות נכללו ^{11, 12.}
   3. לחשב את הממוצע ואת סטיית התקן בכל מרחק רצועה עבור כל אדם בכל קבוצה.
   4. סטטיסטית לנתח את הנתונים, השוואה בין קבוצות הטיפול, בין אם עבור המרווח כדי להכיל 100% של נקודות או הנקודות של חפיפה במרווח נתון, בהתאם לשאלה.

תוצאות

שימוש בפרוטוקול לעיל, את התפקיד של קוגניציה בניווט התבצע במסגרת אוכלוסיית המזרח צבוע צבים (Chrysemys picta) כי חווה מקורות מי חלוף עונתיים עבור ~ 100 שנים. אוכלוסייה זו שוכנת שילוב של חלוף (הסחוט בשנה ובמהירות - בכמה שעות) ובתי גידול מימי קבע (איור 1). מחקרים קודמים מראים כי לאחר הבריכות שלהם הן סחוטות, צבי התושב לנווט למקורות מים חלופיים עם דיוק גבוה (± 3.5 מ ') באמצעות מסלולים מורכבים, צפויים למדו לפני 4 שנים של גיל

דיון

הפרוטוקול המובא כאן מאפשר הנסיין לתעד ולכמת את תפקיד הקוגניציה בניווט. קוגניציה מניפולציה בתחום הוכיחה קשה, כמו רוב הגישות לעזוב הנסיינים מסוגלים לדעת אילו היבטים ספציפיים של התנהגות בעלי החיים מנוצלים. עם זאת, הפרוטוקול המובא כאן מאפשר הנסיין לתמרן במדויק ובכך להעריך את התפקיד של קוגניציה בניווט. הטכניקה נוספת מאפשרת הנסיינים לפקח ניווט חיה בזמן אמת עם רזולוציה מרחבית גבוהה במיוחד ובזמן, ובכך מעצימה לחוקרים ברור לתעד את השלכות התנהגותיות של מניפולציה ניסויית של קוגניציה בטבע הפרא...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
סקופולמין ברומיד	סיגמא	S0929	USP
סקופולמין מתילברומיד	סיגמא	S8502, 1421009	גרסאות USP וגרסאות שאינן USP
Saline	Hanna Pharmaceutical Supply Co., Inc.	409488850	USP, מנוסח כהזרקה
מסנן מזרק	פישר	09-720-004
מזרק	פישר	14-823-30
מחט היפודרמית	פישר	14-823-13
אנטנה	חומרי חיות בר	3 אלמנטים מתקפלים אנטנות יאגי	עם אלמנטים נוספים זמינות, אך יכולות להיות מסורבלות בשטח.
מקלט רדיו	חומרי חיות בר	TRX-2000S	זמינים גם דגמים עמידים במים.
קומפאס	ברנטון	משדרי רדיו Truarc 15
	Holohil Inc.	BD-2, PD-2, RI-2B	משתנים בתוחלת החיים ובפלט האות כפונקציה של גודל הסוללה והגדרות קצב הדופק, הניתנות להתאמה אישית על סמך שאלת המחקר והאורגניזם.
יש צורך בכבל קואקסיאלי GPS	Garmin	eTrex Venture
	newegg.com	חיבורי C2G 40026	BNC.
חישוק נטו	ממפיס נטו וטוין	לבחור את גודל הרשת נטו TN325 על סמך הגודל המינימלי של חיית היעד.