放し飼いの動物における空間認知を研究するために薬理学的操作と高精度ラジオテレメトリーを使用しました

サマリー

本稿では、ナビゲーションにおける認知の役割を文書化し、定量化するために、メモリやラジオテレメトリの薬理学的操作を組み合わせた新たなプロトコルを記述します。

要約

知覚とその環境について学習する動物の能力は、ナビゲーション、移行、分散および採食を含む多くの行動プロセスにおいて重要な役割を果たしています。しかし、ナビゲーション戦略、これらの戦略の根底にあるメカニズムの発展における認知の役割の理解は、認知を操作し、野生動物を追跡し、監視に関わる方法論的困難さによって制限されます。本研究では、高精度の無線遠隔測定と行動の薬理学的操作を組み合わせたナビゲーションにおける認知の役割に対処するためのプロトコルについて説明します。アプローチは、認知空間の能力を操作するために、スコポラミン、ムスカリン性アセチルコリン受容体拮抗薬を使用しています。処理された動物は、リモート三角測量を介して高周波数と高空間分解能で監視されています。このプロトコルは、人が住んでいる東ニシキガメ（ ニシキガメ ）の集団内で適用されました正確な（±3.5メートル）を使用して、遠いソース間の移動〜100年間の季節はかない水源は、複合体（ すなわち 、複数の生息地を横断高い屈曲度と非線形）、および予測可能なルートは4歳前に学びました。本研究では、これらのカメが使用するプロセスが空間記憶の形成とリコールと一致していることを示しました。一緒に、これらの結果は、複雑なナビゲーションにおける空間認知の役割と一致していると認知とナビゲーションの研究で生態学的および薬理学的技術の統合を強調表示します。

概要

認知（本明細書では「取得、保存、および環境からの情報の使用に関連するすべてのプロセス」と定義は^、1）複雑なナビゲーションタスク²の配列の中心です。例えば、サンドヒルクレーン（ つる座カナデンシス）が孵化としての出生のビーチでマークされた経験を³と渡り鳥の精度の向上、およびウミガメの種のインプリントを示し、大人^4-6として返します。同様に、移行が成功し、分散、およびそれらの空間的環境^7,8に関する情報を収集するために、動物の能力にヒンジを採餌。いくつかの動物は、特定の景観の特徴⁹に関連して、ナビゲーションのルートを学ぶために表示され、営巣や採餌エリア¹⁰間を移動するときの空間認知を使用してもよいです。東ニシキガメ（ ニシキガメ ）に関する最近の研究は、成人としての高地生息地の成功ナビゲーションはユーベにかかっナビゲーションにおける重要な期間を、示唆しています^{（11月13日} <4才）狭い年齢範囲内のナイルの経験。一緒にこれらの研究は、ナビゲーション^4-6、14-16で学習の役割を理解してなされたもので進捗状況を実証するが、そのような行動の根底にあるメカニズムやナビゲーションにおける認知の完全な役割は^17、特に脊椎動物⁸に、謎のまま^、18。

ナビゲーションにおける認知の役割への現地調査は、主に、監視に関わる方法論的困難さに起因する^{2、8、18は} 、操作、および野生動物を追跡稀です。例えば、多くの動物は、多くの場合、これらの動物は、潜在的に学び、どのようにその情報が取得されている情報の両方のタイプを調査妨げる大きな空間的・時間的スケールをナビゲートするに。実験者は、多くの場合、それによって種類を制限する、このような大規模なエリアや時間枠にわたって行動を監視する場合、動物を検出し、位置の物流困難に直面します収集可能なデータと引き出すことができる結論の。動物に取り付けられた全地球測位システム（GPS）レコーダーの使用は、広範囲の動物の検出確率を向上させることができるが、これらの手段によって収集された空間データは、一般的に非常に粗い分解能であり、詳細な行動の成分を欠いています。したがって、このような状況下で収集することができるデータは、異なるグループまたは実験的治療の間での動作の微妙な変化を調べるために限られた値です。同様に、ターゲットの行動を直接、制御された操作は、多くの場合、ナビゲーション行動の典型的なだけでなく、フィールド調査の固有の物流制約によって、空間的・時間的スケールで禁止されています。 、彼らの自然の生息地で動物を見つけるキャッチし、それらを操作してから、うっかりスプリアス挙動を生じることなく行動データを収集するフィールドに、動物での作業の大きな課題となっています。したがって、FR上の実験の設計EE-範囲の動物は、多くの場合、拘束されているとナビゲーションにおける認知の役割を厳格に制御フィールド実験を実施する能力が限られています。

本研究は、フィールド条件下での薬理学的操作と自由に移動する動物の高解像度の追跡の新規な組み合わせを使用してフィールドの認知とナビゲーションとの間の関係を調査した以前の困難の多くを回避します。スコポラミン、ムスカリン性アセチルコリン受容体（のmAChR）のアンタゴニストは、脊椎動物の分類群^18〜24の種々の脳におけるコリン作動性活性を遮断することによって、空間記憶の形成およびリコールを遮断することが示されています。スコポラミンは、現場条件^11、18下放し飼いの動物で効果的に使用し、マークされますが、一時的な効果があり得る（ 例えば 、6 -爬虫類で8時間）。メチルスコポラミン、血液脳関門^19-21と交差^しないのmAChRアンタゴニストは、を制御するために使用することができスコポラミンのと行動¹¹の非認知的な側面のための可能な末梢効果。薬理学を直接受容体に影響を与えることにより、認知の正確な操作を可能にし、高精度な無線遠隔測定は、行動上の結果として生じる効果の観察を可能にします。 （2.5メートル±）高い空間および時間（15分）の解像度の両方でリモート三角測量を介して得られる測定値は、認知の実験的操作に動物行動の相対的な正確な文書化および定量化を可能にします。

この研究^11はチェサピーク農場、ケント株式会社は、MDで3300エーカーの野生動物管理と農業研究領域、USA（39.194°N、76.187°W）で月と2013年8月と2014年の間に実施されました。 （1）動物を捕獲および取り扱い（2）貼付無線送信機（3）の薬剤を準備する（4）動物の動きを監視し、操作、および（5）ANA：プロトコルは、主に5つのステップが含まれ空間データを溶菌。東に本明細書に記載され焦点を当てた研究はカメ（ ニシキガメ）を描きました。焦点人口カメでは、彼らは彼らの家の池を離れ、4非常に、（3.5メートルを±）精密、複雑、かつ高度に予測可能なルート^11、12のいずれかを使用して代替水生生息地に移動した年次陸上運動に従事。の動物の薬理学的操作高解像度の無線遠隔測定とペアになって、このシステムは自由に野生動物をナビゲートにおける認知の役割に光を当てます。

プロトコル

動物を対象とするすべての手順は、フランクリンマーシャル、ワシントン大学の施設内動物管理使用委員会によって承認され、すべての地域、州、および連邦規制を追跡しました。

1.キャプチャと取り扱い

1. カメを含むことが知られている水のターゲット本体にフープトラップを配置します。トラップの5インチ捕獲されたカメが表面化し、呼吸できるようにするために水の上に残っている - 4は、ことを確実に水の深さを特定します。トラップ崩壊を防ぐために、クロスビームとの最大の長さにフープトラップを展開して確保するようにしてください。ステークドリフトを防ぐために水の体のベッドにトラップします。
2. いくつかの死んだ魚、鶏の肝臓、または鶏の首、キャットフードの缶、および/または野菜²⁵缶と餌トラップ。
3. 一日二回トラップを確認し、カメを削除します。トラップからカメを取り外すときは、横に動物を保持し、爪やくちばしから怪我をしないように注意してください。
   1. 混獲リリース。リ継続的な捕獲が所望される場合にトラップを設定します。餌の状態を評価します。餌が消費された場合は、さらに追加。追加のトラップが望まれていない場合は岸にトラップを引き出します。
4. ^26、27を希望する場合はカメの性別と年齢を決定します。
5. 保持袋にカメを置き、最寄りグラムに春のスケールで体重を測定します。
6. 少量の水と気候制御の輸送ボックス内の研究室へ輸送カメ。未処理の池の水を約25℃に保持し、頭部のみをカバーするのに十分な深さと水槽で単独ハウス動物。

2.貼付無線送信機

1. 送信機の寿命及び出力を最大にするために、動物の体重²⁸の5％を超えない可能最大無線送信機を選択します。
2. 約1/3リットルのほぼ中間甲の正中線と横方向の縁部との間の甲羅上の送信機の配置の位置を特定します甲の後縁から上方ength。
3. 乾いた布で泥、破片、および藻類の成長を除去することにより、エリアを準備します。 70％のイソプロパノールで綿棒エリア。
4. 5分エポキシ少量の送信機を取り付けます。甲の表面との接触を最大にする送信機を向けます。それは体の長軸に動物並列後ろトレイルようにアンテナを配置します。
5. いったん適切に位置付け、5分エポキシで全体の送信機と、周囲の甲表面の約1cmをカバーしています。
6. 水槽にカメを返し、エポキシは一晩硬化させます。

3.薬理準備

注意：スコポラミン臭化水素酸塩およびスコポラミン臭化メチルは、強力なアセチルコリンアンタゴニストです。これらの薬剤で作業している場合は、適切な個人用保護具（ 例えば 、手袋、ヒュームフード）を使用し、材料安全データシートを参照してください、とaccidenを回避するために、実験室の安全なプロトコルに従ってくださいタルコンタクト。

1. 滅菌とantipyrogenic消耗品を使用して、スコポラミン臭化水素酸の原液を配合。化学天秤で薬剤の所望量を量り分けます。 1mg / mlの濃度にコニカルチューブに注入食塩水スコポラミンを混合します。溶解するまでボルテックスソリューション。ベース化学物質の化学的純度は、米国薬局方（USP）処方可能な場合は^11を満たし^ているか、超えていることを確認してください。
2. スコポラミン臭化メチルと繰り返し手順3.1。
3. 0.22μmの細孔ナイロンまたは混合セルロースエステルを介して処理液は、滅菌密封血清バイアルにフィルターをシリンジ。
4. 室温で保管してください。 24時間以内に使用してください。

ラジオテレメトリ^11、12を使用し^た 4トラックタートルの動き

1. 動物から少なくとも25メートル残り、対象動物の一般的な場所に移動します。 HORIZをスキャンし、指向性八木アンテナを使用して、中に受信機のゲインを設定動物の大まかな方向及び位置を決定します。干渉や微弱な信号を受信すると、新しい位置を見つけます。標高を増やすか、可能な場合は、信号を強化するために空中八木を保持します。
2. 適切な場所がベアリングを取るために検出されると、GPSで自分の位置を記録します。
3. ヌル/ピーク法^28を使用して、左右のヌルのベアリングを決定します。
   1. 最強の信号の方向を特定します。依然として検出信号を受信しながら、可能な限りゲインを下げてください。そう装備されている場合、受信機のアッテネータスイッチを使用します。左にアンテナを移動して、信号が失われるコンパス方位を記録。
   2. 右ベアリングのため、前の手順を繰り返します。
4. 同じ動物のための少なくとも二つの追加の場所から、ステップ4.3を繰り返します。
   注：動物を囲むように、これらの追加的な点は、このような方法で注意しなければなりません。
   1. ベアリングのセットはのGreAから取得された場合T距離や不可避干渉が、精度を高めるために、少なくとも二つの追加のベアリングを取ります。動物が移動している場合は特に、可能な限り迅速に単一の場所を推定するために使用される軸受のセットを収集します。
      注：別の方法として、複数の担当者が同時に同じ動物に複数の独立したベアリングを取るように調整することができます。
5. 動物のレコードの位置をデジタルまたは手ですべての10 - 上記の手順を使用して15分。
6. 認知処理の操作
   1. 操作されていない動物のパスが（被験者内制御）文書化された後、スコポラミンまたはメチルスコポラミンのいずれかの用量を提供。ステップ1.5で収集した質量を用いて、スコポラミンの6.4ミリグラム/ kgまたは6.8mgのメチルスコポラミン¹⁹の/キロ^、20の爬虫類固有の最終用量を達成するために動物に与えられる薬物の量を計算します。
   2. 1.0メートルを使用して尾腹膜洞を経由して腹膜に直接薬物を送達22ゲージの針を持つリットルシリンジ。配信全量を1ミリリットルを超えないようにしてください。
   3. キャプチャのそのサイトで、できるだけ早く動物を放します。
   4. それは、その投影された宛先に到達するまで15分 - すべての10の動物の動きを監視し続けます。

5.空間分析

1. 動物の位置の推定値を計算します。
   1. ヌルベアリングのセットごとに、結果の送信機のベアリングを見つけるために（手でまたはソフトウェアを介して ）角度を二等分します。与えられた時点で、すべてのベアリングのために繰り返します。
   2. 製造業者のプロトコルに従って三角測量ソフトウェアを使用して、複数の送信機軸受と動物の位置と関連する誤差を推定します。ソフトウェアが異なる出力を提供する場合のx / y座標に位置推定値を変換します。
2. 繰り返しはベアリングのすべてのセットのために5.1を繰り返します。
3. 運動の空間精度を計算します。
   1. 計算累積幾何平均彼らは彼らの目標¹²に向かって移動するように操作されていない動物（陰性対照）の（ すなわち 、平均パス）。
   2. 治療および陽性対照群内の個々について、すべてのポイントの100％が^11、12が含まれているまで、5メートル間隔での幾何平均線から順に、より大きな帯状に重なる点の累積数を計算します。
   3. 各グループ内のすべての個人のための各スワスの距離で平均値と標準誤差を計算します。
   4. 統計的にどちらかの質問に応じて、指定した間隔でポイントまたは重複のポイントの100％に対応するために、間隔の治療群間で比較し、データを分析します。

結果

上記のプロトコルを使用して、ナビゲーション中の認知の役割は、東部の人口で評価した〜100年間の季節はかない水源を経験したカメ（ ニシキガメ）を描きました。永久水生生息地（ 図1） -この集団は、一時的な（数時間で毎年、急速に排水）のミックスに生息します。以前の研究は、その池が排出された後、常駐カメは、高精度（3.5メートル±）4歳^11-13（ 図1）の前に学んだ複雑な、予測可能なルートを使用する場合の代替水源にナビゲートすることを示唆しています。

この研究では、これらのカメで使用されるプロセスは、空間記憶の形成と一致しており^、11をリコールすることを示しました。スコポラミンは、空間記憶の形成を含む動物の脳（コリン作動性作用を遮断し^{、19から21を}リコール11にスコポラミンのない効果を示唆していない、スコ...

ディスカッション

ここで紹介するプロトコルは、実験者は、ナビゲーションにおける認知の役割を文書化し、定量化することができます。ほとんどのアプローチは、動物の行動の特定の側面が操作されているかを知ることができない実験者を残すようにフィールドに認知を操作することは、困難であることが判明しました。しかし、ここで紹介するプロトコルは、実験者が正確に操作するため、ナビゲーションにおける認知の役割を評価することができます。技術はさらに、それによって力を与える研究者が野生動物における認知の実験的操作の行動の影響を明確に文書化するために、実験者は、非常に高い空間分解能と時間分解能でリアルタイムに動物のナビゲーションを監視することができます。

このような状況の中で、無線遠隔測定は、高品質の空間と行動データの両方を得、正確に偉大な距離で動物の動きを監視する機能を提供します。テレメトリーのこの適用はされるものではないが²⁸新しい、大多数の研究は、生態や行動（ 例えば 、生息地の使用、自宅範囲サイズなど ）で粗質問に対処するためにこの手法を使用しています。動物の場所...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
臭化スコポラミン	Σ	S0929	USP
臭化スコポラミンメチル	Σ	S8502、1421009	USPおよび非USPバージョン
生理食塩水	Hanna Pharmaceutical Supply Co., Inc.	409488850	USP、注射剤として処方
シリンジフィルター	フィッシャー	09-720-004
シリンジ	フィッシャー	14-823-30
皮下注射針	フィッシャー	14-823-13
アンテナ	野生動物材料	3エレメント 折り畳み式八木	アンテナ(エレメント追加あり)もありますが、現場では扱いにくい場合があります。
ラジオ受信機野	生動物材料	TRX-2000S	耐水性モデルもご用意しています。
コンパス	・ブラントン	Truarc 15
無線送信機Holohil	株式会社	BD-2、PD-2、RI-2B	送信機のモデルは、バッテリーサイズと脈拍数設定の関数として寿命と信号出力が異なりますが、これは研究の質問と生物に基づいてカスタマイズできます。
GPS	Garmin	eTrex Venture
同軸ケーブル	newegg.com	C2G 40026	BNC 接続が必要です。
フープネット	メンフィスネットとトワイン	TN325	ネットメッシュサイズは、対象動物の最小サイズを基準に選択してください。