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方法論記事

ゼブラフィンチの歌の好みを測定するためのオペラントコンディショニングタスク

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DOI:

10.3791/60590

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2019年12月26日

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

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サマリー

シマウマフィンチで曲の好みを評価する手法について説明する。女性は2部屋のケージに置かれ、歌の好みは、彼女が第二の部屋で別の曲をトリガと比較して、1つの部屋内の止まり木に着陸することによって1曲の再生をトリガする回数によって測定されます。パーチ着陸は、赤外線センサーを使用してカウントされます。

要約

オペラントコンディショニングパラダイムは、女性のシマウマフィンチの曲の好みをテストするために使用されます。フィンチは、接続開口部を持つ2チャンバーケージに配置され、各チャンバー内の止まり木に着陸することによって、曲のための彼らの好みを示しています。各止まり木の上の光電センサから赤外線ビームを遮断することにより、鳥はケージの両側にあるスピーカーを通して曲の再生を活性化します。自由に利用可能なソフトウェアは、各パーチから曲の再生をトリガするために使用されます。各動物の曲の好みを決定するために、彼女の部屋の好みは、彼女が各パーチに着陸したときに曲の再生をトリガすることによって、最初に識別されます。この部屋の好みは、彼女の歌の好みに比較されます。最小アクティビティしきい値は、優先順位が実際であることを確認するために設定されます。この方法を使用して、ペアリングされた女性がパートナーの曲を好むことを示します。この方法は、歌の好みの形成と維持にドーパミンの寄与を理解するために使用されました.

概要

生物学における基本的な疑問の一つは、動物がどのようにアフィニティー結合を形成するかという点です。特に、これらの結合が作られる神経機構とは何か、これらの基本的なメカニズムは脊椎動物種全体で保存されているのでしょうか?草原のボレは、ペア結合形成1、2、3に重要な神経伝達物質システムのいくつかに手がかりを与えました。特に、側坐核の受容体を介して作用するドーパミンは、男性と女性の両方のvoles4、5でパートナーの好みを誘導することができる。パートナーの好みの形成とメンテナンスの基礎となる一般的な原則が進化的に保存されているかどうかは不明です。

一夫一婦制は哺乳類6よりも鳥類に多い。したがって、鳥類におけるアフィニティー行動のメカニズムを他の種と比較することは、保存された神経基礎7、8、9を理解するために重要である。一般的に、ソングバードの多くの種にわたって、男性の歌は、男性のフィットネス10、11の正直な指標として機能すると考えられています。男性シマウマフィンチソングバードは、仲間を引き付け、一夫一婦制のペア12、13の形成に影響を与えるために歌います。したがって、歌は、これらの鳥のパートナーの好みを決定するために使用することができます。

女性がパートナーの歌を好む仕組みは不明です。メソトシンは、オキシトシンの鳥類ホモローグであり、フィンチ14、15における対結合形成において役割を果たしているように見える。また、ドーパミンは対結合形成において役割を果たすることが示されている9,16,17,18.例えば、ドーパミンレベルは、対対対対対対のフィンチ9の側坐核においてより高い。

ペアボンドの形成とメンテナンスにおける神経伝達物質システムの役割を研究するために、赤外線センサーを搭載したオペラントテストパラダイムを用いて曲の好みを測定し、曲の再生をトリガする19.曲の再生の比率は、男性の歌のための女性の好みを識別しました。オペラントコンディショニングタスクの前に、各女性は「ペアの女性」のための彼女のパートナーまたは不慣れな男性との無響室で最大48時間、または「ペアリングされていない女性」のために隔離されました。歌の好みに対するドーパミンの効果をテストするために、ペアリングされていない女性は、不慣れな男性と単離しながら、D2Rドーパミンアゴニストで2回治療された。この行動パラダイムは、以前の研究19、20に基づいており、学部生による研究に適しています。

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プロトコル

すべての実験は、NIHガイドラインに従って、W.M.ケック科学部の制度ケアと使用委員会によって承認されました。使用された動物はすべて成人でした(>90日ポストハッチ)。

1. オペラントコンディショニングチャンバーの建設

  1. 2 つの同一チャンバーで構成されるテスト ケージを構築し、それぞれ 15 x 15 x 17 インチ3 (図 1A)。チャンバー間のケージの中心から2.5インチ離れた小さな4.5 x 6インチ2の窓を切り取ることによって、止まり木の近くのケージの側面に小さなドア(各部屋への入り口として)を作ります。棚の別の部分を使用して、窓を覆うドアを作ります。
    注:ケージは、任意のホームセンターから得ることができるクローゼットのためのワイヤー棚から作られています。ドアの蝶番はジップタイと作ることができる。
  2. ワイヤーカッターで棚を切り、2つのチャンバーの間に4 x 6インチ2の開口部を作り、鳥がチャンバー間を移動できるようにします。
  3. 各チャンバーに、ケージの中心から11インチ、ケージの底から6インチのパーチを置きます。テストされる鳥の種類に適しており、ケージの幅にまたがる任意の止まり木を使用してください。
  4. 光電センサのエミッタとレシーバーを、パーチの両端の真上のケージに置きます。ジップタイを使用して、センサーをパーチの上のワイヤーにテザーします。
    注:センサーを硬いバッキング(舌圧子など)に置くと、センサーがワイヤーケージにねじれてずれになるのを防ぐのに役立ちます。赤外線(IR)ビームを手動で破壊して、各実験の前にセンサーの配置をテストすることが重要です。センサーが正しく位置合わせされていない場合、鳥は曲をトリガーしないか、止まり木に着陸すると複数のイベントとしてカウントされる場合があります。
  5. ケージの上部にキャビネットの下のLEDライトを置き、動物が2つの側の部屋の間を自由に動くように十分な照明を提供します。
  6. 鳥の種と水をそれぞれの止まり木の横に置きます。
  7. 各チャンバーの両端にスピーカーを配置します。
  8. 音の回折とオーディオと視覚的な気晴らしを減らすために、ケージのドアと水のボトルのための穴が残って、ケージ全体の周囲に無響泡を置きます。
  9. スピーカーをオーディオアンプに接続し、オーディオアンプをコンピュータのサウンド出力に接続します。

2. センサの接続

注:2 組の IR センサーがあり、それぞれにエミッタとレシーバがあります。エミッタには、4本のワイヤ(茶色、青、黒、白)のケーブルがあります。受信機には、3本のワイヤー(茶色、青、黒)のケーブルがあります。1つのエミッタの白いワイヤは、デジタルI/Oボード上の入力#1に直接接続されます。2 番目のエミッタの白いワイヤは、入力#9に直接接続されます。AC電源入力には2本のワイヤ(通常は赤と黒)があります。

  1. デジタルI/Oカード(材料表)、ドライバ、および関連プログラム「測定と自動化」をインストールします。
    注:ここで使用するデジタル I/O カードには、取り付けを完了するためにコネクタ ブロックと多機能リボン ケーブルが必要です。また、USB I/O デバイスは PCI カード (または必要なコネクタ ブロックとリボン ケーブル アクセサリ) を必要とせず、ラップトップで実行することもできます。
  2. 各エミッタとレシーバセットの2本の青いワイヤを接続します。ブラック電源線が各センサー セットの青いワイヤに接続できるように、電源ケーブルの黒いワイヤに 2 本の小さなワイヤを接続します。
  3. 黒い電源線と 2 本の青いワイヤを共通のワイヤに接続します。この共通ワイヤをコネクタ ブロックの入力#2または #9 に接続します。
    注:1 セットのセンサーを入力#1に接続し、#2し、もう一方のセンサー セットを入力#9と#10に接続する必要があります。
  4. 両方のセンサーセットについて、エミッタと受信機の茶色のワイヤーを接続します。センサー セットごとに、2 本の茶色のワイヤを赤い AC 電源線に接続します。
    注:4 本の茶色のワイヤはすべて赤い AC 電源線に接続されています。光電センサは10~30V入力で駆動され、ACコンバータ(例えば120V~12Vコンバータ)に接続する必要があります。
  5. デジタルI/Oカードに関連付けられた計測およびオートメーションプログラム内で、[デバイスとインタフェース]メニューを選択して、I/OカードのデバイスIDを確認します。
  6. 「デバイスのピン割り当て」オプションを選択して、2.3 の入力に対応するポートと回線番号を決定します。
  7. テストパネルを使用して、IRビームが破損したときにI/Oが検出されることを確認します。プログラムのオプションを選択します。センサーの各セットのチャネル ID とポート ID をメモします。
    注:ビームのステータスが変更されると、緑色のインジケータが色を変更します。

3. パーチ着陸地点をカウントするソフトウェアとハードウェアのインストール

  1. サウンド分析プロ 2011 (SAP2011) と MySQL をhttp://soundanalysispro.com/からダウンロードしてインストールします。
    注:これはフリーウェアであり、インストール手順とユーザーマニュアルが付属しています。
  2. SAP レコーダー.exe を開きます。
  3. SAP がパーチランディングを検出して曲の再生を開始できるようにセンサー入力を設定するには、SAP レコーダーコントロールウィンドウの[Operant デバイス]タブをクリックします。[Operant トレーニングを有効にする (NI カードがインストールされている)]チェックボックスをオンにします。
  4. 適切なデバイス ID を選択します([ポート]スライダは3に設定できます)。検出器ごとに、ステップ2.6で収集した情報から適切なポートと回線を指定します。
    注:各検出器に対してポートとラインが正しく設定されると、ライトは黄色から赤に変わります。
  5. SAP レコーダーのメインウィンドウで、[トレーニング] を押して適切なチャンネルのセンサーをアクティブにします。
    注:黄色のボタンが表示されます。
  6. 目的のチャンネル番号(画面左側のチャンネル1または2タブを押す)を選択して鳥の名前を記録し、[識別とモード]ウィンドウで「名前」フィールドに鳥の識別情報を入力します。
  7. スピーカーにサウンドが再生されるようにするには、[出力選択]タブの設定を操作して、コンピュータに接続されている適切なデバイス(スピーカーなど)とスピーカーに接続されているチャンネルを選択します。
    注:その他の設定情報については、Sound Analysis Pro のユーザーマニュアルを参照してください。

4.鳥のペアを分離し、男性の歌を収集

  1. 24~48時間の音減衰室でオスとメスのフィンチを隔離します。この同棲中に、「パートナーの歌」と呼ばれる男性の歌を収集します。
    注:ペアの鳥は、少なくとも2週間一緒に収容されているオスとメスです。ペアリングされていない女性は、わずか24〜48時間の男性と一緒に配置されます。
    1. オーディオアンプに接続されたマイクを使用して、パートナーの曲をキャプチャします。
    2. サウンド分析プロ2011を使用して曲を取得し、ハードドライブに曲を保存します。
    3. 女性の歌の好みに対する神経伝達物質システムの効果をテストするには、ペアが最初にチャンバーに入れたときに、生理線(車両制御)またはキンピロール(0.9%の生理行で1mg/mL)の50μL皮下注射を女性に与えます。6 ~ 24 時間経過後に射出を繰り返します (図 1Bを参照)。
  2. オペラントコンディショニングケージで再生するための曲を作成します。
    1. 曲の再生とほぼ同じ長さの 「無音」を再生する .wav ファイルを作成します。
      注:これは、任意のサウンド編集ソフトウェア(例えば、Audacity)を使用して行うことができます。
    2. パートナー男性から代表的な曲(2~3モチーフ)をカットします。
    3. 見慣れない男性の代表的な歌(2~3モチーフ)をカットします。
      注:すべての実験に同じ不慣れな男性の歌を使用してください。
    4. 300 Hz ~10 kHz から曲をフィルタリングします。
    5. 曲が~70 dB(動作室のスピーカーからの曲の持続時間の平均振幅)で再生されるように音量を調整します。
      注:曲の音量は、止まり木に置かれた音圧計を使用してテストされます。

5. ペアリングされた女性の曲の好みをテストする

  1. 女性のサイドチャンバーの好みを決定します。
    1. 行動テストの前に、テストケージにメスを入れて、彼女の時間が少なくとも1時間ケージに調整されるようにします。
    2. サウンド分析 Pro で、[再生] タブを選択し、メイン ウィンドウの [サウンド] ボタンを選択します。
    3. チャンバー 1 とチャンバー 2 から「サイレンス」を再生するオーディオ .wav ファイルを選択します。
    4. 'Main'に戻り、右側のボックスの上部にある'Reset'を押します。
    5. 順応期間が過わったら、'Start'を押します。
    6. セッションの最後に、'Stop'を押します。青いボックスに表示される各パーチのトリガーの数を書き留める。
      注:データは MySQL データベースに保存されます。女性が十分にアクティブであることを確認するために、トライアルをカウントするトリガーの最小数を持っています(例えば、12以上のパーチの合計)。
  2. 曲の設定を決定します。
    1. セクション5.1の手順を繰り返しますが、最も少ないパーチトリガー(非好ましい側)と最もパーチトリガー(好ましい側)を持つサイドチャンバーから再生するパートナーの曲を選択します。
      注:パートナーの曲は、無音(非好ましい側)の再生中に最も少ないトリガーでサイドチャンバーから再生されます。
    2. 曲の再生で 1 時間を開始する前に'reset'を押します。
    3. パートナーの曲を演奏するサイドチャンバー上のトリガーの数をトリガーの合計数で割ることによって、チャンバーと曲の好みを計算します。

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結果

プロトコルに従って、ペアリングされた女性がパートナーの歌を好むことがわかりました(図 2A)。沈黙中のサイドチャンバーの好みには、曲の再生中に大きな違いがありました(t検定は複数比較のために修正されました;p = 0.004;t = 3.35、df = 16)。こうして、女性は見知らぬ男性の歌と比較して、彼女のパートナーの歌を優先的に引き起こしました。

24-48時間の間、不慣れな男性とペアになり、生理行注射を受けた女性は、別の見知らぬ男性の歌よりも彼の歌を好みませんでした。つまり、トリガーソングと比較して沈黙を引き起こした止まり木に着陸したときのサイドチャンバーの好みとの間に違いはありませんでした(t検定は複数の比較のために修正しました;p = 0.726;t = 0.357、df = 16)。したがって、48時間未満の男性と一緒に収容された女性は、彼の歌のための好みを形成しませんでした。

行動パラダイムを使用して女性フィンチの歌の...

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ディスカッション

シマウマフィンチの歌の好みをテストする方法について説明する。私たちは、このアッセイを使用して、彼女のパートナーの歌のためにペアの女性の好みをテストしました。さらに、アッセイは、ナイーブメスにおける歌の好みの誘導に対するドーパミンの効果をテストするために使用された。この方法は比較的安価で、学部生が設計・使用しており、学生にとって優れたトレーニングツールとなっています。いくつかの他の研究は、いくつかの歌の種で歌の好みをテストし、鳥22、23で聴覚の好みを研究する多くの研究者にこの方法を有用にしています。

この行動パラダイムは、聴覚認識試験システムに基づいており、Gess et al.19によって最初に説明されるARTsy。これらの著者は、鳥の歌の差別をテストするために同様のシステムを使用しました。私たちは、別の曲の上に1つの曲の女性の好みをテストするためにシステムを変更しました。GEss et al.

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開示事項

著者たちは何も開示する必要はない。

謝辞

行動ケージの建設に関するペトラ・グルツィク、実験の設計を手伝ってくれたトーマス・ボロフスキ博士、ステファニー・ホワイト博士の寛大な支援に感謝します。HHMI学部夏季研究助成金(HHMI#30052007536D.S.およびL.H.)からの資金提供。

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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
(-)-QuinpirolesigmaaldrichQ102
アコースティック フォームCoulbourn Instruments、アレンタウン、ペンシルバニア州 H10-24A
オーディオ アンプ - 2 チャンネルAmazonPyle PCAU46A任意の小さなオーディオ アンプは、
エミッター Banner Engineering Q08 シリーズで動作する必要があります。SO60-Q08https://www.alliedelec.comStock #:70659809光電センサー
Banner Engineering Q08 シリーズ、レシーバー。EO60-Q08-AN6Xhttps://www.alliedelec.comStock #:70699384光電センサ
カーステレオスピーカーAmazonPioneer TS - F1643R
デジタルI/OカードNational InstrumentsPCI-6503またはUSB-6501
LEDライト - アンダーカウンターAmazon
多機能リボンケーブルNational Instruments180524-20
音圧レベル計Amazon
端子台National Instruments777101-1

参考文献

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再版と許可

訂正


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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