Wykorzystanie manipulacji farmakologicznej i precyzyjnej telemetrii radiowej do badania poznania przestrzennego u zwierząt żyjących na wolności
6 listopada 2016
Ten artykuł opisuje nowatorski protokół, który łączy farmakologiczne manipulacje pamięcią i telemetrią radiową w celu udokumentowania i ilościowego określenia roli poznania w nawigacji.
Ogólnym celem tego eksperymentu jest określenie znaczenia poznania przestrzennego w nawigacji żółwi lądowych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu ekologii, w tym na to, jak zwierzęta reagują na zmiany w swoim środowisku lub poruszają się po stresujących krajobrazach, a także dać nam wgląd w leżące u ich podstaw procesy poznawcze i neurologiczne. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że ruchy zwierząt są badane w naturalnym systemie z dużą precyzją przestrzenną, a zachowanie jest manipulowane za pomocą dobrze przebadanych środków farmakologicznych.
Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w kognitywne podstawy ruchów zwierząt, może być również stosowana do innych systemów, takich jak ochrona przyrody i neurobiologia. Na początek zlokalizuj docelowy zbiornik wodny, o którym wiadomo, że zawiera żółwie. Zidentyfikuj region w obrębie terenu, który ma wystarczającą głębokość wody, aby umieścić pułapki.
Rozłóż pułapki obręczowe tak, aby cztery do pięciu cali pozostało nad wodą, aby dać uwięzionym żółwiom przestrzeń do wynurzenia się i oddychania. Rozwiń pułapki do maksymalnej długości. Bezpiecznie zamocuj pułapki na miejscu.
Następnie zanęć pułapki martwymi rybami, wątróbkami lub szyjkami kurczaka oraz puszką karmy dla kotów lub warzywami w puszkach. Sprawdzaj pułapki dwa razy dziennie. Usuń żółwie, trzymając zwierzę po bokach, unikając kontaktu z pazurami lub dziobem, co może spowodować obrażenia.
Umieść żółwia w torbie do trzymania, przymocowanej do sprężynowej wagi i zapisz masę zwierzęcia z dokładnością do jednego grama. Aby przymocować nadajnik, najpierw użyj szpatułki i szmatki, aby usunąć błoto, zanieczyszczenia i glony z obszaru mocowania. Przetrzyj ten obszar za pomocą 70% izopropanolu.
Użyj niewielkiej ilości pięciominutowej żywicy epoksydowej, aby przymocować nadajnik do pancerza żółwia, ustawiając go tak, aby zapewnić maksymalny kontakt nadajnika z powłoką. Ustaw antenę tak, aby ciągnęła się za zwierzęciem, równolegle do długiej osi ciała. Na koniec przykryj cały nadajnik i około jednego centymetra otaczającego pancerza pięciominutową żywicą epoksydową.
Po utwardzeniu żywicy epoksydowej, zwykle przez noc, należy przywrócić żółwia do miejsca schwytania. Aby przygotować zapasy leku, należy użyć wagi analitycznej w dygestorium, aby zważyć bromowodorek skopolaminy w ilości wystarczającej do uzyskania jednego miligrama roztworu na mililitr. Dodać skopolaminę do stożkowej probówki zawierającej odpowiednią objętość soli fizjologicznej do wstrzykiwań.
Wirować aż do rozpuszczenia. Następnie zważ wystarczającą ilość bromku metylu skopolaminy, aby uzyskać jeden miligram na mililitr roztworu roboczego. Dodać go do stożkowej probówki zawierającej odpowiednią objętość soli fizjologicznej do wstrzykiwań.
Wirować roztwór, aż cały proszek się rozpuści. Używając filtra strzykawkowego o wielkości 0,22 mikrometra, przenieść roztwór bromowodorku skopolaminy do sterylnie zamkniętej fiolki z surowicą. Powtórzyć proces filtracji przy użyciu nowej strzykawki w celu przefiltrowania roztworu bromku metylu skopolaminy.
Wybierz częstotliwość docelowego zwierzęcia w odbiorniku. Korzystając z anteny Yagi i przy wzmocnieniu odbiornika ustawionym na średnie, zidentyfikuj ogólną lokalizację oznakowanego zwierzęcia. Przenieś się do ogólnej lokalizacji docelowego żółwia, pozostając w odległości co najmniej 25 metrów.
Za pomocą urządzenia GPS zapisz lokalizację. Zidentyfikuj kierunek najsilniejszego sygnału. Zmniejsz wzmocnienie tak bardzo, jak to możliwe, nadal odbierając wykrywalny sygnał.
Przesuń antenę w lewo i zapisz namiar, przy którym sygnał jest tracony. To jest lewy pagórek. Następnie powtórz ten proces, aby określić właściwy pagórek.
Te dwa pagórki reprezentują pojedynczy zestaw łożysk. Następnie przenieś się w inne miejsce, najlepiej 60 do 90 stopni w stosunku do pierwszego łożyska, jeśli to możliwe, i ponownie weź lewe i prawe łożysko pagórka. Lokalizacja GPS musi być pobierana za każdym razem, gdy lokalizator zmienia swoją pozycję.
Powtórz to w różnych miejscach, aby uzyskać w sumie co najmniej trzy, a maksymalnie pięć zestawów łożysk, aby zwiększyć dokładność. Powtarzaj zbieranie lokalizacji co 10 do 15 minut i zapisuj zestawy namiarów dla docelowego zwierzęcia. Dostarczy to danych o ruchu dla niezmanipulowanych zwierząt.
Kontynuuj, aż zwierzę pokona około połowy przewidywanej ścieżki. Następnie udaj się do miejsca, w którym znajduje się zwierzę i ostrożnie je schwytaj. Korzystając z pobranej wcześniej masy, określ właściwą dawkę leku, którą należy podać dla konkretnego pobranego zwierzęcia.
Przetrzyj miejsce wstrzyknięcia wacikiem nasączonym 70% alkoholem. Za pomocą jednomililitrowej strzykawki z igłą o rozmiarze 22 podaj lek bezpośrednio do zatoki otrzewnej. Wypuścić zwierzę tak szybko, jak to możliwe, w miejscu jego schwytania.
Śledź ruch zwierzęcia metodą lewego i prawego pagórka, aż dotrze do przewidywanego miejsca docelowego. Używając każdej pary lewych i prawych łożysk pagórka, przetnij kąt na pół, aby znaleźć wynikowe łożysko nadajnika. Powtórz to dla wszystkich łożysk w danym punkcie czasowym i dokonaj triangulacji, aby znaleźć pozycję zwierzęcia w tym czasie.
Ta mapa pokazuje śledzone ruchy doświadczonych dorosłych żółwi między tymczasowymi i stałymi stawami. Pomimo zachowania wysokiej precyzji wzdłuż tradycyjnych tras przed wstrzyknięciem, wszyscy dorośli w grupie testowej znacznie odbiegali od normy po otrzymaniu leczenia skopolaminą. Zjawiska tego nie zaobserwowano u osób leczonych lekiem kontrolnym, metyloskopolaminą.
Z drugiej strony, mapowanie niedojrzałych osobników wykazało, że nawet po leczeniu skopolaminą osobniki utrzymywały ruch w obrębie tradycyjnych szlaków. Sugeruje to, że młode osobniki, które nie miały wcześniejszego doświadczenia w tym miejscu, używają lokalnych wskazówek do nawigacji, podczas gdy dorośli leczeni skopolaminą używają pamięci przestrzennej do nawigacji, ponieważ utracili tę zdolność po leczeniu skopolaminą. Wykres ten przedstawia ruch próbek żółwi przed poddaniem działaniu substancji.
Uważa się, że wszystkie grupy terapeutyczne podążają tradycyjną ścieżką z dużą dokładnością. Po leczeniu dorośli w grupie leczonej skopolaminą znacznie odeszli od tradycyjnej ścieżki. Wszystkie inne grupy kontynuowały nawigację z dużą precyzją.
Po opanowaniu, każdy zestaw łożysk może zostać zebrany w nie więcej niż trzy minuty, jeśli śledzenie jest wykonywane prawidłowo. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby wybrać miejsca, które są wystarczająco blisko, aby zebrać dokładne dane, ale nie za blisko, aby przeszkadzać zwierzęciu. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się ekologią i zachowaniem zwierząt do zbadania neurologicznych podstaw poznania w warunkach naturalnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje rolę poznania przestrzennego w nawigacji żółwi z wykorzystaniem nowego protokołu integrującego manipulację farmakologiczną i radiotelemetrię. Podejście to ma na celu pogłębienie naszej wiedzy na temat zachowania zwierząt w środowiskach naturalnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Ekologia
- Zachowanie zwierząt
Wprowadzenie
- Zrozumienie poznania przestrzennego jest kluczowe dla badania nawigacji zwierząt.
- Substancje farmakologiczne mogą modyfikować procesy poznawcze.
- Telemetria radiowa umożliwia precyzyjne śledzenie ruchów zwierząt.
- Niniejsze badania mogą dostarczyć informacji przydatnych dla strategii ochrony przyrody i odpowiedzi ekologicznych.
Cel badania
- Określenie znaczenia poznania przestrzennego w nawigacji żółwi.
- Zbadanie sposobu, w jaki zwierzęta nawigują w stresogennych krajobrazach.
- Zdobycie wiedzy na temat procesów poznawczych i neurologicznych leżących u podłoża nawigacji.
Zastosowane metody
- Zlokalizuj wybrany zbiornik wodny z żółwiami.
- Zidentyfikuj odpowiedni obszar do odłowu.
- Wpływaj na zachowanie zwierząt przy użyciu środków farmakologicznych.
- Wykorzystaj radiotelemetrię do śledzenia ruchów.
Główne wyniki
- Badanie dostarcza wiedzy na temat poznawczych podstaw nawigacji żółwi.
- Wyniki mogą mieć znaczenie dla zrozumienia reakcji zwierząt na zmiany środowiskowe.
- Uzyskane rezultaty mogą zostać wykorzystane w działaniach na rzecz ochrony przyrody oraz w badaniach neurobiologicznych.
Wnioski
- Poznanie przestrzenne odgrywa istotną rolę w nawigacji.
- Zastosowana metodologia stanowi potężne narzędzie w badaniach ekologicznych.
- Przyszłe badania mogą rozwinąć te odkrycia, aby pogłębić analizę zachowania zwierząt.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Integracja manipulacji farmakologicznych z wysokoprecyzyjną radiotelemetrią umożliwia bezpośrednią analizę mechanizmów poznania przestrzennego u modeli zwierzęcych żyjących na wolności. Podejście to zwiększa wiarygodność predykcyjną w wiązaniu interwencji neurofarmakologicznych z efektami behawioralnymi w warunkach ekologicznie istotnych, co wspiera wczesną walidację celów dla szlaków poznawczych i neurologicznych. Metodyka ta zapewnia skalowalną strukturę do ograniczania ryzyka mechanistycznego w procesach neuronauki translacyjnej i farmakologii behawioralnej.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia bezpośrednie badanie zaangażowania ścieżek poznawczych w nawigację przestrzenną z wykorzystaniem antagonistów farmakologicznych.
- Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez korelację blokady receptorów z fenotypami behawioralnymi w warunkach naturalnych.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez izolowanie wpływu konkretnych układów neurotransmisyjnych na złożone zachowania.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zwalidowany test behawioralny do ilościowego określania efektów poznawczych czynników farmakologicznych in vivo.
- Dostarcza powtarzalnych, ilościowych danych o ruchu do dalszej analizy i oceny związków.
- Ustanawia standaryzację testu dzięki wysokoczęstotliwościowemu, wysokorozdzielczemu śledzeniu telemetrycznemu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje wyniki behawioralne z interwencjami neurofarmakologicznymi w celu opracowania translacyjnych biomarkerów.
- Zapewnia ciągłość procesu, od badania celów poznawczych na etapie odkryć po przedkliniczną walidację behawioralną.
- Wspiera podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu z uwzględnieniem ryzyka, dostarczając predykcyjnych i ekologicznie istotnych punktów końcowych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół stanowi pomost między wczesną fazą odkryć a badaniami przedklinicznymi, umożliwiając testowanie hipotez dotyczących celów poznawczych w naturalistycznych modelach zwierzęcych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących zaangażowania neuroprzekaźników w poznanie przestrzenne i nawigację.
- Screening: Dostarcza ilościowych, powtarzalnych odczytów behawioralnych do oceny środków farmakologicznych.
- Analityka: Zapewnia wysokorozdzielcze dane o ruchu oraz wyniki statystyczne do porównywania warunków.
- Badania translacyjne: Łączy manipulacje neurofarmakologiczne z ekologicznie poprawnymi punktami końcowymi zachowań.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje wielokrotnego użytku platformę do walidacji celów poznawczych i behawioralnych dla różnych związków i modeli.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną w zakresie angażowania celów poznawczych i powiązań z wynikami behawioralnymi.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje przepływy pracy w farmakologii behawioralnej dzięki skalowalnej telemetrii o wysokiej precyzji.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w badaniach nad szlakami poznawczymi.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację celów poznawczych i neurobehawioralnych do dalszych badań z uwzględnieniem korekty ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie neurofarmakologii, analizy behawioralnej oraz technik telemetrii terenowej.
- Konieczny jest dostęp do wysokoprecyzyjnego sprzętu radiotelemetrycznego i infrastruktury analitycznej do przetwarzania danych przestrzennych.
- Niezbędna jest standaryzacja protokołów behawioralnych i odstępów czasowych w zbieraniu danych pomiędzy zespołami.
- Może być wymagana adaptacja dla różnych gatunków lub kontekstów ekologicznych w celu zapewnienia istotności translacyjnej.
- Potencjalne ograniczenia obejmują zmienność środowiskową oraz konieczność zastosowania rygorystycznych grup kontrolnych w celu wyizolowania efektów farmakologicznych.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:05
Title
0:51
Capture, Handling, and Transmitter Placement
1:59
Affixing the Radio Transmitter and Preparation of Pharmacological Solutions
3:50
Tracking Turtle Movements Using Radio Telemetry
6:25
Results: Eastern Painted Turtles (Chrysemys picta) Display Movement Patterns Consistent with Spatial Memory Formation and Recall
7:47
Conclusion
