Summary
Dieses Papier beschreibt ein neues Protokoll, das die pharmakologische Manipulation des Gedächtnisses und der Radiotelemetrie zu dokumentieren und zu quantifizieren, um die Rolle der Kognition in der Navigation kombiniert.
Abstract
Die Fähigkeit einer Tier wahrnehmen und über seine Umwelt spielt eine wichtige Rolle in vielen Verhaltensprozesse, einschließlich Navigation, Migration, Ausbreitung und Nahrungssuche zu lernen. Allerdings ist das Verständnis der Rolle der Kognition bei der Entwicklung von Navigationsstrategien und die Mechanismen dieser Strategien zugrunde liegenden von methodischen Schwierigkeiten bei der Überwachung beteiligt begrenzt, die Manipulation der Erkenntnis und die Verfolgung wilde Tiere. Diese Studie beschreibt ein Protokoll, um die Rolle der Kognition in der Navigation für die Adressierung, die pharmakologische Manipulation des Verhaltens mit hochpräzisen Radiotelemetrie kombiniert. Der Ansatz nutzt Scopolamin, ein Muscarin-Acetylcholin-Rezeptor-Antagonist, der kognitiven räumliche Fähigkeiten zu manipulieren. Die behandelten Tiere werden dann mit hoher Frequenz und hoher räumlicher Auflösung über Remote - Triangulation überwacht. Dieses Protokoll wurde innerhalb einer Population angewendet östlicher gemalt Schildkröten (Chrysemys picta) , die bewohntsaison ephemeren Wasserquellen für ~ 100 Jahren (± 3,5 m) mit präzise zwischen weit entfernten Quellen zu bewegen, komplex (dh nicht-linear mit hoher Tortuosität , die mehrere Lebensräume durchqueren) und vorhersehbare Routen gelernt hat vor 4 Jahren. Diese Studie zeigte, dass die durch diese Schildkröten verwendeten Prozesse im Einklang mit räumlichen Gedächtnisbildung und Rückruf. Zusammen sind diese Ergebnisse mit einer Rolle der räumlichen Kognition in komplexen Navigation konsistent und die Integration von ökologischen und pharmakologischen Techniken bei der Untersuchung von Kognition und Navigation markieren.
Introduction
Cognition (hier als "alle Prozesse in den Erwerb beteiligt, Speicherung und Verwendung von Informationen aus der Umwelt" definiert 1) ist von zentraler Bedeutung für eine Reihe von komplexen Navigationsaufgaben 2. Zum Beispiel Kraniche (Grus canadensis) zeigen eine deutliche Verbesserung der Migrations Präzision mit Erfahrung 3 und Meeresschildkrötenarten Abdruck auf ihrer Geburts- Strände wie Schlüpflinge und zurück , wie Erwachsene 4-6. Ähnlich erfolgreiche Migration, Ausbreitung und Nahrungssuche Scharnier auf die Fähigkeit des Tieres Informationen über ihre räumliche Umgebung 7,8 zu sammeln. Einige Tiere scheinen Navigationsrouten in Bezug auf bestimmte Landschaftselemente 9 lernen und kann eine räumliche Wahrnehmung verwenden , wenn zwischen Brut- und Nahrungsgebiete 10 zu bewegen. Neuere Arbeiten über Eastern Gemalten Schildkröten (Chrysemys picta) schlägt vor , eine kritische Periode in der Navigation, wo eine erfolgreiche Navigation in Hochland Lebensraum als Erwachsene auf juve Scharnierennil Erfahrung in einem engen Altersbereich (<4 Jahre alt 11-13). Obwohl zusammen den Fortschritt diese Studien zeigen , dass 4-6 in das Verständnis der Rolle des Lernens in die Navigation durchgeführt wurde, 14-16, die Mechanismen, die ein solches Verhalten und die volle Rolle der Kognition in Navigations zugrunde liegen bleiben rätselhaft, vor allem in Vertebraten 8, 17 , 18.
Felduntersuchungen in die Rolle der Kognition in der Navigation sind selten 2, 8, 18, was vor allem mit der methodischen bei der Überwachung der Schwierigkeiten, Bearbeitung und Verfolgung wilde Tiere. Zum Beispiel sind die großen räumlichen und zeitlichen Skalen, auf denen viele Tiere oft navigate ausschließen beide Arten von Informationen zu untersuchen, dass diese Tiere möglicherweise lernen und wie diese Informationen erfasst werden. Experimentatoren stehen oft die logistischen Schwierigkeiten zu erkennen und zu Tieren Ortung, wenn Verhalten über solche großen Flächen und Zeitrahmen überwacht wird, wodurch die Art Begrenzungvon Daten, die gesammelt werden können, und die Schlussfolgerungen, die gezogen werden kann. Obwohl die Verwendung von Tier montierten Global Positioning System (GPS) Recordern die Wahrscheinlichkeit der Detektion von weit reich Tiere verbessern kann, auf diese Weise gesammelten räumlichen Daten sind im allgemeinen von sehr groben Auflösung und es fehlt ihnen eine detaillierte Verhaltenskomponente. Folglich, dass die Daten unter solchen Umständen gesammelt sind von beschränktem Wert für die Prüfung subtile Veränderung im Verhalten zwischen verschiedenen Gruppen oder experimentelle Behandlungen. In ähnlicher Weise wird die direkte, kontrollierte Manipulation von Zielverhalten oft von den räumlichen und zeitlichen Skalen verboten typische Verhaltensweisen von Navigation, sowie durch inhärente logistischen von Feldstudien. Die Suche nach Tiere in ihrem natürlichen Lebensraum, zu fangen und zu manipulieren sie, und dann ohne Verhaltensdaten zu sammeln versehentlich produzieren falsche Verhaltensweisen sind wichtige Herausforderungen im Bereich der Arbeit mit Tieren. Daher ist die Gestaltung von Experimenten an free reich Tiere ist oft eingeschränkt und die Fähigkeit, strengen, kontrollierten Feldversuchen über die Rolle der Kognition in der Navigation zu führen, ist begrenzt.
Die vorliegende Studie umgeht viele der bisherigen Schwierigkeiten bei der die Beziehung zwischen Kognition und Navigation auf dem Gebiet der Untersuchung durch eine neuartige Kombination von pharmakologischen Manipulation und hochauflösende Verfolgung von frei navigieren Tiere unter Feldbedingungen. Scopolamin, ein Muscarin - Acetylcholin - Rezeptor (mAChR) -Antagonisten, räumliche Gedächtnisbildung und Rückruf gezeigt zu blockieren durch die Blockierung cholinerge Aktivität im Gehirn von einer Vielzahl von Wirbel Taxa 18-24 wurde. Scopolamin kann 11, effektiv auf Bedingungen , unter Feld frei lebenden Tieren verwendet werden 18 und hat einen deutlichen , aber vorübergehende Wirkung (zB 6 - 8 h bei Reptilien). Methylscopolamin, einem mAChR - Antagonisten , die die Blut-Hirn-Schranke 19-21 nicht kreuzt, kann verwendet werden , um zu steuern ,die möglichen peripheren Wirkungen von Scopolamin und für nicht-kognitiven Aspekte des Verhaltens 11. Pharmacology ermöglicht die präzise Manipulation des Erkennens von direkt beeinflussen Rezeptoren und hochgenauen Funktelemetrie ermöglicht die Beobachtung der resultierenden Auswirkungen auf das Verhalten. Messungen über Remote - Triangulation genommen sowohl mit hoher räumlicher (± 2,5 m) und zeitliche (15 min) Auflösung für die präzise Dokumentation und Quantifizierung von Tierverhalten in Bezug auf die experimentelle Manipulation der Erkenntnis ermöglichen.
Diese Studie 11 wurde zwischen Mai und August 2013 und 2014 in Chesapeake Farms, einem 3.300 Acre Wildtiermanagement und Landwirtschaft Forschungsgebiet in Kent Co., MD, USA (39,194 ° N, 76,187 ° W) durchgeführt. Das Protokoll umfasst fünf Hauptschritte: (1) die Erfassung und Handhabung Tiere (2) Anbringen von Funksendern (3), um die pharmakologische Wirkstoffe Herstellung von (4) Überwachung und Tierbewegungen zu manipulieren, und (5) analyzing Geodaten. Die Studie hier beschriebene konzentrierte sich auf den östlichen gemalten Schildkröte (Chrysemys picta). Schildkröten in der Brenn Bevölkerung engagieren sich in jährlichen Überland Bewegungen , in denen sie ihre Heimat Teiche verlassen und alternative aquatische Lebensräume navigieren mit einer von vier sehr präzise (± 3,5 m), komplex und in hohem Maße vorhersehbar Strecken 11, 12. Pharmakologische Manipulation von Tieren in dieses System gepaart mit hochauflösenden Radiotelemetrie wirft ein Licht auf die Rolle der Kognition bei Wildtieren frei navigieren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle Verfahren unter Verwendung tierischer Probanden wurden von der Institutional Animal Care und Verwenden Ausschüsse von Franklin und Marshall und Washington Hochschulen genehmigt und anschließend alle lokalen, staatlichen und bundesstaatlichen Vorschriften.
1. Erfassung und Handhabung
- Platzieren Sie hoop Fallen in den Zielkörper von Wasser, das bekannt ist, Schildkröten zu enthalten. Identifizieren Wassertiefe sicherzustellen, dass 4 - 5 Zoll der Falle über Wasser bleibt gefangene Schildkröten zu ermöglichen, an die Oberfläche und atmen. Seien Sie sicher, zu erweitern und sichern Reifen Fallen auf ihre maximale Länge mit den Querträgern Falle Zusammenbruch zu verhindern. Stake Fallen in das Bett des Gewässers Drift zu verhindern.
- Köderfallen mit mehreren toten Fisch, Hühnerleber, oder Hühnerhälse, eine Dose Katzenfutter, und / oder eine Dose Gemüse 25.
- Überprüfen Sie Fallen zweimal täglich und entfernen Schildkröten. Wenn Schildkröten aus Fallen zu entfernen, Tier von der Seite halten und vorsichtig, um Verletzungen durch Krallen oder Schnabel zu vermeiden.
- Veröffentlichung Beifang. ReFallen stellen, wenn weiterhin Trapping erwünscht ist. Beurteilen Sie Zustand Köder. Wenn der Köder verbraucht worden war, fügen Sie mehr. Ziehen Fallen an Land, wenn zusätzliche Trapping nicht erwünscht ist.
- Bestimmen Sie das Geschlecht und das Alter der Schildkröten , wenn 26 gewünscht, 27.
- Legen Sie Schildkröte in einer Haltetasche und messen Körpermasse mit einer Federwaage zur nächsten g.
- Transport Schildkröten ins Labor in klimakontrollierten Transportkisten mit einer geringen Menge an Wasser. Haus Tiere einzeln in Aquarien mit unbehandeltem Teichwasser bei etwa 25 ° C und tief genug gehalten nur den Kopf zu bedecken.
2. Anbringung der Funksender
- Zur Maximierung der Lebensdauer des Messumformers und Ausgang, wählen Sie die größte Funksender möglich , die 5 nicht übersteigt% des Körpers des Tieres Masse 28.
- Identifizieren Sie den Standort des Senders Platzierung auf der Panzers etwa auf halber Strecke zwischen der Mittellinie und seitlichen Rand des Panzers etwa 1/3 der length vom hinteren Rand des Panzers auf.
- Bereiten Bereich durch Entfernen Schlamm, Schmutz und Algenwachstum mit einem trockenen Tuch. Swab-Bereich mit 70% Isopropanol.
- Befestigen Sender mit einer geringen Menge von 5 min Epoxid. Den Transmitter Kontakt mit der Oberfläche des Panzers zu maximieren. Positionieren Sie die Antenne so, dass es hinter dem Tier parallel zur Längsachse des Körpers Trails.
- Einmal geeignet positioniert, decken den gesamten Sender und etwa 1 cm von der umgebenden Oberfläche Panzers mit 5 min Epoxid.
- Bringen Sie die Schildkröte in das Aquarium und lassen Sie das Epoxy über Nacht zu heilen.
3. Pharmakologische Vorbereitung
Achtung: Scopolaminhydrobromid und Scopolaminmethylbromid sind potente Acetylcholin-Antagonisten. Wenn mit diesen Medikamenten arbeiten, finden Sie in der Material Safety Data Sheet, verwenden Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung (zB Handschuhe, Dunstabzug), und folgen Sie Protokolle Laborsicherheit acciden zu vermeidental Kontakt.
- Mit einer sterilen und antipyrogen liefert, Verbindung mit einer Stammlösung von Scopolaminhydrobromid. Wiegen Sie die gewünschte Menge des Medikaments aus auf einer Analysenwaage. Mischen Sie die Scopolamin-Injektion mit Kochsalzlösung in einem konischen Rohr zu der Konzentration von 1 mg / ml. Vortex-Lösung bis gelöst. Stellen Sie sicher , dass die chemische Reinheit der Basischemikalien erfüllt oder übertrifft United States Pharmacopeia (USP) Formulierung , wenn möglich 11.
- Wiederholen Sie Schritt 3.1 mit Scopolaminmethylbromid.
- Prozesslösung durch ein 0,22 & mgr; m Poren Nylon oder gemischten Celluloseestern Spritzenfilter in eine sterile abgedichtete Serumampulle.
- Bei Raumtemperatur lagern. Innerhalb von 24 Stunden.
4. Verfolgen Schildkröte Bewegungen Radiotelemetrie Mit 11, 12
- Umzug in die allgemeine Lage des Zieltier, verbleibenden mindestens 25 m von dem Tier. Mit Hilfe einer Richtungs Yagi-Antenne und die Empfängerverstärkung bei mittlerer Einstellung, scannen Sie den horizauf die grobe Richtung und die Position des Tieres zu bestimmen. Bei Störungen oder ein schwaches Signal empfangen, um eine neue Position zu finden. Erhöhen Höhe oder halten Yagi aloft wenn möglich Signal zu verstärken.
- Sobald ein geeigneter Standort gefunden wird, ein Lager zu nehmen, nehmen Sie Ihre Position mit einem GPS.
- Verwendung der null / peak Verfahren 28, bestimmen die Lager der linken und rechten nulls.
- Identifizieren Sie die Richtung des stärksten Signals. Drehen Sie den Gewinn nach unten so weit wie möglich, während immer noch ein nachweisbares Signal zu empfangen. Verwenden Sie den Teilerschalter am Empfänger falls vorhanden. Bewegen Sie die Antenne nach links und notieren Sie die Kompasspeilung an dem das Signal verloren geht.
- Wiederholen Sie den vorherigen Schritt für das rechte Lager.
- Wiederholen Sie Schritt 4.3 von mindestens zwei zusätzliche Positionen für das gleiche Tier.
HINWEIS: Diese zusätzlichen Punkte sollten in einer solchen Art und Weise genommen werden, wie das Tier zu umgeben.- Wenn ein Satz von Lagern aus einem grea genomment Abstand oder mit unvermeidbaren Störungen, nehmen mindestens zwei zusätzliche Lager Genauigkeit zu erhöhen. Sammeln Sätze von Lagern verwendet, um einen einzelnen Ort abzuschätzen, so schnell wie möglich, insbesondere wenn das Tier bewegt.
HINWEIS: Alternativ können mehrere Personen mehrere unabhängige Lager auf dem gleichen Tier gleichzeitig zu nehmen koordinieren.
- Wenn ein Satz von Lagern aus einem grea genomment Abstand oder mit unvermeidbaren Störungen, nehmen mindestens zwei zusätzliche Lager Genauigkeit zu erhöhen. Sammeln Sätze von Lagern verwendet, um einen einzelnen Ort abzuschätzen, so schnell wie möglich, insbesondere wenn das Tier bewegt.
- Aufzeichnungsstellen von Tieren digital oder von Hand jede 10 bis 15 min über Schritten.
- Manipulation der kognitiven Verarbeitung
- Sobald der Weg des unmanipulated Tier dokumentiert ist (ein Innersubjektkontrolle), bieten eine Dosis von entweder Scopolamin oder Methylscopolamin. Verwendung der gesammelten Masse in Schritt 1.5 berechnet man die Menge des Arzneimittels an das Tier gegeben werden , um zu erreichen , ein Reptil spezifische endgültige Dosis von 6,4 mg / kg Scopolamin und 6,8 mg / kg Methylscopolamin 19, 20.
- Liefern Sie das Medikament direkt in das Peritoneum über den Schwanz Peritonealdialyse Sinus ein 1,0 m mitl-Spritze mit einer 22-Gauge-Nadel. Stellen Sie sicher, dass das Gesamtvolumen geliefert nicht 1 ml nicht übersteigt.
- Lassen Tier so schnell wie möglich am Standort der Aufnahme.
- Weiter das Tier Bewegung Überwachung jeder 10 bis 15 min, bis er seine projizierte Ziel erreicht.
5. Spatial Analysis
- Berechnen Schätzungen der Ortung von Tieren.
- Für jeden Satz von null Lager, halbieren den Winkel (von Hand oder über Software) das resultierende Sender Lager zu finden. Wiederholen Sie dies für alle Lager zu einem bestimmten Zeitpunkt.
- Mit Triangulation Software gemäß dem Protokoll des Herstellers, schätzen die Position des Tieres und die damit verbundenen Fehler mit den mehreren Sender Lager. Konvertieren Positionsschätzungen zu x / y-Koordinaten, wenn Software verschiedene Ausgabe zur Verfügung stellt.
- Wiederholen Sie die Schritte 5.1 für alle Sätze von Lagern.
- Berechnen Sie die räumliche Präzision der Bewegung.
- Berechnen Sie diekumulative geometrische Mittel (dh mittlere Weg) von unmanipulated Tiere (Negativkontrolle) , wie sie zu ihrem Ziel 12 bewegen.
- Für jede einzelne in der Behandlung und positive Kontrollgruppen, berechnen die kumulative Anzahl der Punkte , die sukzessive größer Schwaden von der geometrischen Mittellinie in Abstand von 5 m bis 100% aller Punkte überlappen wurden 11 aufgenommen, 12.
- Berechnen Sie den Mittelwert und Standardfehler bei jedem Band Abstand für alle Personen in jeder Gruppe.
- Statistisch die Daten analysieren, unter den Behandlungsgruppen entweder für das Intervall vergleicht die Frage aufzunehmen 100% der Punkte oder den Stellen der Überlappung bei einem gegebenen Intervall in Abhängigkeit von.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Unter Verwendung des obigen Protokolls, die Rolle der Kognition in der Navigation wurde in einer Population von Osten bewertet gemalt Schildkröten (Chrysemys picta) , die saisonale ephemeren Wasserquellen für ca. 100 Jahren erlebt hat. Dieser Teil der Bevölkerung lebt in einer Mischung aus ephemeren (entwässert jährlich und schnell - in mehreren hr) und permanente Wasser Lebensräume (Abbildung 1). Frühere Studien deuten darauf hin , dass nach ihrer Teiche abgelassen werden, resident Schildkröten auf alternative Wasserquellen mit hoher Präzision navigieren (± 3,5 m) mit komplexen, vorhersehbare Routen gelernt vor 4 Jahren 11-13 (Abbildung 1).
Diese Studie zeigte , dass die durch diese Schildkröten verwendeten Prozesse im Einklang mit räumlichen Gedächtnisbildung und erinnern 11. Scopolamin blockiert cholinerge Aktivität im Gehirn von Tieren (einschließlich räumlicher Gedächtnisbildung und erinnern 19-21 11 (1 und 2). Ferner wurde weder für Erwachsene noch juvenile Navigation durch die Methylscopolamin Kontrolle betroffen. Erwachsene Tiere (dh diejenigen , die bereits Erfahrung auf dem Gelände) verloren injiziert mit Scopolamin ihre Fähigkeit , die historischen Pfade und die Jungtiere zu folgen , dass die lokalen Signale verwenden zu navigieren und die Erwachsenen mit dem Medikament injiziert , die nicht die Blut-Hirn - Schranke nicht überqueren waren unberührt. Daher Navigation bei Erwachsenen in diesem System scheint in der Natur kognitiv zu sein. Zusammen sind diese Ergebnisse im Einklang mit der Idee, dass Schildkröten in eine kritische Phase haben, in dem sie Wege lernen müssen, und cholinerge abhängige kognitive System verwendens (räumliches Gedächtnis) zu navigieren als Erwachsene 11-13.
Abbildung 1. Navigation basiert auf der kognitiven Verarbeitung bei erwachsenen Schildkröten Repräsentative Bewegungen von (a) erfahren Erwachsene und (b) naiven Jugendlichen. (1 - 3 Jahre) aus temporären (T) zu einer dauerhaften (P) Teiche , während sie mit entweder behandelt oder Scopolamin Methylscopolamin. Alle Erwachsenen empfangen Scopolamin (a, gelb, n = 9) trieb dramatisch entfernt (über 200 m) von den traditionellen Routen (rot, p <0,001), während alle naiven Jugendlichen mit dem Medikament behandelt (b, gelb, n = 7) beibehalten Bewegung genau innerhalb der traditionellen Routen (p> 0,999). Alle Steuer Erwachsene (a, weiß, n = 9) und steuern naive Jugendliche (b, weiß, n = 6), gefolgt traditionellen Routen (p> 0,999). Jede Zeile von Punkten stellt ein Individuum. Alle Schildkröten aus allen Gruppens gehalten hoher Präzision vor der Injektion (p> 0,999). Die Daten aus Roth und Krochmal 11. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. Die Genauigkeit der Navigation ist eine Funktion der kognitiven Verarbeitung in der Erwachsenen Schildkröten a) Alle Schildkröten hohe Präzision der Bewegung vor der Injektion der Behandlung nachgewiesen werden (Scopolamin) oder Kontrolle (Methylscopolamin;.. P> 0.999) b) Nach der Injektion Erwachsene in der Scopolamin - Behandlung abgewichen signifikant (p <0,001) von ihren traditionellen Routen. Im Gegensatz dazu setzte alle anderen Gruppen mit hoher Präzision (± 3,5 m; p> 0,999) zu navigieren. Einsätze zeigen Detail der Überlappung von 0,5 bis 3,5 m. PoInts sind Mittel ± SEM. Die Daten aus Roth und Krochmal 11. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Das Protokoll hier vorgestellten ermöglicht es dem Experimentator zu dokumentieren und die Rolle der Kognition in der Navigation zu quantifizieren. Manipulieren Erkenntnis hat sich auf dem Gebiet als schwierig erwiesen, da die meisten Ansätze Experimentatoren nicht in der Lage zu wissen lassen, welche spezifischen Aspekte der das Verhalten des Tieres manipuliert werden. Allerdings stellte das Protokoll hier kann der Experimentator genau zu manipulieren und damit die Rolle der Kognition in der Navigation zu bewerten. Die Technik ermöglicht ferner Experimentatoren Tier Navigation in Echtzeit mit außergewöhnlich hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu überwachen und damit Stärkung der Forscher eindeutig die Verhaltens Auswirkungen der experimentellen Manipulation der Kognition bei Wildtieren zu dokumentieren.
In diesem Zusammenhang bietet Radiotelemetrie die Fähigkeit, präzise Tierbewegungen über große Entfernungen hinweg zu überwachen, wodurch man sowohl hochwertige räumliche und Verhaltensdaten. Obwohl diese Anwendung der Telemetrie ist keineswegsneue 28, verwenden die meisten Studien dieser Technik groben Fragen in den Bereichen Ökologie und Verhalten (zB Habitatnutzung, home range Größe, etc.) zu adressieren. Die häufige Überwachung des Tieres Lage (4 - 5 mal pro Stunde) beschrieben hier kombiniert mit feinen Skala räumliche Analysen eine detailliertere Verhaltenskomponente zu einem Tier Lage im Raum sorgen. Beachten Sie, dass die optimale Spurabstand eine Funktion der Sendestärke und der Empfindlichkeit der Ausstattung sein. Im Allgemeinen ist es am besten Praxis aus dem Tier mindestens 25 m entfernt zu bleiben, es nicht zu stören, obwohl, wenn das Tier in der offenen Vegetation befindet, benötigt der Abstand solche Störungen zu vermeiden, könnte größer sein.
In der aktuellen Anwendung, hochpräzise Radiotelemetrie bietet einzigartige Vorteile gegenüber der Verwendung von Tier montierte GPS-Recorder. Sender kleiner sein kann, sind weniger teuer und haben eine längere Akkulaufzeit als GPS - Geräte 28. Darüber hinaus ist die temporal Auflösung von Remote - Triangulation über Funktelemetrie ist weit überlegen Tier montierten GPS. Zeitlich, Tier montierte GPS - Einheiten , die durch die Lebensdauer der Batterie begrenzt sind (dh sie kann eine endliche Anzahl von Messungen durchgeführt werden, wodurch ihre Frequenz beschränke). Hochgenaue Nachführung mit GPS würde eine große Batterie erfordern Hochfrequenzlage über einen langen Zeitraum zu erhalten. Die beträchtliche Masse dieser Batterien ausschließen , dass sie aus der Benutzung in der Kleintier montierte GPS - Geräte 28. Darüber hinaus ist hochpräzise Radiotelemetrie nicht durch teure Datenabruf Kosten eingeschränkt oder durch On-Board-Speicher begrenzt. Allerdings ist Radiotelemetrie nicht optimal für die Tiere mit besonders großen Bewegungsbereiche (zB bei Langstreckenwanderung), im tiefen Wasser oder fossorial Arten, oder diejenigen , die in steilen Berg Lebensräume zu verfolgen. Darüber hinaus können hochpräzise Funktracking eine relativ große Feld Crew sehr zeitintensiv und erfordert, insbesondere foder sich schnell bewegende Spezies; Daher kann dieser Ansatz für alle Fragen, die nicht geeignet sind.
Pharmakologische Manipulation mit Scopolamin und Methylscopolamin bietet spezifische Fortschritte für das Studium der Erkenntnis in einer natürlichen Umgebung. Verhalten kann schwer zu interpretieren, vor allem unter Feldbedingungen, wodurch der Umfang der möglichen Untersuchung zu begrenzen. Scopolamin ermöglicht die Manipulation von spezifischen Rezeptoren, die kognitiven Prozesse beeinflussen, die Forscher damit Fragen über die Manipulation der Erkenntnis speziell zu fragen. Darüber, wie Scopolamin leicht die Blut-Hirn-Schranke durchquert und Methylscopolamin nicht, Forscher für periphere Wirkungen von Scopolamin steuern kann damit kognitiv-basierte Dissoziieren von nicht-kognitiven Verhalten. Diese Vorteile der pharmakologischen Manipulation ermöglichen die Erzeugung und den anschließenden Test der klare Verhaltensvorhersagen und leisten die Verwendung von komplexen experimentellen Designs unter Feldbedingungen. Allerdings scopolamine ist ein sehr allgemeiner Acetylcholin - Antagonist, 21-24 unbeabsichtigte Auswirkungen auf andere Verhaltens, sensorische und kognitive Systeme haben können. Daher ist es möglich , dass die Verwendung von Scopolamin Effekte erzeugen kann , die mit der Auslegung komplexer Verhaltensweisen (beispielsweise Pupillenerweiterung, thermische Empfindlichkeit 21-24, 29, 30) eingreifen kann; keine solchen confounding Wirkungen 11-13 in dieser oder einer früheren Studien festgestellt wurde, 19, 20.
Häufige Probleme beim Radio-Tracking schwaches Signal umfassen, Signalverlust und Störungen. Um ein schwaches Signal, erhöhen Verstärkung, ändern Antennenausrichtung zu bekämpfen, gehen Sie näher an das Tier (wobei darauf geachtet , zu vermeiden , die Anima zu stören), und heben Sie die Antenne 28. Wenn das Signal vollständig verloren geht, die Suche mit der Verstärkung und der Antenne so hoch wie möglich in einem nach außen spiralförmig Bereich beschränkt Suche 28. Störungen können durch eine Verringerung der Verstärkung bekämpft werden, mit der attenuator oder Noise Cancelling-Filter (falls vorhanden) und das Ändern von Antennenausrichtung. Wenn Störungen nicht durch diese Mittel, die künftige Arbeit an der Studie Website überwunden werden sollten Bandbreiten konzentrieren, die nicht von Störungen betroffen sind.
Insgesamt pharmakologische Manipulation in Verbindung mit hochpräzisen Telemetrie bietet einen einzigartigen Einblick in die Rolle, die die Erkenntnis spielt bei der Entstehung und Manifestation der Navigation. Die Neuheit dieses einzigartige Methode ermöglicht es den Forschern um besser auf die zugrunde liegenden neurologischen Mechanismen zu verstehen, die zu Kognition in der Navigation geben. Darüber hinaus können diese Techniken für zusätzliche Studien der Erkenntnis in der freien Natur mit besonderer Anwendbarkeit auf räumlich explizite Verhaltensweisen (zB Navigation, Migration, Nahrungssuche und Streuung) 11-13, 33 verwendet werden, die Entwicklung der Erkenntnis 1, 7 und Erhaltung (zB Translokation, Wiedereinführung) 31, 32. Diese Technik ist nützlich für ein breites schelltene von Taxa in einem breiten Spektrum von Habitaten und wird zum Verständnis der phylogenetischen Muster in der Erkenntnis von entscheidender Bedeutung sein.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Scopolamine bromide | Sigma | S0929 | USP |
| Scopolamine methylbromide | Sigma | S8502, 1421009 | USP and non USP versions |
| Saline | Hanna Pharmaceutical Supply Co., Inc. | 409488850 | USP, formulated as an injectable |
| Syringe filter | Fisher | 09-720-004 | |
| Syringe | Fisher | 14-823-30 | |
| Hypodermic needle | Fisher | 14-823-13 | |
| Antenna | Wildlife Materials | 3 Element Folding Yagi | Antennae with additional elements are available, but can be cumbersome in the field. |
| Radio Receiver | Wildlife Materials | TRX-2000S | Water resistant models are also available. |
| Compass | Brunton | Truarc 15 | |
| Radio transmitters | Holohil Inc. | BD-2, PD-2, RI-2B | Transmitter models vary in lifespan and signal output as a function of battery size and pulse rate settings, which can be customized based on the study question and organism. |
| GPS | Garmin | eTrex Venture | |
| Coaxial cable | newegg.com | C2G 40026 | BNC connections are necessary. |
| Hoop net | Memphis Net and Twine | TN325 | Net mesh size should be chosen based on the minimum size of the target animal. |
References
- Shettleworth, S. J. Cognition, Evolution and Behavior. , Oxford University Press. New York. (2010).
- Bingman, V. P., Cheng, K. Mechanisms of animal global navigation: comparative perspectives and enduring challenges. Ethol. Ecol. Evol. 17, 295-318 (2005).
- Mueller, T., O'Hara, R. B., Converse, S. J., Urbanek, R. P., Fagan, W. F. Social Learning of Migratory Performance. Science. 341, 999-1002 (2013).
- Putman, N. F., et al. An inherited magnetic map guides ocean navigation in juvenile Pacific salmon. Curr. Biol. 24, 446-450 (2014).
- Lohmann, K. J., Putman, N. F., Lohmann, C. M. F. Geomagnetic imprinting: a unifying hypothesis of natal homing in salmon and sea turtles. Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 105, 19096-19101 (2008).
- Fuxjager, M. J., Davidoff, K. R., Mangiamele, L. A., Lohmann, K. J. The geomagnetic environment in which sea turtle eggs incubate affects subsequent magnetic navigation behaviour of hatchlings. Proc. R. Soc. B. 281, 1218-1225 (2014).
- Shettleworth, S. J. The evolution of comparative cognition: is the snark still a boojum. Behav. Processes. 80, 210-217 (2009).
- Fagan, W. F., et al. Spatial memory and animal movement. Ecol. Lett. 16, 1316-1329 (2013).
- Collett, T. S., Graham, P. Insect Navigation: Do Honeybees Learn to Follow Highways. Curr. Biol. 25, 240-242 (2015).
- Menzel, R., et al. Honey bees navigate according to a map-like spatial memory. Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 102, 3040-3045 (2005).
- Roth, T. C., Krochmal, A. R. Pharmacological Evidence is Consistent with a Prominent Role of Spatial Memory in Complex Navigation. Proc. R. Soc. B. 283, 20152548 (2016).
- Roth, T. C., Krochmal, A. R. The role of age-specific learning and experience for turtles navigating a changing landscape. Curr. Biol. 25, 333-337 (2015).
- Krochmal, A. R., Roth, T. C., Rush, S., Wachter, K. Turtles outsmart rapid environmental change: the role of cognition in navigation. Comm. Integr. Biol. , (2015).
- Thorup, K., et al. Evidence for a navigational map stretching across the continental U.S. in a migratory songbird. Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 104, 18115-18119 (2007).
- Lohmann, K. J., Lohmann, C. M. F., Putman, N. F. Magnetic maps in animals: nature's GPS. J. Exp. Biol. 210, 3697-3705 (2007).
- Collett, M., Chittka, L., Collett, T. S. Spatial Memory in Insect Navigation. Curr. Biol. 23, 789-800 (2013).
- Foden, W., et al. Species susceptibility to climate change impacts. The 2008 Review of The IUCN Red List of Threatened Species. Vié, J. C., Hilton-Taylor, C., Stuart, S. N. , IUCN. Gland, Switzerland. (2008).
- Kohler, E. C., Riters, L. V., Chaves, L., Bingman, V. P. The Muscarinic Acetylcholine Antagonist Scopolamine Impairs Short-Distance Homing Pigeon Navigation. Physiol. Behav. 60, 1057-1061 (1996).
- Powers, A. S., Hogue, P., Lynch, C., Gattuso, B., Lissek, S., Nayal, C. Role of Acetylcholine in negative patterning in turtles (Chrysemys picta). Behav. Neurosci. 123, 804-809 (2009).
- Petrillo, M., Ritter, C. A., Powers, A. S. A role for Acetylcholine in spatial memory in turtles. Physiol. Behav. 56, 135-141 (1994).
- Klinkenberg, I., Blokland, A. The validity of scopolamine as a pharmacological model for cognitive impairment: A review of animal behavioral studies. Neurosci. Biobehav. Rev. 34, 1307-1350 (2010).
- Pradhan, S. N., Roth, T. Comparative behavioral effects of several anticholinergic agents in rats. Psychopharm. (Berlin). 12, 358-366 (1968).
- Harvey, J. A., Gormezano, I., Cool-Hauser, V. A. Effects of scopolamine and methylscopolamine on classical conditioning of the rabbit nictitating membrane response. J. Pharmacol. Exp. Therap. 225, 42-49 (1983).
- Evans, H. L. Scopolamine effects on visual discrimination: modifications related to stimulus control. J. Pharmacol. Exp. Therap. 195, 105-113 (1975).
- Dreslik, M. J., Phillips, C. A. Turtle communities in the upper midwest, USA. J. Freshwater Ecol. 20, 149-164 (2005).
- Sexton, O. J. A method of estimating the age of painted turtles for use in demographic studies. Ecology. 40, 716-718 (1959).
- Wilson, D. S., Tracy, C. R., Tracy, C. R. Estimating age of turtles from growth rings: a critical evaluation of the technique. Herpetologica. 59, 178-194 (2003).
- Kenward, R. E. A Manual for Wildlife Radio Tagging. , Academic Press. London. (2000).
- Jones, D. N. C., Higgins, G. A. Effect of scopolamine on visual attention in rats. Psychopharm. 120, 142-149 (1995).
- Araujo, J. A., Nobrega, J. N., Raymond, R., Milgram, N. W. Aged dogs demonstrate both increased sensitivity to scopolamine impairment and decreased muscarinic receptor density. Pharmacol. Biochem. Behav. 98, 203-209 (2011).
- Greggor, A. L., Clayton, N. S., Phalan, B., Thornton, A. Comparative cognition for conservationists. Trends Ecol. Evol. 29, 489-495 (2014).
- Roth, T. C., Krochmal, A. R. Cognition-centered conservation as a means of advancing integrative animal behavior. Curr. Opinion Behav. Sci. 6, 1-6 (2015).
- LaDage, L. D., Roth, T. C., Cerjanic, A. C., Sinervo, B., Pravosudov, V. V. Spatial memory: Are lizards really deficient. Biol. Lett. 8, 939-941 (2012).
