Bruke Farmakologisk Manipulasjon og høy presisjon Radio Telemetri å studere Spatial Cognition i frittgående dyr

Summary

Dette notatet beskriver en roman protokoll som kombinerer farmakologisk manipulasjon av hukommelse og radiotelemetri å dokumentere og kvantifisere rolle kognisjon i navigasjon.

Abstract

Et dyrs evne til å oppfatte og lære om miljøet spiller en sentral rolle i mange atferdsmessige prosesser, herunder navigasjon, migrasjon, spredning og beite. Imidlertid er forståelsen av hvilken rolle erkjennelse i utviklingen av navigasjons strategier og mekanismene bak disse strategiene begrenset av de metodiske vanskelighetene involvert i overvåking, manipulere erkjennelse av, og sporing ville dyr. Denne studien beskriver en protokoll for å ta rollen som kognisjon i navigasjon som kombinerer farmakologisk manipulering av atferd med høy presisjon radiotelemetri. Tilnærmingen benytter skopolamin, en muskarinisk acetylcholin reseptor-antagonist, for å manipulere kognitive romlige evner. Behandlede dyr blir deretter overvåket med høy frekvens og høy romlig oppløsning via fjern triangulering. Denne protokollen ble brukt i en befolkning på Eastern malt skilpadder (Chrysemys picta) som har beboddsesong flyktige vannkilder for ~ 100 år, flytting mellom far-off kilder ved hjelp av presise (± 3,5 m), kompleks (dvs. ikke-lineær med høy tortuosity som krysser flere habitater), og forutsigbare ruter lært før 4 års alder. Denne studien viste at prosessene som brukes av disse skilpaddene er konsistente med romlig minne dannelse og tilbakekalling. Sammen utgjør disse resultatene er konsistent med en rolle romlig erkjennelse i komplekse navigasjon og markere integrering av økologiske og farmakologiske teknikker i studiet av kognisjon og navigasjon.

Introduction

Cognition (her definert som "alle prosesser som er involvert i å anskaffe, lagring og bruk av informasjon fra omgivelsene" ¹⁾ er sentral i en rekke komplekse navigasjon oppgaver ^2. For eksempel, et kraner (Grus canadensis) viser en markert bedring i trekkfugl presisjon med erfaring ^3, og havskilpadde arter forlaget på sine fødsels strender som hatchlings og tilbake som voksne ^4-6. Tilsvarende til vellykket migrering, spredning, og beite hengsel på et dyrs evne til å samle informasjon om deres romlige omgivelser ^7,8. Noen dyr ser ut til å lære navigasjons ruter i forhold til konkrete landskapet funksjoner ⁹ og kan bruke romlig erkjennelse når du flytter mellom hekke og furasjeringsområder ^10. Nyere arbeider på Eastern gullskilpadde (Chrysemys picta) antyder en kritisk periode i navigasjon, hvor vellykket navigering i høyereliggende habitat som voksne hengsler på juvenile erfaring innenfor et smalt aldersgruppe (<4 år gammel ^11-13). Selv sammen disse studiene viser den fremgangen som har blitt gjort for å forstå rollen som læring i navigasjons ^{4-6, 14-16,} hvilke mekanismer som ligger bak slik atferd og full rolle kognisjon i navigasjon forblir gåtefulle, spesielt i virveldyr ^{8, 17 18.}

Feltundersøkelser i rollen som erkjennelse i navigasjons er sjeldne ^{2, 8, 18,} skyldes i stor grad de metodiske vanskeligheter involvert i overvåking, manipulere, og sporing av ville dyr. For eksempel, de store romlige og tidsmessige skalaer som mange dyr navigerer ofte til hinder for å undersøke både type informasjon som disse dyrene potensielt lære og hvordan denne informasjonen er ervervet. Forskere ofte møter de logistiske vanskeligheter med å oppdage og finne dyr når overvåking atferd over så store områder og tidsrammer, og dermed begrense den typeav data som kan samles og de konklusjoner som kan trekkes. Selv om bruken av dyr montert Global Positioning System (GPS) opptakere kan forbedre sannsynligheten for påvisning av allment spenner dyr, romlige data innsamlet av disse midlene er generelt av svært grov oppløsning og mangler en detaljert atferdsmessige komponenten. Følgelig, de data som kan samles under slike omstendigheter er av begrenset verdi for å undersøke subtil variasjon i adferd mellom ulike grupper eller utprøvende behandling. Tilsvarende er det direkte og kontrollert manipulering av målet atferd ofte forbudt av de romlige og tidsmessige skalaer typisk for navigasjon atferd, samt av iboende logistiske begrensninger av feltstudier. Finne dyr i deres naturlige habitat, fange og manipulere dem, og deretter samle atferdsdata uten utilsiktet å produsere falske atferd er store utfordringer med å jobbe med dyr i feltet. Derfor utforming av eksperimenter på free rekk dyr er ofte begrenset og evnen til å gjennomføre strenge, kontrollerte feltforsøk på seg rollen som kognisjon i navigasjon er begrenset.

Denne studien omgår mange av de tidligere vanskelighetene med å undersøke forholdet mellom kognisjon og navigasjon i felt ved hjelp av en ny kombinasjon av farmakologisk manipulasjon og høy oppløsning sporing av fritt navigere dyr under feltforhold. Scopolamin, et muskarin acetylcholin reseptor (mAChR) antagonist, har vist seg å blokkere romlig hukommelse dannelse og tilbakekalling ved å blokkere kolinerg aktivitet i hjernen til en rekke vertebrat taksa ^18-24. Skopolamin kan brukes effektivt på frittgående dyr under feltforhold ^{11, 18} og har en markert, men midlertidig effekt (for eksempel 6-8 timer i reptiler). Metylskopolamin, en mAChR antagonist som ikke krysser blod-hjerne-barrieren ^19-21, kan anvendes for å kontrollere formulige perifere effekter av skopolamin og for ikke-kognitive aspekter av atferd ^11. Farmakologi gir mulighet for nøyaktig manipulering av kognisjon ved direkte påvirker reseptorer, og høy presisjon radiotelemetri tillater observasjon av de resulterende effekter på oppførsel. Målinger som er tatt gjennom triangulering fjern med både høy romlig (± 2,5 m) og tidsmessig (15 min) oppløsning gir mulighet for nøyaktig dokumentasjon og kvantifisering av dyrs atferd i forhold til den eksperimentelle manipulering av kognisjon.

Denne studien ¹¹ ble gjennomført mellom mai og august 2013 og 2014 Chesapeake Farms, en 3300 acre viltforvaltning og landbruksforskningsområde i Kent Co, MD, USA (39,194 ° N, 76,187 ° W). Protokollen innebærer fem hovedtrinn: (1) å fange og håndtering dyr (2) anbringelse radiosendere (3) Utarbeidelse av farmakologiske midler (4) overvåking og manipulere dyr bevegelser, og (5) analyserende geodata. Studien beskrevet her fokusert på den østlige malt turtle (Chrysemys picta). Turtles i det sentrale befolkningen deltar i årlige overland bevegelser der de forlater sine hjem dammer og navigere til alternative akvatiske habitater hjelp av en av fire svært presis (± 3,5 m), komplekse og svært forutsigbare ruter ^{11, 12.} Farmakologisk manipulering av dyr i dette systemet sammen med høy oppløsning radiotelemetri belyser rollen kognisjon i fritt navigere ville dyr.

Protocol

Alle prosedyrer som involverer dyr fag ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk komiteer av Franklin og Marshall og Washington Høyskoler og fulgt alle lokale, statlige og føderale forskrifter. 1. Capture og håndtering Plasser bøyle feller i målet vannmasse som er kjent for å inneholde skilpadder. Identifisere vanndyp at 4 – 5 inches av fellen holder seg over vannet for å tillate fanget skilpadder til overflaten og puste. Vær sikker på å utvide og sikre hoop feller til sitt maksimale…

Representative Results

Ved hjelp av de ovennevnte protokollen, ble rollen som kognisjon i navigasjon vurdert i en befolkning på Eastern malt skilpadder (Chrysemys picta) som har opplevd sesong flyktige vannkilder for ~ 100 år. Dette befolkningen bor i en blanding av flyktig (drenert årlig og raskt – i flere timer) og permanente akvatiske habitater (figur 1). Tidligere studier tyder på at etter deres dammer er drenert, bosatt skilpadder navigere til alternative vannkilder med høy …

Discussion

Protokollen presenteres her gjør at eksperimentator å dokumentere og kvantifisere rolle kognisjon i navigasjon. Manipulere kognisjon i feltet har vist seg vanskelig, da de fleste tilnærminger la forskere klarer å vite hvilke spesifikke aspekter av dyrets atferd blir manipulert. Men protokollen presenteres her gjør at eksperimentator nøyaktig manipulere og dermed vurdere rollen til kognisjon i navigasjon. Teknikken tillater videre forskere å overvåke dyr navigasjon i sanntid med eksepsjonelt høy romlig og tidsme…

Materials

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.