Serbest değişen Hayvanlarda Mekansal Biliş Eğitim için Farmakolojik Manipülasyon ve Yüksek hassasiyet Radyo Telemetri kullanma
Summary
Bu kağıt belge ve navigasyon biliş rolünü ölçmek için bellek ve radyo telemetri farmakolojik manipülasyon birleştiren yeni bir protokol tanımlamaktadır.
Abstract
algılarlar ve çevresi hakkında bilgi edinmek için bir hayvanın yeteneği navigasyon, göç, dağılma ve yiyecek arama dahil olmak üzere birçok davranış süreçleri, önemli bir rol oynar. Ancak, gezinme stratejileri ve bu stratejileri altında yatan mekanizmaların gelişmesinde biliş rolünün anlaşılması ve biliş manipüle ve vahşi hayvanları izleme, izleme katılan metodolojik güçlükler ile sınırlıdır. Bu çalışma, yüksek hassasiyetli radyo telemetri ile davranış farmakolojik manipülasyon birleştiren navigasyon biliş rolünü ele almak için bir protokol tanımlamaktadır. yaklaşım, bilişsel mekansal yeteneklerini işlemek için skopolamin, bir muskarinik asetilkolin reseptör antagonisti kullanır. Tedavi edilen hayvanların sonra yüksek frekans ve uzaktan nirengi üzerinden yüksek uzaysal çözünürlüğü ile izlenir. Bu protokol yaşadığı ettiğini Doğu kaplumbağaları (Chrysemys picta) boyalı bir nüfus içinde uygulandıkesin (± 3.5 m) kullanarak uzak kaynaklar arasında hareket ~ 100 yıl mevsimsel geçici su kaynakları, karmaşık (yani, birden habitatları hareket yüksek kıvrımlarında ile doğrusal olmayan), ve öngörülebilir yolları 4 yaş öncesi öğrendim. Bu çalışma, bu kaplumbağaların tarafından kullanılan işlem uzaysal bellek oluşumu ve hatırlama ile tutarlı olduğunu göstermiştir. Birlikte, bu sonuçlar, karmaşık navigasyon mekansal biliş rolü ile tutarlı ve biliş ve navigasyon çalışmada ekolojik ve farmakolojik teknikler entegrasyonunu vurgulayın.
Introduction
Biliş (burada ", elde depolanması ve çevre bilgileri kullanarak ilgili tüm süreçler" olarak tanımlanan 1) karmaşık navigasyon görevlerin 2 bir dizi merkezidir. Örneğin, Sandhill vinçler (Grus canadensis) yavru olarak kendi doğum plajlarda belirgin tecrübesi 3 göçmen hassas iyileşme ve deniz kaplumbağası türü damgasını göstermek ve yetişkinler 4-6 olarak geri döner. Benzer şekilde, bir hayvanın yeteneğini başarılı göç, dağılma ve toplayıcı menteşe mekansal çevre 7,8 hakkında bilgi toplamak için. Bazı hayvanlar belirli peyzaj özellikleri 9 ile ilgili olarak seyir yolları öğrenmek için görünür ve yuvalama ve toplayıcı alanlar 10 arasında hareket ederken uzamsal biliş kullanabilirsiniz. Doğu Boyalı kaplumbağaları üzerine yapılan son çalışmalar (Chrysemys picta) yetişkin olarak yayla yaşam başarılı navigasyon Juve menteşeleri navigasyon, kritik bir dönem anlaşılacağıdar bir yaş aralığında (<4 yaş 11-13) içinde Nil deneyim. Birlikte bu çalışmalar navigasyon 4-6, 14-16 öğrenme rolünün anlaşılmasında yapılmış ilerlemeyi gösteren rağmen, bu tür davranışları altında yatan mekanizmalar ve navigasyon biliş tam rolü 17 özellikle omurgalılarda 8, esrarengiz kalır 18.
Navigasyon içinde biliş rolüne saha araştırmaları nadirdir 2 nedeniyle büyük ölçüde izleme katılan metodolojik güçlükler, manipüle ve yabani hayvanları izlemeye 8, 18,. Örneğin, büyük mekansal ve zamansal ölçekler hangi birçok hayvan genellikle bu hayvanların potansiyel öğrenmek ve bu bilgileri nasıl elde edilir bilgilerin hem tür soruşturma engel gezinmek. Deneyci genellikle böylece türünü sınırlayan, tespit ve geniş alanlar ve zaman dilimlerinde üzerinde davranışlarını izlerken hayvanlar bulma lojistik zorluklartahsil edilebilir veri ve çizilebilir sonuçların. hayvan monte küresel konumlandırma sistemi kullanımı (GPS) kaydediciler yaygın değişen hayvanların tespiti olasılığını artırabilir olsa da, bu yollarla toplanan konumsal veri genellikle çok kaba çözünürlük ve detaylı bir davranış bileşeni yoksundur. Sonuç olarak, bu koşullar altında toplanabilir veriler farklı gruplar veya deneysel tedaviler arasında davranış ince varyasyonu incelemek için sınırlı değeri vardır. Benzer şekilde, hedef davranışlar doğrudan kontrollü manipülasyon genellikle navigasyon davranışları tipik yanı sıra saha çalışmalarının doğasında lojistik kısıtlamaları mekansal ve zamansal ölçeklerde tarafından yasaklanmıştır. alanda hayvanlarla çalışan büyük zorluklar yanlışlıkla sahte davranışlar üretmeden davranışsal veri toplama sonra yakalamak ve onları manipüle ve kendi doğal ortamlarında hayvanları vardır bulma. Bu nedenle, fr deney tasarımıee-değişen hayvanlar genellikle sınırlıdır ve navigasyon biliş rolüne sıkı kontrollü alan deneyler yeteneği sınırlıdır.
Bu çalışmada tarla koşullarında farmakolojik manipülasyon ve serbestçe seyreden hayvanların yüksek çözünürlüklü izleme yeni bir kombinasyonunu kullanarak alanındaki biliş ve navigasyon arasındaki ilişkiyi araştıran önceki zorluklar birçok circumvents. Skopolamin, bir muskarinik asetilkolin reseptörü (mAChR) antagonisti, bir omurgalı takson 18-24 çeşitli beyinlerinde kolinerjik aktiviteyi engelleyerek uzamsal bellek oluşumu ve hatırlama bloke ettiği gösterilmiştir. Skopolamin tarla koşullarında 11, 18 altında serbest değişen hayvanlar üzerinde etkin bir şekilde kullanılmaktadır ve belirgin fakat geçici etkiye sahiptir (örn, 6 – sürüngenler 8 saat). Metilskopolamin kan-beyin-bariyerini 19-21 geçmeyen mAChR antagonisti kontrol etmek için de kullanılabilirskopolamin ve davranış 11 bilişsel olmayan yönleri için olası çevresel etkileri. Farmakoloji doğrudan etkileyen reseptörler tarafından biliş hassas manipülasyon için izin verir, ve yüksek hassasiyetli radyo telemetri davranışına ortaya çıkan etkilerinin gözlenmesi için izin verir. Hem de yüksek mekansal (2.5 ± m) ve temporal (15 dk) çözünürlüğe sahip uzaktan nirengi üzerinden alınan ölçümler biliş deneysel manipülasyon hassas belgeler ve hayvan davranışları göreceli ölçümü için izin verir.
Bu çalışma 11 Chesapeake Çiftlikleri, Kent Co., MD içinde 3.300 dönümlük yaban hayatı yönetimi ve tarım araştırma alanı, ABD (39,194 ° K, 76,187 ° W) Mayıs ve Ağustos 2013 2014 tarihleri arasında yapıldı. protokol beş ana adımdan oluşur: (1) yakalama ve taşıma hayvanları (3) farmakolojik ajanlar (4) izleme ve hayvan hareketleri manipüle ve (5) ana hazırlamak (2) yapıştırılması radyo vericilerikonumsal veri lyzing. Doğu üzerinde burada açıklanan odaklı çalışma kaplumbağa (Chrysemys picta) boyalı. Fokal popülasyonda kaplumbağaları kendi ev havuzları terk edip dört çok hassas (3,5 m ±) bir kompleks ve son derece öngörülebilir password 11, 12 kullanılarak alternatif su habitatları gidin hangi yıllık kara hareketler yaparlar. Hayvanların farmakolojik manipülasyon içinde yüksek çözünürlüklü radyo telemetri ile eşleştirilmiş bu sistem serbestçe vahşi hayvanları gezinmek biliş rolüne ışık tutuyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada sunulan protokol deneyi belgelemek ve navigasyon biliş rolünü ölçmek için izin verir. En yaklaşımlar hayvanın davranışının belirli yönleri manipüle edildiği bilmek mümkün deneycilerin terk alanında kurgulama biliş, zor olduğu kanıtlanmıştır. Ancak, burada sunulan protokol deneyci doğru manipüle etmek ve böylece navigasyon biliş rolünü değerlendirmek için izin verir. teknik ayrıca deneyci, böylece araştırmacılar vahşi hayvanlarda biliş deneysel manipülasyon davranışsal so…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was funded by Washington College’s Provost’s Office, Middendorf Fund, Hodson Trust, and Franklin and Marshall’s Hackman Fund and College of Grants. We thank E. Counihan, S. Giordano, F. Rauh, and A. Roth for assistance in the field. We thank M. Conner, R. Fleegle, and D. Startt at Chesapeake Farms, and Chino Farms for permission and access. The Washington College GIS Program helped with the preparation of maps.
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. |
References
- Shettleworth, S. J. . Cognition, Evolution and Behavior. , (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., Vié, J. C., Hilton-Taylor, C., Stuart, S. N., et al. Species susceptibility to climate change impacts. The 2008 Review of The IUCN Red List of Threatened Species. , (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. , (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).
