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Behavior

Tarea de acondicionamiento de operandos para medir la preferencia de la canción en los pinzones de cebra

Published: December 26, 2019 doi: 10.3791/60590
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2
1W.M. Keck Science Department, Claremont McKenna College – Pitzer College – Scripps College, 2Department of Psychology, Whitman College

ERRATUM NOTICE

Summary

Describimos una técnica para evaluar la preferencia de canciones en pinzones de cebra. Las hembras se colocan en una jaula de dos cámaras y la preferencia de la canción se mide por el número de veces que desencadena la reproducción de una canción aterrizando en una percha dentro de una cámara, en comparación con la activación de una canción diferente en la segunda cámara. Los aterrizajes de perca se cuentan utilizando sensores infrarrojos.

Abstract

Un paradigma de condicionamiento de operando se utiliza para probar la preferencia cantora de los pinzones de cebra hembra. Los pinzones se colocan en una jaula de dos cámaras con una abertura de conexión e indican su preferencia por una canción aterrizando en una percha dentro de cada cámara. Al interrumpir el haz infrarrojo de un sensor fotoeléctrico por encima de cada percha, el pájaro activa la reproducción de una canción a través de un altavoz situado a cada lado de la jaula. El software disponible libremente se utiliza para activar la reproducción de la canción desde cada percha. Para determinar la preferencia de canción de cada animal, su preferencia de cámara se identifica primero al desencadenar ninguna reproducción de canciones cuando aterriza en cada percha. Esta preferencia de cámara se compara con su preferencia de canción. Se establece un umbral de actividad mínimo para garantizar que la preferencia sea real. Usando este método, mostramos que las hembras emparejadas prefieren la canción de su pareja. Este método se utilizó para entender la contribución de la dopamina a la formación y mantenimiento de la preferencia canción.

Introduction

Una de las preguntas fundamentales en biología es cómo los animales forman lazos afiliativos. En particular, ¿cuáles son los mecanismos neuronales por los cuales se hacen estos enlaces y se conservan estos mecanismos básicos en todas las especies de vertebrados? El vole de la pradera ha dado pistas a algunos de los sistemas de neurotransmisores que son importantes para la formación de unión de pares1,2,3. En particular, la dopamina que actúa a través de receptores en el núcleo accumbens puede inducir la preferencia de la pareja en ambos voles masculinos y femeninos4,5. No está claro si los principios generales subyacentes a la formación y el mantenimiento de las preferencias de los socios se conservan evolutivamente.

La monogamia es más común en las aves que en los mamíferos6. Por lo tanto, comparar los mecanismos de comportamiento afial en las aves con otras especies es fundamental para entender los fundamentos neuronales conservados7,8,9. En general, a través de muchas especies de pájaros cantores, canto masculino se cree que sirve como un indicador honesto de la aptitud masculina10,11. Los pájaros cantores machos de cebra cantores cantores cantores para atraer a sus parejas e influir en la formación de parejas monógamas12,13. Por lo tanto, la canción se puede utilizar para determinar la preferencia de la pareja en estas aves.

Se desconocen los mecanismos por los cuales las hembras forman una preferencia por la canción de su pareja. La mesotocina, el homólogo aviar de la oxitocina, parece desempeñar un papel en la formación de unión entre pares en pinzones14,15. Además, la dopamina también se ha demostrado para desempeñar un papel en la formación de unión por par9,16,17,18. Por ejemplo, los niveles de dopamina son más altos en el núcleo accumbens de pinzones emparejados frente a no emparejados9.

Para estudiar el papel de los sistemas de neurotransmisores en la formación y el mantenimiento de enlaces de pares, medimos la preferencia de la canción utilizando un paradigma de prueba de operando equipado con sensores infrarrojos para activar las reproducciones de canciones19. La proporción de reproducciones de canciones identificó la preferencia de la hembra por la canción de un hombre. Antes de la tarea de condicionamiento de operandos, cada hembra fue aislada hasta 48 h en una cámara anecoica con su pareja para "hembras emparejadas" o con un macho desconocido, para "hembras no emparejadas". Para probar el efecto de la dopamina en la preferencia de la canción, las hembras no emparejadas fueron tratadas dos veces con un agonista de la dopamina D2R mientras que aislado con el hombre desconocido. Este paradigma conductual se basa en estudios previos19,20 y es susceptible a la investigación por estudiantes de pregrado.

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Protocol

Todos los experimentos fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso Institucional del Departamento de Ciencias de W.M. Keck, de acuerdo con las directrices de los NIH. Todos los animales utilizados eran adultos (>90 días después de la escotilla).

1. Construcción de la Cámara de Acondicionamiento De Operant

  1. Construir una jaula de prueba compuesta por dos cámaras idénticas, 15 x 15 x 17pulgadas 3 cada una(Figura 1A). Haga una pequeña puerta (como una entrada a cada cámara) en el lado de la jaula cerca de las perchas cortando una pequeña ventana de 4,5 x 6 pulgadasy 2 que está a 2,5 pulgadas del centro de la jaula entre las cámaras. Utilice una pieza separada de la estantería para hacer una puerta que cubra la ventana.
    NOTA: La jaula está hecha de estanterías de alambre para armarios que se pueden obtener de cualquier tienda de mejoras para el hogar. La bisagra de la puerta se puede hacer con cremalleras.
  2. Corte los estantes con cortadores de alambre para hacer una abertura de 4 x 6 pulgadas2 entre las dos cámaras para permitir que el pájaro se mueva entre las cámaras.
  3. En cada cámara, coloque una percha a 11 pulgadas del centro de la jaula y 6 adentro desde la parte inferior de la jaula. Utilice cualquier percha que sea adecuada para el tipo de ave que se está probando y que abarcará el ancho de la jaula.
  4. Coloque el emisor y el receptor del sensor fotoeléctrico en la jaula directamente encima de cada extremo de la percha. Ate los sensores al cable por encima de la percha usando cremalleras.
    NOTA: Colocar los sensores en un respaldo rígido (por ejemplo, un depresor de la lengua) puede ayudar a evitar que los sensores se tuerzan en la jaula del cable y se desalineen. Es importante probar la colocación de los sensores antes de cada experimento rompiendo manualmente el haz infrarrojo (IR). Si los sensores no están correctamente alineados, un pájaro no activará una canción, o aterrizar en la percha puede ser contado como múltiples eventos.
  5. Coloque las luces LED debajo del gabinete en la parte superior de la jaula para proporcionar suficiente iluminación para que los animales se muevan libremente entre las dos cámaras laterales.
  6. Coloque la semilla de pájaro y el agua junto a cada una de las perchas.
  7. Coloque un altavoz en cada extremo de cada cámara.
  8. Para reducir la difracción de sonido y las distracciones visuales y de audio, coloque espuma anecoica en el perímetro de toda la jaula, con agujeros para las puertas de la jaula y botellas de agua.
  9. Conecte el altavoz a un amplificador de audio y conecte el amplificador de audio a la salida de sonido de un ordenador.

2. Conexión de sensores

NOTA: Hay dos conjuntos de sensores IR, cada uno con un emisor y receptor. El emisor tiene un cable con cuatro cables (marrón, azul, negro y blanco). El receptor tiene un cable con tres cables (marrón, azul y negro). El cable blanco de un emisor está conectado directamente a la entrada #1 en la placa de E/S digital. El cable blanco del segundo emisor está conectado directamente a la entrada #9. La entrada de alimentación de CA tiene dos cables (generalmente rojo y negro).

  1. Instale una tarjeta de E/S digital(Tabla de materiales),sus controladores y el programa asociado 'Medición y automatización'.
    NOTA: La tarjeta de E/S digital utilizada aquí requiere un bloque de conector y un cable de cinta multifunción para completar la instalación. Alternativamente, un dispositivo de E/S USB no requiere tarjeta PCI (o el bloque de conector requerido y accesorios de cable de cinta), y se puede ejecutar en un portátil.
  2. Conecte los dos cables azules de cada emisor y receptor. Conecte dos cables pequeños al cable negro del cable de alimentación para que el cable de alimentación negro pueda conectarse a los cables azules de cada conjunto de sensores.
  3. Conecte el cable de alimentación negro y dos cables azules a un cable común. Conecte este cable común a la entrada #2 o 9 en el bloque del conector.
    NOTA: Un conjunto de sensores debe estar conectado a #1 de entrada y #2 y el otro conjunto de sensores debe estar conectado a #9 de entrada y #10.
  4. Para ambos conjuntos de sensores, conecte el cable marrón del emisor y el receptor juntos. Para cada conjunto de sensores, conecte los dos cables marrones al cable de alimentación de CA rojo.
    NOTA: Los cuatro cables marrones están conectados al cable rojo de alimentación de CA. Los sensores fotoeléctricos están alimentados por una entrada de 10-30 V y deben estar conectados a un convertidor de CA (por ejemplo, un convertidor de 120 V a 12 V).
  5. Dentro del programa de medición y automatización asociado con la tarjeta de E/S digital, determine el ID de dispositivo de la tarjeta de E/S seleccionando el menú Dispositivos e interfaces.
  6. Seleccione la opción 'Device Pinouts' para determinar el puerto y el número de línea que corresponden con las entradas en 2.3.
  7. Verifique que la E/S detecte cuando la viga IR se rompe utilizando los paneles de prueba... opción en el programa. Observe los dIS de canal y puerto para cada conjunto de sensores.
    NOTA: Los indicadores verdes cambiarán de color cuando se modifique el estado de la viga.

3. Instale software y hardware para contar los aterrizajes de percha

  1. Descargue e instale Sound Analysis Pro 2011 (SAP2011) y MySQL desde http://soundanalysispro.com/.
    NOTA: Esto es freeware y viene con instrucciones de instalación y un manual de usuario.
  2. Abra SAP recorder.exe.
  3. Para configurar la entrada del sensor para que SAP pueda detectar aterrizajes en la percha e iniciar reproducciones de canciones, haga clic en la pestaña Dispositivos Operativos en la ventana de control de SAP Recorder. Marque la casilla Habilitar entrenamiento de operando (tarjeta NI instalada).
  4. Seleccione el ID de dispositivo adecuado (el control deslizante Puertos se puede establecer en 3). Para cada detector, indique el puerto y la línea apropiados de la información recopilada en el paso 2.6.
    NOTA: Cuando el puerto y la línea se establecen correctamente para cada detector, la luz cambiará de amarillo a rojo.
  5. En la ventana Principal de la grabadora SAP, pulse Entrenar para activar los sensores para los canales adecuados.
    NOTA: Debería aparecer un botón amarillo.
  6. Registre el nombre del ave seleccionando el número de canal de interés (pulse la pestaña Canal 1 o 2 en el lado izquierdo de la pantalla) y, en la ventana Identificación y modo, escriba la identificación del pájaro en el campo Nombre.
  7. Para asegurarse de que el sonido se reproduce en los altavoces, manipule los ajustes de la pestaña Selección de salida para seleccionar el dispositivo adecuado conectado al ordenador (es decir, altavoces) y el canal conectado al altavoz.
    NOTA: Puede encontrar información adicional sobre la configuración en el manual de usuario de Sound Analysis Pro.

4. Aísle pares de pájaros y recoja la canción masculina

  1. Aísle a un pinzón macho y hembra en una cámara de atenuación de sonido durante 24-48 h. Durante esta convivencia, recoge la canción masculina, que se conoce como la 'canción de la pareja'.
    NOTA: Las aves emparejadas son un macho y una hembra que han estado alojados juntos durante al menos 2 semanas. Las hembras no emparejadas se colocan con un macho durante sólo 24–48 h.
    1. Utilice un micrófono conectado a un amplificador de audio para capturar la canción del compañero.
    2. Adquiere la canción usando Sound Analysis Pro 2011 y almacena la canción en un disco duro.
    3. Para comprobar el efecto de los sistemas de neurotransmisores en la preferencia de canción femenina, dar a la hembra una inyección subcutánea de 50 L de salina (control del vehículo) o quinpirole (1 mg/ml en 0,9% de salina) cuando el par se pone por primera vez en la cámara. Repita la inyección después de 6–24 h (véase la figura 1B).
  2. Crea canciones para reproducirlas en la jaula de acondicionamiento de operandos.
    1. Cree un archivo .wav que reproduzca 'silence' aproximadamente la misma longitud que las reproducciones de la canción.
      NOTA: Esto se puede hacer usando cualquier software de edición de sonido (por ejemplo, Audacity).
    2. Corta una canción representativa (2-3 motivos) del macho asociado.
    3. Corta una canción representativa (2-3 motivos) de un macho desconocido.
      NOTA: Usa la misma canción masculina desconocida para todos los experimentos.
    4. Filtra las canciones de 300 Hz–10 kHz.
    5. Ajusta el volumen para que las canciones se reproduzcan a 70 dB (amplitud media durante la duración de la canción desde los altavoces de la cámara de comportamiento).
      NOTA: El volumen de la canción se prueba utilizando un medidor de presión sonora que se coloca en la percha.

5. Prueba de la preferencia de la canción en las hembras emparejadas

  1. Determinar la preferencia de la cámara lateral de la hembra.
    1. Antes de las pruebas de comportamiento, coloque a la hembra en la jaula de pruebas para permitir que su tiempo se ajuste a la jaula durante al menos 1 h. Asegúrese de que el pinzón explore ambas cámaras laterales utilizando un objeto para hacer que el ave se mueva de una cámara a la otra a través de la abertura.
    2. En Sound Analysis Pro, seleccione la pestaña 'Playbacks' y luego el botón 'Sounds'en la ventana principal.
    3. Seleccione el archivo .wav de audio para reproducir 'Silencio' desde la cámara 1 y la cámara 2.
    4. Vuelva a'Principal'y pulse 'Restablecer' en la parte superior de las cajas a la derecha.
    5. Después del período de aclimatación, pulse 'Inicio'.
    6. Al final de la sesión, pulse 'Stop'. Anote el número de desencadenadores en cada percha, que se muestra en los cuadros azules.
      NOTA: Los datos se guardan en una base de datos MySQL. Tener un número mínimo de desencadenantes para contar el ensayo para asegurarse de que la hembra es lo suficientemente activa (por ejemplo, 12 o más perchas en total).
  2. Determinar la preferencia de la canción.
    1. Repita los pasos de la sección 5.1, pero elija la canción del compañero para reproducir desde la cámara lateral con el menor número de disparadores de perca (el lado no preferido), y una canción desconocida de la cámara lateral con más disparadores de perca (el lado preferido).
      NOTA: La canción del compañero se reproduce desde la cámara lateral con el menor número de disparadores durante la reproducción del silencio (el lado no preferido).
    2. Pulse 'reset'antes de iniciar la 1 h con la reproducción de la canción.
    3. Calcula la preferencia de la cámara y la canción dividiendo el número de disparadores en la cámara lateral que reproduce la canción del compañero por el número total de disparadores.

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Representative Results

Siguiendo el protocolo, encontramos que las hembras emparejadas preferían la canción de su pareja(Figura 2A). Hubo una diferencia significativa entre la preferencia de la cámara lateral durante el silencio con la de la reproducción de la canción (t-test corregido para comparaciones múltiples; p a 0,004; t a 3,35, df a 16). Por lo tanto, la hembra desencadenó preferentemente la canción de su pareja en comparación con la canción de un hombre desconocido.

Las hembras que fueron emparejadas con un macho desconocido durante 24-48 h y que recibieron inyecciones salinas no tenían preferencia por su canción sobre la canción de otro macho desconocido. Es decir, no hubo diferencia entre la preferencia de la cámara lateral al aterrizar en una percha que desencadenó el silencio en comparación con la canción desencadenante (t-test corregido para comparaciones múltiples; p a 0,726; t a 0,357, df a 16). Por lo tanto, las hembras que albergaban a un macho por menos de 48 h no formaban preferencia por su canción.

Después de mostrar que podríamos usar el paradigma conductual para probar la preferencia de canto de los pinzones femeninos, usamos el ensayo para probar la influencia de la dopamina en la formación de la preferencia de la canción. En este caso, una hembra ingenua fue alinada con un macho desconocido durante 24-48 h y se le administraron dos inyecciones subcutáneas del receptor de dopamina 2 quinpirole agonista(Figura 1B,2B). En general, las hembras dadas quinpirole preferían la canción del macho con el que estaba por sólo 24–48 h (prueba t corregida para comparaciones múltiples; p < 0.001; t a 5.25; df a 18). En el ejemplo mostrado, dos de las hembras no mostraron preferencia por la canción de su pareja(Figura 2A). En un caso la hembra era mayor (>5 años). No está claro por qué la segunda hembra no formó una preferencia. Una posibilidad es que la hembra puede no haber recibido una dosis completa de la droga.

Para asegurarse de que no había diferencia en la actividad total de las hembras entre los grupos de tratamiento que pudiera explicar la diferencia en la preferencia de la canción, comparamos el número total de activadores de perca(Figura 2B). El número total de disparadores de perca es el número de veces que una hembra aterrizó en ambas perchas durante el período de prueba de 1 h para el silencio o la reproducción de canciones. La actividad total de las aves en cualquier tratamiento fue similar (ANOVA, p a 0,436).

Figure 1
Figura 1: Esquema de jaula de acondicionamiento de operandos y cronología del experimento. (A) La jaula tiene dos cámaras de igual tamaño con una abertura que conecta las dos cámaras laterales. Un par opuesto de sensores fotoeléctricos se coloca por encima de cada percha que abarca el ancho de la cámara. Cuando un pájaro aterriza en una percha, rompe el haz IR de los sensores, lo que activa la reproducción de la canción desde el altavoz más cercano a la percha. Se muestran las dimensiones de la jaula, además de la colocación de las perchas. (B) Cronología del experimento. Esta cifra fue modificada de Day et al.21. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Datos representativos de la preferencia de canción femenina. (A) La proporción de activadores de perca durante las pruebas de operando indica la preferencia por las canciones producidas por machos conespecíficos. La preferencia de canción de cada mujer se comparó con su preferencia de cámara lateral en la que no se activó ninguna canción (silencio) cuando aterrizó en una percha. En cada caso, la canción de la pareja se tocaba cuando aterrizó en una percha en la cámara no preferida. Los puntos conectados son preferencias para cada individuo. Esta cifra fue modificada de Day et al.21. (B) El número total de perchas en cada cámara lateral de la jaula para las hembras en todas las condiciones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Describimos un método para probar la preferencia de canto de los pinzones de cebra. Usamos este ensayo para probar la preferencia de una mujer emparejada por la canción de su pareja. Además, el ensayo se utilizó para probar el efecto de la dopamina en la inducción de la preferencia canto en hembras ingenuas. Este método es relativamente barato y fue diseñado y utilizado por los estudiantes de pregrado, por lo que es una excelente herramienta de formación para los estudiantes. Varios otros estudios han probado la preferencia de canto en varias especies de canciones, haciendo que este método sea útil para muchos investigadores que estudian las preferencias auditivas en las aves22,23.

Este paradigma conductual se basa en un sistema de pruebas de reconocimiento auditivo, ARTsy, descrito por primera vez por Gess et al.19. Estos autores utilizaron un sistema similar para probar la discriminación de canciones en las aves. Modificamos el sistema para probar la preferencia de una hembra por una canción sobre otra. Adaptamos el protocolo descrito en Gess et al.19 para utilizar SAP2011 para reproducir canciones y recopilar los datos, en lugar de scripts personalizados en MATLAB. Encontramos este cambio para la adquisición de datos más fácil de usar y más accesible para los estudiantes de pregrado. Las reproducciones de operando también se pueden activar utilizando las perchas como interruptores24.

Encontramos que el protocolo descrito aquí da como resultado datos que son más fáciles de analizar que el uso de métodos similares. Por ejemplo, Woolley y Doupe20 midieron el tiempo que una hembra pasó a cada lado de una jaula durante las reproducciones pasivas de diferentes tipos de canciones para identificar la preferencia de la canción. La cuantificación del tiempo en una cámara en comparación con otra requiere filmar las aves mientras se comportan, lo que no es necesario para el protocolo descrito aquí. Del mismo modo, otros han contado el número de llamadas femeninas en respuesta a la canción masculina como una medida de su preferencia25,26. Esto requiere el uso de recuento manual o semiautomático de llamadas femeninas. La cuantificación de la preferencia de la canción descrita aquí es mucho más simple, ya que el software realiza un seguimiento automático del número de aterrizajes en la percha.

Usando el protocolo descrito aquí encontramos que las hembras emparejadas constantemente eligieron escuchar la canción de su pareja. La tarea no pone a prueba la preferencia de la pareja femenina, sólo su preferencia de canción. Los experimentos futuros deben examinar una preferencia de socio, así como la preferencia de canción13,16,27. Este protocolo se puede utilizar para probar la influencia de otros sistemas de neurotransmisores en la formación de la preferencia de la canción para comparar los mecanismos evolutivos conservados subyacentes a la red de comportamiento social compartida por muchos vertebrados7,28. Por ejemplo, los experimentos futuros pueden apuntar directamente a áreas específicas del cerebro mientras los animales están aprendiendo la tarea de obtener acceso a los circuitos neuronales subyacentes a los comportamientos sociales.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Agradecemos a Petra Grutzik por la construcción de la jaula conductual, el Dr. Thomas Borowski por su ayuda para diseñar el experimento, y la Dra. Stephanie White por su generoso apoyo. Financiación de una beca de investigación de verano de pregrado de HHMI (HHMI #30052007536 a D.S. y L.H).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
(-)-Quinpirole sigmaaldrich Q102
acoustic foam Coulbourn Instruments, Allentown, PA H10-24A
audio amplifier - 2 channel Amazon Pyle PCAU46A any small audio amplifier should work
Banner Engineering Q08 Series, emitter. SO60-Q08 https://www.alliedelec.com Stock #:70659809 photoelectric sensor
Banner Engineering Q08 series, receiver. EO60-Q08-AN6X https://www.alliedelec.com Stock #:70699384 photoelectric sensor
Car stereo speakers Amazon Pioneer TS - F1643R
Digital I/O card National Instruments PCI-6503 or USB-6501
LED lights - under-counter Amazon
multifunctional ribbon cable National Instruments 180524-20
sound pressure level meter Amazon
terminal block National Instruments 777101-1

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References

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Comportamiento Emisión 154 pájaro cantor monogamia enlace de pareja social preferencia de pareja dopamina

Erratum

Formal Correction: Erratum: Operant Conditioning Task to Measure Song Preference in Zebra Finches
Posted by JoVE Editors on 02/18/2020. 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:

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Coleman, M. J., Saxon, D., Robbins, A., Lillie, N., Day, N. F. Operant Conditioning Task to Measure Song Preference in Zebra Finches. J. Vis. Exp. (154), e60590, doi:10.3791/60590 (2019).

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