Operant Conditioning uppgift att mäta Song preferens i Zebra Finches
Summary
Vi beskriver en teknik för att utvärdera sång preferens i Zebra finches. Honor placeras i en två-chambered bur och sång preferens mäts med antalet gånger hon utlöser uppspelningen av en låt genom att landa på en abborre i en kammare, jämfört med utlösa en annan låt i den andra kammaren. Abborre landningar räknas med hjälp av infraröda sensorer.
Abstract
En operant Conditioning paradigm används för att testa sång preferens av kvinnliga Zebra finches. Finches placeras i en två-chambered bur med en anslutande öppning och ange deras preferens för en låt genom att landa på en abborre i varje kammare. Genom att avbryta den infraröda strålen från en fotoelektrisk sensor ovanför varje abborre, aktiverar fågeln uppspelningen av en låt genom en högtalare placerad på vardera sidan av buren. Fritt tillgänglig programvara används för att utlösa låten uppspelning från varje abborre. För att bestämma sång preferens för varje djur, är hennes kammare preferens identifieras först genom att utlösa någon sång uppspelning när hon landar på varje abborre. Denna kammare preferens jämförs därefter till hennes Song preferens. En minsta aktivitets tröskel är inställd på att säkerställa att preferensen är verklig. Med den här metoden visar vi att Parade honor föredrar sången om sin partner. Denna metod användes för att förstå bidraget av dopamin till bildandet och underhåll av Song preferens.
Introduction
En av de grundläggande frågorna inom biologi är hur djur bildar affiliativa obligationer. I synnerhet, vilka är de neurala mekanismer genom vilka dessa obligationer görs och är dessa grundläggande mekanismer bevaras över ryggradsdjur arter? Prärien sork har gett ledtrådar till några av signalsubstansen system som är viktiga för par-Bond formation1,2,3. I synnerhet, dopamin agerar genom receptorer i kärnan accumbens kan inducera partner preferens i både manliga och kvinnliga sorkar4,5. Det är oklart huruvida de allmänna principer som ligger till grund för bildandet av partner preferenser och underhållet är evolutionärt bevarade.
Monogami är vanligare hos fåglar än hos däggdjur6. Därför, jämföra mekanismer för affiliative beteende hos fåglar till andra arter är avgörande för förståelsen bevaras neurala stiftelser7,8,9. I allmänhet, över många arter av sångfåglar, är manlig sång tänkt att fungera som en ärlig indikator på manliga Fitness10,11. Manliga Zebra Finch sångfåglar sjunga för att locka kompisar och påverka bildandet av monogamt par12,13. Således kan låten användas för att bestämma partner preferens hos dessa fåglar.
De mekanismer genom vilka kvinnor utgör en preferens för sin partners låt är okänd. Mesotocin, den avian homologt av oxytocin, verkar för att leka en roll i para-Bond-bildande i finkar14,15. Dessutom har dopamin också visat sig spela en roll i par-Bond formation9,16,17,18. Till exempel, dopaminnivåer är högre i kärnan accumbens av Parade kontra icke-Parade finkar9.
För att studera rollen av signalsubstans system på par-Bond formation och underhåll, mätt vi Song preferens med en operant testning paradigm utrustad med infraröda sensorer för att utlösa låten uppspelningar19. Förhållandet mellan Song uppspelningar identifierade kvinnans preferens för en manlig sång. Före operant Conditioning-uppgiften isolerades varje hona upp till 48 h i en ekofritt kammare med sin partner för ‘ Parade honor ‘ eller med en obekant hane, för ‘ oparade honor ‘. För att testa effekten av dopamin på sång preferens, unparade honor behandlades två gånger med en D2R dopaminagonist medan isolerade med den obekanta manliga. Denna beteendemässiga paradigm bygger på tidigare studier19,20 och är mottaglig för forskning av studenter på grundutbildningen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi beskriver en metod för att testa låten preferens Zebra finches. Vi använde denna analys för att testa preferens för en parad hona för sin partners låt. Dessutom, analysen användes för att testa effekten av dopamin på induktion av Song preferens hos naiva kvinnor. Denna metod är relativt billigt och utformades och används av studenter på grundutbildningen, vilket gör det till ett utmärkt utbildningsverktyg för studenter. Flera andra studier har testat sång preferens i flera sång arter, vilket gör den…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Petra Grutzik för byggandet av beteendemässiga bur, Dr Thomas Borowski för att hjälpa till att designa experimentet, och Dr Stephanie White för hennes generösa stöd. Finansiering från en HHMI grundutbildning Summer Research Grant (HHMI #30052007536 till D.S. och L. H).
Materials
| (-)-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 |
References
- McGraw, L. A., Young, L. J. The prairie vole: an emerging model organism for understanding the social brain. Trends in Neuroscience. 33 (2), 103-109 (2010).
- Young, K. A., Gobrogge, K. L., Liu, Y., Wang, Z. The neurobiology of pair bonding: Insights from a socially monogamous rodent. Frontiers in Neuroendocrinology. 32 (1), 53-69 (2011).
- Young, L. J., Wang, Z. The neurobiology of pair bonding. Nature Neuroscience. 7 (10), 1048-1054 (2004).
- Aragona, B. J., Liu, Y., Curtis, J. T., Stephan, F. K., Wang, Z. A critical role for nucleus accumbens dopamine in partner-preference formation in male prairie voles. Journal of Neuroscience. 23 (8), 3483-3490 (2003).
- Lippert, R. N., et al. Time-dependent assessment of stimulus-evoked regional dopamine release. Nature Communications. 10 (1), 336 (2019).
- Lack, D. L. . Ecological adaptations for breeding in birds. , (1968).
- O’Connell, L. A., Hofmann, H. A. The vertebrate mesolimbic reward system and social behavior network: a comparative synthesis. Journal of Comparative Neurology. 519 (18), 3599-3639 (2011).
- O’Connell, L. A., Hofmann, H. A. Genes, hormones, and circuits: an integrative approach to study the evolution of social behavior. Frontiers in Neuroendocrinology. 32 (3), 320-335 (2011).
- Banerjee, S. B., Dias, B. G., Crews, D., Adkins-Regan, E. Newly paired zebra finches have higher dopamine levels and immediate early gene Fos expression in dopaminergic neurons. European Journal of Neuroscience. 38 (12), 3731-3739 (2013).
- Gil, D., Gahr, M. The honesty of bird song: multiple constraints for multiple traits. Trends in Ecology & Evolution. 17 (3), 133-141 (2002).
- Tomaszycki, M. L., Adkins-Regan, E. Experimental alteration of male song quality and output affects female mate choice and pair bond formation in zebra finches. Animal Behaviour. 70 (4), 785-794 (2005).
- Woodgate, J. L., Mariette, M. M., Bennett, A. T. D., Griffith, S. C., Buchanan, K. L. Male song structure predicts reproductive success in a wild zebra finch population. Animal Behaviour. 83 (3), 773-781 (2012).
- Zann, R. Reproduction in a Zebra Finch Colony in South-eastern Australia: the Significance of Monogamy, Precocial Breeding and Multiple Broods in a Highly Mobile Species. Emu. 94 (4), 285-299 (1994).
- Klatt, J. D., Goodson, J. L. Oxytocin-like receptors mediate pair bonding in a socially monogamous songbird. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 280 (1750), 20122396 (2013).
- Pedersen, A., Tomaszycki, M. L. Oxytocin antagonist treatments alter the formation of pair relationships in zebra finches of both sexes. Hormones and Behavior. 62 (2), 113-119 (2012).
- Adkins-Regan, E. Neuroendocrinology of social behavior. Ilar Journal. 50 (1), 5-14 (2009).
- Goodson, J. L., Kabelik, D., Kelly, A. M., Rinaldi, J., Klatt, J. D. Midbrain dopamine neurons reflect affiliation phenotypes in finches and are tightly coupled to courtship. Proceedings of the National Academy of Sciences the United States of America. 106 (21), 8737-8742 (2009).
- Iwasaki, M., Poulsen, T. M., Oka, K., Hessler, N. A. Sexually dimorphic activation of dopaminergic areas depends on affiliation during courtship and pair formation. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8 (210), (2014).
- Gess, A., Schneider, D. M., Vyas, A., Woolley, S. M. Automated auditory recognition training and testing. Animal Behavior. 82 (2), 285-293 (2011).
- Woolley, S. C., Doupe, A. J. Social context-induced song variation affects female behavior and gene expression. PLoS Biology. 6 (3), 62 (2008).
- Day, N. F., et al. D2 dopamine receptor activation induces female preference for male song in the monogamous zebra finch. Journal of Experimental Biology. 222, (2019).
- Hahn, A. H., et al. Discrimination of male black-capped chickadee songs: relationship between acoustic preference and performance accuracy. Animal Behaviour. 126, 107-121 (2017).
- Leitão, A., ten Cate, C., Riebel, K. Within-song complexity in a songbird is meaningful to both male and female receivers. Animal Behaviour. 71 (6), 1289-1296 (2006).
- Day, N. F., Hobbs, T. G., Heston, J. B., White, S. A. Beyond Critical Period Learning: Striatal FoxP2 Affects the Active Maintenance of Learned Vocalizations in Adulthood. eNeuro. 6 (2), (2019).
- Chen, Y., Clark, O., Woolley, S. C. Courtship song preferences in female zebra finches are shaped by developmental auditory experience. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 284 (1855), 20170054 (2017).
- Heston, J. B., White, S. A. Behavior-linked FoxP2 regulation enables zebra finch vocal learning. Journal of Neuroscience. 35 (7), 2885-2894 (2015).
- Adkins-Regan, E., Tomaszycki, M. Monogamy on the fast track. Biological Letters. 3 (6), 617-619 (2007).
- Young, R. L., et al. Conserved transcriptomic profiles underpin monogamy across vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2019).
