Тепловизионная по изучению стресса неинвазивным в безудержной Птицы

Neuroscience
 

Summary

Существует потребность в неинвазивной оценки напряжения. Эта статья описывает простой протокол, используя тепловидения обнаружить значимый ответ в температуре глаза региона в диких лазоревок к незначительной острой стресс.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Jerem, P., Herborn, K., McCafferty, D., McKeegan, D., Nager, R. Thermal Imaging to Study Stress Non-invasively in Unrestrained Birds. J. Vis. Exp. (105), e53184, doi:10.3791/53184 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Стресс, центральное понятие в биологии, описывает набор чрезвычайных ответов на вызовы. Среди других ответов, стресс приводит к изменению кровотока, что приводит к чистый приток крови к ключевым органам и увеличение внутренней температуры. Это вызванной стрессом гипертермии используется для оценки напряжения. Тем не менее, измерения внутренней температуры является инвазивным. Как кровоток перенаправляется на ядро, периферия тела может охладить. Эта статья описывает протокол, в котором периферийная температура тела измеряется неинвазивным в диких лазоревок (лазоревки caeruleus), используя инфракрасный термографии. В области мы создали настройки Приведение птиц идеальном положении в передней части камеры с помощью наживкой окно. Камера берет короткий тепловой видеозапись невозмущенной птицы перед нанесением мягкий стрессор (закрытие окна и, следовательно, захватив птицу), и реакция птицы на оказаться в ловушке записывается. Голый кожа глаз региона являетсятеплый область в изображении. Это позволяет автоматизированное извлечение максимальной температуре глаз области от каждого кадра изображения, а затем дальнейших шагов ручной фильтрации данных удаления наиболее распространенных источников ошибок (размытость, мигает). Этот протокол обеспечивает временные ряды температуры глаз области с тонкой временным разрешением, что позволяет нам изучить динамику реакции на стресс неинвазивно. Дальнейшая работа должна продемонстрировать полезность метода для оценки стресс, например, для расследования ли ответ температура глаз область пропорциональна силе стрессора. Если это может быть подтверждено, это обеспечит ценный альтернативный метод оценки напряжений в животных и будет полезна для широкого круга исследователей из экологов, биологов, физиологов сохранению исследователям защиты животных.

Introduction

Стресс является центральным понятием в биологии, описывая экстренного реагирования организма в ответ на вызов окружающей среды пытается восстановить гомеостаз 1,2. В состоянии стресса, уровень глюкозы в крови, жирных кислот и аминокислот уровнях, частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и метаболизма все увеличиваться, и кровь отвлекается от периферии к основным органам 2. Этот общий паттерн физиологических изменений простые числа животное, чтобы иметь возможность быстро и адаптивно реагировать на массив социальных и физиологических проблем. Признавая и понимание стресса находится в центре и чистый и прикладных исследований на животных, оценки стресса в неограниченных животных остается проблемой.

Широко используемый физиологический маркер стресса является увеличение уровней циркулирующих глюкокортикоидных гормонов, таких как кортизол и кортикостерона 1,2. Отличный сила этого подхода является то, что их концентрации возрастают Iп пропорционально интенсивности стрессора, позволяя стресс количественно. Тем не менее, глюкокортикоиды не «гормоны стресса» как таковой, а мобилизаторов энергетических магазинах 2. В качестве таких глюкокортикоидов уровни изменить также с требованиями энергии, времени суток, возраста и репродуктивного статуса 3,4, а также в ответ на положительные видимо ситуации, такие как брачный возможность 5. Глюкокортикоидные уровнях, поэтому, следует интерпретировать с осторожностью и в контексте. Измерение глюкокортикоидов ответ на острый стресс также имеет некоторые ограничения. Острый стресс вызывает динамическую реакцию изначально повышение уровня глюкокортикоидов и последующим возвращением к исходному уровню 1,2. Глюкокортикоидные образцы обычно получают инвазивное, путем отбора проб крови, которая является стресс сам по себе и, следовательно, может повлиять на результаты измерений, глюкокортикоидные 6. Кроме того глюкокортикоидные уровни могут быть измерены только в одной или немногих время рoints, которые не могут захватить изменение пиковых уровней и продолжительности сроков или ответ, ограничивая нашу способность исследовать изменение во времени динамической реакции на стресс в отдельных лиц. Неинвазивные методы отбора проб гормона, такие как из фекалий 7, волос или перьев 8, измерения средней глюкокортикоидов уровнях в течение длительного масштабе времени, дней или месяцев, хотя и полезны для изучения хронических стрессоров, не применяются к изучению острого стресса , Как даже самые лучшие способы, установленные предложить только ограниченное перспективу на изменения напряжения среди острой лиц существует потребность в альтернативной методологии в измерениях физиологического стресса.

Как реакция на стресс включает в себя ряд физиологических эффектов есть другие кандидаты, которые могли бы указывать стресс. Среди прочего, сочувственно-опосредованной вазоконстрикция каналов кровь от периферии к ядру тела. Эта концентрация крови и, таким тепла, наряду с различной формых стресс-индуцированных термогенез, согревает сердцевину 9. По существу, основным потепления, называют вызванной стрессом гипертермии (SIH) была также использована в качестве маркера острого стресса в фармацевтическом исследовании 10. SIH обычно поднимает температуру ядра тела на 0,5-1,5 ° С в течение 10-15 мин острого стресса 10. Это относительно хорошо документированы явлением, что обычно применяется экспериментальная стресс ловли и обработки животных может поднять основную температуру тела в диапазоне видов млекопитающих и птиц 11 - 17. Важно отметить, что SIH коррелирует с другими установленными показателями стресса, такие как частота сердечных сокращений 18, глюкокортикоидных уровнях 19 и 20,21 поведения. И, как глюкокортикоидных уровнях, температура ядра была линейно связана подчеркнуть уровень некоторых видов 22. Однако, как и забора крови, измерение внутренней температуры является инвазивным сам по себе, требующих вставки Oг имплантация зонда 10. Базовый температура ядра постепенно увеличивается каждый раз, когда обращение или зонд вставки стресс вызывающие необходимо повторное 23. Последние события в записи температуры оборудования, которые позволяют доступа к данным удаленно может обеспечить решение, по крайней мере, для крупных животных. 24

В тот же механизм, который генерирует SIH, хотя, лежит еще один потенциальный маркер стресса: на сужение периферических сосудов, что движется кровь, а вместе с ним тепло, в ядре одновременно охлаждает кожу 17. В отличие от внутренней температуры, температура кожи может быть измерена полностью неинвазивным путем инфракрасной термографии (КСП). КСП преобразует инфракрасное излучение от поверхности объекта в температуре 25. Как поверхность животного, как правило, имеет несколько проплешины, из которых температура кожи могут быть получены непосредственно, он требует доступа к естественно открытые участки кожи (например, область вокруг тон глаз) или создание голый патч путем обрезки меха или перьев. Обеспечен доступ к соответствующей открытой области кожи и животного можно хранить в поле зрения камеры, IRT камеры могут быть использованы для сбора непрерывных измерений температуры кожи удаленно, возможно, позволяя полный температурный отклик будет снят и сравнивали между частными лицами , В то время как уже было показано в кур, что температура поверхности реагирует на острый стресс 26, новизна данного исследования является то, что он измеряет температуру поверхности тела диких животных в тоньше временным разрешением, чем предыдущих исследований, а также показывает, что ожидаемый перепад температуры кожи может быть обнаружены в области, где температура, влажность и погода являются переменными. Целью данной работы является описать необходимую методологию для измерения температуры кожи неограниченного животного с использованием тепловидения. Мы используем захват, чтобы вызвать легкое напряжение в острой свободного живого синие сиськи (лазоревки caeruleus, Линнея 1758

Исследование проводилось в период с 17-го декабря 2013 года, и 4-й января 2014 года в лиственных дуб (Quercus SPP.) Лес на шотландской Центра экологии и окружающей природной среды (сцены), Университет Глазго на восточном берегу Лох-Ломонд, на западе центральной Шотландии (56.13 ° N, 4.13 ° W). Протокол включает в себя три основных этапа: (1) Настройка подходящие условия, при которых, чтобы захватить тепловые изображения с вольной животного, (2) applyiнг острый стрессор, принимая тепловой видео, и (3) извлечение и обработка данных от термальных изображений, которые затем могут быть использованы для характеристики ответа животного к острой стресс. В нашем случае мы привлекли штрафной живой воробьиных, синий синица в коробке подачи (съемок набор), где были оптимизированы условия для захвата тепловых изображений, а затем наносят стресс захвата при закрытии окна подачи дистанционно, когда птица была внутри , Описание захвата тепловых изображений и извлечения данных является специфическим для оборудования мы использовали, и может варьироваться от тепловизионных систем. Обработка данных описан с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом.

Protocol

О себе этика:

В ходе работы были стандартным методом захват свободно живущих мелких воробьиных, утвержденных британской Trust орнитологии и протокола захвата элиситорного мягкий стресс в птицу проводили на основании лицензий, Великобритания домашнего офиса.

1. Установка для Съемки

  1. Создать съемок настройку, где птицы поощряются, чтобы позиционировать себя перед камерой (Рисунок 1). Птица поступает настройку через отверстие в одной торцевой стенке и имеет доступ к продуктам питания близко к противоположной торцевой стенке.
  2. Для того, чтобы приучить птиц к настройки, обеспечить подходящую пищу (например, ядра арахиса) на фидере в течение нескольких недель до записи. Помимо предоставления продуктов питания, оставьте настройка спокойно. В течение этого периода, место фиктивный штатив перед питателем, чтобы птицы также приучить к камере.
  3. В день записи, уменьшить availabiмируемости из ядер арахиса в настройки, удаляя все остатки пищи из питателя и замена его с пищей, содержащегося в прозрачный контейнер с только небольшое отверстие в центре на вершине, через которые птицы могут получить доступ к пищи. Положение этого пищевых контейнеров в центре клетки в конце, противоположном входного отверстия.
  4. Поместите небольшую площадь черного изоляционной лентой известного излучательной способности, что природного покрова в одном из углов сетки коробки, чтобы он отображался на всех изображениях. Прикрепите черный изоляционную ленту для термопары, связанной с регистратором, что температуры записывает температуру черного изоляционной лентой с разрешением 0,1 ° C каждый 1 сек.
  5. Поместите тепловизионная камера 50 см от центра окно ловушку так, чтобы все поле вписывается в поле зрения видеокамеры, и птиц, питающихся от ясного контейнера будет располагаться в зоне камеры фокуса. Подключите камеру к ноутбуку, установите камеру записывать изображения на среднем 7,5 кадров в секунду (с отметкой времени), и отправлять изображения на жесткий диск ноутбука, чтобы спастись там.
  6. Прикрепите леску с вращающимся дверям настройки и раскатать в положение, когда экспериментатор скрытой от глаз птиц, но установка все еще может быть наблюдается - около 20 м от установки.

2. Съемки ответ Птичье к мягким острый стресс

  1. После того, как птица попадает в окно подачи, оставьте птицу ненарушенных в поле в течение примерно 5 сек.
  2. Потяните леску после птица провел около 5 сек в поле, чтобы закрыть окно подачи. Позаботьтесь о том, что птица все еще находится на дальнем конце коробки для того, чтобы свести к минимуму риск травмирования птицы.
  3. Сразу приблизиться окно подачи и стоять неподвижно за камерой в течение примерно 3 мин. Затем извлеките птицу из коробки и отпустить.
"> 3. Добыча глаз-области температур от тепловых изображений

  1. Экстракт максимальную температуру от каждого кадра. Примечание: Максимальная температура была практически всегда записывается внутри области вокруг глаз, ограниченная открытой коже periophthalmic кольца (рис 2), и далее, как температура глаз области.
    1. В Тепловизионная анализ программного обеспечения щелкните правой кнопкой мыши на изображение, "добавить" новый сюжет для максимальной изображения. Затем щелкните правой кнопкой мыши на участке, который экспортирует данные (температура глаз область и времени было принято кадр) в файл CSV.
  2. Удалить из CSV файл все строки из кадров, где глаз область птицы не было видно.
  3. Участок максимальную температуру в зависимости от времени в R 27, определить вручную указывает, где температура шипы> 0,2 ° С между двумя последовательными показаниями, когда мигательной мембрану, запряженных над глазом (мигает) и точек с низкими значениями outsidе диапазон температуры тела для птиц 28 (то есть, когда глаз область была видна, но размытым через движения для нескольких кадров), а затем удалить соответствующие строки из файла данных CSV производится на этапе 3.1.
  4. Измерьте температуру окружающей среды.
    1. Скачать данные (время и температура Регистратор) от температуры регистратора на компьютер и экспорта в электронную таблицу.
    2. Чтобы получить температуре окружающего воздуха от теплового изображения, на тепловом снимке, программное обеспечение для анализа нарисовать квадрат над черной изоляционной лентой, который покрывал Регистратор температуры зонда, а затем щелкните правой кнопкой мыши на площади и выберите "добавить новый сюжет" для средней температуры на площади в.
    3. Затем щелкните правой кнопкой мыши, что участок, чтобы экспортировать данные (время и температура) ИРТ в файл CSV. Слияние двух в результате температурного временной ряд для Регистратор температуры и теплового согласования изображений на время в одну таблицу.
  5. Правильное глаз область temperatuRe против комнатной температуре. Экспорт таблицы, созданной на шаге 3.4 в файл CSV, соответствующих времени. Для каждого сохраняется температуре глаз область добавить разницу между Регистратор температуры и значения температуры тепловизионных полученных (регистратор Темп - КСП Temp), измеренной в то же время.
  6. Провести автоматической фильтрации для удаления менее точные низкие значения температуры глаз область, используя алгоритм поиска пика (см Дополнительный код файла), чтобы автоматически извлекать самые высокие (и, следовательно, наиболее точные) очков в данных.
    Примечание: Алгоритм поиска пиковых реорганизует данные о температуре в вектор с определенным пользователем ширина (промежуток), рекомендуется срок = 3, извлечения центрального значения в строках, где число либо сторона ниже, т.е. пики.
  7. С помощью линейной интерполяции, чтобы закрыть пробелы, оставленные последовательностей, когда никакого пика не извлекается, и когда глаза регион не был виден. Используйте команду na.approx (зоопарк пакет v1.7-11 в R 27), чтобы дать единственное значение температуры в секунду для каждого индивидуума.
  8. В файле данных CVS, добавьте значение от 0,2 до каждой температуре глаз область для коррекции эффекта принимать изображения с помощью сетки.
    Примечание: Испытания показали, что, когда черное тело, нагревали до приблизительно средней температуры тела птицы ~ 41 ºC в активной фазе 28, была отображена в окне сетки с той же размером ячеек, используемый в съемках настройке, температуры, записанные тепловизионная камера в районах, не затемняется проводов были 0,2 ° С ниже, чем значения, полученные без промежуточной сетки (в среднем разница = -0,2 ° С ± 0,085 SD, п = 30, диапазон температуры черного тела = 41.6-42.5 ° C).
    Примечание: Это поправочный коэффициент для конкретных условий в данном исследовании и, скорее всего, меняться в зависимости от инструмента сделать, и типа и ширины сетки между животным и камеры, и в каждой ситуации должна быть установлена ​​для СПecific условия учебы.
  9. От максимальных температур глаз региона, записанных еще до коробки был закрыт выбрать наибольшее значение, которые будут составлять базовый температуру глаз область невозмущенной птицы. Добавить базовой температуры глаз область в качестве нового столбца в файле CVS (базового). Затем вычесть базовое значение друг от сохранила максимальное значение температуры для глаз область, создавая новый столбец в файле данных CVS.
    Примечание: Это новое значение в настоящее время выразить реакцию птицы на мягкой острого стресса, как отклонение от невозмущенного температуры базового.
  10. Участок отклонения в максимальной температуре глаз области от базовой температуры глаз области всех лиц от после ловушка была закрыта с помощью командной ggplot (пакет ggplot2 v1.0.0 в R 27). Создание бутстрапированный доверительные интервалы 95%, используя опцию mean_cl_boot (пакет ggplot2 v1.0.0 в R 27). Для получения подробной информации смотрите файл Справочная код.

Representative Results

Результаты 9 свободно живущих лазоревок представлены, которые иллюстрируют информацию, которая может быть получена от тепловидения и продемонстрировать, что предсказанный сигнал напряжения в птичьего температуре глаз области могут быть обнаружены в свободно пасущихся животных. Каждая птица была снята в среднем 5,1 ± 0,9 сек (п = 9) до коробки 'дверь была закрыта. Это позволило Расчет спокойный птичьего температуре глаз область (базовый температуры), к которому все последующие меры могут быть отнесены к. В тестах, проведенных на 20 сек тепловой видеоклипов ненарушенных лазоревок прибывающих и кормящих в ловушку (п = 9 птицы отличаются от тех, которые используются для нанесения мягкой стресс), корреляции R> 0.7 было установлено, существует между максимальным Температура глаз области зарегистрировано в течение первых 5 сек, а максимальная записан в первой 10, 15 и 20 сек (рисунок 3). Это было истолковано как свидетельство, что максимальной ваLUE записан в начальных несколько секунд после вступления ловушка представитель долгосрочного уровня, а средняя температура глаз область в течение примерно 5 сек, непосредственно предшествующий закрытие окна были использованы в качестве исходного значения. Синие сиськи в этом образце имели средний базовый температуру глаз область 38,4 ± 0,5 ° С (среднее ± SE) и колебалась от 35,8 до 39,9 ° С (п = 9). После того, как птица подается в течение 5 сек, чтобы позволить расчет базовой температуры глаз область, дверная коробка была закрыта экспериментатором. Все птицы заметил закрытие окна, как свидетельствуют их попытки побега рейсов.

После замыкания ловушки, температура глаз область быстро упал и достиг минимальной температуры глаз область ~ 1.3 ° C ниже температуры исходной после ~ 10 сек (рис 4). Рисунок 4 показывает сложной кривой на основе максимального Ока область температур всех девяти лиц в среднем за каждую секунду. Каксроки и величина перепада температуры глаз области колеблется между частными лицами композита маски кривой истинные масштабы реакции температуры. Среднее падение температуры рассчитываются для каждого человека в отдельности 2.0 ± 0.2 ° С и самая низкая точка достигается после 9,4 ± 2,8 сек (среднее ± SE). С тех пор, температура глаз область постепенно возвращается к исходной температуре глаз области в течение следующего 2-3 мин, но не совсем достичь базовой линии в конце судебного разбирательства.

фигура 1
Рисунок 1. Съемки арене. Набор-в области была разработана, чтобы привлечь птиц в поле зрения камеры, где мягкий острый стресс может быть применен, используя окно подачи. Набор-до состоял из 25 14 см и 16,5 см в высоту коробки построен из фанеры, с передней панели из оцинкованной сеткой с СИЗ диафрагмые 1 по 2,5 см. Сетка позволяет инфракрасное излучение, чтобы пройти, что делает возможным, чтобы снять птиц Хотя внутри установки. Сетка была выбрана, как стекло и большинство пластмасс, не передают инфракрасное излучение. Отверстие диаметром 60 мм был разрезан на левой торцевой стенке, чтобы позволить птица ввода настройки и получить доступ к пище находится на правом конце коробки. Температура регистратор датчик зажат между двух квадратов черного изоляционной лентой (отмечены черная стрелка) крепится к верхнем правом углу передней панели для записи опорную температуру. Мягкий острый стресс применяется к птице внутри, закрыв окно. Вытащив на леске, прикрепленной к вращающейся двери на входе отверстия позволило экспериментатору, чтобы закрыть окно, когда птица находится внутри. Тепловизионная камера устанавливается в передней части ловушки записывает всю последовательность событий. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенное вариант ое этой фигуры.

Рисунок 2
Рисунок 2. Тепловая Изображение Синица. Большинство тела воробьиных является хорошо изолированы от перьев (или в меньшей степени масштабах ног), но кожа вокруг глаз подвергается и излучает больше тепла при нормальных обстоятельствах, и в окружении кулера покрова или фона. Это показано в этом тепловом изображении желтым цветом (высокая температура) вокруг глаз, оранжевый, красный, фиолетовый и синий цвет означает прохладные и более прохладные температуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. повторяемость из базовой температуры, измеренные овер разные периоды времени. Коэффициенты корреляции между максимальной температурой, записанной в первой 1-8 сек клипа и «среднего максимумов" в 0.5º высшей ценности, записанного для первого 10, 15 и 20 сек из зажим (представлены красными, зелеными и синими линиями, соответственно). Все клипы были 20 сек в продолжительности (п = 9). Во время начального анализа с использованием набора данных больший, ряд 'посредством максимумов "были рассчитаны из всего 1 значения, и дали одинаковое значение Ро на всех сравнений. Эти клипы были исключены из анализа, оставив только те, где средства были рассчитаны из более чем 3 измерений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Ответтемпературы глаз области к захвату. Существует очень ясно и произнес сигнал случае захвата отражение в изменении температуры глаз области в течение долгого времени. Для сравнения разных индивидуумов, которые изменяются в их базовой температуры, остаточного температуре глаз области, как разность фактической температуры и исходной температуры данного индивидуума, наносится на вертикальной оси. Это в зависимости от времени с закрытием ловушку как 0 и птицы удалены из ловушки через 3 мин. Красная линия показывает средний остаточный температуры и серый группа представляет 95% доверительный интервал. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Discussion

Целью данной работы является описать необходимую методологию для измерения изменения температуры кожи свободно жить животного в ответ на острый стресс. Это исследование показало, что быстрые изменения в температуре кожи, связанные с острой стрессовой реакции у диких птиц могут быть захвачены неинвазивным использованием ГРР. Эта процедура участие пять важных этапов (1) дизайн соответствующем поле настройки с высоко портативный тепловизор, (2) измерения базовой температуры, (3) применение мягкого стресса участием захвата птицу в настройки, (4) Специальная автоматизированная запись выборки температуры глаз области и (5) калибровки извлеченных данных температуры. Описываемая здесь методология была применена к захвату диких лазоревок. Представительства базовые температуры глаз область может быть захвачен в качестве лишь 5 сек. Расчетное время, необходимое для записи одну птицу в поле около 1 ч, с последующей час, необходимых для обрабатывать3 мин последовательности тепловой видео.

Сбор хорошие данные по температуре кожи животного требует высокого качества тепловых изображений. Тепловизионные камеры только принципиально отличаются от видимого света камер с точки зрения длины волны электромагнитного излучения, что они обнаруживают, и, таким образом многие из концепций, которые применяются в фотографии (например, поле зрения, глубиной поля) также применяются в термографии. Как обычно практикуется фотографов дикой природы, в любом месте, что посещения животных и ожидалось, где природные (например, мест гнездования) или искусственные (например, кормушки), может быть использован для сбора тепловые изображения. Привлечение животных к камере, а не пытаться следовать им, хотя их обитания имеет преимущество, что позволяет нам настроить камеру заранее, чтобы собрать качественное изображение с минимальным нарушением, как только животное попадает в поле зрения. Тем не менее, при таком подходе, это жизненно важно для изучения или счета за последствиячто конкретные условия измерения на стресс или температуры кожи. Например, здесь, птицы были измерены в контексте подачи, и еда была использована активно завлекать синие сиськи в настройки. Исследование предполагает, что куры острые положительный опыт, такие как ожидание и потребления пищевого вознаграждения в ассоциативном суда обучения может также понизить температуру глаз 29. Таким образом, '' исходные уровни физических лиц входящих в это особое настроить может быть под влиянием ассоциации этого акта с наградой. Эта возможность требует дальнейшего расследования, хотя, если присутствует, можно было бы ожидать, чтобы повысить падение от базовых уровней уже наблюдается. Кроме того, термогенез происходит с перевариванием пищи, хотя конкретные последствия потребляемой пищи в течение базового измерения не ожидается, значительно повысить температуру в 3 мин периода захвата 30.

Это ограничение считается, измерения всех животных сВ этом же контексте также великая сила этого подхода. Представительные результаты показали, что существует большой разброс температуры глаз область между частными лицами, прежде чем острая стресс был применен (базовый температура глаз область). Изменение базового температуре глаз (коэффициент вариации = 3,9%) может быть частично из-за ошибки измерения или подлинное отражение между-индивидуальные различия. Период КСП камеры записывается температуру черного изоляционной лентой в течение 5 сек, когда температура ленты не изменилось, средний коэффициент вариации 0,26% (диапазон 0,08% до 0,59%). Несмотря на то, погрешность измерения, вероятно, будет больше, в движущемся птицы тем не менее показывает, что большая часть этой вариации базовой температуре глаз область действительно между индивидуумами. Понятие относительно небольшой погрешности измерений на движущихся птиц подкрепляется высокой повторяемости температуры глаз области более 20 сек в течение базовых измерений (

В ответ на устоявшихся острого мягкого стресса животному мы ожидали быстрые изменения в характере кровотока, от периферии к ядру через сочувственно опосредованной вазоконстрикции, что снижает температуру кожи 17. Периорбитальной области был выбран, так как это при условии, что только область тела, которая была неизолированные и является Ассолем, связанных с богатой приобщены сети мелких кровеносных сосудов, сплетение ophthalmicum, что может повлиять на потерю тепла от глаз 31. Быстрый частота кадров технике тепловой видеосъемку смог показать падение глаз область температуре примерно 2 ° С в 10 сек с последующим последующим повышением температуры в пределах 0,5 ° C от исходного в пределах 3 мин. Хотя периферическая охлаждение в ответ на стресс умеренной был записан ранее на отметке 1-минутными интервалами 17,26, 32, техника здесь показали, что максимальное падение температуры может быть чрезвычайно быстрым. С низким разрешением времени величина этого эффекта может быть упустил. Это может быть важно при сравнении различий в реакции на стресс разных индивидуумов. Повторное потепление птицы после быстрого "борьбы или полета" ответ не вернуться к исходному уровню, как птица оставалась в поле, указывающее, что птица остается физиологически подчеркнул он. Птицы были выпускд от экспериментальной установки после произвольно выбранной отсечки точки около 3 мин, чтобы минимизировать период сдержанности свободно жить животного. Тем не менее, в будущем, испытания могут должны быть больше, чтобы записать полный ответ температуры до температуры животного глаз область не вернулся к исходному уровню, если в материально-техническом возможно.

Этот новый протокол с участием серию изображений, собранных до и после стресс был применен теперь позволяет детальное изучение динамики реакции на острый стресс, и сравнение нескольких временных точках между отдельными животными. Повторяя этот процесс в течение более лиц различных сезонов или условий окружающей среды может разрешить эффекты среды на базовой или после острого стресса температуры кожи, чтобы распутать, в качестве возможного проспекте в оценке хронического стресса, а также. ,

Температура кожи птицы зависит не только от метаболического тепла икровотока, но и на теплообмена от солнечной радиации, скорости ветра и смачивания 25. Это исключает мокрые и ветреную погоду от точных термографического записей. Температура глаз область записаны тепловизионной камеры иногда может быть либо недооценивать (отрицательный) или ошибку завышенную (положительный ошибку). Существенное положительное ошибка потребует затрат энергии, но это было избежать, птицы в поле подачи будучи защищены от солнца. Еще один источник положительной ошибки включены, когда моргнул птица. Иногда птица кратко тянет его мигательной мембраны на глаз регионе и, как она хранится внутри при температуре ближе к сердцевине тела, мигает дает аномально высокое чтение температуры, когда она охватывает глазное яблоко. Это, однако, легко обнаружить, когда она покидает весьма заметную подпись и зависит кадра могут быть удалены. Основной причиной отрицательного ошибки в наших записях было размытость. Любое движение слишком быстры в плен Шарслойные частотой кадров камеры смешивает данные, полученные от небольшого теплого глаз области изображения с тем, что в окружающей прохладном месте (размытость), в результате чего занижения температуры глаз области. Таким образом, после удаления положительных ошибок это делает максимальную температуру, измеряемую от глаз регионе наиболее точное измерение и автоматизированный фильтрации с помощью команды функцию пики удаляет тем менее вероятно, более низкие значения максимальных температур глаз региона.

Кроме того, как инфракрасное излучение поглощается водяным паром, температура поверхности записаны будет зависеть от относительной влажности окружающей среды. Это может быть за счет ввода температуры воздуха, относительной влажности и расстояния до объекта в аналитической тепловой Image Analysis Software. Тем не менее, более точным и эффективным подходом (а проведено здесь), чтобы включать в себя ссылку тело известной температуре и излучательной в поле зрения. В нашем случае это былоквадрат черной изоляционной лентой с теплоотдачей 0,97, что примерно эквивалентна природного покрова 33. Это позволяет калибровки температуры глаз область с помощью разности между фактическим и тепловых значений температуры обработки изображений, полученных измеренных для изоляционной лентой. Температура поверхности черного тела, то может быть использован для калибровки изображений непрерывно в течение периода измерения.

Благодаря техническому прогрессу в развитии в тепловых камерах теперь они могут быть развернуты как небольших легких камер, способных собрать много кадров в секунду в течение длительных периодов времени. Несмотря на то, тепловизионный широко используется метод исследования в птичий 25, размер и расход тепловизионных систем ограничили его использование в дикой природе. В этом исследовании система была очень портативный, стоимость прибл. £ 6000 и при условии высокого разрешения термальный видео способны неинвазивным захвата точной т.еmperature данные свободно живущих животных без необходимости обращения птиц. Запись на нескольких кадрах в секунду позволяет измерять с высоким разрешением временных рядов периферической температуры и, следовательно, дает возможность исследовать динамику острой реакции на стресс. Это трудно достичь с обычной глюкокортикоидов образца, что сдерживается количества образцов, которые могут быть приняты в течение определенного периода времени. Здесь мы добыли временной ряд температуры глаз области с интервалом в 1 сек, что достаточно, чтобы продемонстрировать температуры реакции глаз область в острой стресс (захвата), но выше, временное разрешение также будет возможно. Накопление большого количества изображений, однако, требует определенного уровня автоматизации в извлечения информации из изображений. Протокол описывает простой полуавтоматического процесса для извлечения максимальной температуры от каждого изображения. Мы были в состоянии это сделать, как области интереса, глаз-региоп, всегда был теплым местом на картинке. Анализ может быть более проблематичным, если регионы интерес являются более сложными и могут потребовать пользовательские разработанного программного обеспечения распознавания образов (например, 34). В этом исследовании некоторые ручной фильтрации требуется в ситуациях, когда температура глаз регионе пере- или недооценивать, но они были легко обнаружены, но, конечно, дальнейшая автоматизация является желательным. Измерения стресс-индуцированной периферической охлаждения на тепловых изображений обеспечивает ценным дополнением к другим физиологическим мер стресса и неинвазивной аспекте этой техники является весьма выгодным для дальнейших исследований, связанных с пленных и диких животных.

Захват полный ответ на стресс, термография, очевидно, имеет большой потенциал в качестве инструмента для оценки напряжений. Для того чтобы стать неинвазивной альтернативой установленном гормональных и основных анализов температуры, хотя, надо будет для кросс-проверки среди этих мер иопределить, если температура кожи показывает ту же пропорциональность с интенсивностью стрессора, т.е. степень реакции температуры кожи может отражать силу стрессора. Будущие исследования должны также обратиться захватывает ли температура кожи хронический стресс. Несмотря на то, SIH в ответ на острую стресс, как ожидается, будет переходный, периодические воздействия физических или психологических стрессоров острых могут генерировать постоянное повышение в основной температуры тела 35,36. Будь продолжается сужение сосудов способствует этой основной высоты не были испытаны в явном виде. Тем не менее, соотносительные исследования на людях, страдающих от хронической болезни, связанных со стрессом действительно показывают пониженных температур пальцев 37. Окончательное атрибут, чтобы исследовать это валентность: способность различать положительные от отрицательных событий. Гормональные анализы не могут различать валентность 5, с глюкокортикоидных уровнях появляются, чтобы отразить уровень возбуждения, а не стресс в частности. Исследование характера гребеньратура в домашних кур, подвергшихся отвращение и позитивных стимулов предложить температура кожи может быть так же сродни общего возбуждения 22,29. Тем не менее, у людей, различные эмоциональные состояния вызывают регионально специфические изменения в температуре кожи, например периорбитального потепления и щеки охлаждения, когда поражен 38, но в целом уменьшилось температуру кожи во время смеха 39. Сравнения между различными регионами, но может выявить эмоциональное состояние. Используя рекомендации, изложенные в этой работе, можно будет решить все эти вопросы, и проверить температуру кожи, как неинвазивного маркера стресса.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Thermal Imaging Camera FLIR A65 (f=25 mm) Compact (106 x 40 x 43 mm) and low cost
Thermal Image Analysis Software FLIR ResearchIR v3.4 Allows high speed thermal video recording and thermal pattern analysis
Temperature logger Gemini Data Loggers Tinytag Talk 2 TK-4023-PK Monitors from -40 to +125 °C using accompanying temperature probe

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Romero, L. M., Dickens, M. J., Cyr, N. E. The reactive scope model - A new model integrating homeostasis, allostasis, and stress. Hormones and Behavior. 55, 375-389 (2009).
  2. McEwen, B. S., Wingfield, J. C. The concept of allostasis in biology and biomedicine. Hormones and Behavior. 43, 2-15 (2003).
  3. Rensel, M. A., Schoech, S. J. Repeatability of baseline and stress-induced corticosterone levels across early life stages in the Florida scrub-jay (Aphelocoma coerulescens). Hormones and Behavior. 59, 497-502 (2011).
  4. Wingfield, J. C. Comparative endocrinology, environment and global change. General and Comparative Endocrinology. 157, 207-216 (2008).
  5. Buwalda, B., Scholte, J., de Boer, S. F., Coppens, C. M., Koolhaas, J. M. The acute glucocorticoid stress response does not differentiate between rewarding and aversive social stimuli in rats. Hormones and Behavior. 61, 218-226 (2012).
  6. Romero, L. M., Reed, J. M. Collecting baseline corticosterone samples in the field: Is under 3 min good enough. Comparative Biochemistry and Physiology - A Molecular and Integrative Physiology. 140, 73-79 (2005).
  7. Harper, J. M., Austad, S. N. Fecal glucocorticoids: a noninvasive method of measuring adrenal activity in wild and captive rodents. Physiological and Biochemical Zoology. 73, 12-22 (2000).
  8. Bortolotti, G. R., Marchant, T. A., Blas, J., German, T. Corticosterone in feathers is a long-term, integrated measure of avian stress physiology. Functional Ecology. 22, 494-500 (2008).
  9. Oka, T., Oka, K., Hori, T. Mechanisms and mediators of psychological stress-induced rise in core temperature. Psychosomatic Medicine. 63, 476-486 (2001).
  10. Bouwknecht, A. J., Olivier, B., Paylor, R. E. The stress-induced hyperthermia paradigm as a physiological animal model for anxiety: a review of pharmacological and genetic studies in the mouse. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 31, 41-59 (2007).
  11. Moe, R. O., Bakken, M. Effects of Handling and Physical Restraint on Rectal Temperature, Cortisol, Glucose and Leucocyte Counts in the Silver Fox (Vulpes vulpes). Acta Veterinaria Scandinavica. 38, 29-39 (1997).
  12. Cabanac, M., Aizawa, S. Fever and tachycardia in a bird (Gallus domesticus) after simple handling. Physiology, and Behavior. 69, 541-545 (2000).
  13. Cabanac, A. J., Guillemette, M. Temperature and heart rate as stress indicators of handled common eider. Physiology, and Behavior. 74, 475-479 (2001).
  14. Carere, C., van Oers, K. Shy and bold great tits (Parus major): body temperature and breath rate in response to handling stress. Physiology, and Behavior. 82, 905-912 (2004).
  15. Gray, D. A., Maloney, S. K., Kamerman, P. R. Restraint increases afebrile body temperature but attenuates fever in Pekin ducks (Anas platyrhynchos). American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 294, R1666-R1671 (2008).
  16. Meyer, L. C. R., Fick, L., Matthee, A., Mitchell, D., Fuller, A. Hyperthermia in captured Impala (Aepyceros melampus.): A fright not flight response. J. Wildl. Dis. 44, 404-416 (2008).
  17. Busnardo, C., Tavares, R. F., Resstel, L. B. M., Elias, L. L. K., Correa, F. M. Paraventricular nucleus modulates autonomic and neuroendocrine responses to acute restraint stress in rats. Autonomic Neuroscience: Basic, and Cinical. 158, 51-57 (2010).
  18. Kramer, K., et al. Effect of conditioning on the increase of heart rate and body temperature provoked by handling in the mouse. ATLA Alternatives to Laboratory Animals. 32, 177-181 (2004).
  19. Lowe, T. E., Cook, C. J., Ingram, J. R., Harris, P. J. Changes in ear-pinna temperature as a useful measure of stress in sheep (Ovis aries). Animal Welfare. 14, 35-42 (2005).
  20. Ahola, L., Harri, M., Kasanen, S., Mononen, J., Pyykönen, T. Effect of family housing of farmed silver foxes ( Vulpes vulpes ) in outdoor enclosures on some behavioural and physiological parameters. Canadian Journal of Animal Science. 80, 427-434 (2000).
  21. Harri, M., Mononen, J., Ahola, L., Plyusnina, I., Rekilä, T. Behavioural and physiological differences between silver foxes selected and not selected for domestic behaviour. Animal Welfare. 12, 305-314 (2003).
  22. Van Bogaert, M. J. V., Groenink, L., Oosting, R. S., Westphal, K. G. C., Van Der Gugten, J., Olivier, B. Mouse strain differences in autonomic responses to stress. Genes, Brain and Behavior. 5, 139-149 (2006).
  23. Van Der Heyden, J. A. M., Zethof, T. J. J., Olivier, B. Stress-induced hyperthermia in singly housed mice. Physiology and Behavior. 62, 463-470 (1997).
  24. Singer, C., Ruf, T., Schober, F., Fluch, G., Paumann, T., Arnold, W. A versatile telemetry system for continuous measurement of heart rate, body temperature and locomotor activity in freeranging ruminants. Methods in Ecology and Evolution. 1, 75-85 (2010).
  25. McCafferty, D. J. Applications of thermal imaging in avian science. Ibis. 155, 4-15 (2013).
  26. Edgar, J. L., Nicol, C. J., Pugh, C. A., Paul, E. S. Surface temperature changes in response to handling in domestic chickens. Physiology, and Behavior. 119, 195-200 (2013).
  27. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. At http://www.r-project.org/ (2014).
  28. Prinzinger, R., Pressmar, A., Schleucher, E. Body temperature in birds. Comparative Biochemistry and Physiology. 99, 499-506 (1991).
  29. Moe, R. O., Stubsjøen, S. M., Bohlin, J., Flø, A., Bakken, M. Peripheral temperature drop in response to anticipation and consumption of a signaled palatable reward in laying hens (Gallus domesticus). Physiology, and Behavior. 106, 527-533 (2012).
  30. Secor, S. M. Specific dynamic action: a review of the postprandial metabolic response. Journal of Comparative Physiology B. 179, 1-56 (2009).
  31. Midtgård, U. Scaling of the brain and the eye cooling system in birds: A morphometric analysis of the ophthalmicum. Journal of Experimental Zoology. 225, 197-207 (1983).
  32. Edgar, J. L., Lowe, J. C., Paul, E. S., Nicol, C. J. Avian maternal response to chick distress. Proceedings. Biological Sciences / The Royal Society. 278, 3129-3134 (2011).
  33. Hammel, H. T. Infrared emissivity of some Arctic fauna. Journal of Mammalogy. 37, 375-378 (1956).
  34. Khaliq, I., Hof, C., Prinzinger, R., Böhning-Gaese, K., Pfenninger, M. Global variation in thermal tolerances and vulnerability of endotherms to climate change. Proceedings. Biological Sciences / The Royal Society. 281, 20141097 (2014).
  35. Kant, G. J., Ra Bauman,, Pastel, R. H., Myatt, C. A., Closser-Gomez, E., D’Angelo, C. P. Effects of controllable vs. uncontrollable stress on circadian temperature rhythms. Physiology, and Behavior. 49, 625-630 (1991).
  36. Endo, Y., Shiraki, K. Behavior and body temperature in rats following chronic foot shock or psychological stress exposure. Physiology and Behavior. 71, 263-268 (2000).
  37. Lin, H. P., Lin, H. Y., Lin, W. L., Huang, A. C. W. Effects of stress, depression, and their interaction on heart rate, skin conductance, finger temperature, and respiratory rate: Sympathetic-parasympathetic hypothesis of stress and depression. Journal of Clinical Psychology. 67, 1080-1091 (2011).
  38. Pavlidis, I., Eberhardt, N. L., Levine, J. A. Seeing through the face of deception. Nature. 415, 35 (2002).
  39. Nakanishi, R., Imai-Matsumura, K. Facial skin temperature decreases in infants with joyful expression. Infant Behavior and Development. 31, 137-144 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics