Met behulp van farmacologische Manipulatie en hoge precisie-Radio Telemetrie op de Ruimtelijke Cognition in Free opgezette dieren Studie

Summary

Dit document beschrijft een nieuw protocol dat de farmacologische manipulatie van het geheugen en radio telemetrie te documenteren en te kwantificeren de rol van cognitie in de navigatie combineert.

Abstract

het vermogen van het dier waar te nemen en te leren over zijn omgeving speelt een belangrijke rol in vele gedragsprocessen, zoals navigatie, migratie, dispersie en voederen. Echter, het begrip van de rol van cognitie in de ontwikkeling van navigatie-strategieën en de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze strategieën beperkt door de methodologische problemen die betrokken zijn bij het toezicht, het manipuleren van de cognitie van, en het bijhouden van wilde dieren. Deze studie beschrijft een protocol voor de aanpak van de rol van cognitie in de navigatie dat farmacologische manipulatie van gedrag met hoge precisie radio telemetrie combineert. De aanpak maakt gebruik van scopolamine, een muscarine acetylcholine receptor antagonist, cognitieve ruimtelijke vaardigheden te manipuleren. Behandelde dieren worden vervolgens gecontroleerd met een hoge frequentie en hoge ruimtelijke resolutie via remote triangulatie. Dit protocol werd toegepast binnen een populatie van Oost sierschildpad (Chrysemys picta) die is bewoondseizoen kortstondige waterbronnen voor ~ 100 jaar, het verplaatsen tussen de verre bronnen met behulp van nauwkeurige (± 3,5 m), complex (dat wil zeggen, niet-lineair met een hoge tortuositeit die meerdere habitats doorkruisen) en voorspelbare routes geleerd vóór 4 jaar oud. Deze studie toonde aan dat de door deze schildpadden processen in overeenstemming zijn met de ruimtelijke vorming van het geheugen en de herinnering. Samen vormen deze resultaten zijn consistent met een rol ruimtelijke cognitie bij complexe navigatie en benadrukken de integratie van ecologische en farmacologische technieken in de studie van cognitie en navigatie.

Introduction

Cognitie (hierin gedefinieerd als "alle bij het verkrijgen, opslaan en gebruiken van informatie uit de omgeving behandeling" ¹⁾ staat centraal in een reeks complexe navigatietaken ^2. Bijvoorbeeld, Sandhill kranen (Grus canadensis) laten een duidelijke verbetering in het vreemdelingenrecht precisie met ervaring ³ en zeeschildpad soorten opdruk op hun natal stranden hatchlings en terug te keren als volwassenen ^4-6. Ook succesvolle migratie, dispersie en foerageren scharnier op het vermogen van het dier om informatie over hun ruimtelijke omgeving ^7,8 verzamelen. Lijken sommige dieren om navigatie-routes in relatie tot de specifieke kenmerken van het landschap ⁹ leren en kunnen ruimtelijke cognitie gebruiken bij het verplaatsen tussen de nesten en foerageergebieden ^10. Recent werk op Oost-sierschildpad (Chrysemys picta) suggereert een kritieke periode in de navigatie, waar de succesvolle navigatie van hoogland leefgebied als volwassenen hangt af van juvenijl ervaring binnen een nauwe leeftijdsgroep (<4 jaar oud ^11-13). Hoewel samen deze studies tonen aan de vooruitgang die is geboekt in het begrijpen van de rol van het leren in de navigatie ^{4-6, 14-16,} de mechanismen die dergelijk gedrag ten grondslag liggen en de volledige rol van cognitie in de navigatie blijft raadselachtig, vooral in gewervelde dieren ^{8, 17 , 18.}

Veldonderzoek naar de rol van cognitie in de navigatie zijn zeldzaam ^{2, 8, 18,} grotendeels te wijten aan de methodologische problemen die betrokken zijn bij het toezicht, manipuleren, en het bijhouden van wilde dieren. Bijvoorbeeld, de grote ruimte- en tijdschalen die veel dieren Navigeer dikwijls uitsluiten onderzoeken zowel type informatie dat deze dieren mogelijk leren en hoe deze zijn verkregen. Onderzoekers vaak geconfronteerd met de logistieke problemen te detecteren en lokaliseren van dieren bij het bewaken van het gedrag over dergelijke grote gebieden en termijnen, waardoor de soort te beperkenvan gegevens die kunnen worden verzameld en de conclusies die kunnen worden getrokken. Hoewel het gebruik van dieren gemonteerde Global Positioning System (GPS) recorders kan de kans op detectie van zeer variërend dieren te verbeteren, ruimtelijke gegevens op deze wijze verzamelde algemeen zeer grove resolutie en missen een gedetailleerde gedragscomponent. Daarom zijn de gegevens die worden verzameld onder zulke omstandigheden van beperkte waarde voor de behandeling subtiele verschillen in gedrag tussen verschillende groepen of experimentele behandelingen. Ook de directe, gecontroleerde manipulatie doelgedragingen vaak verboden door de ruimtelijke en tijdschalen typisch navigatie gedragingen, alsook door inherente logistieke problemen van veldonderzoek. Het vinden van dieren in hun natuurlijke habitat, het vangen en ze te manipuleren, en dan het verzamelen van gedrags-gegevens zonder per ongeluk het produceren van valse gedrag zijn grote uitdagingen van het werken met dieren in het gebied. Het design proeven met free opgezette dieren wordt vaak beperkt en de mogelijkheid om strenge, gecontroleerde veldexperimenten te verrichten naar de rol van cognitie in de navigatie is beperkt.

Deze studie omzeilt veel van de voorgaande problemen van onderzoek naar de relatie tussen cognitie en navigatie in het veld door een nieuwe combinatie van farmacologische manipulatie en hoge-resolutie traceren van dieren vrijelijk navigeren onder veldomstandigheden. Scopolamine, een muscarinische acetylcholinereceptoren (mAChR) antagonisten, is aangetoond dat ruimtelijke geheugenvorming en oproepen blokkeren blokkeert cholinerge activiteit in de hersenen van een verscheidenheid van gewervelde taxa ^18-24. Scopolamine kan effectief worden gebruikt loslopende dieren onder veldomstandigheden ^{11, 18} en een felle maar tijdelijk effect (bijvoorbeeld 6-8 uur bij reptielen). Methylscopolamine een mAChR-antagonist die de bloed-hersen-barrière ^19-21 wordt overschreden, kan worden gebruikt om te controleren voorde mogelijke perifere effecten van scopolamine en niet-cognitieve aspecten van gedrag ^11. Farmacologie maakt de nauwkeurige manipulatie van cognitie rechtstreeks van invloed receptoren en hoge precisie radiotelemetrie maakt de waarneming van de effecten daarvan op het gedrag. Metingen op afstand aanvullend bij zowel hoge ruimtelijke (± 2,5 m) en tijd (15 min) resolutie mogelijk maken een nauwkeurige documentatie en kwantificering van diergedrag opzichte van de experimentele manipulatie van cognitie.

Deze studie ¹¹ werd uitgevoerd tussen mei en augustus 2013 en 2014 bij Chesapeake Farms, een 3.300 acre wildbeheer en landbouw onderzoeksgebied in Kent Co., MD, USA (39,194 ° N, 76,187 ° W). Het protocol omvat vijf stappen: (1) het vastleggen en het hanteren van dieren (2) het aanbrengen van radiozenders (3) de voorbereiding van de farmacologische middelen (4) het toezicht op en het manipuleren van de verplaatsingen van dieren, en (5) analyzing ruimtelijke gegevens. De hierin beschreven gericht op de Oost-studie geschilderde schildpad (picta Chrysemys). Schildpadden in het brandpunt bevolking betrekken bij de jaarlijkse overland bewegingen, waarin zij laten hun huis vijvers en navigeer naar alternatieve aquatische habitats met behulp van een van de vier zeer nauwkeurig (± 3,5 m), complexe en in hoge mate voorspelbaar routes ^{11, 12.} Farmacologische manipulatie van dieren in dit systeem gecombineerd met een hoge resolutie radio telemetrie werpt licht op de rol van cognitie in vrij navigeren door wilde dieren.

Protocol

Alle procedures waarbij proefdieren werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Commissies van Franklin en Marshall en Washington Hogescholen en volgde alle lokale, provinciale en federale regelgeving. 1. Capture and Handling Plaats hoepel vallen in het doel waterlichaam waarvan bekend is dat schildpadden bevatten. Identificeer waterdiepte ervoor te zorgen dat 4-5 inches van de val blijft boven water te laten gevangen schildpadden aan de oppervlakte en ademen. Wees er zeker uit te …

Representative Results

Met behulp van de bovenstaande protocol, de rol van cognitie in de navigatie werd onderzocht in een populatie van Oost sierschildpad (Chrysemys picta) dat heeft ervaren seizoensgebonden kortstondige waterbronnen voor ~ 100 jaar. Deze populatie bewoont een mix van vluchtig (jaarlijks en snel afgevoerd – in verschillende HR) en permanente aquatische habitats (figuur 1). Vorige studies suggereren dat na hun vijvers leeg zijn, resident schildpadden navigeren naar al…

Discussion

Het protocol hier gepresenteerde laat de experimentator te documenteren en te kwantificeren de rol van cognitie in de navigatie. Manipuleren cognitie in het gebied is moeilijk gebleken, omdat de meeste benaderingen laten onderzoekers niet weten welke specifieke aspecten van het gedrag van elk dier worden gemanipuleerd. Echter, het protocol hier gepresenteerde laat de experimentator om nauwkeurig te manipuleren en een goede inschatting maken van de rol van cognitie in de navigatie. De techniek maakt het mogelijk verdere …

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.