Utilizzando manipolazione farmacologica e di alta precisione Radio Telemetria per studiare la Spatial Cognition in animali Free respiro

Summary

Questo documento descrive un nuovo protocollo che unisce la manipolazione farmacologica della memoria e la radio telemetria per documentare e quantificare il ruolo della cognizione nella navigazione.

Abstract

La capacità di un animale di percepire e di conoscere il suo ambiente gioca un ruolo chiave in molti processi comportamentali, tra cui la navigazione, la migrazione, la dispersione e il foraggiamento. Tuttavia, la comprensione del ruolo della cognizione nello sviluppo di strategie di navigazione e meccanismi sottostanti queste strategie è limitato dalle difficoltà metodologiche coinvolte nel monitoraggio, manipolando la cognizione, e inseguimento di animali selvatici. Questo studio descrive un protocollo per affrontare il ruolo della cognizione in navigazione che combina manipolazione farmacologica del comportamento con radio telemetria alta precisione. L'approccio utilizza scopolamina, un antagonista dei recettori muscarinici dell'acetilcolina, di manipolare le abilità spaziali cognitive. Gli animali trattati vengono poi monitorati con alta frequenza e alta risoluzione spaziale tramite la triangolazione a distanza. Questo protocollo è stato applicato all'interno di una popolazione di dipinta Orientale tartarughe (Chrysemys picta) che ha abitatostagionalmente fonti effimere acqua per ~ 100 anni, che si spostano tra le fonti lontane con precisione (± 3,5 m), complesso (cioè, non lineare con elevata tortuosità che attraversano molteplici habitat), e percorsi prevedibili imparato prima dei 4 anni di età. Questo studio ha dimostrato che i processi utilizzati da queste tartarughe sono coerenti con la formazione della memoria spaziale e di richiamo. Insieme, questi risultati sono coerenti con un ruolo della cognizione spaziale nella navigazione complessa ed evidenziano l'integrazione di tecniche ecologiche e farmacologici nello studio della cognizione e navigazione.

Introduction

Cognizione (qui definito come "tutti i processi coinvolti nella acquisizione, la memorizzazione, e utilizzando le informazioni provenienti dall'ambiente" ¹⁾ è centrale per una serie di compiti di navigazione complessi ^2. Ad esempio, le gru Sandhill (Grus canadensis) mostrano un netto miglioramento in termini di precisione migratorio con l'esperienza ^3, e la tartaruga di mare impronta specie sulle loro spiagge natali come larve e ritorno, gli adulti ^4-6. Allo stesso modo, il successo della migrazione, la dispersione, e la cerniera foraggiamento sulla capacità di un animale per raccogliere informazioni sul loro ambiente spaziale ^7,8. Alcuni animali sembrano imparare rotte di navigazione in relazione alle specifiche caratteristiche del paesaggio e ⁹ possono utilizzare cognizione spaziale quando si spostano tra nidificazione e di foraggiamento zone ^10. I recenti lavori sulla tartarughe con Eastern (Chrysemys picta) suggerisce un periodo critico nella navigazione, in cui la navigazione successo di habitat di montagna come adulti dipende juveesperienza nile all'interno di una fascia di età stretto (<4 anni ^11-13). Anche se insieme questi studi dimostrano i progressi compiuti nella comprensione del ruolo della formazione nella navigazione ^{4-6, 14-16,} i meccanismi che stanno alla base di tali comportamenti e il ruolo pieno di cognizione in navigazione rimangono enigmatici, specialmente nei vertebrati ^{8, 17 , 18.}

Indagini sul campo nel ruolo di cognizione in navigazione sono rare ^{2, 8, 18,} dovuto in gran parte alle difficoltà metodologiche coinvolte nel monitoraggio, la manipolazione e il monitoraggio degli animali selvatici. Ad esempio, le grandi scale spaziali e temporali su cui molti animali navigate spesso precludono indagare sia il tipo di informazioni che questi animali potenzialmente imparare e come queste è acquisito. Gli sperimentatori devono spesso affrontare le difficoltà logistiche di rilevare e localizzare gli animali durante il monitoraggio comportamento su tali aree di grandi dimensioni e strutture di tempo, limitando così il tipo didei dati che possono essere raccolti e le conclusioni che si possono trarre. Sebbene l'uso del sistema di posizionamento globale montato animali (GPS) registratori può migliorare la probabilità di rilevamento di animali di ampia portata, dati territoriali raccolti da questi mezzi sono generalmente di risoluzione molto grossolana e mancano di una componente comportamentale dettagliata. Di conseguenza, i dati che possono essere raccolti in tali circostanze hanno un valore limitato per l'esame sottile variazione di comportamento tra i diversi gruppi o trattamenti sperimentali. Allo stesso modo, la, manipolazione diretta controllata di comportamenti target è spesso vietato dalle scale spaziali e temporali tipiche di comportamenti di navigazione, nonché da vincoli logistici inerenti di studi sul campo. Trovando gli animali nel loro habitat naturale, cattura e manipolarli, e quindi la raccolta di dati comportamentali senza produrre inavvertitamente comportamenti spurie sono le principali sfide di lavorare con gli animali nel campo. Pertanto, la progettazione di esperimenti su free portata animali è spesso limitato e la capacità di condurre rigorosi, esperimenti in campo controllati sul ruolo della cognizione in navigazione è limitata.

Il presente studio aggira molte delle precedenti difficoltà di indagare il rapporto tra cognizione e la navigazione nel campo utilizzando una nuova combinazione di manipolazione farmacologica e monitoraggio ad alta risoluzione degli animali liberamente la navigazione in condizioni di campo. Scopolamina, un muscarinici recettore dell'acetilcolina (mAChR) antagonista, ha dimostrato di bloccare la formazione della memoria spaziale e di richiamo, bloccando l'attività colinergica nel cervello di una varietà di taxa vertebrati ^18-24. La scopolamina può essere utilizzato in modo efficace sugli animali liberi che vanno in condizioni di campo ^{11, 18} e ha un effetto marcato ma temporaneo (ad esempio, 6 – 8 ore nei rettili). Metylscopolamine, un antagonista mAChR che non attraversa la ematoencefalica barriera ^19-21, può essere usato per controllare peri possibili effetti periferici di scopolamina e per aspetti non cognitivi del comportamento ^11. Farmacologia permette la precisa manipolazione della cognizione da recettori influenzano direttamente, e radio ad alta precisione telemetria permette l'osservazione degli effetti derivanti sul comportamento. Misure effettuate tramite triangolazione remoto sia alta spaziale (± 2,5 m) e la risoluzione (15 min) temporale permettono la precisa documentazione e quantificazione del comportamento animale rispetto alla manipolazione sperimentale della cognizione.

Questo studio è stato condotto ¹¹ tra maggio e agosto 2013 e 2014 a Chesapeake Farms, un 3.300 acri gestione della fauna selvatica e l'agricoltura area di ricerca nel Kent Co., MD, USA (39,194 ° N, 76,187 ° W). Il protocollo prevede cinque fasi principali: (1) l'acquisizione e la movimentazione degli animali (2) l'apposizione di trasmettitori radio (3) preparare gli agenti farmacologici (4) il monitoraggio e la manipolazione dei movimenti degli animali, e (5) analyzing dati spaziali. Lo studio qui descritto concentrato sulla Orientale Painted Turtle (Chrysemys picta). Tartarughe nella popolazione di riferimento si impegnano in movimenti terrestri annuali in cui essi lasciano i loro stagni iniziale e selezionare habitat acquatici alternativi utilizzando uno dei quattro ben precisa (± 3,5 m), complessi e altamente prevedibili percorsi ^{11, 12.} Manipolazione farmacologica degli animali in questo sistema accoppiato con radio telemetria ad alta risoluzione mette in luce il ruolo della cognizione in liberamente navigare animali selvatici.

Protocol

Tutte le procedure che coinvolgono soggetti animali sono stati approvati dai comitati cura e l'uso istituzionale animali di Franklin e Marshall e Washington università e seguite tutte le normative locali, statali e federali. 1. Acquisizione e Gestione Mettere trappole cerchio nel corpo dell'obiettivo di acqua che è noto per contenere le tartarughe. Identificare profondità dell'acqua in modo che 4 – 5 pollici della trappola rimane sopra l'acqua per permettere tartarughe intrappolate …

Representative Results

Utilizzando il protocollo di cui sopra, il ruolo della cognizione nella navigazione è stata valutata in una popolazione di tartarughe orientale dipinte (Chrysemys picta) che ha sperimentato le fonti d'acqua temporanei stagionali per ~ 100 anni. Questa popolazione abita un mix di effimera (sgocciolate annualmente e rapidamente – in diverse ore) e degli habitat acquatici permanenti (Figura 1). Precedenti studi suggeriscono che dopo che i loro stagni vengono d…

Discussion

Il protocollo presentato qui permette lo sperimentatore di documentare e quantificare il ruolo della cognizione nella navigazione. Manipolazione cognizione in campo si è dimostrato difficile, come la maggior parte degli approcci lasciano sperimentatori non in grado di sapere quali aspetti specifici del comportamento dell'animale sono manipolati. Tuttavia, il protocollo presentato qui permette lo sperimentatore di manipolare con precisione e valutare il ruolo della cognizione nella navigazione in tal modo. La tecnic…

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.