失明對小鼠聲音交流和社交行為影響的研究
在動物界中，大多數(shù)物種都會發(fā)出聲音以響應(yīng)各種社交刺激。小鼠在不同年齡和社交背景下會產(chǎn)生超聲波發(fā)聲（USV），包括母嬰分離、幼年期社交玩耍、社交互動以及成年期的交配。USV的記錄可以用作感覺檢測、內(nèi)在狀態(tài)和社交動機的指標(biāo)。大量研究表明，USV的特征可能會根據(jù)社交環(huán)境和發(fā)聲小鼠的發(fā)育階段進行調(diào)節(jié)。此外，社交行為和交流緊密相連。這項研究旨在用失明的小鼠模型評估聲音交流和社交行為。
方法
在本研究中，共使用了26只失明小鼠（10只雌性和16只雄性）與20只有視力的小鼠（4只雌性和16只雄性）。進行了四項行為測試（實驗設(shè)計時間見圖1），即：（1）母親隔離誘導(dǎo)的幼崽USV測試，包括記錄PND 7幼崽在兩次5分鐘的母親隔離期間發(fā)出的USV數(shù)量；（2）家庭氣味辨別和偏好測試，包括測量PND 7幼崽在探索家庭和清潔墊料氣味時所花費的時間相關(guān)的USV水平；（3）青少年社交測試，包括量化暴露于非熟悉同類的實驗小鼠的USV叫聲、社交和非社交行為；以及（4）雌性尿液誘導(dǎo)的USV和氣味標(biāo)記行為測試，包括將成年雄性暴露于雌性尿液，并記錄他們的USV排放和嗅探/標(biāo)記行為，四項測試如圖2所示。
所有行為記錄和編碼均使用諾達思的動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進行。為了記錄超聲波發(fā)聲（USV）的頻率，將一個超聲麥克風(fēng)懸掛在實驗籠上方或固定在墻壁上，通過諾達思的聲音行為分析系統(tǒng)(UltraVox XT)進行處理和分析。
母親隔離誘導(dǎo)的幼鼠USV測試
母鼠及其同窩幼崽適應(yīng)實驗房間，然后將母鼠與它們的同窩幼崽隔離。測試包括：將PND 7幼崽引入測試室，并使用懸掛在測試室中心上方5 cm處的超聲麥克風(fēng)記錄5分鐘內(nèi)產(chǎn)生的USV呼叫率（隔離1）。之后，將幼崽放入包含其母鼠的籠子中3分鐘（母子重聚）。最后，將幼崽重新進入測試室，并再次記錄5分鐘的USV（隔離2）。
家庭氣味辨別和偏好測試
在上一個測試后5分鐘進行。每個PND 7的幼崽被單獨放置在測試籠的中心，籠子底部鋪有網(wǎng)狀地板，其中一側(cè)放放有干凈墊料，另一側(cè)放有家庭墊料。測量探索每側(cè)的時間和超聲波發(fā)聲的頻率，持續(xù)2分鐘。
青少年社交測試
實驗小鼠被放入測試籠中，進行10分鐘的習(xí)慣化適應(yīng)。一旦將社交刺激小鼠引入籠子，就會記錄實驗組和刺激組的幼年小鼠（失明和有視力）所表現(xiàn)出的社交行為、非社交行為以及USV，記錄時間為10分鐘。
雌性尿液誘導(dǎo)的USV和氣味標(biāo)記行為
采集雌性發(fā)情期小鼠尿液樣本。將來自雌性小鼠的尿液滴在紙上，并將雄性小鼠放入實驗籠后開始測試。對總的超聲波發(fā)聲次數(shù)、總的嗅覺標(biāo)記次數(shù)、探索雌性尿液所花費的時間以及總的移動距離進行錄像，并分析。為了量化嗅覺標(biāo)記，在紙上放置一個帶有1平方厘米方格的透明網(wǎng)格，并記錄每個被尿液標(biāo)記的方格被計為一個氣味標(biāo)記單位，統(tǒng)計整個籠子和雌性尿液斑點周圍氣味標(biāo)記總數(shù)。
結(jié)果
早期發(fā)育階段：PND 7
如圖3和圖4所示，在有視力和失明幼崽之間，第一次和第二次母親隔離期間發(fā)出的USV數(shù)量沒有差異。在出生后第 7 天，視覺障礙對隔離誘導(dǎo)的發(fā)聲行為沒有影響。由于這兩個組在這個早期發(fā)育階段都閉著眼睛，研究者認(rèn)為這兩個組的視覺狀態(tài)是相似的。失明和有視力的7日齡幼崽都表現(xiàn)出相似的嗅覺行為。兩組幼崽都能夠區(qū)分并更喜歡探索它們自己的墊料氣味，而不是干凈的墊料氣味。出生后第7天，有視力的小鼠和失明小鼠表現(xiàn)出相似的超聲波發(fā)聲和社交行為。
幼年發(fā)育階段：PN30-35
與早期發(fā)育階段相反，如圖5所示，在出生后第35天（PND 35），兩組在幾種社交行為上存在顯著差異，但在超聲波發(fā)聲（USV）方面沒有差異。具體而言，幼年失明小鼠表現(xiàn)出更多的時間用于探索籠子，并且比有視力的小鼠花費更少的時間跟隨和嗅探同類。在自我梳理、社交坐姿和獨自坐姿行為方面，未觀察到有視力幼年小鼠和失明幼年小鼠之間的其他差異。在探索新環(huán)境時，盲鼠中觀察到的多動癥可能反映了一種補償機制，即通過在物理世界變得熟悉之前收集和記憶信息來平衡視覺信息的缺乏。因此，失明動物可能需要更長的適應(yīng)期來探索新環(huán)境。這可以解釋它們在存在社交刺激小鼠的情況下，仍然表現(xiàn)出更高的總體探索行為。
成年期
在本研究中，失明小鼠表現(xiàn)出更短的首次嗅探潛伏期和更長的嗅探雌性尿液斑點持續(xù)時間，以及更短的發(fā)出首次雌性尿液誘導(dǎo)的USV鳴叫的潛伏期（圖6）。然而，失明小鼠和視力正常小鼠的鳴叫總數(shù)相似。這表明早期失明誘導(dǎo)了增強的嗅覺敏銳度和定位能力。
聲學(xué)交流與其他行為的相關(guān)性
相關(guān)性分析表明，在有視力的小鼠中，在出生后第7天（PND 7）的首次母體隔離期間發(fā)出的超聲波發(fā)聲（USV）數(shù)量與氣味標(biāo)記測試期間發(fā)出的超聲波發(fā)聲（USV）數(shù)量呈正相關(guān)，并且在氣味標(biāo)記測試中，產(chǎn)生的超聲波發(fā)聲（USV）數(shù)量與氣味標(biāo)記總數(shù)之間存在正相關(guān)。相反，在失明小鼠中，未觀察到顯著的相關(guān)性（圖7）。
總結(jié)
與有視力的小鼠相比，失明小鼠表現(xiàn)出：PND 7時，USV的發(fā)聲和社交氣味辨別與偏好沒有缺陷；在PND 35時，社交玩耍誘導(dǎo)的USV發(fā)聲沒有差異，但社交行為（跟隨和嗅探同類）存在缺陷，同時增加了對籠子的探索行為，但不影響USV發(fā)聲的數(shù)量；更快更長時間地探索雌性尿液刺激，更快地對第一次呼叫做出反應(yīng)，在成年雄性中，呼叫數(shù)量和氣味標(biāo)記沉積沒有差異。這些發(fā)現(xiàn)表明，視覺剝奪會導(dǎo)致成年小鼠的聲音交流發(fā)生改變，并改變幼年和成年小鼠的社交行為。
參考文獻
Bouguiyoud, N., Morales-Grahl, E., Bronchti, G., Frasnelli, J., Roullet, F. I., & Al Aïn, S. (2022). Effects of congenital blindness on ultrasonic vocalizations and social behaviors in the ZRDBA mouse. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 16, 884688.
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