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失明對(duì)小鼠聲音交流和社交行為的影響

更新時(shí)間:2025-09-16點(diǎn)擊次數(shù):63

在動(dòng)物界中,大多數(shù)物種都會(huì)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(huì)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(dòng)以及成年期的交配。USV的記錄可以用作感覺(jué)檢測(cè)、內(nèi)在狀態(tài)和社交動(dòng)機(jī)的指標(biāo)。大量研究表明,USV的特征可能會(huì)根據(jù)社交環(huán)境和發(fā)聲小鼠的發(fā)育階段進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外,社交行為和交流緊密相連。這項(xiàng)研究旨在用失明的小鼠模型評(píng)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(jìn)行了四項(xiàng)行為測(cè)試(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)間見(jiàn)圖1),即:(1)母親隔離誘導(dǎo)的幼崽USV測(cè)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(cè)試,包括測(cè)量PND 7幼崽在探索家庭和清潔墊料氣味時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間相關(guān)的USV水平;(3)青少年社交測(cè)試,包括量化暴露于非熟悉同類(lèi)的實(shí)驗(yàn)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(cè)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(xiàng)測(cè)試如圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)間表

所有行為記錄和編碼均使用諾達(dá)思的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進(jìn)行。為了記錄超聲波發(fā)聲(USV)的頻率,將一個(gè)超聲麥克風(fēng)懸掛在實(shí)驗(yàn)籠上方或固定在墻壁上,通過(guò)諾達(dá)思的聲音行為分析系統(tǒng)(UltraVox XT)進(jìn)行處理和分析。

 

母親隔離誘導(dǎo)的幼鼠USV測(cè)試

母鼠及其同窩幼崽適應(yīng)實(shí)驗(yàn)房間,然后將母鼠與它們的同窩幼崽隔離。測(cè)試包括:將PND 7幼崽引入測(cè)試室,并使用懸掛在測(cè)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(jìn)入測(cè)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(cè)試

在上一個(gè)測(cè)試后5分鐘進(jìn)行。每個(gè)PND 7的幼崽被單獨(dú)放置在測(cè)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(cè)量探索每側(cè)的時(shí)間和超聲波發(fā)聲的頻率,持續(xù)2分鐘。

 

青少年社交測(cè)試

實(shí)驗(yàn)小鼠被放入測(cè)試籠中,進(jìn)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(huì)記錄實(shí)驗(yàn)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(shí)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(lái)自雌性小鼠的尿液滴在紙上,并將雄性小鼠放入實(shí)驗(yàn)籠后開(kāi)始測(cè)試。對(duì)總的超聲波發(fā)聲次數(shù)、總的嗅覺(jué)標(biāo)記次數(shù)、探索雌性尿液所花費(fèi)的時(shí)間以及總的移動(dòng)距離進(jìn)行錄像,并分析。為了量化嗅覺(jué)標(biāo)記,在紙上放置一個(gè)帶有1平方厘米方格的透明網(wǎng)格,并記錄每個(gè)被尿液標(biāo)記的方格被計(jì)為一個(gè)氣味標(biāo)記單位,統(tǒng)計(jì)整個(gè)籠子和雌性尿液斑點(diǎn)周?chē)鷼馕稑?biāo)記總數(shù)。

圖2 在三個(gè)發(fā)育階段進(jìn)行的行為測(cè)試。(A)出生后7個(gè)月,進(jìn)行母體隔離誘發(fā)的幼崽USV測(cè)試;(B)進(jìn)行家庭氣味辨別和偏好測(cè)試;(C)出生后30-35個(gè)月,進(jìn)行幼年社交性測(cè)試;(D)2-3個(gè)月,進(jìn)行雌性尿液誘發(fā)的USV和氣味標(biāo)記行為測(cè)試。
 

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(méi)有差異。在出生后第 7 天,視覺(jué)障礙對(duì)隔離誘導(dǎo)的發(fā)聲行為沒(méi)有影響。由于這兩個(gè)組在這個(gè)早期發(fā)育階段都閉著眼睛,研究者認(rèn)為這兩個(gè)組的視覺(jué)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(jué)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。

圖3 母鼠隔離誘導(dǎo)的幼鼠USV測(cè)試。PND 7小鼠(數(shù)據(jù)來(lái)自失明小鼠和視力正常小鼠)在5分鐘隔離1和5分鐘隔離2期間發(fā)出的USV總數(shù)
圖4 家庭氣味辨別和偏好測(cè)試。對(duì)失明和視力正常的小鼠進(jìn)行家庭氣味辨別和偏好測(cè)試:(A) 探索家庭墊料氣味(減去干凈墊料氣味)所用的時(shí)間(秒)和 (B) 出生后7天幼崽在 2 分鐘測(cè)試中產(chǎn)生的USV總數(shù)
 

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(méi)有差異。具體而言,幼年失明小鼠表現(xiàn)出更多的時(shí)間用于探索籠子,并且比有視力的小鼠花費(fèi)更少的時(shí)間跟隨和嗅探同類(lèi)。在自我梳理、社交坐姿和獨(dú)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(shí),盲鼠中觀察到的多動(dòng)癥可能反映了一種補(bǔ)償機(jī)制,即通過(guò)在物理世界變得熟悉之前收集和記憶信息來(lái)平衡視覺(jué)信息的缺乏。因此,失明動(dòng)物可能需要更長(zhǎng)的適應(yīng)期來(lái)探索新環(huán)境。這可以解釋它們?cè)诖嬖谏缃淮碳ば∈蟮那闆r下,仍然表現(xiàn)出更高的總體探索行為。

圖5 幼年期社交性測(cè)試。對(duì)視力正常和失明小鼠在出生后 30-35 天進(jìn)行 10 分鐘的幼年期社交性測(cè)試:(A) 表現(xiàn)出社交性行為(例如社交坐姿、社交嗅探、跟隨同類(lèi))和非社交性行為(例如探索、獨(dú)坐和自我梳理)所用時(shí)間的平均值。(B) 表現(xiàn)出社交性行為和非社交性行為所用時(shí)間的平均值。(C) 產(chǎn)生的 USV 叫聲總數(shù)的平均值

成年期

在本研究中,失明小鼠表現(xiàn)出更短SC嗅探潛伏期和更長(zhǎng)的嗅探雌性尿液斑點(diǎn)持續(xù)時(shí)間,以及更短的發(fā)SC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(qiáng)的嗅覺(jué)敏銳度和定位能力。

圖6 雌性尿液誘發(fā)的USV和氣味標(biāo)記行為。將失明和視力正常的雄性小鼠暴露于雌性尿液斑點(diǎn)5分鐘:(A) 發(fā)出第一個(gè)USV叫聲前的潛伏期、嗅探雌性尿液的時(shí)間、嗅探雌性尿液前的潛伏期;(B) 發(fā)出的USV總數(shù);(C) 標(biāo)記單位總數(shù);以及(D) 行進(jìn)的總距離

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SC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(cè)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(cè)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)。

圖7 PND 7 幼崽在前 5 分鐘隔離期間和成年雄性小鼠在氣味標(biāo)記測(cè)試期間發(fā)出的 USV 總數(shù)的相關(guān)圖 (A)視力正常小鼠,以及 (B) 失明小鼠
 

總結(jié)

與有視力的小鼠相比,失明小鼠表現(xiàn)出:PND 7時(shí),USV的發(fā)聲和社交氣味辨別與偏好沒(méi)有缺陷;在PND 35時(shí),社交玩耍誘導(dǎo)的USV發(fā)聲沒(méi)有差異,但社交行為(跟隨和嗅探同類(lèi))存在缺陷,同時(shí)增加了對(duì)籠子的探索行為,但不影響USV發(fā)聲的數(shù)量;更快更長(zhǎng)時(shí)間地探索雌性尿液刺激,更快地對(duì)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(méi)有差異。這些發(fā)現(xiàn)表明,視覺(jué)剝奪會(huì)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(xiàn)

Bouguiyoud, N., Morales-Grahl, E., Bronchti, G., Frasnelli, J., Roullet, F. I., & Al A?n, 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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