Identification par radiofréquence et vidéo Motion-sensible efficacement Automatiser enregistrement de récompense Choix Comportement par les bourdons
Summary
This video describes Radio-Frequency Identification (RFID) and motion-sensitive video recording methods to monitor choice behavior by bumblebees.
Abstract
Nous présentons deux méthodes pour observer le comportement de choix de bourdon dans un espace de test ci-joint. La première méthode consiste à identification par radiofréquence (RFID) des lecteurs intégrés dans les fleurs artificielles qui affichent différents repères visuels, et des étiquettes RFID (c.-à transpondeurs passifs) collées sur le thorax des travailleurs de bourdons. La nouveauté dans notre mise en œuvre est que les lecteurs RFID sont intégrés directement dans les fleurs artificielles qui sont capable d'afficher plusieurs propriétés visuelles distinctes telles que la couleur, le type de modèle, la fréquence spatiale (ie, "agitation" du modèle), et la symétrie (fréquence spatiale et symétrie n'a pas été manipulé dans cette expérience). En outre, ces affichages visuels, en collaboration avec les systèmes automatisés sont capables d'enregistrer le comportement de choix sans récompense et sans formation. La deuxième méthode consiste comportement de choix d'enregistrement à l'aide de fleurs artificielles caméscopes haute définition sensibles au mouvement. Bumblebees possèdent des étiquettes numériques collés à leurs thorax pour l'identification unique. L'avantage de cette mise en œuvre sur la RFID est que, en plus de l'observation du comportement d'atterrissage, d'autres mesures de préférence tels que le vol stationnaire et antennation peuvent également être observés. Les deux méthodes d'automatisation augmentent contrôle expérimental, et la validité interne en permettant des études à plus grande échelle qui prennent en compte les différences individuelles. La validité externe est également améliorée parce que les abeilles peuvent librement entrer et sortir de l'environnement de test sans contraintes telles que la disponibilité d'un assistant de recherche sur le site. Par rapport à l'observation humaine en temps réel, les méthodes automatisées sont plus coût-efficace et peut-être moins d'erreurs.
Introduction
Un problème clé dans l'étude du comportement de choix désappris par les bourdons et les abeilles est que, les travailleurs non qualifiés de fleurs naïfs ne pénètrent pas facilement l'espace de test où les préférences peuvent être mesurés. En conséquence, de nombreux chercheurs se fondent sur un peu moins de technique idéale: les travailleurs de pré-formation pour alimenter l'intérieur de l'espace de test à partir de stimuli neutres en apparence que les chercheurs considèrent comme différents des stimuli expérimentaux. Cependant, des expériences récentes ont montré que les stimuli que l'on croyait être neutre (c.-à-stimuli qui ne influencent le comportement de choix ultérieur dans une session de test) ont influencé les préférences de manière inattendue une. Les systèmes automatisés qui comprennent l'identification par radiofréquence (RFID) et 2 enregistrements vidéo sensibles au mouvement peuvent offrir une occasion de résoudre ce problème. L'objectif de l'étude était double: (1) principalement à contribuer à la littérature sur les préférences florales ignorants par les bourdons, (2) et secondairement à EValuate deux systèmes de mesure de choix, tel qu'enregistré par deux appareils d'enregistrement automatisés différents.
Deux systèmes automatisés 3 ont été appliquées dans la présente étude pour observer le comportement de choix ignorants: RFID et des enregistrements vidéo sensibles au mouvement. Deux éléments essentiels des deux systèmes sont que les choix ne sont pas récompensés, et l'affichage des différents indices visuels peuvent être manipulés. Sensible au mouvement vidéo (haute définition, enregistrement à une résolution de 1 MP) non seulement permet l'observation continue des travailleurs à explorer librement dans une chambre de vol, mais il est essentiel pour l'observation efficace des événements relativement rares 4.
La question de la recherche dans l'expérience 1 se rapporte à la façon dont différents propriétés visuelles interagissent lorsqu'ils sont affichés ensemble. Cette étude vise à explorer l'importance relative de positionnement de motif en fonction du type de modèle. En utilisant un modèle 2 x 2, radiale (ie, rayon de soleil) et concentrique (e Bullye) types de motifs sont placés soit centrale ou périphérique sur une fleur artificielle (voir la figure 1 pour des exemples de stimuli). Les lecteurs RFID sont intégrés dans ces stimuli de fleurs artificielles spécialement conçus, et les bourdons reçoivent RFID permis balises qui nous permettent d'enregistrer chaque travailleur marqué qui entre dans la fleur stimulus artificiel. observation RFID fonctionne par le mécanisme de lecture (intégré dans les fleurs artificielles) envoyant des signaux à des fréquences radio (13,56 MHz dans ce cas), qui sont modulées par la présence d'étiquettes passives. Le lecteur peut détecter et enregistrer ces modulations de signaux, qui varient légèrement selon les balises permettant étiquette d'identification unique.
Les questions de l'expérience 2 sont de trois ordres. Tout d'abord, sont-fleur entrée, telle que mesurée par la RFID, et à l'atterrissage, telle que mesurée par les enregistrements vidéo des critères de choix équivalents? Le choix est mesurée en différents points (atterrissage pour la vidéo, et l'entrée de fleur pour la RFID), qui peut se traduire par différentes mesuresde préférence. Deuxièmement, quel est l'effet de la centrale vs positionnement périphérique? On ne sait pas si oui ou non les travailleurs choisissent un motif central si une combinaison composée de deux modèles radiaux dans des positions différentes ont été présentées (voir figure 4b). Troisièmement, quelle est l'importance relative de la position de modèle vs type de motif? En d'autres termes, les bourdons se poser sur les modèles du type de modèle préféré, ou la position du modèle préféré? Les abeilles pourraient préférer central radial à une configuration périphérique concentrique, mais la préférence peut être dû à la configuration ou le type de sa position centrale. Dans cette expérience, deux variables ont été montés les uns contre les autres 5 (voir la figure 4c, d).
Dans l'expérience 2, nous avons utilisé des enregistrements vidéo à détection de mouvement sur des stimuli ressemblant à des fleurs. Fleurs artificielles ont été placés dans une cage de vol, et les caméscopes haute définition sensibles au mouvement étaient braqués sur ces fleurs de la front et le sommet. Plus précisément, deux caméscopes ont été positionnés de façon à capturer la vue de face de chacune des deux stimuli dans l'espace de test. Un caméscope supplémentaire a été placé entre les stimuli pour enregistrer planant comportement d'en haut, et le comportement de deux fleurs artificielles capturé. Les bourdons ont été identifiés par des étiquettes numériques qui pourraient être lus en haute définition des clips vidéo. Survoler, les comportements de antennation et d'atterrissage ont été observés.
Protocol
Representative Results
Discussion
La technologie RFID permet étudient des centaines de travailleurs individuels avec une facilité et une grande précision, mais les caractéristiques du comportement enregistré est différent à partir d'observations par des humains et des enregistrements vidéo. Le comportement de choix enregistrée par RFID peut être décrit comme l'exploration floral. Ceci est un critère de préférence très stricte par rapport aux critères utilisés dans d'autres études, comme approche 8, l'entrée dans un labyrinthe à bras 9,10, la réaction antennaire 8, ou à l'atterrissage sur un modèle 11,12. Afin de comparer la validité des définitions de comportement de choix, et de valider la nouvelle méthode de RFID pour comportement récompense, des enregistrements vidéo de l'atterrissage ont été observés dans l'expérience 2. Toutes les mesures de choix ne sont pas égaux: le critère de la RFID telle que mesurée par l'entrée floral, ont indiqué que la propriété visuelle de positionnement de motif est plus important pour le choix d'abeilles, tandis que les données vidéo ont indiqué que la propriété visuelle du type de motif qui est plus important pour le choix d'abeille.
L'un des défis généraux dans l'étude du comportement de choix désappris est qu'il est très difficile d'attirer des fleurs naïves, les abeilles non formés à fleurs artificielles qui ne proposent pas de pollen ou de nectar. En effet, la plupart des expériences précédentes ont eu recours à la formation des abeilles dans l'environnement de test sur des stimuli qui sont censés être rien à voir avec le comportement de choix à des stimuli de test. RFID et des enregistrements vidéo sensibles au mouvement à surmonter cet obstacle en permettant l'enregistrement en continu, 24 heures par jour, sans la surveillance constante du chercheur, et en augmentant la taille de l'échantillon de 15 à 20 abeilles à plusieurs centaines d'abeilles. Bien que les choix non récompensées par les abeilles non formés restent un phénomène rare, ces nouveaux paramètres de conception expérimentales font l'observation possible.
D'autres améliorations offertes par ces deux techniques comprennent l'élimination des biais d'échantillonnage, l'amélioration de la validité externe, et le suivi des différences individuelles. Sample biais peut être introduit lorsque que l'étude d'une dizaine d'abeilles dans une colonie. Il existe des différences significatives dans les particularités de comportement entre les travailleurs individuels, même au sein de la même colonie qui sont probablement raté parce que les travailleurs sont observées que cela se produise à "coopérer" avec le chercheur à un moment donné. Etudier 15-20 abeilles dans une colonie de 300 ou plus d'abeilles, représente aussi peu que 5% de la colonie totale, dont les préjugés cas d'échantillonnage peut être importante. Le marquage et l'observation du comportement de tous les travailleurs élimine cette question tout à fait. Le nombre de choix de stimuli simultanés peut également être manipulé. Nous avons offert des choix binaires dans notre expérience pour des raisons techniques, mais le choix unique ou plusieurs modèles de choix sont également possibles.
En termes de validité externe, l'étude des abeilles dans un environnement de laboratoire a toujours été très artificielle, qui a empêché la généralisation des résultats. Par exemple, les chercheurs ont dû être prESENT pour la collecte des données, les abeilles a au fourrage dans un environnement de test une par une, et le test a été limité à une petite fenêtre de temps. Les nouvelles techniques décrites dans le présent document supprimer ces limites artificielles en faisant l'observation sans surveillance et sans restriction. Enfin, les différences individuelles de comportement peuvent être documentés parce que nous pouvons vérifier si ces choix ont été répétées par une seule abeille ou de plusieurs abeilles.
Sensible au mouvement, les caméscopes haute résolution spatiale ont l'avantage sur les techniques de RFID en termes de flexibilité de dessins stimuli: l'apparition d'un stimulus visuel peut être presque aucune forme aussi longtemps que l'identification de l'objet peut être capturée sur au moins un quelques images. Traitement des vidéos est un peu plus de temps que le traitement des données RFID, car l'identification doit être lu par le chercheur, qui nécessite une inspection manuelle de chaque clip vidéo. Si la conception du stimulus visuel peut répondre aux contraintes de RFID lecteur (à savoir les étiquettes RFID sur l'abeille doivent provenir d'au moins 3-4 mm du lecteur RFID), puis la technologie RFID a l'avantage sur la collecte de données automatisé à grande échelle. La recherche qualitative serait probablement continuer à être favorisé par l'analyse vidéo. Comme le montre cette expérience, les lecteurs RFID peuvent accumuler de très grands ensembles de données qui ne nécessite aucun codage manuel. Les légèrement différents avantages associés à chacune de ces techniques donnent à penser que dans l'avenir, ils pourraient être utilisés d'une manière complémentaire.
L'avenir des deux technologies réside peut-être dans la quantification précise des comportements qui se produisent rarement. Par exemple, une possibilité distincte pour de futures applications est d'utiliser ces techniques dans les serres et autres environnements plus naturalistes. La combinaison de naturalisme et de contrôle expérimental pourrait permettre d'aborder des questions qui ne sont pas possible de répondre avant. D'une manière générale, ces techniques offrent deux nouvelles façons d'observer le comportement d'une manière rigoureusemanière efficace e. RFID et vidéo à détection de mouvement sont une étape importante non seulement pour les chercheurs qui étudient les pollinisateurs et les insectes, mais ces techniques peuvent également faire appel à d'autres spécialistes du comportement.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The experiments were supported by a grant from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada to CMSP. We thank Koppert Canada for their bumblebee colony donations. Portions of this manuscript, including some figures and tables have been published in Naturwissenschaften11, and reproduced here with permission from Springer.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Miniaturized mic3 tags | Microsensys | mic3 TAG 64 bit RO | RFID tags to glue to bee |
| RFID reader 2k6 head | Microsensys | 2k6 | RFID readers built into artificial flowers |
| IP camcorders | Vivotek | IP8161 | Motion-sensitive video recorders |
| Opalith Plattchen number tags and non-toxic glue | Beeworks.com | n/a | Number tags to glue to bees |
| Bumblebee Colony for Research | Koppert Canada | ||
| Artificial flowers | N/A | Developed by campus biology shop | |
| Artificial flower stand | N/A | Developed by campus biology shop | |
| Flight room | N/A | Developed by campus biology shop | |
| Laptop with Windows | Generic hardware / Microsoft software | Used to download RFID data | |
| RS 232 to USB converter | Generic | Connect RFID reader to computer | |
| Desktop | IBM | Used to transmit video data | |
| Second NIC | Generic | 10/100M NIC PCI | Used to transmit video data |
| Network hub | Generic | 4-port | Used to transmit video data |
| High precision tweezer | SPI | Used to glue number and RFID tags to bees | |
| Sugar | Generic | Used to mix with water to create sugar-water | |
| Pollen | Any local apiarist | Fed to bumblebees | |
| Marking cage with plunger | Beeworks.com | Aids tagging process | |
| Honey | Generic | Used to mix with water ot create pollen paste | |
| Bake clay | Sculpey | Stimulus for RFID | |
| Clay shaping tools | Generic | Stimulus for RFID | |
| White paper | Generic | Stimulus for Video | |
| Laser printer | Generic | Stimulus for Video | |
| Wood | Generic | Stimulus for Video — attachment clip |
Referenzen
- Plowright, C. M. S., Evans, S. A., Leung, J. C., Collin, C. A. The preference for symmetry in flower-naïve and not-so-naïve bumblebees. Learn. Motiv. 42 (1), 76-83 (2011).
- Streit, S., Bock, F., Pirk, C. W. W., Tautz, J. Automatic life-long monitoring of individual insect behaviour now possible. Zool. 106, 169-171 (2003).
- Chittka, L. How human are insects, and does it matter. Formosan Entomol. 31, 85-99 (2011).
- Lihoreau, M., et al. Radar tracking and motion-sensitive cameras on flowers reveal the development of pollinator multi-destination routes over large spatial scales. PLoS Biol. 10 (9), e1001392 (2012).
- Brodbeck, D. R., Shettleworth, S. J. Matching location and color of a compound stimulus: Comparison of a food-storing and a nonstoring bird species. J. Exp. Psychol. Anim. Behav. 21 (1), 64-77 (1995).
- Srinivasan, M., Lehrer, M. Temporal resolution of colour vision in the honeybee. J. Comp. Physiol. A. 157 (5), 579-586 (1985).
- Sokal, R. R., Rohlf, F. J., Freeman, W. H. . , (2011).
- Lunau, K., Fieselmann, G., Heuschen, B., van de Loo, A. Visual targeting of components of floral colour patterns in flower-naïve bumblebees (Bombus terrestris; Apidae). . Naturwissenschaften. 93 (7), 325-328 (2006).
- Lehrer, M., Horridge, G. A., Zhang, S. W., Gadagkar, R. Shape vision in bees: Innate preference for flower-like patterns. Phil. Trans. R. Soc. B. 347 (1320), 123-137 (1995).
- Thompson, E. L., Plowright, C. M. S. How images may or may not represent flowers: picture-object correspondence in bumblebees (Bombus impatiens). Anim. Cognit. , (2014).
- Orbán, L. L., Plowright, C. M. S. The effect of flower-like and non-flower-like visual properties on choice of unrewarding patterns by bumblebees. Naturwissenschaften. 100 (7), 621-631 (2013).
- Leonard, A. S., Papaj, D. R. X” marks the spot: The possible benefits of nectar guides to bees and plants. Funct. Ecol. 25 (6), 1293-1301 (2011).
