FishSim 애니메이션 툴체인을 사용 하 여 물고기 동작 조사: 메이 트 선택 복사 Sailfin Mollies에 대 한 사례 연구

최근, 가상 현실, 컴퓨터 애니메이션 등의 인공적인 자극의 창조에 대 한 현대적인 기법을 활용 하 여 연구¹에 인기를 얻고 있다. 이 메서드는 라이브 자극 동물^1,2고전적인 실험 방법에 비해 몇 가지 장점을 제공 합니다. 컴퓨터 애니메이션의 모양 (크기, 색상) 비-침략 적 조작 및 실험에 사용 되는 가상 자극 동물의 동작을 수 있습니다. 예를 들어 남성 녹색 swordtails 여성³ 친구 기본 테스트 (Xiphophorus helleri)에서 칼의 외과 제거가 종⁴에 대 한 최신 연구에서 컴퓨터 애니메이션을 사용 하 여 불필요 한 표시 했다. 또한, 컴퓨터 애니메이션 자연⁵만 드물게 발생 하는 고기를 만들 수 있습니다. 가상 동물의 형태학 적 특징을 종⁴의 자연적인 범위를 넘어도 변경할 수 있습니다. 특히, 행동의 가능한 체계적인 조작 때문에 그것은 거의 불가능 한 동물^6,7컴퓨터 애니메이션의 주요 장점 중 하나입니다.

다양 한 기법을 컴퓨터 애니메이션을 만들기 위한 날짜에 존재 한다. 간단한 2 차원 (2D) 애니메이션은 일반적으로 자극에만 2 차원 이동의 그림에서 파생 하 고 MS 파워 포인트⁸ 또는⁹어도비 후 효과 같은 일반적인 소프트웨어와 함께 만들 수 있습니다. 3 차원 (3D) 애니메이션, 더 정교한 3D 그래픽 모델링 소프트웨어를 필요로 하는 현실적이 고 복잡 한 물리적 운동^6,7 에 대 한 가능성을 증가 3-차원에서 이동 하는 자극을 활성화 ^{, 10 , 11 , 12}. 가상 현실도 라이브 동물 탐색 3D 환경을 시뮬레이션 하는 디자인 사용된^13,14되었습니다. 최근 검토 Chouinard Thuly 외. ² 이러한 기술을 하나 하나 토론 하 고 연구, 특히 연구의 범위 및 테스트 동물의 시각적 용량에 따라 그들의 구현에 장단점을 강조 (“토론”을 참조 하십시오). 또한, 파월과 로젠 탈¹⁵ 적절 한 실험 설계에 충고 하 고 무엇 동물 행동 연구에 인공적인 자극을 채용 하 여 해결 될 수 있습니다.

컴퓨터 애니메이션을 작성 하는 것은 어렵고 시간이 소요 수 있습니다, 이후 애니메이션 디자인의 프로세스를 표준화 하 고 용이 하 게 하는 소프트웨어에 대 한 필요가 발생 했다. 이 연구에서 소개 하는 무료 및 오픈 소스 FishSim 애니메이션 툴체인¹⁶ (짧은: FishSim; https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/), 이러한 요구를 해결 하기 위해 생물학 및 컴퓨터 과학을 결합 하는 종합 접근. 마찬가지로 이전 게시 도구 anyFish^17,18는 툴체인의 개발 연구원에서 물고기와 실험 애니메이션된 3D 자극을 구현 하기 위한 사용 하기 쉬운 방법으로 제공 하는 목표를 따라 갔다. 우리의 소프트웨어에 사용 될 수 있는 도구 세트의 구성: (1) 3 차원 가상 물고기 (FishCreator), (2) 애니메이션 비디오 게임 컨트롤러 (FishSteering)와 (3) 가상 물고기의 수영 경로 구성 하 고 현재 녹음 초점 물고기 (FishPlayer) 사는 모니터에 애니메이션. 우리의 툴체인 이진 선택 상황에서 테스트에 특히 유용 하지만 다른 실험적인 디자인에도 적용 되는 다양 한 기능을 제공 합니다. 또한, 두 개 이상의 가상 물고기의 가능한 애니메이션 shoaling 또는 구애 시뮬레이션을 수 있습니다. 애니메이션 특정 자극에 바인딩되지 않습니다 하지만 자극의 모양을 변경 하지만 일정 하 게 유지의 동작을 다른 자극으로 재생 될 수 있습니다. 툴체인, 선생님 (www.ros.org), 로봇 운영 체제에 기반 하는 사실의 오픈 소스 자연 시스템의 높은 모듈화를 제공 하 고 외부 피드백 장치를 포함 하도록 거의 무한 한 가능성을 제공 (컨트롤러와 또는 추적 시스템)와 툴체인 연구에 자신의 요구에 맞게. Sailfin 몰리 이외에 4 개의 다른 종은 현재 사용할 수: 대서양 몰리 Poecilia mexicana, 붕어 Poecilia reticulata, 세-spined stickleback Gasterosteus aculeatus 와 시 클 리드 Haplochromis 종 새로운 종 3D 그래픽 모델링 도구 (예: 믹서 기, www.blender.org)에서 만들 수 있습니다. FishSim 와 워크플로 예증 하 고 컴퓨터 애니메이션 메이 트 선택 복사 실험을 수행 하는 방법에 대 한 프로토콜을 제공 하 우리 sailfin mollies와 사례 연구를 수행 합니다.

친구 선택 동물 그들의 생활 역사에서 가장 중요 한 결정 중 하나입니다. 동물 짝짓기 파트너 최고를 찾기 위한 다른 전략을 진화 했다. 그들은 짝짓기 하지 파트너 독립적으로, 가능 하 게는 특정 phenotypic 특성^19,20미리 결정 된 유전 대로 잠재력을 평가할 때 개인 정보에 의존 수 있습니다. 그러나, 그들은 또한 conspecifics의 친구 선택을 관찰 하 고 그로 인하여 공공 정보²¹을 활용 수 있습니다. 관찰자는 다음 관찰 된 conspecific로 같은 친구 (또는 동일한 표현 형)을 선택 하는 것 결정 하는 경우-“모델”-이전 선택, 이것은 친구 선택 복사 (이 MCC로 축약)^22,23불린다. 사회적 학습의 한 형태는 친구 선택 복사 그리고, 따라서,는 비 독립적인 친구 선택 전략²⁴, 모두 척추 동물^{25,26,,2728에서에서 관찰 되었다는 29} 와 무척 추 동물^30,,3132. 지금까지 고객 센터 생선에 주로 공부 했다 고 실험실 조건^{33,34,35,36,,3738} 에서에서 발견 되는 야생^39,40,,4142. 친구 선택 복사 하는 것은 특히 2 개는 개인에 대 한 귀중 한 또는 더 많은 잠재적인 짝짓기 파트너 품질, 그리고 “좋은” 짝 선택에 분명히 비슷합니다-피트 니스 극대화 측면에서-⁴³를 확인 하기가 어렵습니다. 여성 모델의 품질 자신 여부 초점 여성 그녀의 선택 또는 하지^44,45,,4647복사 발생할 수 있습니다. 각각, “좋은” 또는 “나쁜” 모델 여성 품질 그녀의 경험이 되 고 더 많거나 적은 친구 선택, 크기와 나이^44,,4546, 관련 예 또는 그녀의 되는 conspecific에에서를 기인 했다 또는 heterospecific⁴⁷. Sailfin conspecifics^{39,,4849,,5051}의 친구 선택 복사 하는 mollies, 그것은 발견 초점 여성도 남성^{52의 거부 복사} . MCC는 phenotypic 특성 speciation 및 교 잡^21,,2353,54, 복사의 결과의 진화에 중요 한 역할을 때문에 ” 잘못 된”선택 복사기⁵⁵의 적합성을 줄이는 엄청난 수 있습니다. 개인이 다른 개인, 관찰된 모델 정보, 즉, 잘 메이 트에 경험 하 게 되는 그 또는 그녀의 “좋은” 선택 자체 모델에 하는 신뢰할 수 있는 소스 인지를 평가 하는 것이 중요 하다 선택 복사 하기로 하는 경우 선택입니다. 여기 질문 발생: 어떤 시각적 기능 sailfin 몰리 여성에서 복사 하려면 신뢰할 수 있는 모델의 특성 수 있습니다?

고유한 시각적 여성 sailfin mollies 및 다른 Poeciliids 기능은 벗 자리 (로 알려진 ‘항문 스팟’, ‘가만히 패치’ 또는 ‘임신 자리’). 그들의 항문 지역에이 어 둡 착 색된 영역 난소 sac⁵⁶안 감 직물의 melanization에서 파생 됩니다. 크기와 벗의 존재 변수 conspecific 여성에 걸쳐 있으며 난소 주기^56,57의 진행 하는 동안 개별적으로 변경 추가 될 수 있습니다. 벗 명소 남성 유치 및 촉진 gonopodial 방향 내부 인공⁵⁸ 또는 다 산^59,60을 광고의 수단으로 봉사 할지도 모른다. 벗 자리와 여성의 생식 상태 사이 연결을 고려 하면 우리는 벗 자리 역할 모델 여성 품질의 표시로 그녀의 현재 생식 상태 초점 여성 관찰에 정보를 제공 하 여 예측 했다. 우리는 두 가지 대체 가설을 조사 했다. 첫째, 벗 자리 성숙, 파와 트래비스⁵⁹, 예측에 대 한 일반적인 표시 이다 그것은 아마도 안정적이 고 경험이 풍부한 모델을 (자리) 없이 미 숙 모델에 비해 나타냅니다. 여기, 초점 여성 자리를 사용 하 여 모델에 대 한 선택 하지만 그 자리 없이 모델의 복사를 더 높습니다. 둘째, 벗 자리 때문에 이미 섬 너 외에 의해 예측 broods 개발 감수 성을 표시 하는 경우 ⁶⁰, 모델은 비 수용 여성 덜 까 다로 워 간주 됩니다 이후 아마도 덜 신뢰할 수 있는. 이 경우에, 초점 여성 그들의 밖에 자리 없이 모델의 복사 되지 않습니다. 지금까지, sailfin 몰리 여성에서 고객 센터에 대 한 벗의 역할은 결코 되었습니다 테스트도 실험적으로 조작.

대신 라이브 자극 및 모델 물고기는 고전적인 실험 절차^{49,50에서에서 사용을 사용 하 여 컴퓨터 모니터에 가상 자극 남성 및 여성 가상 모델을 제시 하 여 고객 센터 실험을 수행 하기 위해 FishSim 를 사용 하는 우리 ,,5161}. 우리의 소프트웨어의 일반적인 가용성 이전 sailfin mollies¹²에서 친구 선택에 대 한 가설을 테스트 하기 위한 검증 않았습니다. 여기, 우리가 가상 모델 여성에서 벗 자리의 존재 또는 부재 라이브 초점 여성 관찰의 친구 선택에 영향을 미치는 여부 테스트. 우리는 먼저 초점 여성 테스트 탱크 (그림 1.1)에 적응 하 고 일등 선택 테스트 (그림 1.2)에서 두 개의 서로 다른 가상 자극 남성 중에서 선택할 수 있도록 하자. 그 후, 관찰 기간 동안 사전 기본이 아닌 가상 남성 가상 모델 여성 (그림 1.3) 함께 제시 했다. 이후 두 번째 메이 트 선택 테스트에서 초점 여성 같은 남성 (그림 1.4) 사이 다시 선택 했다. 우리는 초점 여성 첫 번째와 두 번째 메이 트 선택 테스트에서 그녀의 친구-선택 결정을 비교 하 여 관찰된 모델 여자 친구 선택 복사 했다 여부 분석. 우리는 두 개의 서로 다른 실험적 치료는 우리가 시각적으로 조작 가상 모델 여성의 품질을 수행. 관찰 기간 동안 우리 중 제시 이전 기본이 아닌 가상 남성 (1) 가상 모델 여성 함께 벗 자리 (“자리” 치료); (2) 또는 (“자리” 치료) 벗 자리 없이 가상 모델 여성 함께. 또한, 모든 모델 여성 없이 컨트롤 테스트 초점 여성 지속적으로 공공 정보를 제공 하는 경우는 선택 여부.

그림 1입니다. 가상 물고기 자극을 사용 하 여 고객 센터 실험에 대 한 가장 중요 한 실험 단계의 일반 개요. (1) 순응 기간. (2) 일등 선택 테스트: 라이브 초점 여성 가상 자극 남성 사이 선택. (3) 관찰 기간: 초점 여성 시계 가상 모델 여성 벗 자리와 함께 이전 기본이 아닌 남성. (4) 두 번째 메이 트 선택 테스트: 초점 여성 다시 가상 자극 남성 사이 선택. 이 예제에서 그녀는 모델의 복사합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.