Integrando ensaios psicofísicos visuais dentro de um labirinto Y para isolar a função que os recursos visuais desempenham em decisões de navegação
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para demonstrar um ensaio comportamental que quantifica como as características visuais alternativas, como as pistas de movimento, influenciam as decisões direcionais em peixes. Os dados representativos são apresentados na velocidade e na exatidão onde Shiner dourado (crysoleucas de Notemigonus) siga movimentos virtuais dos peixes.
Abstract
O comportamento animal coletivo surge de motivações individuais e interações sociais que são críticas para a aptidão individual. Os peixes têm inspirado por muito tempo investigações no movimento coletivo, especificamente, sua habilidade de integrar a informação ambiental e social através dos contextos ecológicos. Esta demonstração ilustra técnicas utilizadas para quantificar as respostas comportamentais dos peixes, neste caso, o Shiner dourado (Notemigonus crysoleucas), a estímulos visuais usando visualização computacional e análise de imagem digital. Os avanços recentes na visualização de computador permitem o teste empírico no laboratório onde as características visuais podem ser controladas e manipuladas finamente para isolar os mecanismos de interações sociais. A finalidade deste método é isolar as características visuais que podem influenciar as decisões direcionais do indivíduo, se solitário ou com grupos. Este protocolo fornece especificidades sobre o domínio do labirinto Y físico, equipamento de gravação, configurações e calibrações do projetor e animação, etapas experimentais e análises de dados. Essas técnicas demonstram que a animação de computador pode provocar respostas biologicamente significativas. Além disso, as técnicas são facilmente adaptáveis para testar hipóteses, domínios e espécies alternativas para uma ampla gama de aplicações experimentais. O uso de estímulos virtuais permite a redução e substituição do número de animais vivos necessários e, consequentemente, reduz a sobrecarga laboratorial.
Esta demonstração testa a hipótese de que pequenas diferenças relativas nas velocidades de movimento (2 comprimentos de corpo por segundo) de conespecificidades virtuais melhorarão a velocidade e a exatidão com que os Shiners seguem as indicações direcionais fornecidas pelo virtual Silhuetas. Os resultados mostram que as decisões direcionais dos Shiners são afetadas significativamente pelos aumentos na velocidade das indicações visuais, mesmo na presença do ruído de fundo (67% da coerência da imagem). Na ausência de quaisquer pistas de movimento, os sujeitos escolheram suas direções aleatoriamente. A relação entre velocidade de decisão e velocidade de sinalização foi variável e o aumento da velocidade de sinalização teve uma influência modestamente desproporcionada na precisão direcional.
Introduction
Os animais sentem e interpretam seu habitat continuamente para tomar decisões informadas quando interagem com outros e navegam em ambientes barulhentos. Os indivíduos podem melhorar sua consciência situacional e tomada de decisão integrando a informação social em suas ações. A informação social, no entanto, decorre em grande parte da inferência através de pistas não intencionais (ou seja, manobras súbitas para evitar um predador), que pode ser confiável, em vez de através de sinais diretos que evoluíram para comunicar mensagens específicas (por exemplo, o waggle dança em abelhas do mel)1. Identificar como os indivíduos avaliam rapidamente o valor das pistas sociais, ou qualquer informação sensorial, pode ser uma tarefa desafiadora para os investigadores, particularmente quando os indivíduos estão viajando em grupos. A visão desempenha um papel importante no governo das interações2,3,4 e os estudos têm inferido as redes de interação que podem surgir em escolas de peixes com base no campo de visão de cada indivíduo5, a 6. As escolas de peixe são sistemas dinâmicos, no entanto, dificultando a isolar as respostas individuais a determinadas características, ou comportamentos vizinhos, devido às collinearidades inerentes e fatores de confusão que surgem a partir das interações entre os membros do grupo. A finalidade deste protocolo é complementar o trabalho atual isolando como as características visuais alternativas podem influenciar as decisões direcionais dos indivíduos que viajam sozinho ou dentro dos grupos.
O benefício do protocolo atual é combinar um experimento manipulativo com técnicas de visualização de computador para isolar os recursos visuais elementares que um indivíduo pode vivenciar na natureza. Especificamente, o labirinto Y (Figura 1) é usado para recolher a escolha direcional para uma resposta binária e introduzir imagens animadas de computador projetadas para imitar os comportamentos de natação de vizinhos virtuais. Estas imagens são projetadas acima de abaixo do labirinto para imitar as silhuetas dos conespecificidades que nadam abaixo de um ou mais assuntos. As características visuais dessas silhuetas, como sua morfologia, velocidade, coerência e comportamento de natação, são facilmente adaptadas para testar hipóteses alternativas7.
Este artigo demonstra a utilidade desta aproximação isolando como os indivíduos de uma espécie social modelo dos peixes, o Shiner dourado (crysoleucas de Notemigonus), respondem à velocidade relativa de vizinhos virtuais. O foco do protocolo, aqui, é sobre se a influência direcional dos vizinhos virtuais mudam com sua velocidade e, em caso afirmativo, quantificando a forma da relação observada. Em particular, a sinalização direcional é gerada por ter uma proporção fixa das silhuetas atuar como líderes e mover-se balístico para um braço ou outro. As silhuetas restantes actuam como distratores movendo-se aproximadamente aleatoriamente para fornecer o ruído de fundo que pode ser ajustado ajustando a relação do líder/Distractor. A proporção de líderes para distratores capta a coerência das pistas direcionais e pode ser ajustada de acordo. As silhuetas do Distractor permanecem confinadas à área da decisão (“DA”, Figura 1a) fazendo com que as silhuetas reflitam fora do limite. As silhuetas do líder, entretanto, são permitidas deixar a região do DA e incorporar seu braço designado antes de desvanecer-se lentamente afastado uma vez que as silhuetas atravessadas 1/3 o comprimento do braço. Como líderes deixam o promotor, novas silhuetas de líder tomam seu lugar e refazer seu caminho exato para garantir que a relação líder/Distractor permanece constante no DA durante todo o experimento.
O uso de peixes virtuais permite o controle da informação sensorial visual, enquanto monitora a resposta direcional do sujeito, o que pode revelar novas características de navegação social, movimento ou tomada de decisão em grupos. A abordagem aqui utilizada pode ser aplicada a uma ampla gama de questões, como efeitos de estresse subletal ou predação em interações sociais, manipulando a animação computacional para produzir padrões comportamentais de complexidade variável.
Protocol
Representative Results
Discussion
As indicações visuais são sabidas para disparar uma resposta do optomotor nos peixes expor às grades preto e branco13 e há uma evidência teórica e empírica crescente que a velocidade do vizinho joga um papel influente em governar as interações dinâmicos observado nas escolas de peixes7,14,15,16,17. Existem hipóteses contrast…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a bryton Hixson pela ajuda de instalação. Este programa foi apoiado pelo programa de pesquisa básica, qualidade ambiental e instalações (EQI; Dr. Elizabeth Ferguson, diretor técnico), centro de pesquisa e desenvolvimento do engenheiro do exército dos EUA.
Materials
| Black and white IP camera | Noldus, Leesburg, VA, USA | https://www.noldus.com/ | |
| Extruded aluminum | 80/20 Inc., Columbia City, IN, USA | 3030-S | https://www.8020.net 3.00" X 3.00" Smooth T-Slotted Profile, Eight Open T-Slots |
| Finfish Starter with Vpak, 1.5 mm extruded pellets | Zeigler Bros. Inc., Gardners, PA, USA | http://www.zeiglerfeed.com/ | |
| Golden shiners | Saul Minnow Farm, AR, USA | http://saulminnow.com/ | |
| ImageJ (v 1.52h) freeware | National Institute for Health (NIH), USA | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| LED track lighting | Lithonia Lightening, Conyers, GA, USA | BR20MW-M4 | https://lithonia.acuitybrands.com/residential-track |
| Oracle 651 white cut vinyl | 651Vinyl, Louisville, KY, USA | 651-010M-12:5ft | http://www.651vinyl.com. Can order various sizes. |
| PowerLite 570 overhead projector | Epson, Long Beach CA, USA | V11H605020 | https://epson.com/For-Work/Projectors/Classroom/PowerLite-570-XGA-3LCD-Projector/p/V11H605020 |
| Processing (v 3) freeware | Processing Foundation | https://processing.org/ | |
| R (3.5.1) freeware | The R Project for Statistical Computing | https://www.r-project.org/ | |
| Ultra-white 360 theater screen | Alternative Screen Solutions, Clinton, MI, USA | 1950 | https://www.gooscreen.com. Must call for special cut size |
| Z-Hab system | Pentair Aquatic Ecosystems, Apopka, FL, USA | https://pentairaes.com/. Call for details and sizing. |
Referenzen
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