تحديد الهوية بترددات الراديو والفيديو الحركة تراعي بكفاءة أتمتة تسجيل السلوك غير مكافأة الاختيار من النحل
Summary
This video describes Radio-Frequency Identification (RFID) and motion-sensitive video recording methods to monitor choice behavior by bumblebees.
Abstract
نقدم طريقتين لمراقبة سلوك خيار نحلة في الفضاء اختبار المغلقة. ويتكون الأسلوب الأول لتحديد الهوية بترددات الراديو (RFID) القراء في صلب الزهور الصناعية التي تعرض مختلف الإشارات البصرية، وتتفاعل به (أي الترددات السلبية) لصقها على الصدر من العمال نحلة. الجدة في التنفيذ لدينا هي أن القراء RFID مبنية مباشرة في الزهور الاصطناعية التي هي قادرة على عرض العديد من الخصائص البصرية المميزة مثل اللون، نوع نمط، تردد المكاني (أي "الانشغال" من نمط)، والتماثل (التردد المكاني و لم يتلاعب التماثل في هذه التجربة). بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه العروض البصرية بالتعاون مع النظم الآلية قادرة على تسجيل سلوك الاختيار دون مردود وغير مدربين. ويتكون الأسلوب الثاني من سلوك خيار التسجيل في الزهور الاصطناعية باستخدام كاميرات الفيديو عالية الوضوح الحركة الحساسة. Bumblebees تحمل نفس الكلمات عدد صقها على thoraces من أجل تحديد هوية فريدة من نوعها. ميزة في هذا التنفيذ خلال RFID هو أنه بالإضافة إلى مراقبة سلوك الهبوط، ويمكن أيضا أن يلاحظ تدابير بديلة للتفضيل مثل تحوم وantennation. كلا أساليب الأتمتة زيادة السيطرة التجريبية، وصلاحية الداخلية من خلال السماح دراسات على نطاق أوسع أن تأخذ في الاعتبار الاختلافات الفردية. صحة الخارجية هي أيضا تحسين لأن النحل يمكن أن تدخل بحرية والخروج من بيئة الاختبار دون قيود مثل توافر مساعد البحث في الموقع. مقارنة الملاحظة الإنسان في الوقت الحقيقي، وأساليب الآلي هي أكثر فعالية من حيث التكلفة وربما أقل عرضة للخطأ.
Introduction
والمشكلة الرئيسية في دراسة السلوك اختيار أمي من قبل النحل والنحل هي أن الزهور ساذجة، عمال غير مدربين لا تدخل بسهولة في مساحة الاختبار، حيث يمكن قياس تفضيلات. ونتيجة لذلك، يعتمد العديد من الباحثين على أقل من تقنية مثالية: عمال ما قبل التدريب لإطعام داخل الفضاء اختبار من المحفزات محايدة ظاهريا أن يراها الباحثون في أن تكون مختلفة من المحفزات التجريبية. ومع ذلك، فقد أظهرت تجارب حديثة أن المحفزات التي كان يعتقد أن تكون محايدة (أي المثيرات التي لا تؤثر على سلوك الخيار لاحق في جلسة اختبار) قد أثرت تفضيلات بطرق غير متوقعة 1. النظم الآلية التي تشمل تحديد الهوية بترددات الراديو (RFID) 2 وتسجيلات الفيديو الحركة الحساسة قد تتيح فرصة لحل هذه المشكلة. كان الهدف من هذه الدراسة ذات شقين: (1) في المقام الأول إلى المساهمة في الأدب على تفضيلات الأزهار امي من قبل النحل، (2) وثانيا لEValuate اثنين من أنظمة قياس الاختيار، كما هو مسجل من قبل اثنين من مختلف أجهزة التسجيل الآلي.
اثنين من النظم الآلية تم تنفيذ 3 في الدراسة الحالية لمراقبة سلوك خيار أمي: RFID وتسجيلات الفيديو الحركة الحساسة. اثنين من العناصر الحاسمة لكلا النظامين هي أن الخيارات لا يكافأ، وعرض الإشارات البصرية المختلفة يمكن التلاعب بها. فيديو حساسة الحركة (عالية الوضوح، وتسجيل في قرار النائب 1) لا يسمح للمراقبة المستمرة للعمال استكشاف بحرية في غرفة رحلة، ولكن أمر بالغ الأهمية لمراقبة فعالة من الأحداث النادرة نسبيا 4.
سؤال البحث في التجربة 1 ويتعلق بكيفية مختلفة تتفاعل الخصائص البصرية عند عرضها معا. وتسعى هذه الدراسة إلى استكشاف الأهمية النسبية للنمط المواقع فيما يتعلق نوع النمط. باستخدام تصميم 2 × 2، شعاعي (أي أمة الله) ومتحدة المركز (أي البريد الثورأيها) توضع أنواع نمط إما مركزيا أو محيطيا على زهرة اصطناعية (انظر الشكل 1 للحصول على أمثلة من المحفزات). وتبنى القراء تتفاعل في هذه المحفزات زهرة اصطناعية مصممة خصيصا، والنحل يحصل تمكين وتتفاعل العلامات التي تسمح لنا لتسجيل كل عامل الموسومة الذي يدخل التحفيز الاصطناعي زهرة. الملاحظة RFID يعمل عن طريق آلية القارئ (صلب الزهور الاصطناعية) إرسال إشارات بترددات الراديو (13.56 ميغاهيرتز في هذه الحالة)، والتي يتم عن طريق التضمين وجود علامات سلبية. يمكن للقارئ أن يكتشف ويسجل هذه التحويرات إشارة، والتي تختلف قليلا عبر علامات تمكين علامة تعريف فريد.
الأسئلة للتجربة 2 هي ثلاثة أضعاف. أولا، هي زهرة الدخول، مقاسا RFID، والهبوط، مقاسا تسجيلات الفيديو معايير اختيار تعادل؟ يتم قياس الاختيار في نقاط مختلفة (الهبوط للفيديو، ودخول زهرة لRFID)، والتي قد تترجم إلى إجراءات مختلفةتفضيل. ثانيا، ما هو تأثير المركزي مقابل المواقع الطرفية؟ ومن غير المعروف ما إذا كان أو لم يكن العمال من شأنه أن تختار نمط المركزي إذا قدمت مجموعة تتكون من اثنين من أنماط الشعاعية في مواقف مختلفة (انظر الشكل 4B). ثالثا، ما هي الأهمية النسبية للموقف مقابل نمط نوع نمط؟ وبعبارة أخرى، فإن النحل الطنان الأرض على أنماط من نوع النمط المفضل، أو موقف النمط المفضل؟ النحل قد يفضلون المركزي شعاعي لنمط الطرفية-متحدة المركز، ولكن يمكن أن يكون التفضيل يرجع إلى نوع أو نمط المواقع المركزي. في هذه التجربة، وقد حرض متغيرين ضد كل 5 (انظر الشكل 4C، د) آخرين.
في تجربة 2، استخدمنا تسجيلات الفيديو الحركة الحساسة على المنبهات مثل زهرة. وضعت الزهور الاصطناعية داخل قفص الطيران، وكان أشار كاميرات الفيديو عالية الوضوح الحركة حساسة في هذه الزهور من آلة القطعر وأعلى. وبشكل أكثر تحديدا، تم وضع اثنين من كاميرات الفيديو الرقمية وذلك لالتقاط منظر أمامي كل من المحفزات اثنين في الفضاء الاختبار. تم وضع كاميرا الفيديو إضافية بين المحفزات لتسجيل تحوم السلوك من فوق، وأسروا السلوك من كل من الزهور الاصطناعية. وقد تم تحديد النحل باستخدام بطاقات الرقم الذي يمكن أن تقرأ على عالي الوضوح فيديو كليب. تحوم، لوحظت antennation والهبوط السلوكيات.
Protocol
Representative Results
Discussion
تكنولوجيا RFID تمكن دراسة مئات العمال الفردية بكل سهولة ودقة عالية، ولكن خصائص السلوك سجلت مختلفة من الملاحظات من قبل البشر وتسجيلات الفيديو. يمكن وصف سلوك خيار سجلتها RFID كما استكشاف الأزهار. هذا هو معيار صارم جدا لتفضيل مقارنة المعايير المستخدمة في دراسات أخرى، مثل النهج 8، الدخول في متاهات الذراع 9،10، رد فعل antennal 8، أو الهبوط على نمط 11،12. من أجل مقارنة مدى صحة التعاريف السلوك الاختيار، والتحقق من صحة طريقة RFID جديد للسلوك غير مكافأة، لوحظت تسجيلات الفيديو من الهبوط في تجربة 2. جميع التدابير الاختيار ليست متساوية: معيار RFID مقاسا دخول الأزهار، أشار إلى أن ممتلكات البصرية من نمط تحديد المواقع هو أكثر أهمية لاختيار النحل، في حين أشارت بيانات الفيديو أن الخاصية البصرية من نوع النمط هو أكثر أهمية لاختيار النحل.
أحد التحديات العامة في دراسة سلوك خيار أمي هو أنه من الصعب جدا لجذب زهرة ساذجة والنحل غير مدربين على الزهور الصناعية التي لا تقدم أي حبوب اللقاح أو الرحيق. في الواقع، فإن العديد من التجارب السابقة لجأت إلى تدريب النحل في بيئة الاختبار على المحفزات التي يعتقد أن يكون غير ذي صلة إلى سلوك خيار في المحفزات الاختبار. RFID وتسجيلات الفيديو الحركة الحساسة التغلب على هذه العقبة من خلال السماح تسجيل مستمر، 24 ساعة في اليوم، ودون إشراف مستمر من الباحث، وذلك بزيادة حجم العينة 15-20 النحل لعدة مئات من النحل. في حين الخيارات خائبة من قبل النحل غير مدربين لا تزال نادرة الحدوث، هذه المعايير الجديدة تصميم التجريبية جعل الملاحظة ممكن.
التحسينات الأخرى التي تقدمها هذه التقنيات اثنين تشمل القضاء على التحيز عينة، وتحسين صحة الخارجية، وتتبع الفروق الفردية. Samplيمكن إدخال البريد التحيز عند دراسة فقط اثنتي عشرة أو حتى النحل في المستعمرة. هناك اختلافات كبيرة في الخصوصيات السلوكية عبر العمال الفردية حتى داخل نفس مستعمرة المرجح أن يتم تفويتها بسبب ما لوحظ فقط أولئك العمال أن يحدث ب "التعاون" مع الباحث في وقت معين. دراسة 15-20 النحل في مستعمرة النحل 300 أو أكثر، تمثل اقل من 5٪ من إجمالي مستعمرة، في حالة أخذ العينات التحيز التي قد تكون كبيرة. علامات ومراقبة سلوك جميع العاملين يحل هذه القضية تماما. كما يمكن التلاعب بها عدد من الخيارات المحفزات في وقت واحد. قدمنا الخيارات الثنائية في تجربتنا لأسباب فنية، ولكن اختيار واحد أو عدة تصاميم الاختيار أيضا ممكنا.
من حيث الصلاحية الخارجية، ودراسة النحل في بيئة معملية تقليديا الاصطناعي للغاية، الأمر الذي أعاق تعميم النتائج. على سبيل المثال، كان الباحثون أن العلاقات العامةESENT لجمع البيانات، كان النحل لالعلف في بيئة اختبار واحدا تلو الآخر، وقيدت اختبار لنافذة زمنية صغيرة. تقنيات جديدة وصفها في هذه الورقة إزالة هذه القيود المصطنعة عن طريق الملاحظة دون رقيب ودون قيود. أخيرا، يمكن توثيق الفروق الفردية في السلوك لأننا لا نستطيع التأكد مما إذا تكررت هذه الخيارات من قبل نحلة واحدة أو عدة النحل.
حساسية الحركة وكاميرات الفيديو عالية المكانية قرار ديها ميزة على تقنيات RFID من حيث مرونة التصاميم المحفزات: مظهر التحفيز البصري يمكن أن يكون أي شكل تقريبا أو تشكيل طالما تحديد موضوع يمكن أن يتم القبض على ما لا يقل عن قليل من الإطارات. تجهيز الفيديو هو أكثر قليلا تستغرق وقتا طويلا من معالجة البيانات وتتفاعل لتحديد يحتاج إلى أن يقرأ من قبل الباحث، الأمر الذي يتطلب التفتيش اليدوي لكل مقطع فيديو. إذا كان التصميم التحفيز البصري يمكن أن تلبي قيود Rالقارئ ااا (أي تتفاعل به على النحل يجب أن يأتي إلى 3-4 مم على الأقل من قارئ RFID)، ثم تكنولوجيا RFID لديها ميزة على آلية جمع البيانات على نطاق واسع. من المرجح أن يستمر البحث النوعي إلى أن يفضلها تحليل الفيديو. كما هو مبين في هذه التجربة، يمكن للقراء RFID تكديس مجموعات البيانات الكبيرة جدا التي لا تتطلب الترميز اليدوي. مزايا مختلفة قليلا المرتبطة بكل تقنية وتشير إلى أنه في المستقبل يمكن استخدامها بطريقة تكاملية.
مستقبل كل من التكنولوجيا قد تقع في القياس الكمي الدقيق للسلوك نادرا ما تحدث. على سبيل المثال، إمكانية واضحة واحدة للتطبيقات المستقبلية لتوظيف هذه التقنيات في البيوت المحمية والبيئات أكثر طبيعية أخرى. إن الجمع بين المذهب الطبيعي والتحكم التجريبية تسمح بمعالجة المسائل التي لم تكن ممكنة قبل أن يجيب. بشكل عام، هذه التقنيات اثنين توفر وسائل جديدة لمراقبة السلوك في وصارمبكفاءة الثانية. RFID والفيديو الحركة حساسة هي خطوة هامة إلى الأمام وليس فقط للباحثين الذين يدرسون أو الحشرات الملقحة، ولكن هذه التقنيات قد يلجأون أيضا إلى علماء السلوك الأخرى.
Divulgaciones
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 |
Referencias
- 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).
