La identificación por radiofrecuencia y video de movimiento sensible de manera eficiente Automatice Grabación de elección no recompensado Comportamiento por abejorros
Summary
This video describes Radio-Frequency Identification (RFID) and motion-sensitive video recording methods to monitor choice behavior by bumblebees.
Abstract
Se presentan dos métodos para observar el comportamiento de elección abejorro en un espacio cerrado de pruebas. El primer método consiste en la identificación por radiofrecuencia (RFID) lectores integrados en las flores artificiales que muestran diversas señales visuales, y las etiquetas RFID (por ejemplo, transpondedores pasivos) pegados al tórax de los trabajadores de abejorros. La novedad en nuestra implementación es que los lectores RFID se construyen directamente en flores artificiales que son capaces de mostrar varias propiedades visuales distintos tales como color, tipo de patrón, frecuencia espacial (es decir, "ajetreo" de la figura), y la simetría (frecuencia espacial y simetría no fueron manipulados en este experimento). Además, estas pantallas visuales en combinación con los sistemas automatizados son capaces de grabar el comportamiento de elección sin recompensa y sin entrenamiento. El segundo método consiste en la grabación de la conducta de elección en flores artificiales utilizando cámaras de vídeo de alta definición sensibles al movimiento. Bumblebees tienen etiquetas de números pegados a sus Thoraces para la identificación única. La ventaja de esta implementación sobre RFID es que, además de la observación del comportamiento de aterrizaje, también se pueden observar las medidas alternativas de preferencia como en estacionario y antennation. Ambos métodos de automatización aumentan el control experimental y la validez interna al permitir que los estudios de mayor escala que tengan en cuenta las diferencias individuales. La validez externa también se mejora porque las abejas pueden entrar y salir del entorno de prueba sin limitaciones, tales como la disponibilidad de un asistente de investigación en el lugar libremente. En comparación con la observación humana en tiempo real, los métodos automatizados son más rentable y, posiblemente, menos propenso a errores.
Introduction
Un problema clave en el estudio de la conducta de elección no aprendida por los abejorros y las abejas es que-flores ingenua, trabajadores sin formación no entran fácilmente el espacio de pruebas, donde se pueden medir las preferencias. Como resultado, muchos investigadores se basan en una técnica ideal menos de: los trabajadores pre-formación para alimentar dentro del espacio de prueba de los estímulos aparentemente neutros que los investigadores consideren ser diferente de los estímulos experimentales. Sin embargo, experimentos recientes han demostrado que los estímulos que se pensaba que eran neutrales (es decir, los estímulos que no influyen en el comportamiento posterior elección en una sesión de pruebas) han influido en las preferencias de maneras inesperadas 1. Los sistemas automatizados que incluyen identificación por radiofrecuencia (RFID) 2 y grabaciones de vídeo sensibles al movimiento pueden ofrecer una oportunidad a resolver este problema. El objetivo del estudio fue doble: (1) principalmente para contribuir a la literatura sobre preferencias florales no aprendidas por los abejorros, (2) y en segundo lugar a evaluate dos sistemas de medición de la elección, según lo registrado por dos dispositivos de grabación automatizadas diferentes.
Dos sistemas automatizados 3 se aplicaron en el presente estudio para observar el comportamiento de elección no aprendida: RFID y grabaciones de vídeo sensibles al movimiento. Dos elementos cruciales de ambos sistemas son que las elecciones no son recompensados, y la visualización de diferentes señales visuales pueden ser manipulados. Sensible al movimiento de vídeo (alta definición, grabación en una resolución de 1 MP) no sólo permite la observación continua de los trabajadores libremente explorando en un cuarto vuelo, pero es fundamental para la observación eficiente de los eventos relativamente raros 4.
La pregunta de investigación en el Experimento 1 se refiere a cómo las diferentes propiedades visuales interactúan cuando se muestran juntos. Este estudio trata de explorar la importancia relativa de patrón de posicionamiento en relación con el tipo de patrón. El uso de un diseño de 2 x 2, radial (es decir, rayos de sol) y concéntrica (es decir, correo de toroye) los tipos de patrones se colocan ya sea en el centro o en la periferia de una flor artificial (véase la Figura 1 para ejemplos de estímulos). Los lectores RFID se construyen en estos especialmente diseñados estímulos de flores artificiales, y los abejorros reciben etiquetas RFID permitido que nos permiten registrar cada trabajador etiquetados que entra en el estímulo de la flor artificial. Observación RFID funciona por el mecanismo lector (incorporado en las flores artificiales) el envío de señales a frecuencias de radio (13,56 MHz en este caso), que se modulan por la presencia de etiquetas pasivas. El lector puede detectar y registrar estas modulaciones de señales, que varían ligeramente a través de etiquetas que permiten etiqueta de identificación único.
Las preguntas del Experimento 2 son triples. En primer lugar, son de flores de entrada, según lo medido por RFID, y el aterrizaje, según lo medido por grabaciones de vídeo criterios de elección equivalentes? Elección se mide en diferentes puntos (de aterrizaje para el vídeo, y la entrada de la flor para RFID), que pueden traducirse en diferentes medidasde preferencia. En segundo lugar, ¿cuál es el efecto de la central de posicionamiento vs periférica? No se sabe si o no trabajadores podrían elegir un patrón central si se presenta una combinación que consta de dos patrones radiales en diferentes posiciones (véase la figura 4b). En tercer lugar, ¿cuál es la importancia relativa de la posición del patrón vs tipo de patrón? En otras palabras, se abejorros aterrizar en los patrones del tipo de patrón preferido, o la posición del patrón preferido? Las abejas podrían prefieren-radial central en un patrón concéntrico-periférica, pero la preferencia podría ser debido a el tipo de patrón o su posicionamiento central. En este experimento, dos variables se enfrentan entre sí (véase la figura 4c, d) 5.
En el experimento 2, las grabaciones de vídeo sensibles al movimiento en flor-como los estímulos que utilizamos. Flores artificiales fueron colocados dentro de una jaula de vuelo, y videocámaras de alta definición sensibles al movimiento se señalaron en estas flores de la Front y la parte superior. Más específicamente, dos cámaras de vídeo fueron posicionados para capturar la vista frontal de cada uno de los dos estímulos en el espacio de prueba. Una cámara de vídeo adicional se coloca entre los estímulos para grabar cierne comportamiento de lo alto, y el comportamiento de ambas flores artificiales capturado. Los abejorros fueron identificados con etiquetas numéricas que puedan ser leídos en alta definición de video clips. Suspendido en el aire, se observaron antennation y aterrizaje comportamientos.
Protocol
Representative Results
Discussion
La tecnología RFID permite que estudian cientos de trabajadores individuales con facilidad y de alta precisión, pero las características del comportamiento registrado es diferente de las observaciones de los seres humanos y grabaciones de vídeo. El comportamiento de elección registrado por RFID puede ser descrito como la exploración floral. Este es un criterio muy estricto de preferencia en comparación con los criterios utilizados en otros estudios, como el enfoque de 8, la entrada en un laberinto de brazo 9,10, reacción antenal 8, o el aterrizaje en un patrón de 11,12. Con el fin de comparar la validez de las definiciones de la conducta de elección, y para validar el nuevo método de RFID para el comportamiento sin recompensa, se observaron las grabaciones de vídeo de aterrizaje en el Experimento 2. Todas las medidas de elección no son iguales: el criterio de la RFID como medida por la entrada de flores, indicaron que la propiedad visual del patrón de posicionamiento es más importante para la elección de abeja, mientras que los datos de vídeo indican que la propiedad visual de tipo de patrón es más importante para la elección de abeja.
Uno de los retos generales en el estudio de la conducta de elección no aprendida es que es muy difícil atraer flores ingenua, abejas sin entrenamiento a las flores artificiales que no ofrecen ningún polen o néctar. De hecho, muchos de los experimentos anteriores recurrieron a la formación de las abejas en el entorno de prueba en los estímulos que se cree que son irrelevantes para la conducta de elección en pruebas de estímulos. RFID y grabaciones de vídeo sensibles al movimiento superar este obstáculo, permitiendo la grabación continua, 24 horas al día, sin la supervisión constante del investigador, y aumentando el tamaño de la muestra 15 a 20 abejas a varios cientos de abejas. Mientras que las opciones no recompensados por las abejas sin entrenamiento siguen siendo un fenómeno poco frecuente, estos nuevos parámetros de diseño experimentales hacen posible la observación.
Otras mejoras ofrecidas por estas dos técnicas incluyen la eliminación de sesgo de la muestra, la mejora de la validez externa, y el seguimiento de las diferencias individuales. SAMPLe sesgo puede introducirse cuando sólo el estudio de una docena de abejas en una colonia. Existen diferencias significativas en las idiosincrasias de comportamiento a través de los trabajadores individuales, incluso dentro de la misma colonia que probablemente se perdió porque se observan sólo los trabajadores que pasan a "cooperar" con el investigador en un momento dado. Estudiar 15-20 abejas en una colonia de 300 o más abejas, representa tan poco como 5% de la colonia total, el sesgo de muestreo en el que caso puede ser significativo. Etiquetado y observar el comportamiento de todos los trabajadores elimina este problema por completo. El número de opciones de estímulos simultáneos también puede ser manipulada. Ofrecimos opciones binarias en nuestro experimento por razones técnicas, pero la elección de una o varios diseños de la elección también son factibles.
En cuanto a la validez externa, el estudio de las abejas en un entorno de laboratorio ha sido tradicionalmente muy artificial, que ha impedido la generalización de los resultados. Por ejemplo, los investigadores tuvieron que ser present para la recopilación de datos, las abejas tenía que alimentarse en un entorno de prueba una a una, y las pruebas se restringió a una pequeña ventana de tiempo. Las nuevas técnicas que se describen en este documento eliminan estas limitaciones artificiales, haciendo la observación sin supervisión y sin restricciones. Por último, las diferencias individuales de comportamiento pueden ser documentados, ya que podemos comprobar si éstos se repitieron elecciones por una sola abeja o por varias abejas.
Sensible al movimiento, cámaras de vídeo de alta resolución espacial tienen la ventaja sobre las técnicas de RFID en términos de la flexibilidad de los diseños de estímulos: la aparición de un estímulo visual puede ser casi cualquier forma o forma siempre y cuando la identificación del sujeto puede ser capturado en al menos una pocos fotogramas. Procesamiento de videos es un poco más lento que el procesamiento de datos RFID, ya la identificación tiene que ser leído por el investigador, lo que requiere la inspección manual de cada clip de vídeo. Si el diseño de estímulo visual puede satisfacer las limitaciones de RFID lector (es decir, las etiquetas de RFID en la abeja deben llegar a al menos 3-4 mm del lector RFID), entonces la tecnología RFID tiene la ventaja sobre la recopilación de datos a gran escala automatizado. La investigación cualitativa es probable que continúe a ser favorecidos por el análisis de vídeo. Como se muestra en este experimento, los lectores RFID pueden acumular grandes conjuntos de datos que no requiere ninguna codificación manual. Los ligeramente diferentes ventajas asociadas con cada técnica sugieren que en el futuro podrían ser utilizados de manera complementaria.
El futuro de ambas tecnologías puede estar en la cuantificación precisa de los comportamientos que ocurren rara vez. Por ejemplo, una clara posibilidad para futuras aplicaciones es emplear estas técnicas en invernaderos y otros ambientes más naturales. La combinación de naturalismo y el control experimental permitiría abordar cuestiones que no eran posibles antes de responder. En términos generales, estas técnicas ofrecen dos nuevas formas de observar el comportamiento en un una rigurosade manera eficiente nd. RFID y video sensible al movimiento son un importante paso adelante no sólo para los investigadores que estudian los polinizadores o insectos, pero estas técnicas también pueden apelar a otros científicos de la conducta.
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
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