Radyo Frekansı ile Tanımlama ve Verimli Hareket duyarlı video Bumblebees tarafından karşılıksız seçim davranışının Kayıt otomatikleştirin
Summary
This video describes Radio-Frequency Identification (RFID) and motion-sensitive video recording methods to monitor choice behavior by bumblebees.
Abstract
Biz kapalı bir test alanda bombus seçim davranışlarını gözlemlemek için iki yöntem mevcut. İlk yöntem, Radyo Frekansı ile Tanımlama (RFID) çeşitli görsel ipuçlarını görüntülemek yapay çiçekler yerleşik okuyucular, ve yabanarısı işçilerin toraks yapıştırılmış RFID etiketleri (yani pasif transponder) oluşur. Bizim uygulamada yenilik RFID okuyucuları doğrudan renk, desen türü, uzamsal frekans (desen yani, "meşguliyet") ve simetri (mekansal frekans ve gibi birçok farklı görsel özelliklerini görüntüleme yeteneğine sahip yapay çiçekler yerleşik olmasıdır simetri) Bu deneyde manipüle değildi. Ayrıca, otomatik sistemleri ile bağlantılı olarak, bu görsel görüntüler karşılıksız ve eğitimsiz bir seçim hareketleri kaydetme özelliğine sahiptir. İkinci yöntem, harekete duyarlı, yüksek çözünürlüklü kameralar kullanılarak yapay çiçekler kayıt seçim davranışı oluşur. Bumblebees eşsiz kimlik için thoraces yapıştırılmış numara etiketleri var. RFID üzerinden bu uygulama avantajı, açılış davranışı gözlemlenmesine ek olarak, duran, ve antennation olarak tercih alternatif önlemler de gözlenebilir olmasıdır. Her iki otomasyon yöntemleri hesap bireysel farklılıkları dikkate almak büyük ölçekli çalışmalar sağlayan deneysel kontrol ve iç geçerliliğini artırmak. Arılar serbestçe girmek ve yerinde bir araştırma görevlisi durumu gibi kısıtlamalar olmadan test ortamı çıkabilirsiniz çünkü dış geçerliliği de gelişmiş olduğunu. Gerçek zamanlı olarak insan gözlem ile karşılaştırıldığında, otomatik yöntemler daha uygun maliyetli ve muhtemelen daha az hata eğilimli hale getirebilir.
Introduction
Bombus ve bal arıları tarafından bilgisiz seçim davranışlarını inceleyerek kilit bir problem çiçek görmemiş, eğitimsiz işçiler kolaylıkla tercihleri ölçülebilir test boşluk kalmamasıdır. Öncesi eğitim çalışanları araştırmacılar deneysel uyaranlara farklı olarak gördükleri görünüşte nötr uyarıcılara karşı test alanı içinde beslemek için: bir sonucu olarak, pek çok araştırmacı bir daha ideal bir tekniği güveniyor. Ancak, son deneyler düşünülen uyaranlar nötr (bir test oturumda sonraki seçim davranışını etkilemek değil yani, uyaranlara) olmak olduğunu göstermiştir beklenmedik şekillerde 1 tercihleri etkiledi. Radyo Frekansı ile Tanımlama (RFID) 2 ve harekete duyarlı video kayıtları dahil olmak üzere otomatik sistemler bir fırsat bu sorunu çözmek sunabilir. Çalışmanın amacı iki yönlüdür: (1) öncelikle, bombus arıları tarafından bilgisiz çiçek tercihlerinize literatüre katkıda (2) ve sekonder eVİki farklı otomatik kayıt cihazları tarafından kaydedilen, iki seçim ölçüm sistemlerini aluate.
3 Bu çalışmada uygulanmıştır iki otomatik sistemler bilgisiz seçim davranışlarını gözlemlemek için: RFID ve harekete duyarlı video kayıtları. Her iki sistemin iki önemli unsurları seçenekler ödüllendirilir değildir, ve farklı görsel ipuçlarının ekran manipüle edilebilir olmasıdır. (1 mp çözünürlükte kayıt, yüksek çözünürlüklü,) Hareket duyarlı bir video değil, sadece bir uçuş odasında özgürce keşfetmek işçilerin sürekli gözlem sağlar, ama nispeten nadir olayların 4 verimli gözlem için önemlidir.
Deney 1 araştırma sorusu birlikte görüntülenen zaman görsel özellikleri nasıl etkileşimde farklı ilgilidir. Bu çalışma, desen tipine göre desen konumlandırma göreli önemini keşfetmek istiyor. (Yani, güneş ışını) ve eş, radyal 2 x 2 tasarımı kullanarak (yani, boğa eye) desen türleri yapay çiçek (uyaranlara örnekler için bakınız Şekil 1) üzerinde ya merkezi ya da çevresel yerleştirilir. RFID okuyucular bu özel olarak tasarlanmış yapay çiçek uyaranlara yerleşiktir ve bombus arıları bize yapay çiçek uyarıcı girer etiketlenen her işçi kaydetmek için izin RFID özellikli etiketleri alırsınız. RFID gözlem pasif etiketler varlığı ile modüle edilmiş radyo frekanslarında sinyaller (bu durumda 13.56 MHz) gönderme (yapay çiçek yerleşik) okuyucu mekanizma ile çalışır. Okuyucu algılamak ve etiket benzersiz bir kimlik sağlayan etiketleri arasında biraz farklılık bu sinyal modülasyonu kaydedebilirsiniz.
Deney 2 soru üç kat vardır. Video kayıtları eşdeğer seçim kriterleri ile ölçülen, RFID ve iniş ile ölçülen Birincisi, çiçek-girdisi vardır? Seçim farklı önlemler çevirmek olabilir farklı noktalarında (video için iniş ve RFID için çiçek girişi), ölçülürtercih. İkincisi, periferik konumlandırma vs santral etkisi nedir? Bu, (bakınız Şekil 4B) farklı konumlarda iki radyal desen oluşan bir kombinasyonu sunulmuştur eğer işçi merkezi bir model tercih ediyorum olup olmadığı bilinmemektedir. Üçüncü olarak, desen türü vs desen pozisyon göreli önemi nedir? Diğer bir deyişle, yabanarıları tercih edilen bir model tipi ya da tercih edilen bir model pozisyonu kalıpları inecek? Arılar bir periferal-eş desen merkezi-radyal tercih olabilir, ancak tercih desen türü veya merkezi konumlandırma nedeniyle olabilir. Bu deneyde, iki parametre birbirinden 5 (Şekil 4c, d), karşı karşıya edildi.
Deney 2, biz çiçek gibi uyaranlara Harekete duyarlı video kayıtları kullanılmıştır. Güverteli bu çiçekler yapay çiçekler bir uçuş kafesin içine yerleştirildi ve harekete duyarlı, yüksek çözünürlüklü kameralar işaret edildit ve üst. Test alanının iki uyaranların her birinin bir ön görünümü yakalamak üzere Daha özel olarak ise, iki kamera yerleştirildi. Ek kamera yukarıdan davranış gezinip kaydetmek için uyaranlar arasında konumlandırılmış, ve yapay çiçekler hem davranışı yakalandı. Bombus arıları, yüksek çözünürlüklü video klipleri okunabilir sayısı etiketlerini kullanarak belirlendi. Gezinip, antennation ve iniş davranışları izlendi.
Protocol
Representative Results
Discussion
RFID teknolojisi kolaylığı ve yüksek hassasiyet ile bireysel işçilerin okuyan yüzlerce sağlar, ancak kaydedilen davranış özellikleri, insan ve video kayıtları ile gözlemlerden farklıdır. RFID tarafından kaydedilen seçim davranış çiçek keşif olarak tarif edilebilir. Bu tür bir desen 11,12 üzerinde yaklaşım 8, bir labirent-kol 9,10 girdiği, antennal reaksiyon 8 veya iniş gibi diğer çalışmalarda kullanılan kriterlere göre tercih çok sıkı bir kriterdir. Amacıyla seçim davranış tanımlarının geçerliliğini karşılaştırmak ve karşılıksız davranış için yeni RFID yöntemini onaylamak için, iniş video kayıtları Deney 2. gözlendi tüm seçim tedbirler eşit değildir: RFID kriter çiçek girişi ile ölçülen belirtti video veri deseni Çeşidi görsel özelliği arı seçimi için daha önemli olduğunu ifade ederken desen konumlandırma görsel özelliği, arı seçim daha önemlidir.
Bilgisiz seçim davranışlarını inceleyerek genel zorluklardan biri herhangi polen veya nektar sunmuyoruz yapay çiçekler çiçek naif, eğitimsiz arıları çekmek çok zor olmasıdır. Nitekim, önceki deneylerde birçok test uyaranlara de seçim davranışı alakasız olduğu düşünülen uyaranlara test ortamında arılar eğitim başvurdu. RFID ve harekete duyarlı video kayıtları araştırmacı sürekli gözetimi olmadan, ve birkaç yüz arılar için 15-20 arılardan örnek boyutunu artırarak, sürekli kayıt, 24 saat bir gün izin vererek bu engeli aşmak. Eğitimsiz arılar tarafından karşılıksız seçimler nadir bir olay devam ederken, bu yeni deneysel tasarım parametreleri gözlem mümkün kılar.
Bu iki tekniğin tarafından sunulan diğer gelişmeler bireysel farklılıkları örnek önyargı ortadan kaldırılması, dış geçerlilik iyileştirme ve izleme içerir. SamplSadece bir kolonide bir düzine kadar arı okuyan zaman e önyargı sokulabilir. Hatta sadece bu işçiler, belirli bir zamanda araştırmacı ile "işbirliği" ne gözlenmektedir çünkü muhtemelen cevapsız aynı koloni içinde bireysel işçiler arasında davranışsal huyların önemli farklılıklar vardır. 300 veya daha fazla arı kolonisi 15-20 arılar okuyan, durum örneklemesi önyargı önemli olabilir hangi toplam koloni itibariyle az 5% temsil eder. Etiketleme ve tüm işçilerin davranışlarını gözlemleyerek tamamen bu sorunu ortadan kaldırır. Eşzamanlı uyaranlar seçenek sayısı da manipüle edilebilir. Biz teknik nedenlerden dolayı bizim deneyde ikili seçenek sundu, ama tek seçenek veya birkaç seçim tasarımları da mümkün bulunmaktadır.
Dış geçerlilik açısından bir laboratuar ortamında arıların okuyan geleneksel sonuçlarının genelleştirilebilirliğini engellemiştir, hangi derece yapay olmuştur. Örneğin, araştırmacılar pr olmak zorundaveri toplama için ESENT, arılar tarafından bir test ortamında bir de yem vardı, ve test küçük bir zaman penceresi ile sınırlandırılmıştır. Bu yazıda anlatılan yeni teknikler gözlem denetimsiz ve sınırsız yaparak bu yapay sınırlamaları kaldırmak. Bu bir tek arı tarafından veya birkaç arı tarafından seçimler tekrarlandı olmadığını belirleyebilir, çünkü nihayet, davranış bireysel farklılıklar tespit edilebilir.
Hareket karşı duyarlı, yüksek uzamsal çözünürlük kameraları uyaranların tasarımların esneklik açısından RFID tekniklere göre kenar: a uyaran görsel görünümü hemen hemen herhangi bir şekilde olabilir veya hastanın kimlik, en az bir ilgili yakalanabilir sürece oluşturabilir birkaç kare. Video işleme biraz daha zaman alıcıdır tanımlama her video klibin elle muayene gerektirir araştırmacı tarafından okunan gerektiğinden RFID veri işleme daha. Görsel uyaran tasarım Ar kısıtlamaları karşılamak durumundaFID okuyucu (yani, arı RFID etiketleri RFID okuyucu en az 3-4 mm gelmelidir), sonra RFID teknolojisi, otomatik, büyük ölçekli veri toplama üzerinde kenarı vardır. Nitel araştırma büyük olasılıkla video analizi tarafından tercih edilmeye devam ediyorum. Bu deneyde de görüldüğü gibi, RFID okuyucular hiçbir manuel kodlama gerektirir, çok büyük veri setlerini biriktirmek olabilir. Her tekniği ile ilgili biraz farklı avantajları gelecekte tamamlayıcı bir şekilde kullanılabileceğini düşündürmektedir.
Her iki teknolojilerinin geleceği seyrek görülen davranışların kesin miktarının yalan olabilir. Örneğin, gelecekteki uygulamalar için bir ayrı bir olasılık seralarda ve diğer daha natüralist ortamlarda bu teknikler istihdam etmektir. Natüralizm ve deneysel kontrolü kombinasyonu önce cevap vermek mümkün değildi sorularını ele sağlayacaktır. Kabaca, bu tekniklerin titiz a davranışını gözlemleyerek iki yeni yollar sunuyornd verimli şekilde. RFID ve harekete duyarlı bir video sadece polen veya böcekleri çalışan araştırmacılar için önemli bir adımdır, ancak bu teknikler diğer davranış bilimciler itiraz edebilir.
Disclosures
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 |
References
- 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).
