Görsel unsurların gezinme kararlarında oynatın rolünü Izole etmek için Y-labirent içinde görsel psikoterapist analizlerine entegrasyon
Summary
Burada, hareket ipuçlarını gibi alternatif görsel özelliklerin, balıklarda yön kararlarını nasıl etkilediğini belirleyen bir davranış tahlili göstermek için bir protokol sunuyoruz. Temsili veriler altın Shiner (Notemigonus crysoleucas) sanal balık hareketlerini takip hız ve doğruluk sunulur.
Abstract
Toplu hayvan davranışları, bireysel motivasyonlardan ve kişisel fitness için kritik olan sosyal etkileşimlerden kaynaklanır. Balık, özellikle, çevresel ve sosyal bilgileri ekolojik bağlamlarda entegre etme yeteneğinden dolayı, kolektif hareket halindeki soruşturmalara ilham verdi. Bu gösteri, balıkların davranışsal yanıtlarını ölçmek için kullanılan teknikleri gösterir, bu durumda, Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas), bilgisayar görselleştirme ve dijital görüntü analizi kullanarak görsel uyaranlara. Bilgisayar görselleştirmesinde son gelişmeler, görsel özelliklerin kontrol edilebileceğini ve sosyal etkileşimlerin mekanizmalarını izole etmek için ince manipüle edilebilen laboratuvarda deneysel testler yapılmasına olanak sağlar. Bu yöntemin amacı, bireyin yön kararlarını etkileyebilecek görsel özellikleri yalıtmak, ister yalnız veya gruplar ile. Bu protokol, fiziksel Y-labirent etki alanında özellikler, kayıt ekipmanları, projektör ve animasyonun ayarları ve kalibrasyonları, deneysel adımlar ve veri analizlerini sağlar. Bu teknikler, bilgisayar animasyonunun biyolojik olarak anlamlı tepkiler almakta olduğunu göstermektedir. Dahası, teknikler, çeşitli deneysel uygulamalar için alternatif hipotezler, etki alanları ve türleri test etmek için kolayca uyarlanabilir. Sanal uyaranların kullanımı, gerekli canlı hayvanların sayısının azaltılması ve değiştirilmesi için izin verir ve dolayısıyla laboratuar yükünü azaltır.
Bu gösteri, sanal conspecifics hareket hızları (saniyede 2 vücut uzunlukları) küçük göreceli farklar hız ve doğruluk hangi ile tarafından sağlanan yön ipuçlarını takip ile artırmak olacaktır hipotezi testler sanal Siluet. Sonuçlar, arka plan gürültüsünün varlığında bile (% 67 görüntü uyumu), görsel ipuçlarının hızının artışlarından önemli ölçüde etkilendiğini göstermektedir. Herhangi bir hareket ipuçları yokluğunda, konular rastgele onların yönleri seçti. Karar hızı ve işaret hızı arasındaki ilişki değişkendi ve işaret hızının artışları, yönlü doğruluk üzerinde mütevazı orantısız bir etkiye sahipti.
Introduction
Hayvanlar, başkalarıyla etkileşim kurarken ve gürültülü ortamlarda gezinirken bilinçli kararlar almak için habitatını sürekli olarak anlamalarını ve yorumlamasını yapar. Bireyler, sosyal bilgileri eylemlerine entegre ederek durumsal farkındalık ve karar verme işlemlerini geliştirebilir. Sosyal bilgiler, ancak, büyük ölçüde istenmeyen ipuçlarını (yani, ani manevralar bir yırtıcı önlemek için), hangi güvenilmez olabilir, yerine belirli mesajları (örneğin, bir iletişim için evrimleşmiş doğrudan sinyalleri üzerinden kaçınılması kaynaklanıyor (örn., sallanmak bal arılar dans)1. Bireylerin sosyal ipuçları veya herhangi bir duyusal bilginin değerini hızla nasıl değerlendirmesini belirlemek, özellikle bireyler gruplar halinde seyahat ederken araştırmacılar için zorlu bir görev olabilir. Vizyon sosyal etkileşimleri yöneten önemli bir rol oynar2,3,4 ve çalışmalar her bireyin bakış alanı dayalı balık okulları ortaya çıkabilecek etkileşim ağları algılanır5, 6‘ ya kadar. Balık okulları dinamik sistemlerdir, ancak, Grup üyeleri arasındaki etkileşimlerden kaynaklanan içsel koldoğrusları ve karıştırılması faktörleri nedeniyle belirli özelliklere veya komşu davranışlara bireysel yanıtları izole etmek zor hale gelmiştir. Bu protokolün amacı, alternatif görsel özelliklerin tek başına veya gruplar halinde seyahat eden bireylerin yön kararlarını nasıl etkileyebilecek şekilde yalıtarak geçerli çalışmayı tamamlaması.
Geçerli protokolün yararı, bir bireyin doğada yaşayabileceğiniz temel görsel özellikleri izole etmek için bilgisayar görselleştirme teknikleriyle manipülatif bir deneyi birleştirmedir. Özellikle, Y-labirent (Şekil 1) ikili yanıt yön seçimi daraltmak ve sanal komşular yüzme davranışlarını taklit etmek için tasarlanmış bilgisayar animasyonlu görüntüleri tanıtmak için kullanılır. Bu görüntüler bir veya daha fazla konu altında yüzme conspecifics siluetleri taklit etmek için labirent aşağıdan kadar yansıtılır. Bu siluetlerin görsel özellikleri, onların morfoloji gibi, hız, tutarlılık, ve yüzme davranışları kolayca alternatif hipotezler test etmek için uyarlanmış7.
Bu yazıda, bir model sosyal balık türlerinin bireylerin nasıl, altın Shiner (Notemigonus crysoleucas), sanal komşuların göreli hızına yanıt izole ederek bu yaklaşım yardımcı gösterir. Protokol odağı, burada, sanal komşuların yönlü etkisi onların hızı ile değiştirmek ve eğer öyleyse, gözlenen ilişkinin şeklini ölçülmektedir. Özellikle, yönlü işaret siluetlerin sabit bir oranı liderler olarak hareket ve bir kol ya da başka bir doğru Balistik hareket ederek oluşturulur. Kalan siluetler, lider/distraktör oranını ayarlayarak ayarlanabilir arka plan gürültüsü sağlamak için rastgele hareket ederek distraktörler olarak hareket ederler. Liderlerin distraktörlere oranı, yön ipuçlarına karşı tutarlılık yakalar ve buna göre ayarlanabilir. Distraktör siluetleri, siluetlerin sınırın dışına yansıtılması ile karar alanı (“DA”, Şekil 1a) ile sınırlı kalır. Lider siluetleri, ancak, DA bölge terk ve siluetleri kol uzunluğu 1/3 geçilmiş sonra yavaşça solmaya önce kendi belirlenmiş kol girmek için izin verilir. Liderler DA, yeni lider siluetleri onların yerini almak ve lider/distraktör oranı deney boyunca DA sabit kalır emin olmak için tam yolunu yeniden iz terk gibi.
Sanal balıkların kullanımı, görsel duyusal bilgilerin kontrolü için, grubun sosyal navigasyon, hareket veya karar verme yeni özelliklerini ortaya çıkarabilir, konunun yön tepkisi izlerken sağlar. Burada kullanılan yaklaşım, karmaşık değişen davranış desenleri üretmek için bilgisayar animasyonu manipüle ederek, sosyal etkileşimler üzerinde alt ölümcül stres veya avlanma etkileri gibi çok çeşitli sorulara uygulanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Görsel ipuçları siyah ve beyaz ızgaralar13 maruz balık bir optomotor yanıtı tetiklemek için bilinmektedir ve komşu hız dinamik etkileşimleri yöneten etkili bir rol oynar teorik ve ampirik kanıtlar artmaktadır Balık okullarda gözlenen7, 14,15,16,17. Karşıtlık hipotezler, gruplardaki bireylerin komşu hareketlerini nas?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz kurulum yardımı için Bryton Hixson teşekkür ederiz. Bu program temel araştırma programı, çevre kalitesi ve tesisatları tarafından destekleniyordu (EQı; Dr. Elizabeth Ferguson, teknik direktör), ABD ordu mühendisi araştırma ve geliştirme merkezi.
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. |
References
- Dall, S. R. X., Olsson, O., McNamara, J. M., Stephens, D. W., Giraldeau, L. A. Information and its use by animals in evolutionary ecology. Trends in Ecology and Evolution. 20 (4), 187-193 (2005).
- Pitcher, T. Sensory information and the organization of behaviour in a shoaling cyprinid fish. Animal Behaviour. 27, 126-149 (1979).
- Partridge, B. The structure and function of fish schools. Scientific American. 246 (6), 114-123 (1982).
- Fernández-Juricic, E., Erichsen, J. T., Kacelnik, A. Visual perception and social foraging in birds. Trends in Ecology and Evolution. 19 (1), 25-31 (2004).
- Strandburg-Peshkin, A., et al. Visual sensory networks and effective information transfer in animal groups. Current Biology. 23 (17), R709-R711 (2013).
- Rosenthal, S. B., Twomey, C. R., Hartnett, A. T., Wu, S. H., Couzin, I. D. Behavioral contagion in mobile animal groups. Proceedings of the National Academy of Sciences (U.S.A.). 112 (15), 4690-4695 (2015).
- Lemasson, B. H., et al. Motion cues tune social influence in shoaling fish. Scientific Reports. 8 (1), e9785 (2018).
- Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized. Experiments. (48), e2473 (2011).
- Holcombe, A., Schalomon, M., Hamilton, T. J. A novel method of drug administration to multiple zebrafish (Danio rerio) and the quantification of withdrawal. Journal of Visualized. Experiments. (93), e51851 (2014).
- Way, G. P., Southwell, M., McRobert, S. P. Boldness, aggression, and shoaling assays for zebrafish behavioral syndromes. Journal of Visualized. Experiments. (114), e54049 (2016).
- Zhang, Q., Kobayashi, Y., Goto, H., Itohara, S. An automated T-maze based apparatus and protocol for analyzing delay- and effort-based decision making in free moving rodents. Journal of Visualized. Experiments. (138), e57895 (2018).
- Videler, J. J. . Fish Swimming. , (1993).
- Orger, M. B., Smear, M. C., Anstis, S. M., Baier, H. Perception of Fourier and non-Fourier motion by larval zebrafish. Nature Neuroscience. 3 (11), 1128-1133 (2000).
- Romey, W. L. Individual differences make a difference in the trajectories of simulated schools of fish. Ecological Modeling. 92 (1), 65-77 (1996).
- Katz, Y., Tunstrom, K., Ioannou, C. C., Huepe, C., Couzin, I. D. Inferring the structure and dynamics of interactions in schooling fish. Proceedings of the National Academy of Sciences (U.S.A.). 108 (46), 18720-18725 (2011).
- Herbert-Read, J. E., Buhl, J., Hu, F., Ward, A. J. W., Sumpter, D. J. T. Initiation and spread of escape waves within animal groups). Proceedings of the National Academy of Sciences (U.S.A.). 2 (4), 140355 (2015).
- Lemasson, B. H., Anderson, J. J., Goodwin, R. A. Motion-guided attention promotes adaptive communications during social navigation. Proceedings of the Royal Society. 280 (1754), e20122003 (2013).
- Moussaïd, M., Helbing, D., Theraulaz, G. How simple rules determine pedestrian behavior and crowd disasters. Proceedings of the National Academy of Sciences (U.S.A.). 108 (17), 6884-6888 (2011).
- Bianco, I. H., Engert, F. Visuomotor transformations underlying hunting behavior in zebrafish). Current Biology. 25 (7), 831-846 (2015).
- Chouinard-Thuly, L., et al. Technical and conceptual considerations for using animated stimuli in studies of animal behavior. Current Zoology. 63 (1), 5-19 (2017).
- Nakayasu, T., Yasugi, M., Shiraishi, S., Uchida, S., Watanabe, E. Three-dimensional computer graphic animations for studying social approach behaviour in medaka fish: Effects of systematic manipulation of morphological and motion cues. PLoS One. 12 (4), e0175059 (2017).
- Stowers, J. R., et al. Virtual reality for freely moving animals. Nature Methods. 14 (10), 995-1002 (2017).
- Warren, W. H., Kay, B., Zosh, W. D., Duchon, A. P., Sahuc, S. Optic flow is used to control human walking. Nature Neuroscience. 4 (2), 213-216 (2001).
- Silverman, J., Suckow, M. A., Murthy, S. . The IACUC Handbook. , (2014).
