Intégration des essais psychophysiques visuels dans un labyrinthe Y pour isoler le rôle que jouent les caractéristiques visuelles dans les décisions de navigation
Summary
Ici, nous présentons un protocole pour démontrer un analyse comportementale qui quantifie comment les caractéristiques visuelles alternatives, telles que les indices de mouvement, influencent les décisions directionnelles chez les poissons. Des données représentatives sont présentées sur la vitesse et la précision où Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas) suivent les mouvements virtuels des poissons.
Abstract
Le comportement collectif des animaux découle de motivations individuelles et d’interactions sociales qui sont essentielles à la condition physique individuelle. Les poissons ont longtemps inspiré les enquêtes sur le mouvement collectif, en particulier leur capacité à intégrer l’information environnementale et sociale dans les contextes écologiques. Cette démonstration illustre les techniques utilisées pour quantifier les réponses comportementales des poissons, dans ce cas, Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas), aux stimuli visuels utilisant la visualisation informatique et l’analyse d’image numérique. Les progrès récents dans la visualisation par ordinateur permettent des tests empiriques en laboratoire où les caractéristiques visuelles peuvent être contrôlées et finement manipulées pour isoler les mécanismes des interactions sociales. Le but de cette méthode est d’isoler les caractéristiques visuelles qui peuvent influencer les décisions directionnelles de l’individu, qu’il soit solitaire ou en groupe. Ce protocole fournit des détails sur le domaine physique du labyrinthe Y, l’équipement d’enregistrement, les paramètres et les étalonnages du projecteur et de l’animation, les étapes expérimentales et les analyses de données. Ces techniques démontrent que l’animation par ordinateur peut susciter des réponses biologiquement significatives. En outre, les techniques sont facilement adaptables pour tester des hypothèses, des domaines et des espèces alternatifs pour un large éventail d’applications expérimentales. L’utilisation de stimuli virtuels permet de réduire et de remplacer le nombre d’animaux vivants requis, et par conséquent réduit les frais généraux de laboratoire.
Cette démonstration teste l’hypothèse selon laquelle de petites différences relatives dans les vitesses de déplacement (2 longueurs de corps par seconde) de congénères virtuels amélioreront la vitesse et la précision avec lesquelles les cireurs suivent les repères directionnels fournis par le virtuel Silhouettes. Les résultats montrent que les décisions directionnelles des cireurs sont significativement affectées par l’augmentation de la vitesse des repères visuels, même en présence de bruit de fond (67% de cohérence d’image). En l’absence de tout signal de mouvement, les sujets ont choisi leurs directions au hasard. La relation entre la vitesse de décision et la vitesse de repère était variable et l’augmentation de la vitesse de repère a eu une influence légèrement disproportionnée sur l’exactitude directionnelle.
Introduction
Les animaux sentent et interprètent leur habitat en permanence pour prendre des décisions éclairées lorsqu’ils interagissent avec les autres et naviguent dans un environnement bruyant. Les individus peuvent améliorer leur conscience de la situation et la prise de décision en intégrant l’information sociale dans leurs actions. L’information sociale, cependant, provient en grande partie de l’inférence par des indices imprévus (c.-à-d. des manœuvres soudaines pour éviter un prédateur), qui peuvent être peu fiables, plutôt que par des signaux directs qui ont évolué pour communiquer des messages spécifiques (p. ex., le waggle danser dans les abeilles mellifères)1. Identifier comment les individus évaluent rapidement la valeur des indices sociaux, ou toute information sensorielle, peut être une tâche difficile pour les enquêteurs, en particulier lorsque les individus voyagent en groupe. La vision joue un rôle important dans la gouvernance des interactions sociales2,3,4 et les études ont déduit les réseaux d’interaction qui peuvent survenir dans les écoles de poissons en fonction du champ de vision de chaque individu5, 6. Les écoles de poissons sont des systèmes dynamiques, cependant, ce qui rend difficile d’isoler les réponses individuelles à des caractéristiques particulières, ou les comportements des voisins, en raison des collinearités inhérentes et des facteurs de confusion qui découlent des interactions entre les membres du groupe. Le but de ce protocole est de compléter le travail actuel en isolant la façon dont les caractéristiques visuelles alternatives peuvent influencer les décisions directionnelles des personnes voyageant seules ou au sein de groupes.
L’avantage du protocole actuel est de combiner une expérience manipulatrice avec des techniques de visualisation informatique pour isoler les caractéristiques visuelles élémentaires qu’un individu peut éprouver dans la nature. Plus précisément, le labyrinthe Y (Figure 1) est utilisé pour s’effondrer choix directionnel à une réponse binaire et d’introduire des images animées par ordinateur conçu pour imiter les comportements de natation des voisins virtuels. Ces images sont projetées de dessous le labyrinthe pour imiter les silhouettes de conspécifiques nageant sous un ou plusieurs sujets. Les caractéristiques visuelles de ces silhouettes, telles que leur morphologie, leur vitesse, leurcohérence et leur comportement de nage sont facilement adaptées pour tester d’autres hypothèses 7.
Cet article démontre l’utilité de cette approche en isolant la façon dont les individus d’une espèce de poisson social modèle, le Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas), répondent à la vitesse relative des voisins virtuels. L’accent du protocole, ici, est de savoir si l’influence directionnelle des voisins virtuels changer avec leur vitesse et, si oui, quantifier la forme de la relation observée. En particulier, le repère directionnel est généré par le fait qu’une proportion fixe des silhouettes agissent en tant que leaders et se déplacent de façon balistique vers un bras ou un autre. Les silhouettes restantes agissent comme des distrayants en se déplaçant au hasard pour fournir le bruit de fond qui peut être réglé en ajustant le rapport de chef/distracteur. Le rapport des leaders aux distrayants capture la cohérence des indices directionnels et peut être ajusté en conséquence. Les silhouettes de distraction restent confinées à la zone de décision (“DA”, Figure 1A) en faisant réfléchir les silhouettes hors de la frontière. Les silhouettes de chef, cependant, sont autorisées à quitter la région de DA et à entrer dans leur bras désigné avant de s’estomper lentement une fois que les silhouettes ont traversé 1/3 de la longueur du bras. Comme les dirigeants quittent le DA, silhouettes de nouveaux chefs prennent leur place et de retracer leur chemin exact pour s’assurer que le leader / rapport distracteur reste constante dans le DA tout au long de l’expérience.
L’utilisation de poissons virtuels permet le contrôle de l’information sensorielle visuelle, tout en surveillant la réponse directionnelle du sujet, ce qui peut révéler de nouvelles caractéristiques de la navigation sociale, le mouvement ou la prise de décision en groupe. L’approche utilisée ici peut être appliquée à un large éventail de questions, telles que les effets du stress sublédal ou la prédation sur les interactions sociales, en manipulant l’animation par ordinateur pour produire des modèles comportementaux de complexité variable.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les indices visuels sont connus pour déclencher une réponse optomotrice chez les poissons exposés à des grilles noires et blanches13 et il y a de plus en plus de preuves théoriques et empiriques que la vitesse des voisins joue un rôle influent dans la gouvernance des interactions dynamiques observé dans les écoles de poissons7,14,15,16,<sup class="xref…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions Bryton Hixson pour son aide à l’installement. Ce programme a été appuyé par le Programme de recherche fondamentale, La qualité de l’environnement et les installations (EQI; Dre Elizabeth Ferguson, directrice technique, US Army Engineer Research and Development Center.
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. |
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