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Behavior

FishSimアニメーション ツールを使用して、魚の行動を調査する: 配偶者選択コピー八角 Mollies に関する事例

Published: November 08, 2018
doi:
10.3791/58435
, , , , ,
1Research Group of Ecology and Behavioral Biology, Institute of Biology,University of Siegen, 2University of Calgary, 3Institute of Real-Time Learning Systems,University of Siegen

Summary

小説のFishSimアニメーション ツールを使用すると、配偶者選択コピー八角 mollies のコンテキストで公開情報の非侵襲的な視覚操作のためプロトコルを提案します。FishSimアニメーション ツール チェインは、デザイン、アニメーション、プレゼンテーション ライブ テスト魚を用いた行動実験のためのコンピューター生気に満ちた魚刺激のため使いやすいフレームワークを提供します。

Abstract

最後の 10 年間、非侵襲的外観と視覚刺激の生きている動物を操作すると比較しての動作を操作する能力により増加している動物行動研究のコンピューター アニメーションを採用します。魚を用いた行動実験で 3 D コンピューター ・ アニメーションを実装するための使いやすい方法を研究者に提供する開発されたソフトウェア フレームワーク、 FishSimアニメーション ツール チェインを紹介します。ツール チェーンでは、5 つの異なる魚種の仮想 3 D 刺激を作成するためのテンプレートを提供しています。刺激は、外観やサイズ、活魚の撮影写真に基づくカスタマイズが可能です。ビデオゲームのコント ローラーを使用して仮想環境に泳ぎにパスを記録することによって、複数の刺激をアニメートできます。シミュレートされた動作の標準化を高めるためさまざまな刺激と録音済みスイミング パスを再生可能性があります。複数のアニメーションをプレイリストに整理後と活魚実験中にモニターに表示されることができます。

八角 mollies (エンドラーズ latipinna) の事例をFishSimと配偶者選択のコピー実験を実施する方法のプロトコルを提供します。作成および仮想男女仮想モデルをアニメートするためにこのメソッドを利用し、これらの焦点の女性が住む二者択一実験を提示します。コンピュータ アニメーションが配偶者選択のコピーでモデル女性のための品質の指標として女性妊娠スポットの役割を調べるため配偶者選択コピー実験の仮想魚をシミュレートする使用することを示した。

このメソッドを適用する配偶者選択コピー実験に限定されていませんが、様々 な実験的デザインで使用することができます。まだ、その使いやすさは研究種の視覚機能に依存し、検証がまず必要があります。全体的にみて、コンピューター ・ アニメーションは提供する高度な制御と実験の標準化と負担削減する’ と ” ” 実験手順を改良するライブ刺激動物を置換する可能性。

Introduction

最近、コンピューター アニメーション、仮想現実などの人工刺激を作成するための現代技術を活用した研究1で人気を集めています。これらのメソッドは、ライブ刺激動物1,2と古典的な実験的アプローチと比較していくつかの利点を提供します。コンピュータ ・ アニメーションには、外観 (サイズ、色) の非侵襲的操作と、実験で使用される仮想刺激動物の行動ができます。たとえば、男性グリーン swordtails (Xiphophorus helleri) 女性3で仲間好みをテストするために剣の外科的除去はこの種4日後におけるコンピュータ ・ アニメーションを使用して不要なレンダリングされました。さらに、コンピューター アニメーションは性質5で稀だけ発生した表現型を作成できます。仮想動物の形態学的特徴は、自然の種の4の範囲を超えても変更ことがあります。特に動作の可能な体系的な操作は、生きている動物6,7でほぼ不可能だから、コンピューター アニメーションの主要な利点の 1 つです。

さまざまな技法は、コンピューター アニメーションを作成するために存在します。単純な 2 次元 (2 D) アニメーションは通常のみ 2 次元移動刺激の絵から派生し、MS PowerPoint8または Adobe After Effects9のような一般的なソフトウェアを作成することができます。三次元 (3 D) のアニメーションがありより高度な 3 D グラフィックス ソフトウェアのモデリングを必要とする、3 次元、現実的かつ複雑な運動6、7のための可能性を増やすことで移動する刺激を有効にします。,10,11,12. 仮想現実をも生きている動物が移動 3 D 環境をシミュレートするデザインが使用13,14をされています。最近のレビュー シュイナード · Thulyらで2これらのテクニックの一つずつを議論し、研究では、特に研究の範囲と試験動物の視覚的能力に依存した実装のメリット、デメリットを強調表示 (「ディスカッション」を参照してください)。また、パウエルとローゼン タール15は、適切な実験的なデザインのアドバイスを与える、動物行動研究における人工刺激を用いて記載されてどのような質問もあります。

以来、困難で時間のかかる、コンピューター アニメーションを作成する可能性があります、およびアニメーションのデザイン プロセスを標準化するためにソフトウェアの必要性が生じた。この研究で紹介する無料、オープン ソースのFishSimアニメーション ツール チェイン16 (短い: FishSim;https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/)、これらのニーズに対処するための生物学とコンピューター科学を組み合わせた学際的アプローチ。以前公開されたツールanyFish17,18と同様に、ツール チェインの開発は続いた魚での実験アニメーション 3 D 刺激を実装するための使いやすい方法を研究者に提供する目標です。当社のソフトウェアはするために使用することができますツールのセットで構成されています: (1) 3 D 仮想魚 (FishCreator) を作成する、(2) ビデオゲームのコント ローラー (FishSteering)、(3) 仮想魚の水泳のパスを整理して表示アニメーション収録済生きようと焦点魚 (FishPlayer) のモニターでアニメーション。私たちのツール チェインは、二者択一の状況でテストするために便利が、他の実験設計にも対応するさまざまな機能を提供します。また、2 つ以上の仮想魚の可能なアニメーション遊泳や求愛のシミュレーションを可能にします。アニメーションは、特定の刺激にバインドされていないが、他の刺激刺激の出現を変えるが、その動作を一定に保つことを再生可能性があります。ロボット操作システム ROS (www.ros.org) に基づいているという事実と同様に、ツール チェインのオープン ソースの自然システムの高いモジュールを提供、外部フィード バック デバイスを含むようにほぼ無限の可能性を提供する (コント ローラーとしてまたは追跡システム) および研究の 1 つのニーズにツールを適応します。はたはたモリーに加えて 4 つの他の種は現在使用可能な: 大西洋モリーエンドラーズ メキシカーナ、グッピーグッピー、イトヨカフレ敬とシクリッドHaplochromis属新しい種は、モデリング ・ ツール (例えばミキサー、www.blender.org) 3 D グラフィックスで作成できます。FishSimとワークフローを例示してコンピュータ アニメーションと配偶者選択のコピー実験を実施する方法のプロトコルを提供するには、八角 mollies を用いた事例研究を行った。

配偶者選択が彼らの生活史で動物を作る最も重要な決定の 1 つです。動物は最高のパートナーを交配を見つけるための異なった作戦を展開しました。交尾しないパートナー独立して、おそらくあらかじめ決められた特定形質19,20遺伝的に応じて可能性を評価するとき、それらは個人情報に頼るかもしれない。しかし、また同種の配偶者選択を観察、それにより公開情報21を活用可能性があります。オブザーバーは、観測された同種として同じ仲間 (または同じ表現型) を選ぶことに決める場合、「モデル」-以前を選択、これは配偶者選択コピー (以下 MCC と略す)22,23を呼びます。社会的学習の形態は、配偶者選択のコピーと、それゆえ、両方脊椎動物25,26,27,28で観察されている、非独立配偶者選択戦略24に、 29と無脊椎動物の30,31,32。MCC の魚で主に調べたし、実験室条件33,34,35,36,37,38とであるところ、野生39,40,41,42。配偶者選択のコピーが 2 つ個々 の特に貴重なまたはより多くの潜在的な合うパートナーが明らかに品質、そして「良い」配偶者選択に類似した-フィットネスの最大化の観点から-43を作るは難しい。女性モデルの質自身は焦点の女性彼女の選択またはない44,45,46,47をコピーするかどうかを及ぼします。それぞれ、「良い」または「悪い」のモデルの女性の質は、彼女、多かれ少なかれ経験している仲間の選択、サイズおよび年齢44,45,46, についてたとえば又は、同種であること彼女によってに起因しています。または異種47。同種39,48,49,50,51の配偶者選択をコピー八角 mollies の焦点の女性も男性52 の拒絶をコピーすることがわかった.MCC は種分化と交配21,23,53,54, コピーの結果と同様に、形質の進化において重要な役割を果たすと見なされますので、”false”選択は、複写機55のフィットネスを減らすに途方もない可能性があります。個人別の観測モデルがすなわちメイトでの経験なモデル自体が彼または彼女のための「良い」の選択に作るが、情報の信頼性の高いソースである場合を評価することが重要だ、個々 の選択をコピーする場合選択します。ここで質問は起こる: 視覚機能は八角モリー女性からコピーする信頼性の高いモデルを特徴づけることが?

女性八角 mollies と他の Poeciliids の視覚的特徴は妊娠斑点 (‘アナル スポット’ では別名 ‘ひなパッチ’ または ‘妊娠スポット’)。この暗色の肛門領域地区は卵巣嚢56を並べるティッシュのメラニンに由来します。サイズと妊娠斑点の存在の変数は、同種の女性で卵巣サイクル56,57の進行中、個別に変更可能性がありますさらに。妊娠スポットは、男性を引き付けるし、内部受精58または不妊治療59,60を広告の手段としての gonopodial の向きを容易になるかもしれない。妊娠斑点と女性の生殖の状態間のリンクを考慮した妊娠斑点が焦点の女性を観察する彼女の現在の生殖の状態に関する情報提供によってモデル女性品質のサインとして使用されることを予測した.2 つの代替仮説を検討しました。まず、妊娠斑点がファーとトラヴィス59、予測としての成熟度の一般的な記号の場合、(スポット) のない未熟なモデルと比較しておそらく信頼性と経験豊富なモデルを示します。ここでは、焦点の女性がスポットでモデルの選択はなく、スポットなしモデルをコピーする可能性が高い。2 番目の場合妊娠スポット マーク サムナーらによって予測された、ひなはすでに開発のため非感受性60モデルはおそらくより少なく信頼できる非受容雌はあまりうるさいとみなされるだろうのでです。この場合、焦点の女性スポットなしモデルの彼らの選択はコピーされません。これまでのところ、はたはたモリー女性の MCC の妊娠斑点の役割は決してされてテストも実験操作。

我々 は仮想刺激仮想モデル男女ライブ刺激と古典的な実験手順49,50 で使用されるモデルの魚を使用しての代わりにコンピューターのモニターで提示することによりクライアントの実験にFishSimを使用 ,,5161。八角 mollies12の配偶者選択についての仮説をテストするため、我々 のソフトウェアの一般的な使いやすさは以前検証されました。ここでは、仮想モデル女性の妊娠斑点の有無焦点のライブの女性を観察の配偶者選択に影響を与えるかどうかをテストしました。我々 はまず焦点女性試験水槽 (図 1.1) に順応させ、最初配偶者選択テスト (図 1.2) で 2 つの異なる仮想刺激男性選びをしましょう。その後、観察期間中に事前優先でない仮想男性は一緒に仮想モデル女性 (図 1.3) 発表されました。その後 2 番目の配偶者選択テストの焦点の女性は同じ男性 (図 1.4) との間再び選んだ。焦点の女性が配偶者選択テストの最初と 2 番目の彼女の配偶者選択の決断を比較することによって観測モデル女性の配偶者選択をコピーしたかどうかを分析しました。2 つの異なる実験的治療を仮想モデル女性の品質を視覚的に操作を行った。観察期間中どちらか提案事前の非優先の仮想男性の (1) 仮想モデル女性と妊娠スポット (「スポット」処理);または (2) 妊娠斑点 (「スポット」処理) することがなく仮想モデル女性と共に。さらに、任意のモデルの女性なしのコントロールで我々 は焦点の女性を選んだ一貫して公開情報が指定されていないかどうかをテストしました。

Figure 1
図 1。仮想魚刺激を用いた三菱化学実験のための最も重要な実験手順の概要です。(1)順化期間。(2)最初の mate 商品選択テスト: ライブ焦点女性を選択仮想刺激男性。経過観察(3) : 焦点の女性妊娠斑点の仮想モデル女性と共に事前優先ではない男性の時計します。(4) 2 番目の配偶者選択テスト: 焦点の女性は再度仮想刺激男性から選択。この例では、彼女は、モデルの選択をコピーします。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Protocol

実行実験と魚の処理に沿ってドイツ動物保護の立法 (ドイツ Tierschutzgesetz) にも承認されて内部動物福祉司博士 Urs Gießelmann、ジーゲン大学および地方当局 (Kreisveterinäramt ジーゲン = ウィトゲンシュタイン;許可番号: 53.6 55-05)。 1. 仮想魚のデザイン 注:補足資料一覧で必要なハードウェアとソフトウェアのリストを見つけます。ユーザー マニ?…

Representative Results

プロトコルに従って仮想八角モリー男性と女性のコンピューター アニメーションを作成するのにFishSimを使用しました。さらに、ツール チェインを使用に焦点の女性を図 1およびプロトコルの手順 5 で説明した実験によると三菱化学実験を実行するバイナリの選択状況に住んでいるアニメーションを表示します。 <p class="jove_content" fo:kee…

Discussion

はたはたモリー女性妊娠斑点以前同種男性59,60方不妊治療広告の手段として記述されていた。妊娠斑点が配偶者選択のコンテキストで同種の女性に情報も提供するかどうかがテストされていないところ。本事例研究でクライアントのコンテキストで同種の女性を観察するため、公開情報のソースとして妊娠斑点の潜在的な役割を調べた。我々 の研?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、ドイツ研究振興協会 DFG (WI 1531/12-1 KW と SG) と区 689/11-1 JMH KM、KDK によって支えられました。私たちは心から感謝を提供して、SG と DB の間学部研究インターンシップを整理するため上昇するドイツ学術交流会ドイツ プログラム (資金 ID: 57346313)。資金上昇 Globalink 研究インターンシップ賞 (FR21213) と DB の Mitacs に感謝しております。私たちは親切は原稿の以前のバージョンでFishSimをゼウスの読者に紹介する私たちを招待しアーロン Berard アリーシャ恵理子とその貴重なコメントを 3 つの匿名レビューをありがちましょう。

Materials

Hardware
2x 19" Belinea LCD displays Belinea GmbH, Germany Model 1970 S1-P 1280 x 1024 pixels resolution
1x 24" Fujitsu LCD display Fujitsu Technology Solutions GmbH, Germany Model B24-8 TS Pro 1920 x 1080 pixels resolution
Computer Intel Core 2 Quad CPU Q9400 @ 2.66GHz x 4, GeForce GTX 750 Ti/PCIe/SSE2, 7.8 GiB memory, 64-bit, 1TB; keyboard and mouse
SONY Playstation 3 Wireless Controller Sony Computer Entertainment Inc., Japan Model No. CECHZC2E USB-cable for connection to computer
Glass aquarium 100 cm x 40 cm x 40 cm (L x H x W)
Plexiglass cylinder custom-made 49.5 cm height, 0.5 cm thickness, 12 cm diameter; eight small holes (approx. 5 mm diameter) drillt close to the end of the cylinder lower the amount of water disturbance while releasing the fish
Gravel
2x OSRAM L58W/965 OSRAM GmbH, Germany Illumination of the experimental setup
2x Stopwatches
Name Company Catalog Number Comments
Software
ubuntu 16.04 LTS Computer operating system; Download from: https://www.ubuntu.com/
FishSim Animation Toolchain v.0.9 Software download and user manual (PDF) from: https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain
GIMP Gnu Image Manipulation Program (version 2.8.22) Download from: https://www.gimp.org/
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Gierszewski, S., Baker, D., Müller, K., Hütwohl, J., Kuhnert, K., Witte, K. Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies. J. Vis. Exp. (141), e58435, doi:10.3791/58435 (2018).
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