Y-Maze内の視覚心理物理学アッセイを統合し、ナビゲーション上の意思決定で視覚的特徴が果たす役割を分離する
Summary
ここでは、モーションキューなどの代替視覚特徴が魚類の方向性決定にどのように影響するかを定量化する行動アッセイを示すプロトコルを提示する。代表的なデータは、ゴールデンシャイナー(Notemigonus crysoleucas)が仮想魚の動きに従う速度と正確さで提示されます。
Abstract
集団動物の行動は、個々のフィットネスに不可欠な個々の動機や社会的相互作用から生じます。魚は長い間、集団的運動、特に環境と社会情報を生態学的な文脈にまたがって統合する能力に関する調査に影響を与してきました。このデモンストレーションでは、魚の行動応答を定量化するために使用される技術を示します, この場合, ゴールデンシャイナー (ノエミゴヌスクライソロルカス),コンピュータの視覚化とデジタル画像分析を使用して視覚刺激に.コンピュータビジュアライゼーションの最近の進歩により、視覚的な特徴を制御し、社会的相互作用のメカニズムを分離するために細かく操作できるラボでの実証的なテストが可能になります。この方法の目的は、孤独かグループかにかかわらず、個人の方向性の決定に影響を与えることができる視覚的特徴を分離することです。このプロトコルは、物理Y迷路ドメイン、記録装置、プロジェクターとアニメーションの設定とキャリブレーション、実験的なステップとデータ分析に関する詳細を提供します。これらの技術は、コンピュータアニメーションが生物学的に有意な応答を引き出すことができることを示している。さらに、この技術は、幅広い実験用途に対する代替仮説、ドメイン、および種のテストに容易に適応可能です。仮想刺激の使用は必要な生きている動物の数の減少そして取り替えを可能にし、結果として実験室のオーバーヘッドを減らす。
このデモンストレーションでは、仮想コンセ異性の移動速度(2体の長さ/秒)の小さな相対的な差が、仮想によって提供される方向の手がかりに従う速度と精度を向上させるという仮説をテストします。シルエット。結果は、背景雑音(67%の画像の一貫性)が存在する場合でも、視覚的な手がかりの速度の増加によって輝く方向決定が大きく影響を受けることを示しています。モーションキューがない場合、被験者はランダムに方向を選択しました。意思決定速度とキュー速度の関係は可変であり、キュー速度の増加は方向精度に対してやや不均衡な影響を及ぼしました。
Introduction
動物は、他の人と対話し、騒々しい環境をナビゲートする際に、情報に基づいた意思決定を行うために、継続的に生息地を感知し、解釈します。個人は、ソーシャル情報を行動に組み込むことで、状況認識や意思決定を強化することができます。しかし、社会的情報は、主に、特定のメッセージを伝えるために進化した直接信号(例えば、ワグル)を介して進化した直接信号を介してではなく、信頼できない可能性がある意図しない手がかり(すなわち、捕食者を避けるために突然の操縦)を介して推論に起因する。ミツバチで踊る)1.特に個人がグループで旅行する場合、個人がソーシャル キューや感覚情報の価値を迅速に評価する方法を特定することは、調査者にとって困難な作業です。ビジョンは、社会的相互作用2、3、4を支配する上で重要な役割を果たし、研究は、各個人の視野に基づいて魚学校で発生する可能性のある相互作用ネットワークを推測している5、 6.しかし、魚学校は動的なシステムであり、グループメンバー間の相互作用から生じる固有の共線性と交絡要因のために、特定の特徴や近隣の行動に対する個々の応答を分離することは困難です。このプロトコルの目的は、代替視覚機能が単独またはグループ内を移動する個人の方向性の決定にどのように影響するかを分離することによって、現在の作業を補完することです。
現在のプロトコルの利点は、操作実験とコンピュータの視覚化技術を組み合わせて、個人が自然界で経験する可能性のある基本的な視覚機能を分離することです。具体的には、Y-maze(図1)を用いて、バイナリ応答に向きの選択を折りたたみ、仮想隣人の水泳行動を模倣するように設計されたコンピュータアニメーション画像を紹介する。これらの画像は迷路の下から投影され、1つ以上の被験者の下で泳ぐコンセ異性のシルエットを模倣します。形態、速度、一貫性、水泳行動などのこれらのシルエットの視覚的特徴は、代替仮説7をテストするために容易に調整される。
本論文は、モデルの社会的魚種であるゴールデン・シャイナー(ノテミゴヌス・クライソルーカス)の個体が仮想隣人の相対的な速度にどのように反応するかを分離することによって、このアプローチの有用性を示す。プロトコルの焦点は、ここで、仮想近傍の方向的影響がその速度によって変化するかどうか、およびそうであれば、観察された関係の形態を定量化することにある。特に、シルエットの固定された割合がリーダーとして機能し、弾道的に片方の腕または別の腕に向かって移動することによって、方向キューが生成されます。残りのシルエットは、リーダー/ディストラクタ比を調整して調整できるバックグラウンドノイズを提供するためにランダムに動きまくることによって、ディストラクタとして機能します。ディストラクタに対するリーダーの比率は、方向の手がかりの一貫性をキャプチャし、それに応じて調整することができます。ディストラクタシルエットは、シルエットを境界から反射させることにより、決定領域(「DA」、図1A)に限定されたままです。ただし、リーダーのシルエットは、DA 領域を離れ、指定されたアームに入ってから、シルエットが腕の長さの 1/3 を通過するとゆっくりとフェードアウトします。リーダーがDAを離れると、新しいリーダーのシルエットが代わりを務め、正確な経路をたどり、実験を通じてリーダー/ディストラクタ比がDAで一定であることを確認します。
仮想魚の使用は、視覚感覚情報の制御を可能にしながら、被験者の方向応答を監視しながら、グループ内のソーシャルナビゲーション、動き、または意思決定の新しい特徴を明らかにする可能性があります。ここで使用されるアプローチは、コンピュータ アニメーションを操作して複雑さの変化する行動パターンを生成することにより、致命的なストレスや捕食が社会的相互作用に及ぼす影響など、幅広い質問に適用できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
視覚的な手がかりは、黒と白の格子13にさらされた魚の光運動応答を引き起こすことが知られており、近隣の速度が動的相互作用を支配する上で影響力のある役割を果たすという理論的および経験的証拠が増加しています。魚学校で観察7,14,15,16,17.対照?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
セットアップアシスタンスを提供してくださったブライトン・ヒクソンに感謝します。このプログラムは、基礎研究プログラム、環境品質と設置(EQI;米国陸軍エンジニア研究開発センター テクニカルディレクター、エリザベス・ファーガソン博士。
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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