Wir danken Stephan Schwartz und Christian Gutzen von Biobserve GmbH für das Sponsoring dieses Artikels und für einen Großteil der technischen Hilfe. Wir bedanken uns bei Olivia Ochoa, Christian Kaufman, und Zachary Cress für die Unterstützung bei Fisch Pflege, wir sind dankbar, dass die mexikanische Bundesregierung für die Genehmigung zum Fischen zu sammeln. Wir danken Glen Vigus, Frederic Parke, und die Visualisierung Lab an der Texas A &amp; M. Athena Mason und Ryan Easterling bei der Erstellung dieser Publikation unterstützt. Die Finanzierung wurde von der Texas A &amp; M University und NSF IOS-1045226 zur Verfügung gestellt.

1. Einrichten der Hardware und-Viewer-System. Das System besteht aus einem Test-Tank von zwei Monitoren flankiert. Eine Videokamera an der BIOBSERVE Viewer-System erfasst die Bewegung des Motivs in Echtzeit. Motion-Daten zur interaktiven Video-Wiedergabe (IVP)-Programm auf einem separaten Server, der die Bewegung des animierten Reiz auf dem Bildschirm bestimmt weitergegeben. <ol><li> Legen Sie zwei CRT-Monitore an den entgegengesetzten Enden eines 80-l Aquarium mit sauberem Wasser gefüllt; Match Monitor-Ausgang. </li><li> Legen Sie die Kamera über Kopf zu erfassen vollen Blick auf Aquarium; verbinden Grafikkarte BIOBSERVE. </li><li> Konfigurieren Sie die Viewer-System Tracking-Informationen von der Kamera erhalten. </li><li> Enable-Plug-in um-Viewer, dass die Koordinaten des Tieres Schnauze, Körper und Schwanz Animation-Server in Echtzeit sendet über einen bestimmten Netzwerk-IP-Adresse. </li><li> Schalten Sie Animation-Server. </li></ol> 2. Kalibrierung. <ol><li> Auf die Animation Server öffnen InteractiveDisplaySetup.txt. Geben Sie Bildschirmbreite und Bildschirmhöhe in Pixel unter &quot;Monitor Info&quot;. Unter &quot;ProgramType&quot; enter &quot;Kalibrierung&quot;. Speichern Sie die Änderungen in einer Datei. </li><li> Auf IVP Programm-Icon doppelklicken, um Programm zu starten. </li><li> Geben Sie in den Ausmaßen des Tanks Dimensionen wie in der Viewer-System in Schritt 2.3. Dadurch wird sichergestellt, Korrespondenz zwischen Viewer-Daten und interaktive Ausgabe von IVP. </li><li> Da die Enden von Aquarien kleiner als die Monitore sind, ermöglicht die Software den Benutzer auf der Tastatur (a und s für die Breite, Tasten z und x für die Höhe, und der Pfeil für die Position) zu verwenden, um den Anzeigebereich (Viewport) des Umzugs Reize, mit den Enden des Tests Tank ausrichten. Betrachtet auf die Animation-Server, ist die rosa Ansichtsfenster auf einer Prüfung zu überwachen und die blaue Ansichtsfenster auf der anderen Seite (Abbildung 1) wiederholt. </li><li> Verwenden Sie z und x auf der Tastatur, um die Anzeige der männlichen Fische auf beiden Fenstern Skala, bis es die gewünschte Stimulus Größe entspricht. </li><li> Bewegen Sie die Felder angezeigt, so dass sie an den Rändern der Testtank auszurichten. Der Nutzer verwendet die Q oder W-Tasten, um die Kisten hin oder weg von der Mitte des Fisches zu bewegen. </li><li> Geben Sie Informationen zum Experiment, wenn die vom Programm dazu aufgefordert werden. Der Benutzer hat die Möglichkeit der Auswahl unter den vorinstallierten Modellen (in unserer Demonstration, umwerben männlichen Xiphophorus birchmanni, X. Malinche). Der Benutzer legt auch das Verhalten der einzelnen Fische in jeder Phase (non-interactive oder interaktiv), der Seite und der Bühne, in dem jeder Reiz erscheint, und die gewünschte Größe (Standardlänge) jedes Stimulus. </li><li> Die nächste Frage, wenn der Nutzer will das Fischen Bewegungen gespiegelt, dh, dass die Bewegung des Modells auf beiden Seiten des Aquariums wird genau das gleiche sein. Dies wird nur verwendet, wenn der Fisch sowohl in der Animation sind. Die letzten Fragen beziehen sich auf die Bewegung der Rückenflosse. Der Benutzer kann auswählen Standard dorsal; dies würde die dorsale nur bei einem Seitenaufprall Balz zu erhöhen. Wenn der Rücken ist nicht voreingestellt, kann der Benutzer entscheiden, ob das Modell wirft seine Rückenflosse nach der Entfernung des Motivs aus dem Monitor. </li></ol> 3.Starting IVP für Mate-Wahl zu testen. <ol><li> Öffnen InteractiveDisplaySetup.txt und setzen Sie &quot;ProgramType&quot; zu liveTesting und set &#39;experimentName&#39;, um den gleichen Dateinamen, dass die experimentellen Daten enthält. </li><li> Gently Orten, an denen Fische im Aquarium und warten Sie 10 min. </li><li> Starten Sie den Viewer 2.0 und der IVP. </li></ol> 4. Mate-Wahl-Studie. Die gesamte experimentelle Sequenz folgt früheren Studien mit nicht-interaktiven Video-Stimuli 1-4. Die Weibchen sind mit zwei verschiedenen Stimuli auf Monitoren an den entgegengesetzten Enden eines Tests Aquarium vorgestellt. Weibliche Verhalten ist in Echtzeit durch die Biobserve Viewer-System verfolgt. Die Antwort Assay Verein Zeit, die Höhe der Zeit, dass eine weibliche verbringt innerhalb von 10 cm von einem Monitor oder das andere. Verband wird automatisch vom Viewer berechnet. <ol><li> Die Video-Stimuli zu Themen in einer Studie, bestehend aus zwei 20-minütigen Etappen angezeigt. Eine Bühne besteht aus vier 5-Minuten-Segmente: <ol><li> Das erste Segment akklimatisiert das Weibchen zum Test Tank für 5 Minuten durch die Anzeige eines monochromen Bildschirm auf beiden Monitoren. </li><li> In dem zweiten Segment sind zwei verschiedene Video-Impulse für die weibliche und eine auf dem linken Monitor und das andere auf der rechten Seite für fünf Minuten angezeigt. </li><li> Unmittelbar nach der Anzeige des Video-Stimuli, ist eine monochrome Bildschirm wieder auf beiden Monitoren für fünf Minuten angezeigt. </li><li> In der vierten und letzten Segment, sind Impulse aus dem zweiten Segment präsentiert, sondern die Position eines jeden Reiz ist eingeschaltet. Dies stellt eine in-Buchse Steuerung für Seite Bias. </li></ol></li><li> Die second Bühne wiederholt die gleichen Muster, mit einem anderen Satz von gleichzeitig präsentierten Stimuli. </li><li> Zusätzliche Studien sind durch die Rückkehr zu Schritt 2 und systematische Variation Seite und die Reihenfolge der Präsentation ausführen. </li></ol> 5. Repräsentative Ergebnisse. Wir untersuchten die Wirksamkeit von interaktiven Wiedergabe durch den Vergleich weibliche Antwort auf interaktive und non-interaktiven Animationen zu hofieren Männer. Die nicht-interaktive Stimulus führte eine Brautwerbung Reiz auf dem Bildschirm, unabhängig von weibliches Verhalten, wie in früheren Studien 1-4. Die interaktive Stimulus verfolgt die horizontale Position der weiblichen über den Bildschirm. Die Position der entweder die simulierte Fisch oder das Thema Fisch wurde operativ als der Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen dem Schwerpunkt und die Schnauze definiert. Die drei Regeln Führung männliches Verhalten sich wie folgt dar, wo die X-Richtung bezieht sich auf die Länge des Tanks, und Z-Richtung bezieht sich auf die Breite des Tanks (Bild 2): Regel 1: Die simulierten Männchen folgt immer dem Thema über den Bildschirm verfolgen sie in der Z-Richtung. Regel 2: Die simulierte männlichen Rückenflosse wird nur ausgelöst, wenn es die Durchführung ist eine seitliche Balz. Regel 3: Die simulierte männlichen Schwertträger Fische werden nur dann eine seitliche Balz für 50% der gesamten Zeit ist auf das weibliche angezeigt wird. Die seitlichen Balz wird durch die männlichen Fische in einem Viertel männlichen Körper Länge der weiblichen Fische in Z-Richtung ausgelöst. Die seitlichen Balz ist unabhängig davon, wie nahe das Weibchen ist, um den Monitor in der X-Richtung. Die interaktive Stimulus eng verfolgt die weibliche Position in Echtzeit (Abbildung 3). Frühere Arbeiten mit nicht-interaktiven Stimuli 4,5 zeigten, dass weibliche X. birchmanni stark bevorzugt visuelle Signale der eigenen Spezies. Die nicht-interaktive Stimuli durch die IVP erstellt wurden ebenso wirksam zu entlocken Artgenossen paaren Präferenzen (t = 1,923, N = 9, p = 0,046). Wenn Frauen auf simulierten interaktiven Artgenossen und artfremden Männchen wurden getestet unmittelbar vor oder nachher in der gleichen Studie wurde jedoch versäumt sie zu einer Bevorzugung (Abb. 4) zeigen. <img src="/files/ftp_upload/2374/2374fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Monitor-Setup für die Kalibrierung. <img src="/files/ftp_upload/2374/2374fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Schematische Darstellung der Tank-und Monitor-Setup, was darauf hinweist Achsen verwendet werden, um Position zu beschreiben. <img src="/files/ftp_upload/2374/2374fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Horizontale Position der animierten Vorbild und Vertreter weibliche Subjekt im Laufe der Zeit. <img src="/files/ftp_upload/2374/2374fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. Verein Zeit (s) der Frauen mit interaktiven und nicht interaktiven Artgenossen und artfremden Männchen Reize. Jede Parzelle ist von einem Fünf-Minuten-Aufzeichnung der Positionen Ausgabe vom Prototyp erstellt. In diesen Parzellen, schreitet der Zeit in die vertikale Y-Richtung von 0 bis 5 Minuten. <img src="/files/ftp_upload/2374/2374fig5.jpg" alt="Abbildung 5" /> Abbildung 5. Representative Verein Zeit Daten und Tracking von zwei interaktiven Stimuli. Zwei Fünf-Minuten-Segmente für zwei Frauen gezeigt.

<ol>
	<li>Fisher, H. S., Mascuch, S., Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multivariate+male+traits+misalign+with+multivariate+female+preferences+in+the+swordtail+fish,+Xiphophorus+birchmanni.">Multivariate male traits misalign with multivariate female preferences in the swordtail fish, Xiphophorus birchmanni.</a> Anim. Behav. 78, 265-269 (2009).</li><li>Fisher, H. S., Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hungry+females+show+stronger+mating+preferences.">Hungry females show stronger mating preferences.</a> Behavioral Ecology. 17, 979-981 (2006).</li><li>Fisher, H. S., Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Male+swordtails+court+with+an+audience+in+mind.">Male swordtails court with an audience in mind.</a> Biology Letters. 3, 5-7 (2007).</li><li>Wong, B. B. M., Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Female+disdain+for+swords+in+a+swordtail+fish.">Female disdain for swords in a swordtail fish.</a> American Naturalist. 167, 136-140 (2006).</li><li>Fisher, H. S., Wong, B. B. M., Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alteration+of+the+chemical+environment+disrupts+communication+in+a+freshwater+fish.">Alteration of the chemical environment disrupts communication in a freshwater fish.</a> Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 273, 1187-1193 (2006).</li><li>Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+considerations+and+techniques+for+constructing+video+stimuli.">Design considerations and techniques for constructing video stimuli.</a> Acta Ethol. 3, 49-54 (2000).</li><li>Turnell, E. R., Mann, K. D., Rosenthal, G. G., Gerlach, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mate+choice+in+zebrafish+(Danio+rerio)+analyzed+with+video-stimulus+techniques.">Mate choice in zebrafish (Danio rerio) analyzed with video-stimulus techniques.</a> Biol. Bull. 205, 225-226 (2003).</li><li>Rosenthal, G. G., Ryan, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assortative+preferences+for+stripes+in+danios.">Assortative preferences for stripes in danios.</a> Animal Behaviour. 70, 1063-1066 (2005).</li><li>Reynolds, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flocks,+herds+and+schools:+A+distributed+behavioral+model.">Flocks, herds and schools: A distributed behavioral model.</a> , 256 (1985).</li><li>Reynolds, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steering+Behaviors+For+Autonomous+Characters.">Steering Behaviors For Autonomous Characters.</a> , (1999).</li><li>Hoare, D. J., Couzin, I. D., Godin, J. -. G. J., Krause, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Context-dependent+group+size+choice+in+fish.">Context-dependent group size choice in fish.</a> Animal Behaviour. 65, 663-669 (2004).</li><li>Hoare, D. J. &. a. m. p. ;. a. m. p., Krause, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Social+organisation,+shoal+structure+and+information+transfer.">Social organisation, shoal structure and information transfer.</a> Fish and Fisheries. 4, 269-279 (2003).</li></ol>

Die Produktion dieses Video-Artikel wurde von Biobserve Forschung gefördert.

Bisherige Methoden zur interaktiven Video-Wiedergabe in das Verhalten der Tiere haben sich auf einen menschlichen Bediener, Antworten auf Verhaltens-Signale von Themen einzuholen verlassen. Mit IVP, haben wir ein Programm, das auf Regeln basierenden Interaktivität in Reaktion auf Echtzeit, automatische Daten unterliegen Verhalten angewendet. Wir kurz die Schritte bei der Erstellung des Programms unter beteiligt. Der erste Schritt bestand darin, digitale männliche Exemplare von X. erstellen birchmanni und X. Malinche. Wir haben einen ähnlichen Ansatz wie zu früheren Studien 6. Wir erstellten 3D-Maschen, die auf Texturen basieren auf Fotos von realen X. modelliert birchmanni und X. Malinche. Zur Erfassung der realistischen Texturen der echten Fischen, die gleichen Fotos verwendet werden, um die Fische Formen Modells wurden als Texturen für die Fische eingesetzt. Eine planare Karte angewandt, um deren UV-Koordinaten der UV-Karte mit dem Foto Textur ausgerichtet. Zweitens muss die digitale Fisch greifen wie ein echter Fisch zu verformen. Um dies zu erreichen, wurde ein virtuelles Skelett für Körper und Flossen angelegt und &quot;Haut&quot; auf das Netz. Das Skinning-Verfahren ermöglicht die Maschen verformt werden, wenn die Gelenke gedreht werden. Zweitens, haben wir Bewegung in die digitale Fisch. Sechs Schlüssel Bewegungen, die einen männlichen Schwertträger Fisch macht animiert wurden. Drei der Bewegungen wurden verwendet, um die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit denen ein Fisch schwimmen würde repräsentieren. Die anderen drei Sätze waren die Fische noch immer, Drehen, oder Ausstellen eines seitlichen Balz. Da Männchen heben oder senken ihre Rückenflosse nach, ob männlich oder weiblich Empfänger vorhanden sind 3, wir die Bewegung der Rückenflosse aus, dass der seitliche Balz entkoppelt. Die Rückenflosse war so gefertigt, dass es angehoben oder abgesenkt werden zu irgendeinem Zeitpunkt während des Zyklus. Insgesamt 24 Animationen Zyklen verwendet wurden. Jeder Zyklus begann und endete mit dem Fisch in der gleichen Haltung, so dass die Animation Zyklen könnte leicht ineinander übergehen. Alle 24 Animationen Zyklen wurden durch Rotoscoping 7,8 die gewünschte Bewegung von oben Video einer Live erstellt, umwerben männlichen X. birchmanni. Drittens ermöglichte wir Interaktivität. Wir nutzten die Biobserve Viewer-System in Echtzeit verfolgen die Position der Schnauze, Körper und Schwanz des Weibchens Schwertträger und übermitteln diese Informationen in Echtzeit an die IVP-Programm. Dies war für jeden umwerben Männchen auf jedem Monitor. Die männliche Animation folgte das Thema Fisch Position. Wir modellierten folgenden using Reynolds kam Lenkverhalten 9,10, die die Männchen auf das Weibchen zu folgen und abbremsen, wie sie die weibliche Ansätze erlaubt. Zur Berechnung der Position des männlichen Schwertträger Fisch bei jedem Schritt wurde das System mit der aktuellen Position des Weibchens, die das Programm auf die Kräfte, die die männlichen Festplatte zu berechnen erlaubt geliefert. Zunächst wurde das Ziel-Versatzvektor durch Subtraktion der Position der männlichen Fische aus der Position der weiblichen Fische berechnet. Zweite den Abstand von der männlichen Fische zu den weiblichen Fisch wurde, indem die Größe der Ziel-Versatzvektor bestimmt. Drittens wurde die gewünschte Geschwindigkeit der männlichen Fische, indem der Abstand von einer konstanten Verzögerung ermittelt. Dies ermöglichte den männlichen Fischen zu verlangsamen, da es die weiblichen Fische heran. Zuletzt wurde das gewünschte Beschleunigung durch Subtraktion des Mannes aktuelle Geschwindigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit berechnet. Da Animationen als diskrete Videoframes bei 60 Hz wiedergegeben werden, wurden die Berechnungen für jeden diskreten Zeitschritt gemacht, im Abstand von 0,016 Sekunden. Maximale Geschwindigkeit wurde auf einen Wert von 10 cm / s für diese Versuche eingestellt. Wenn die Größe der neuen Geschwindigkeit war größer als die maximale Geschwindigkeit, war die Geschwindigkeit auf den Maximalwert eingestellt. Für diese besondere Simulation, hob die interaktive Männchen seiner Rückenflosse 50% der Zeit, und nur während der Balz-Interaktionen. Die seitlichen Balz Verhalten wurde ausgelöst, wenn die männlichen Reiz war innerhalb von 0,25 Körperlängen der weiblichen Schwertträger Fisch in der Z-Dimension. Wir waren überrascht, dass Interaktivität die weibliche Vorliebe für Artgenossen abgeschafft, trotz der Tatsache, dass die nicht-interaktiven Animationen eine starke Präferenz ausgelöst und bestimmten, dass Frauen die Mehrheit der Zeit den Umgang mit den interaktiven Stimuli. Eine Möglichkeit besteht darin, dass sich eng an das Weibchen visuelle Hinweise zum Männchen zu bewerten, wie das Schwert und Rückenflosse zu überschreiben. Alternativ können Frauen weniger geneigt sein, Interesse an einem Hof ​​männlichen zu verlieren, und daher weniger wahrscheinlich, dass sowohl Einzelpersonen (Abbildung 5) Probe. Dennoch zeigen unsere Ergebnisse, dass das Funktionsprinzip der Video-Game-Technologie, nämlich der Software gesteuert, können regelbasierte Agenten reagieren auf Benutzereingaben erfolgreich interaktive Wiedergabe werden in Studien der angewandtendas Verhalten der Tiere. Diese Art von Regeln-basierte interaktive Wiedergabe sollte sich als nützlich erweisen für das Studium der shoaling und kollektive Bewegung 11,12. Insbesondere sollte die Möglichkeit, die Regeln, dass ein virtueller Prototyp nutzt für shoaling manipulieren geben uns Einblick in die Prozesse, die Tiere zu verwenden, um shoaling Entscheidungen zu treffen.

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		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
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		<tbody>
		
<tr>
<td>Maya 8.0</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>C# program using Microsoft&#x2019;s XNA Game Studio 2.0</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>BIOBSERVE Viewer 2</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Dell 15&#x201D; CRT monitor (2)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>20 X 20 X 80 cm Plexiglas testing aquarium</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Dell Latitude computer (animation server)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

automated interactive video playback for studies of animal communication

Video-Wiedergabe ist eine weit verbreitete Technik zur kontrollierten Manipulation und Präsentation von optischen Signalen in Tierkommunikation. Insbesondere bietet Parameter-basierten Computer-Animation die Möglichkeit, selbständig zu bearbeiten beliebige Anzahl von Verhaltens-, morphologischen, oder die spektralen Eigenschaften im Rahmen der realistischen, bewegte Bilder von Tieren auf dem Bildschirm. Eine wesentliche Einschränkung der herkömmlichen Wiedergabe ist jedoch, dass der visuelle Reiz die Fähigkeit, mit den lebenden Tieren zu interagieren fehlt. In Anlehnung an Video-Game-Technologie, haben wir eine automatisierte, interaktive System zur Wiedergabe von Videos mit Animationen steuert in Reaktion auf Echtzeit-Signale von einem Video-Tracking-System erstellt. Wir haben gezeigt, diese Methode durch die Durchführung Mate-Choice-Tests auf die weibliche Schwertträger Fisch, Xiphophorus birchmanni. Frauen waren eine gleichzeitige Wahl zwischen einem anderen Männchen umwerben und ein Werben um männliche heterospezifischen (X. Malinche) auf gegenüberliegenden Seiten eines Aquariums gegeben. Die virtuelle männlichen Reiz war so programmiert, dass die horizontale Position der weiblichen track, wie umwerben Männchen in freier Wildbahn zu tun. Mate-Wahl Versuche an wild gefangenen X. birchmanni Weibchen wurden verwendet, um den Prototyp der Lage ist, effektiv erzeugen einen realistischen visuellen Reiz zu bestätigen.

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Automated Interactive Video Playback for Studies of Animal Communication

Video-Wiedergabe ist eine weit verbreitete Technik in das Verhalten von Tieren. Wir erstellt und ausgewertet ein Programm, das auf Regeln basierte, interaktive Wiedergabe von 3-D Computeranimationen gilt als Reaktion auf Echtzeit, automatische Daten unterliegen Verhalten.

Automatisierte Interactive Video Playback für Studies of Animal Communication

Video playback is a widely-used technique for the controlled manipulation and presentation of visual signals in animal communication. In particular, ...

automated-interactive-video-playback-for-studies-animal

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.2K Aufrufe.  Texas A&M University (TAMU). Video-Wiedergabe ist eine weit verbreitete Technik in das Verhalten von Tieren. Wir erstellt und ausgewertet ein Programm, das auf Regeln basierte, interaktive Wiedergabe von 3-D Computeranimationen gilt als Reaktion auf Echtzeit, automatische Daten unterliegen Verhalten.

Serie: Automated Interactive Video Playback for Studies of Animal Communication

Organotypic Cerebellar Cultures: Apoptotic Challenges and Detection

Organotypic cultures of neuronal tissue were first introduced by Hogue in 1947 1,2 and have constituted a major breakthrough in the field of neuroscience. Since then, the technique was developed further and currently there are many different ways to prepare organotypic cultures. The method presented here was adapted from the one described by Stoppini et al. for the preparation of the slices and from Gogolla et al. for the staining procedure 3,4.
A unique feature of this technique is that it allows you to study different parts of the brain such as hippocampus or cerebellum in their original structure, providing a big advantage over dissociated cultures in which all the cellular organization and neuronal networks are disrupted. In the case of the cerebellum it is even more advantageous because it allows the study of Purkinje cells, extremely difficult to obtain as dissociated primary culture. This method can be used to study certain developmental features of the cerebellum in vitro, as well as for electrophysiological and pharmacological experiments in both wild type and mutant mice.
The method described here was designed to study the effect of apoptotic stimuli such as Fas ligand in the developing cerebellum, using TUNEL staining to measure apoptotic cell death. If TUNEL staining is combined with cell type specific markers, such as Calbindin for Purkinje cells, it is possible to evaluate cell death in a cell population specific manner. The Calbindin staining also serves the purpose of evaluating the quality of the cerebellar cultures.

This method describes the generation of organotypic cerebellar cultures and the effect of certain apoptotic stimuli on the viability of different cerebellar cell types.

Organotypische Cerebellar Cultures: Apoptotic Challenges and Detection

Organotypic cultures of neuronal tissue were first introduced by Hogue in 1947 1,2 and have constituted a major breakthrough in the field of neuroscience. ...

Forschung

Neurowissenschaften

Flash Photolysis of Caged Compounds in the Cilia of Olfactory Sensory  Neurons

Photolysis of caged compounds allows the production of rapid and localized increases in the concentration of various physiologically active compounds1. Caged compounds are molecules made physiologically inactive by a chemical cage that can be broken by a flash of ultraviolet light. Here, we show how to obtain patch-clamp recordings combined with photolysis of caged compounds for the study of olfactory transduction in dissociated mouse olfactory sensory neurons. The process of olfactory transduction (Figure 1) takes place in the cilia of olfactory sensory neurons, where odorant binding to receptors leads to the increase of cAMP that opens cyclic nucleotide-gated (CNG) channels2. Ca entry through CNG channels activates Ca-activated Cl channels. We show how to dissociate neurons from the mouse olfactory epithelium3 and how to activate CNG channels or Ca-activated Cl channels by photolysis of caged cAMP4 or caged Ca5. We use a flash lamp6,7 to apply ultraviolet flashes to the ciliary region to uncage cAMP or Ca while patch-clamp recordings are taken to measure the current in the whole-cell voltage-clamp configuration8-11.

Photolysis of caged compounds allows the production of rapid and localized increases in the concentration of various physiologically active compounds. Here, we show how to obtain patch-clamp recordings combined with photolysis of caged cAMP or caged Ca for the study of olfactory transduction in dissociated mouse olfactory sensory neurons.

Flash-Photolyse von Caged Compounds in den Zilien der Riechzellen

Photolysis of caged compounds allows the production of rapid and localized increases in the concentration of various physiologically active compounds1. ...

Rodent Stereotaxic Surgery and Animal Welfare Outcome Improvements for Behavioral Neuroscience

Stereotaxic surgery for the implantation of cannulae into specific brain regions has for many decades been a very successful experimental technique to investigate the effects of locally manipulated neurotransmitter and signaling pathways in awake, behaving animals. Moreover, the stereotaxic implantation of electrodes for electrophysiological stimulation and recording studies has been instrumental to our current understanding of neuroplasticity and brain networks in behaving animals. Ever-increasing knowledge about optimizing surgical techniques in rodents1-4, public awareness concerning animal welfare issues and stringent legislation (e.g., the 2010 European Union Directive on the use of laboratory animals5) prompted us to refine these surgical procedures, particularly with respect to implementing new procedures for oxygen supplementation and the continuous monitoring of blood oxygenation and heart rate levels during the surgery as well as introducing a standardized protocol for post-surgical care. Our observations indicate that these modifications resulted in an increased survival rate and an improvement in the general condition of the animals after surgery (e.g. less weight loss and a more active animal). This video presentation will show the general procedures involved in this type of stereotaxic surgery with special attention to our several modifications. We will illustrate these surgical procedures in rats, but it is also possible to perform this type of surgery in mice or other small laboratory animals by using special adaptors for the stereotaxic apparatus6.

Stereotaxic surgery on rodents allows for targeted administration of drugs or electrical stimulation and recordings in awake, behaving animals. In this video presentation we will demonstrate recent procedural refinements to this long-standing procedure that successfully improved survival rate and reduced post-surgical weight loss.

Rodent stereotaktischen Chirurgie und Tierschutz Outcome Verbesserungen für Behavioral Neuroscience

Stereotaxic surgery for the implantation of cannulae into specific brain regions has for many decades been a very successful experimental technique to ...

Whole Animal Perfusion Fixation for Rodents

The goal of fixation is to rapidly and uniformly preserve tissue in a life-like state. While placing tissue directly in fixative works well for small pieces of tissue, larger specimens like the intact brain pose a problem for immersion fixation because the fixative does not reach all regions of the tissue at the same rate 5,7. Often, changes in response to hypoxia begin before the tissue can be preserved 12. The advantage of directly perfusing fixative through the circulatory system is that the chemical can quickly reach every corner of the organism using the natural vascular network. In order to utilize the circulatory system most effectively, care must be taken to match physiological pressures 3. It is important to note that physiological pressures are dependent on the species used. Techniques for perfusion fixation vary depending on the tissue to be fixed and how the tissue will be processed following fixation. In this video, we describe a low-cost, rapid, controlled and uniform fixation procedure using 4% paraformaldehyde perfused via the vascular system: through the heart of the rat to obtain the best possible preservation of the brain for immunohistochemistry. The main advantage of this technique (vs. gravity-fed systems) is that the circulatory system is utilized most effectively.

Here we describe a low-cost, rapid, controlled and uniform fixation procedure using 4% paraformaldehyde perfused via the vascular system: through the heart of the rat to obtain the best possible preservation of the brain.

Ganze Tier Perfusionsfixierung für Nager

The goal of fixation is to rapidly and uniformly preserve tissue in a life-like state. While placing tissue directly in fixative works well for small ...

Direct Visualization of the Murine Dorsal Cochlear Nucleus for Optogenetic Stimulation of the Auditory Pathway

Investigation into the use of virus-mediated gene transfer to arrest or reverse hearing loss has largely been relegated to the peripheral auditory system. Few studies have examined gene transfer to the central auditory system. The dorsal cochlear nucleus (DCN) of the brainstem, which contains second order neurons of the auditory pathway, is a potential site for gene transfer. In this protocol, a technique for direct and maximal exposure of the murine DCN via a posterior fossa approach is demonstrated. This approach allows for either acute or survival surgery. Following direct visualization of the DCN, a host of experiments are possible, including injection of opsins into the cochlear nucleus and subsequent stimulation by an optical fiber coupled to a blue light laser.&#160;Other neurophysiology experiments, such as electrical stimulation and neural injector tracings are also feasible.&#160;The level of visualization and the duration of stimulation achievable make this approach applicable to a wide range of experiments.

The goal of this protocol is to outline a surgical approach to provide direct access to the dorsal cochlear nucleus in a murine model.

Direkte Visualisierung der Murine Rücken Cochlear Nucleus für optogenetische Stimulation der Hörbahn

Investigation into the use of virus-mediated gene transfer to arrest or reverse hearing loss has largely been relegated to the peripheral auditory system. ...

Assessment and Communication for People with Disorders of Consciousness

In this experiment, we demonstrate a suite of hybrid Brain-Computer Interface (BCI)-based paradigms that are designed for two applications: assessing the level of consciousness of people unable to provide motor response and, in a second stage, establishing a communication channel for these people that enables them to answer questions with either &#39;yes&#39; or &#39;no&#39;. The suite of paradigms is designed to test basic responses in the first step and to continue to more comprehensive tasks if the first tests are successful. The latter tasks require more cognitive functions, but they could provide communication, which is not possible with the basic tests. All assessment tests produce accuracy plots that show whether the algorithms were able to detect the patient&#39;s brain&#39;s response to the given tasks. If the accuracy level is beyond the significance level, we assume that the subject understood the task and was able to follow the sequence of commands presented via earphones to the subject. The tasks require users to concentrate on certain stimuli or to imagine moving either the left or right hand. All tasks are designed around the assumption that the user is unable to use the visual modality, and thus, all stimuli presented to the user (including instructions, cues, and feedback) are auditory or tactile.

With this experiment, one might be able to detect consciousness in people with disorders of consciousness. Furthermore, the approach can create a simple communication channel that enables people to give simple YES/NO answers to questions.

Assessment und Kommunikation für Menschen mit Bewusstseinsstörungen

In this experiment, we demonstrate a suite of hybrid Brain-Computer Interface (BCI)-based paradigms that are designed for two applications: assessing the ...

Ablation of a Neuronal Population Using a Two-photon Laser and Its Assessment Using Calcium Imaging and Behavioral Recording in Zebrafish Larvae

To identify the role of a subpopulation of neurons in behavior, it is essential to test the consequences of blocking its activity in living animals. Laser ablation of neurons is an effective method for this purpose when neurons are selectively labeled with fluorescent probes. In the present study, protocols for laser ablating a subpopulation of neurons using a two-photon microscope and testing of its functional and behavioral consequences are described. In this study, prey capture behavior in zebrafish larvae is used as a study model. The pretecto-hypothalamic circuit is known to underlie this visually-driven prey catching behavior. Zebrafish pretectum were laser-ablated, and neuronal activity in the inferior lobe of the hypothalamus (ILH; the target of the pretectal projection) was examined. Prey capture behavior after pretectal ablation was also tested.

Here, we present a protocol to ablate a genetically labeled subpopulation of neurons by a two-photon laser from Zebrafish larvae.

Ablation von neuronalen Einwohner mit einem zwei-Photonen-Laser und ihre Bewertung mit Kalzium Imaging und Verhaltensstörungen Aufnahme in Zebrafischlarven

To identify the role of a subpopulation of neurons in behavior, it is essential to test the consequences of blocking its activity in living animals. Laser ...

Exogenous Administration of Microsomes-associated Alpha-synuclein Aggregates to Primary Neurons As a Powerful Cell Model of Fibrils Formation

For years, the inability of replicating formation of insoluble alpha-synuclein (&#945;S) inclusions in cell cultures has been a great limitation in the study of &#945;S aggregation in Parkinson&#39;s Disease (PD). Recently, the development of new animal models through the exogenous inoculation of brain extracts from diseased &#945;S transgenic mice or PD patients has given new hopes to the possibility of creating more adequate cell models of &#945;S aggregation. Unfortunately, when it comes to cells in cultures, administration of raw brain extracts has not proven as successful as in mice and the source of choice of exogenous aggregates is still in vitro preformed &#945;S fibrils.
We have developed a method to induce the formation of intracellular &#945;S inclusions in primary neurons through the exogenous administration of native microsomes-associated &#945;S aggregates, a highly toxic &#945;S species isolated from diseased areas of transgenic mice. This fraction of &#945;S aggregates that is associated with the microsomes vesicles, is efficiently internalized and induces the formation of intracellular inclusions positive for aggregated and phosphorylated &#945;S. Compared to in vitro-preformed fibrils which are made from recombinant &#945;S, our method is faster and guarantees that the pathogenic seeding is made with authentic &#945;S aggregates extracted from diseased animal models of PD, mimicking more closely the type of inclusions obtained in vivo. As a result, availability of tissues rich in &#945;S inclusions is mandatory.
We believe that this method will provide a versatile cell-based model to study the microscopic aspects of &#945;S aggregation and the related cellular pathophysiology in vivo and will be a starting point for the creation of more accurate and sophisticated cell paradigm of PD.

The goal of this protocol is to provide a cell-based system that replicates the formation of alpha-synuclein aggregates in vivo. Intracellular alpha-synuclein inclusions are seeded in primary neurons by the internalization and propagation of exogenous administered native microsomes-associated alpha-synuclein aggregates isolated from diseased alpha-synuclein transgenic mice.

Exogene Verabreichung von Alpha-Synuclein Microsomen verbundenen Aggregate zur primären Neuronen als eine mächtige Zellmodell der Fibrillen Bildung

For years, the inability of replicating formation of insoluble alpha-synuclein (&#945;S) inclusions in cell cultures has been a great limitation in the ...

In Vivo Two-photon Imaging of Cortical Neurons in Neonatal Mice

Two-photon imaging is a powerful tool for the in vivo analysis of neuronal circuits in the mammalian brain. However, a limited number of in vivo imaging methods exist for examining the brain tissue of live newborn mammals. Herein we summarize a protocol for imaging individual cortical neurons in living neonatal mice. This protocol includes the following two methodologies: (1) the Supernova system for sparse and bright labeling of cortical neurons in the developing brain, and (2) a surgical procedure for the fragile neonatal skull. This protocol allows the observation of temporal changes of individual cortical neurites during neonatal stages with a high signal-to-noise ratio. Labeled cell-specific gene silencing and knockout can also be achieved by combining the Supernova with RNA interference and CRISPR/Cas9 gene editing systems. This protocol can, thus, be used for analyzing the developmental dynamics of cortical neurons, molecular mechanisms that control the neuronal dynamics, and changes in neuronal dynamics in disease models.

In Vivo Two-photon Imaging of Cortical Neurons in Neonatal Mice

We present an in vivo two-photon imaging protocol for imaging the cerebral cortex of neonatal mice. This method is suitable for analyzing the developmental dynamics of cortical neurons, the molecular mechanisms that control the neuronal dynamics, and the changes in neuronal dynamics in disease models.

In Vivo Zwei-Photon Imaging der kortikalen Neuronen bei Neugeborenen Mäusen

Two-photon imaging is a powerful tool for the in vivo analysis of neuronal circuits in the mammalian brain. However, a limited number of in vivo imaging ...

In Vitro Wedge Slice Preparation for Mimicking In Vivo Neuronal Circuit Connectivity

In vitro slice electrophysiology techniques measure single-cell activity with precise electrical and temporal resolution. Brain slices must be relatively thin to properly visualize and access neurons for patch-clamping or imaging, and in vitro examination of brain circuitry is limited to only what is physically present in the acute slice. To maintain the benefits of in vitro slice experimentation while preserving a larger portion of presynaptic nuclei, we developed a novel slice preparation. This &#8220;wedge slice&#8221; was designed for patch-clamp electrophysiology recordings to characterize the diverse monaural, sound-driven inputs to medial olivocochlear (MOC) neurons in the brainstem. These neurons receive their primary afferent excitatory and inhibitory inputs from neurons activated by stimuli in the contralateral ear and corresponding cochlear nucleus (CN). An asymmetrical brain slice was designed which is thickest in the rostro-caudal domain at the lateral edge of one hemisphere and then thins towards the lateral edge of the opposite hemisphere. This slice contains, on the thick side, the auditory nerve root conveying information about auditory stimuli to the brain, the intrinsic CN circuitry, and both the disynaptic excitatory and trisynaptic inhibitory afferent pathways that converge on contralateral MOC neurons. Recording is performed from MOC neurons on the thin side of the slice, where they are visualized using DIC optics for typical patch-clamp experiments. Direct stimulation of the auditory nerve is performed as it enters the auditory brainstem, allowing for intrinsic CN circuit activity and synaptic plasticity to occur at synapses upstream of MOC neurons. With this technique, one can mimic in vivo circuit activation as closely as possible within the slice. This wedge slice preparation is applicable to other brain circuits where circuit analyses would benefit from preservation of upstream connectivity and long-range inputs, in combination with the technical advantages of in vitro slice physiology.

Integration of diverse synaptic inputs to neurons is best measured in a preparation that preserves all pre-synaptic nuclei for natural timing and circuit plasticity, but brain slices typically sever many connections. We developed a modified brain slice to mimic in vivo circuit activity while maintaining in vitro experimentation capability.

In Vitro Wedge Slice Vorbereitung für Diemimitieren In Vivo Neuronal Circuit Connectivity

In vitro slice electrophysiology techniques measure single-cell activity with precise electrical and temporal resolution. Brain slices must be relatively ...