Evaluación de la cognición social en primates no humanos mediante una red de Computarizado Dispositivo Automatizado Learning Systems (ALDM) prueba

Resumen

Fagot y Paleressompoulle ¹ han publicado un dispositivo de aprendizaje automático (ALDM) destinados a comprobar las capacidades cognitivas individuales en monos que van semi-libres. El objetivo principal de nuestro protocolo es usar una red de unidades de prueba ALDM para estudiar la cognición social en primates no humanos.

Resumen

Fagot y Paleressompoulle ¹ y Fagot y Bonte ² han publicado un dispositivo de aprendizaje automático (ALDM) para el estudio de las capacidades cognitivas de los monos mantenidos en condiciones que van semi-libres. Los datos acumulados durante los últimos cinco años han demostrado constantemente la eficacia de este protocolo para investigar la cognición individual / física en los monos, y han demostrado, además, que este procedimiento reduce el nivel de estrés durante las pruebas con animales ^3. En este trabajo se demuestra que las redes de ALDM también pueden utilizarse para investigar diferentes aspectos de la cognición social y en grupo expresaron comportamientos en monos, y describe tres protocolos ilustrativos desarrollados para tal fin. El primer estudio muestra cómo podrían integrarse evaluaciones etológicas de comportamiento social y las evaluaciones computarizadas de rendimiento cognitivo para investigar los efectos de los estados de ánimo social exhibidas en el rendimiento cognitivo de los individuos. El segundo study muestra que las baterías de ALDM ejecutan en paralelo pueden proporcionar información única sobre la influencia de la presencia de otras personas en la ejecución de tareas. Finalmente, el último estudio muestra que las redes de unidades de prueba ALDM también se pueden utilizar para estudiar los problemas relacionados con la transmisión social y la evolución cultural. Combinados, estos tres estudios demuestran claramente que las pruebas ALDM es una herramienta experimental muy prometedora para cerrar la brecha en la literatura animal entre la investigación sobre la cognición individual y la investigación sobre la cognición social.

Introducción

Investigaciones de laboratorio experimentales de la cognición de los primates han favorecido casi sistemáticamente la prueba de los animales aislados ^4, dependiendo del tema abordado. Este procedimiento de laboratorio clásica ha demostrado su eficacia, y la mayor parte de nuestro conocimiento sobre temas tales como la percepción, la memoria, el razonamiento y la conceptualización abstracta proviene de la prueba de los sujetos aislados. Prueba de individuos aislados transmite muchas ventajas prácticas; Este enfoque facilita diseños experimentales complejos combinados con mediciones muy rigurosos (por ejemplo, de temporización ms) de la conducta que de otro modo serían inaccesibles. Sin embargo, este procedimiento también tiene sus límites, cuando se trata con el estudio de las influencias sociales sobre la cognición en particular. Los investigadores se ven obligados a dejar el ambiente sofisticado laboratorio a favor de grandes recintos o contextos salvajes cuando su estudio implica interacciones sociales entre los individuos. Esta elección tiene un coste, ya que es much más difícil de controlar los factores experimentales y para medir sus efectos con el mismo nivel de precisión fuera del laboratorio. La comprensión de lo real social, interacciones influencia cognición es uno de los retos científicos más difíciles en los seres humanos y los primates no humanos.

El presente trabajo presenta un nuevo protocolo experimental dirigido a aliviar esta dificultad general para investigar la cognición social en primates no humanos de laboratorio basados. Fagot y Paleressompoulle ¹ y Fagot y Bonte ² han publicado recientemente un dispositivo de aprendizaje automático (ALDM) para la evaluación de las capacidades cognitivas de los monos criados en condiciones de semi-libres. Este método combina las técnicas de condicionamiento operante tradicionalmente utilizados en laboratorios con tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID). En la práctica, los monos que viven en su grupo social tienen un acceso libre de su recinto al aire libre para varias unidades de prueba ALDM. ADLMs consist de sistemas de pruebas abiertas que contienen todos los equipos necesarios tradicionalmente disponibles en los laboratorios, en particular, una pantalla táctil para visualizar el estímulo y registrar la respuesta y un dispensador de alimentos para entregar el premio. Un lector de microchip RFID captura la identidad numérica del participante cuando se entra en una unidad de prueba ALDM, y el programa de prueba utiliza esta información para presentar el programa de investigación asignado a este tema en particular.

La evidencia acumulada durante los últimos 5 años ha revelado claramente que (1) las pruebas ALDM aumenta la motivación de los participantes ^1,2 y (2) favores aprendizaje complejo ^5,6. Prueba ALDM también parece beneficioso en términos de bienestar de los animales, y reduce el nivel de estrés del participante ^3, consulta ^7. El procedimiento de prueba ALDM inspiró el desarrollo de dispositivos de prueba por varios grupos de investigación que trabajan con cresta (Macaca nigra) y rhesus (Macaca mulatta) macacos 7,8 y palomas (Columba livia) ^9. El objetivo principal de nuestro trabajo es demostrar la contribución potencial de las pruebas ALDM para estudios en el dominio de la cognición social. Tres usos diferentes de este protocolo se describen a tal efecto. Las unidades de prueba ALDM ya han sido descritos en detalles en Fagot y Paleressompoulle ^1. Ellos se ilustran en la Figura 1 y se describen brevemente a continuación. Unidades de prueba ALDM son los sistemas de acceso abierto de acondicionamiento operante de prueba equipados con un sistema de identificación por radiofrecuencia (RFID) que lee el microchip RFID del mono, y por lo tanto su identidad, una vez que entre en el sistema de prueba. Los estímulos se presentan en una pantalla táctil, y las recompensas de los alimentos se entregan dentro del sistema de prueba después de una respuesta correcta se le da (a elección del estímulo correcto) a estos estímulos.

Protocolo

Declaración de Ética: Esta investigación se llevó a cabo de acuerdo con las normas francesas y recibió la aprobación del comité de ética nacional francés, el "Comité d'Ethique CE-14 pour l'Expérimentation Animale". Los procedimientos también fueron consistentes con los lineamientos de la Asociación para el Estudio del Comportamiento Animal.

1. ALDM ensayo Unidad Set-up

NOTA: Configure las unidades de prueba ALDM según Fagot y Paleressompoulle ^1.

1. Crear cámaras de prueba de dimensión (0,7 x 0,7 x 0,8 m ³⁾ como se describe en ^1. Asegúrese de que cada cámara de prueba tiene 2 paredes laterales transparentes laterales. Equipar cada cámara de ensayo con una puerta corredera que puede ser abierto o cerrado en la parte trasera (véase la Figura 1). Abra la puerta de atrás de la unidad ALDM para proporcionar acceso al sistema de ensayo de la caja.
2. Montar el panel frontal de la cámara de prueba con un (7,3 x 7 cm ² ) Vista del puerto que proporciona la visión de un 19 en la pantalla táctil situada en frente de la unidad, y 2 handports de interacciones manuales con la pantalla táctil.
3. Instalar una antena conectada a un lector de microchip alrededor de cada puerto mano como se describe en ^1. La antena capturará la identidad RFID del sujeto.
4. Instale un 19 en la pantalla táctil capacitiva en frente de cada cámara de prueba. La pantalla táctil sirve para presentar los estímulos y registrar variables relacionadas respuesta (precisión y tiempo de respuesta). Separe las ventanas 25 cm de la pantalla.
5. Conexión de un ordenador PC a cada unidad de prueba que servirá para ejecutar el programa de pruebas.
   NOTA: En cada ensayo, el programa de prueba determina el régimen de prueba de los sujetos (por ejemplo, la propiedad de la pantalla, la duración del estímulo, etc.) y asocia las medidas de comportamiento (por ejemplo, tiempo de respuesta, precisión) para el mono identificado por el RFID la tecnología.
6. Conecte un dispensador de comida a la comput PC er a través de un puerto paralelo, como se describe en ^1. Este dispensador entrega granos de trigo seco dentro del área mono ALDM.
7. Inyectar un microchip RFID en el antebrazo de cada individuo del grupo como se describe en ^1.
   NOTA: Este procedimiento se debe realizar de acuerdo con las prácticas veterinarias.

Figura 1: Imagen (A) y vista esquemática (B) de una unidad ALDM. Cada unidad de prueba tiene cinco elementos principales componentes. (A) de la pantalla táctil; Handport (B); (C) de visualización; (D) Dispensador de alimentos la entrega de alimentos dentro de la jaula después de una respuesta correcta; (E) del ordenador; (F) de la puerta que proporciona acceso desde el recinto.fig1highres.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. ALDM configuración de la red

1. Instale 10 unidades ALDM el interior de dos de 8 x 4 m ² remolques, con 5 unidades ALDM en cada remolque como se describe en ^1. Conecte cada unidad de prueba ALDM a un servidor de control única accesible a través de una dirección IP (ver Figura 2). Asegúrese de que la unidad puede ALDM tanto de carga y descarga de información desde / hasta el servidor.
2. Escriba un programa de pruebas de equipo que descarga archivos de texto desde el servidor una vez que un mono se identifica por una unidad de prueba ALDM según ^1. En el archivo de texto, dar indicaciones sobre el estado experimental actual (número de ensayos ya realizados en la formación o la fase de pruebas) de que el mono de utilizar la unidad. Escriba el programa de pruebas de forma que pueda utilizar esa información para presentar la prueba de formación o prueba predefinido por el procedimiento experimental.
3. Inserte el progra pruebam script de línea de forma que las cargas y descargas de datos desde el servidor. Asegúrese de que la unidad ALDM sincroniza el reloj ALDM dos veces al día.
   NOTA: Con este procedimiento, las unidades 10 ALDM pueden proporcionar indicaciones sobre el que el mono utiliza qué unidad, y cuándo, y por lo tanto, proporcionar información sobre la dinámica social en el uso de los sistemas de prueba.
4. Escriba el programa de pruebas de tal manera que antes de cada ensayo, el programa de pruebas cargue la información del servidor en el estado experimental actual del mono. Una vez que la prueba se ha completado, la unidad ALDM actualizará archivo de texto de la asignatura en el servidor.
   NOTA: Centralización de los parámetros relacionados del sujeto sobre las garantías de servidor de control que los participantes serán probados en el pedido de prueba predefinida, con independencia de las unidades de prueba ALDM que decida utilizar.
5. Guarde los siguientes datos como un archivo de texto después de cada ensayo: Fecha, hora del día (HH: MM: SS), Nombre del programa de pruebas actual, el nombre del mono, Número culoigned a la unidad de prueba ALDM (por ejemplo, 1), el nivel de prueba (por ejemplo, formación), Score (1 = respuesta de comportamiento correcto; 2 = respuesta incorrecta), el tiempo de respuesta con una precisión ms.

Figura 2:.. Representación esquemática de la red ALDM Cada unidad ALDM recibe y proporciona información desde / a un servidor de control único Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Ilustración del Uso de la Red ALDM para el Estudio de la Cognición Social

NOTA: El protocolo ALDM tiene la ventaja única de tener monos que pueden interactuar libremente con los ordenadores, mientras se mantiene en su grupo social. A continuación se presentan 3 protocolos que ilustran ªe uso de una red de unidades de prueba ALDM para recopilar información sin precedentes sobre los babuinos '(Papio Papio) cognición social.

1. Prueba ALDM Computarizada combinando observaciones de comportamiento (etológicas):
   NOTA: El objetivo principal de esta investigación es evaluar los efectos de la valencia (positiva frente a negativa) de los estados afectivos en el rendimiento cognitivo de los animales durante las pruebas ALDM computarizado. El procedimiento se describe en la Figura 3 y todos los detalles sobre esta investigación fueron publicados en Marzouki et al. ¹⁰
   1. Instale una tarea de búsqueda visual que consiste en la selección de un estímulo visual objetivo entre varios distractores en cada equipo.
   2. Durante ocho días observar y registrar manualmente la cual el comportamiento de cada individuo exhibe en el recinto, y cuando, con un contador de tiempo sincronizado con el servidor de control.
   3. Grupo de los comportamientos exhibidos en el recinto en tres grupos correspondientes a laeventos emocionalmente positivos sociales (por ejemplo, de la preparación), los eventos sociales emocionalmente negativas (por ejemplo, la amenaza), y los eventos emocionalmente no sociales (neutro) (por ejemplo, la manipulación de objetos).
   4. Analizar los tiempos de respuesta de la tarea de búsqueda visual obtenida dentro de una ventana de tiempo de 3 minutos después de una observación del comportamiento en el recinto. Sincronizar las observaciones de comportamiento y los datos informáticos y analizar (ver Figura 3).

Figura 3:. Ilustración esquemática de la Sección 3.1 Los comportamientos espontáneos expresadas en el recinto se registran en paralelo con el rendimiento cognitivo en las pruebas ALDM.

2. Evaluación de las influencias sociales durante las pruebas ALDM:
   NOTA: Este protocolo tiene como objetivo el estudio de los efectos de la audiencia sobre el rendimiento cognitivo dur registradoing pruebas ALDM computarizado. Los detalles completos de esta investigación fueron publicados en Huguet et al. ¹¹
   1. En cada unidad de prueba ALDM, instalar una tarea en la que un círculo es seguida por una respuesta en el lado derecho de la pantalla o en el lado izquierdo cuando se presenta un paralelogramo.
   2. Permita que el mono de utilizar los sistemas de prueba 10 ALDM como ellos quieren. Por lo tanto, varios monos pueden utilizar sistemas de prueba adyacentes. Registrar qué usos individuales que sistema.
      NOTA: Los babuinos pueden ver sus congéneres (cuando está presente) con los demás configuraciones de prueba del remolque, gracias a las paredes laterales transparentes de cada unidad.
   3. Asegúrese de que el programa de prueba registra el desempeño de cada individuo, así como el contexto social de la prueba (es decir, si se usan simultáneamente las otras unidades de prueba ALDM, y por quién).
   4. Analizar las variaciones en el tiempo de respuesta en función del contexto social.
3. La evolución cultural evaluó a través de tra computarizadonsfer de la información de los individuos a las personas:
   NOTA: Este protocolo fue desarrollado para estudiar la evolución de la información transmitida a través de una cadena de participantes. El procedimiento se describe en la Figura 4 y todos los detalles sobre esta investigación fueron publicados en Claidière et al. ¹²
   1. Capacitar a los participantes para resolver una tarea de memoria simple en el que ven por primera vez cuatro cuadrados rojos escogidos al azar en una cuadrícula de cuatro por cuatro de los blancos lo contrario. Después de 400 ms cambian todos los cuadrados rojos con blanco y piden al participante a tocar los cuadrados que antes eran de color rojo.
   2. Cuando se ha completado la formación, utilice la respuesta de comportamiento de un participante (los cuadrados tocaron) para producir los estímulos para la próxima individual en la cadena (ver la Figura 4). A excepción de la primera persona de la cadena para la que las rejillas son generados aleatoriamente por el ordenador.
   3. Analizar el éxito en la tarea con el número de transmeventos isión.

Figura 4:. Ilustración esquemática de la sección 3.3 La primera babuino (Generación 1) tuvo que completar un conjunto de 50 ensayos generados por la computadora. Las respuestas motoras de este babuino luego se utilizaron para crear los estímulos para el segundo babuino (generación 2) en la cadena de transmisión. Este procedimiento se repitió hasta que el último de babuino en la cadena se puso a prueba. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Resultados

Como se muestra en la Figura 5, los tiempos de respuesta siguientes comportamientos valencia negativa, tales como amenazas, fueron significativamente más lento que los que siguen neutro (por ejemplo, la manipulación de objetos), y con valencia positiva comportamientos sociales, como el aseo. Este estudio demuestra que los estados de ánimo sociales afectan el rendimiento durante la prueba cognitiva. Los lectores interesados ​​encontrarán información más detallada acerca de este estudio en Marzouki et al. ¹⁰ En la Figura 6, en comparación con el aislamiento, la presencia de otras personas reduce los tiempos de respuesta (el tiempo de respuesta disminuye con el número de personas presentes en el remolque), que indica una sociales efecto de facilitación de respuestas bien aprendidas. Más detallada sobre esta investigación se puede encontrar en Huguet et al. ¹¹ Figura 7 indica un aumento en el rendimiento durante las pruebas de transmisión (cuadrados azules), pero no en un control (al azar) condición (círculos amarillos). Mor e información detallada sobre esta investigación se puede encontrar en Claidière et al. ¹²

Figura 5:. Resultados ilustrativos de la Sección 3.1 (media de los tiempos de respuesta ms) en la tarea de búsqueda visual inmediatamente después de los acontecimientos sociales positivos, negativos o neutros. Las barras de error representan la desviación estándar (SD).

Figura 6: resultados ilustrativos de la Sección 3.2 efecto presencia social de la velocidad de las respuestas bien aprendidas.. Esta figura muestra los tiempos de respuesta promedio (ms) en función del número de congéneres presentes durante cada ensayo, en las unidades de prueba ALDM adyacentes. Las barras de error representan el error estándar (SE).

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Figura 7:. Resultados ilustrativos de la Sección 3.3 El éxito de babuinos (número medio de recompensas por 50 ensayos) aumentó con el número de eventos de transmisión (generación) durante los ensayos de transmisión (cuadrados azules) pero no durante los ensayos controlados aleatorios (círculos amarillos). Las barras de error representan la SE.

Discusión

Los primatólogos siempre han expresado un gran interés en los aspectos sociales y no sociales de la cognición. Sin embargo, la integración de estos dos niveles de comprensión ha sido difícil. Pruebas Social a veces se lleva a cabo en laboratorios, pero en un número muy limitado de temas ^13. Una red de unidades ALDM ofrece 4 ventajas principales al respecto: (1) las pruebas ALDM utiliza protocolos altamente sofisticados (computarizados) y mediciones de precisión de milisegundos de los procesos cognitivos; (2) las pruebas ALDM se logra dentro del contexto social natural de los animales estudiados; (3) Pruebas ALDM se puede proponer a los grupos grandes, como se hace en nuestros estudios; (4) prueba ALDM se aprovecha de la aparición espontánea de las interacciones sociales y no se limitan a los individuos a determinadas situaciones sociales.

Por lo tanto, la red ALDM abre vías para la integración y análisis multidimensionales de la cognición que combinan el factor social y no socials.

Este trabajo ilustra este enfoque integrador utilizando tres protocolos pero existen muchas otras posibilidades al lado de estas ilustraciones clave. Por ejemplo, la evidencia preliminar (inédito) recogido en nuestro laboratorio sugiere que los monos que utilizan unidades de prueba adyacentes también tienen los bonos de afiliación más fuertes dentro de su grupo social. Si se confirma este efecto, la automaticidad de las pruebas ALDM permitirá la recogida de gran cantidad de información sobre la dinámica social que puede facilitar los estudios sociométricos longitudinales (por ejemplo, sobre la base de medidas de distancia social) en primates no humanos.

Las limitaciones de las pruebas ALDM siguen siendo desconocidas en este momento. Por ejemplo, todavía no se sabe en qué medida el nivel de actividad de los sujetos puede ser influenciada por la estructura social (por ejemplo, proporción de sexos) del grupo. Sin embargo, las pruebas ALDM parece una herramienta muy prometedora para superar la aparente brecha entre estudios sobrecognición individual y aquellos más centrados en la cognición social. Su uso ofrece la oportunidad de identificar los factores sociales que pueden influir en la cognición individual, y para medir con mayor precisión sus efectos. Por otra parte, nuestra investigación anterior ha demostrado que las pruebas ALDM también promueve el bienestar animal: Son formas de enriquecimiento de comportamiento que reducen los niveles de estrés (inferidas de nivel de cortisol y el número de estereotipias anormales) ^3. En consecuencia, las pruebas ALDM parece muy beneficioso tanto para los científicos y los animales, y debe ser utilizado más ampliamente en el futuro en los laboratorios y zoológicos.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Touch screen			model ET1939L from Elotouch; Berwyn, IL
RFID microchip reader			model Petscan RT100 Version 5, Real Trace; Villebon sur Yvette, France
Eprime software			Professional, V 2.0, Psychology Software Tools, Pittsburg, PA
PC computer connected to a network			HP-Pavillon, programmed in our laboratory
Food dispenser			Home made in our laboratory